(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた放熱性と電気的信頼性を備える半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１ａは、表裏両面に金属板６，７，１０，１１を備え一方の金属板６，１０を主電極とし、主電極に接続されたリード電極８，１２を備える一対の絶縁基板３，４と、絶縁基板３，４の金属板６，１０の間に挟持されて、主電極に圧接されている半導体素子２と、絶縁基板３，４と半導体素子２とリード電極８，１２とを封止する樹脂層１３とを備える。絶縁基板３上の主電極は、半導体素子２のアノード（またはエミッタ）電極２ａに対する接続部として周囲の部分６ｂから隆起している隆起部６ａを備える。主電極は、隆起部６ａの周囲に溝部を備えるものでもよい。樹脂層１３は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂から選択される１種の樹脂からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏両面に金属板を備え一方の金属板を主電極とすると共に、該主電極に接続されたリード電極を備える一対の絶縁基板と、
各絶縁基板の該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子と、
各絶縁基板の該主電極とされる金属板と反対側の金属板表面と、各リード電極の一部とを露出して、各絶縁基板と該半導体素子と各リード電極とを封止する樹脂層とを備える半導体装置であって、
一方の該絶縁基板の該主電極は、該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記主電極は、前記隆起部の周囲に溝部を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記樹脂層は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される１種の樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気自動車や電動機を用いるハイブリッド車等の電動機の電力変換装置として用いられる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等の電動機の電力変換装置として、従来、半導体パワー素子等の半導体素子を主電極となる一対の金属板で挟持し、該半導体素子が該主電極に圧接されるようにした圧接型半導体装置が知られている。
【０００３】
前記圧接型半導体装置において、前記半導体素子は例えばｐｎ接合を有するＳｉからなり、前記金属板は例えばＣｕにより構成される。このとき、前記半導体素子を前記金属板で直接挟持すると、該半導体素子の発熱により該金属板が熱膨張したときに、ＳｉとＣｕとの熱膨張係数の相違から、該半導体素子が破壊されるおそれがある。そこで、前記半導体素子と前記金属板との間に、Ｍｏからなる熱緩衝板を介在させるようにした圧接型半導体装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
前記圧接型半導体装置において、前記半導体素子はそのアノード（またはエミッタ）電極側の端面がカソード（またはコレクタ）電極と同電位になる。また、前記半導体素子は、アノード（またはエミッタ）電極側の端面と、該アノード（またはエミッタ）電極に接続される主電極との間の間隙が小さくなる。この結果、前記半導体装置に大電圧が印加された場合には、該半導体素子と、前記カソード（またはコレクタ）電極に接続される主電極との間で放電や絶縁破壊が生じることがある。
【０００５】
前記放電や絶縁破壊は、前記熱緩衝板の厚さを大きくすることにより防止することができる。しかし、前記半導体素子は、前記半導体装置に大電圧が印加されることに伴って発熱量も大になるので、前記熱緩衝板の厚さを大きくすると、放熱性が低下するという問題がある。
【０００６】
一方、前記ＳｉとＣｕ等の金属板との熱膨張係数の相違を低減するために、セラミックス基板等の絶縁基板の表裏両面にＣｕ等の金属板を備える材料が知られている。このような材料によれば、前記セラミックス基板及び前記金属板の材質、厚さ等を適宜選択することにより、該金属板の熱膨張係数を調整することができ、前記Ｓｉからなる半導体素子と同等の熱膨張係数とすることができる。
【０００７】
そこで、前記圧接型半導体装置において、表裏両面に金属板を備える一対の絶縁基板の一方の金属板を主電極として、該主電極の間に前記半導体素子を挟持させることが考えられる。このようにするときには、前記半導体素子と前記主電極との間に、Ｍｏからなる熱緩衝板を介在させる必要がないので、優れた放熱性を得ることができると期待される。
【０００８】
しかしながら、前記構成の半導体装置では前記熱緩衝板を用いないため、前記半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に接続される主電極との間隙が小さくなり、該半導体素子と該主電極との間に放電や絶縁破壊が起きやすくなるという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２１３８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた放熱性を備えると共に、半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に接続される主電極との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を備える半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明の半導体装置は、表裏両面に金属板を備え一方の金属板を主電極とすると共に、該主電極に接続されたリード電極を備える一対の絶縁基板と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板と反対側の金属板表面と、各リード電極の一部とを露出して、各絶縁基板と該半導体素子と各リード電極とを封止する樹脂層とを備える半導体装置であって、一方の該絶縁基板の該主電極は、該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置は、表裏両面に金属板を備える一対の絶縁基板の一方の金属板を主電極として、該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子を備える。このような構成によれば、前記主電極とされる各金属板と前記半導体素子との間に熱緩衝板が介在しないので、前記半導体装置に大電圧が印加されたときにも優れた放熱性を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、前記各絶縁基板と前記半導体素子と前記各リード電極とを封止する樹脂層とを備えると共に、一方の該絶縁基板の前記主電極は、該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備える。そこで、本発明の半導体装置は、前記隆起部により該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に前記主電極として接続される前記金属板との間に絶縁に十分な空間距離を確保することができる。
【００１４】
しかも、本発明の半導体装置は前記樹脂層により封止されているので、該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に前記主電極として接続される前記金属板との間には、前記前記樹脂層が空隙なく充填されている。従って、本発明の半導体装置は、前記半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に接続される金属板との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置において、前記隆起部は、前記主電極となる金属板全体から隆起していてもよく、周囲に溝部を備え、該溝部に対して隆起する構成を備えているものであってもよい。また、前記隆起部の高さは、前記半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と、該隆起部の周囲の部分とで、十分な絶縁性が得られる高さであればよく、過剰な高さを備える必要はない。
【００１６】
また、本発明の半導体装置では、前記隆起部により、前記半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に前記主電極として接続される前記金属板との間に絶縁に十分な空間距離を確保することができる。従って、前記樹脂層を形成する樹脂としては、汎用の比較的安価な樹脂を用いても、前記半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極側の端面と該アノード（またはエミッタ）電極に前記主電極として接続される前記金属板との間で、十分な絶縁性を得ることができる。
【００１７】
前記樹脂層を形成する樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される１種の樹脂を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体装置の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】図１に示す半導体装置において、半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に接続される主電極の構成を示す斜視図。
【図３】本発明の半導体装置の他の構成例を示す説明的断面図。
【図４】図３に示す半導体装置において、半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に接続される主電極の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２０】
まず、本実施形態の第１の態様について説明する。図１に示すように、本実施形態の半導体装置１ａは、半導体素子としての半導体パワー素子２が、一対の絶縁基板３，４により挟持されている。絶縁基板３は、セラミックス基板５の表裏両面に金属板６，７を備え、金属板６が主電極として半導体パワー素子２のアノード（またはエミッタ）電極２ａ（以下、アノード電極２ａと略記する）に接続されると共に、金属板６に接続されたリード電極８を備えている。
【００２１】
一方、絶縁基板４は、セラミックス基板９の表裏両面に金属板１０，１１を備え、金属板１０が主電極として半導体パワー素子２のカソード（またはコレクタ）電極２ｂに接続されると共に、金属板１０に接続されたリード電極１２を備えている。
【００２２】
そして、半導体装置１ａは、主電極となる金属板６，１０に半導体パワー素子２が圧接された状態で、樹脂層１３により封止されている。ただし、絶縁基板３，４の金属板６，１０と反対側に備えられた金属板７，１１の表面と、各リード電極８，１２の端部とは、樹脂層１３から露出されている。
【００２３】
半導体装置１ａにおいて、セラミックス基板５，９は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３からなる群から選択される１種のセラミックスからなるものを用いることができる。また、金属板５，６，１０，１１は、ＣｕまたはＡｌのいずれか１種の金属からなるものを用いることができる。前記絶縁基板３，４において、金属板５，６，１０，１１がＣｕからなるものはＤＣＢ(Direct Copper Brazed)基板として公知である。
【００２４】
また、樹脂層１３は、例えば、金属板６，１０を介して絶縁基板３，４に挟持された状態の半導体パワー素子２をインサート成形金型（図示せず）のキャビティ内の所定の位置に装着し、該キャビティに溶融樹脂を射出することにより形成することができる。樹脂層１３を形成する樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される１種の樹脂を挙げることができる。
【００２５】
半導体装置１ａでは、金属板６は、図１，２に示すように隆起部６ａを備えており、隆起部６ａにより半導体パワー素子２のアノード電極２ａに接続されている。隆起部６ａは、周囲の部分６ｂに対して隆起して形成されている。部分６ｂはリード電極８と面一に形成されている。隆起部６ａを備える金属板６は、エッチング、プレス加工、レーザー加工等のそれ自体公知の方法により形成することができる。
【００２６】
この結果、半導体装置１ａでは、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、隆起部６ａの周囲の部分６ｂの表面との間に、絶縁に十分な空間距離が確保される。また、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、隆起部６ａの周囲の部分６ｂの表面との間には、樹脂層１３を形成する前記樹脂が空隙無く充填されている。
【００２７】
従って、半導体装置１ａでは、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、金属板６との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
【００２８】
次に、本実施形態の第２の態様について説明する。図３に示すように、本実施形態の半導体装置１ｂは、金属板６が隆起部６ａの周囲に溝部６ｃを備え、隆起部６ａの表面がリード電極８の表面と面一になるように形成されている以外は、図１に示す半導体装置１ａと全く同一の構成を備えている。隆起部６ａ及び溝部６ｃを備える金属板６は、エッチング、プレス加工、レーザー加工等のそれ自体公知の方法により形成することができる。
【００２９】
この結果、半導体装置１ｂでは、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、隆起部６ａの周囲の溝部６ｃの底面との間に、絶縁に十分な空間距離が確保される。また、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、隆起部６ａの周囲の溝部６ｃの底面との間には、樹脂層１３を形成する前記樹脂が空隙無く充填されている。
【００３０】
従って、半導体装置１ｂでは、半導体パワー素子２のアノード電極２ａが形成されている端面と、金属板６との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ，１ｂ…半導体装置、  ２…半導体パワー素子、  ２ａ…アノード（またはエミッタ）電極、３，４…絶縁基板、  ５，６，１０，１１…金属板、  ６ａ…隆起部、  ６ｃ…溝部、  ８，１２…リード電極、  １３…樹脂層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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