(57)【要約】小型化が可能で実装面積を小さくできるとともに、低コストで量産性に優れ、外部端子によって大電流化が制限されない電力用半導体装置を得る。  金属回路基板（８）と、配線パターン（３）に接合された電力用半導体素子（５）と、配線パターン（３）に設置され、且つ外部端子を挿入接続可能である筒状外部端子連通部（６）の側面とがトランスファーモールド樹脂（７）で封止された電力用半導体装置（１００）であって、筒状外部端子連通部（６）が配線パターン形成（３）面に対して略垂直に設けられ、金属回路基板（８）の金属板（１）の表面と筒状外部端子連通部（６）の上部とがトランスファーモールド樹脂（７）から露出し、筒状外部端子連通部（６）の内部にトランスファーモールド樹脂（７）が存在しないものである。
2008090734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属放熱体とこの金属放熱体の一方の面と接合した高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における上記金属放熱体と接合した面と対向する面に設けられた配線パターンとからなる回路基板と、上記配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、この電力用半導体素子と電気的に接続された上記配線パターンに設置され、且つ外部端子を挿入接続可能である筒状外部端子連通部の側面とがトランスファーモールド樹脂で封止された電力用半導体装置であって、上記筒状外部端子連通部が上記配線パターン形成面に対して略垂直に設けられ、上記金属放熱体表面と上記筒状外部端子連通部の上部とが上記トランスファーモールド樹脂から露出し、上記筒状外部端子連通部の内部に上記トランスファーモールド樹脂が存在しないことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
筒状外部端子連通部に外部端子が挿入接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
回路基板が、金属放熱体である金属板とこの金属板の一方の面に接合された高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層とこの樹脂絶縁層における上記金属板に接合された面と対向する面に設けられた配線パターンとからなる金属回路基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
回路基板が、高熱伝導絶縁層であるセラミック板とこのセラミック板の一方の面に接合された金属放熱体である金属箔と上記セラミック板の他方の面に設けられた配線パターンとからなるセラミック回路基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
筒状外部端子連通部が金属筒であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
異なる内径の筒状外部端子連通部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
外部端子として筒状外部端子連通部より太くした外部端子を用いたことを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
外部端子が、複数の挿入部を備えた外部端子であり、この外部端子の各挿入部が対応する複数の筒状外部端子連通部に接続されたことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
外部端子としてばね体を設けたことを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産性に優れたトランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体装置に関し、特に、小型で大電流化を実現するトランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールのような電力用半導体装置は、大電流、高電圧で動作するため、動作に伴う発熱を電力用半導体装置の外部に効率良く逃がすことが不可欠とされている。そこで、電力用半導体装置は、放熱板となる金属板に絶縁層を介して配線パターンが形成され、その上に電力用半導体素子が設けられ、この電力用半導体素子は樹脂にて封止されている。
このようなものとして、放熱板となる金属板と、この金属板に絶縁層としてセラミック板を介して配線パターンが形成され、配線パターン上に接合され、且つ電力用半導体素子を搭載した面から立ち上がっている外部取り出し端子と、外部取り出し端子と電力用半導体素子とを接続する金属ワイヤと、金属板に接着された熱可塑性樹脂の外囲ケースと、この外囲ケースと電力用半導体素子を搭載した基板とで形成された凹部に充填されたシリコーンゲルと、さらにシリコーンゲル上に充填された熱硬化性樹脂とから形成された電力用半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
しかし、この従来の電力用半導体装置では、その製造において、金属板に熱可塑性樹脂の外囲ケースを接着する工程、シリコーンゲルを充填し硬化させる工程、熱硬化性樹脂を注入し硬化させる工程があり、製造工程が多いとともに製造時間が長くかかり、生産性が低いとの問題があった。
このような問題を解決し生産性に優れた電力用半導体装置として、金属板上に絶縁層を介してリードフレームを設け、このリードフレーム上に電力用半導体素子を搭載し、トランスファーモールド樹脂により封止した電力用半導体装置がある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
【特許文献１】特開平０８−３１６３５７号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００１−１９６４９５号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トランスファーモールド樹脂により封止した電力用半導体装置では、リードフレームの外周部に、一端が電力用半導体素子と金属ワイヤで接続され外部端子となる部分が設けられている。
すなわち、金属板上に絶縁層を介して設けられ、且つ電力用半導体素子を搭載したリードフレームは、電力用半導体素子とともに、トランスファーモールド樹脂により封止されるが、リードフレーム外周部の他端が樹脂封止部から突出している。そして、この樹脂封止部から突出したリードフレームは、タイバーを切断して、独立した外部端子として用いられる。
しかし、トランスファーモールド樹脂による封止は、リードフレームを上下の金型で挟み込んだ状態で行われるため、外部端子の突出方向は電力用半導体素子搭載面に対して平行な方向となっている。つまりトランスファーモールド樹脂により封止された電力用半導体装置では、樹脂封止部周辺の側面部から外部端子が突出した構造となっており、この外部端子は、電力用半導体装置の実装のため、折り曲げ加工が施されている。【０００６】
電力用半導体装置の各外部端子間は空間において十分な絶縁距離を確保する必要があるが、上記従来のトランスファーモールド樹脂により封止された電力用半導体装置では、樹脂封止部周辺の側面部から外部端子が突出した構造であり、各外部端子間に十分な絶縁距離を確保すると、電力用半導体装置の小型化が妨げられ、実装面積が増大するとの問題があった。
また、外部端子に用いられているリードフレームは、折り曲げ加工を行うため、厚みに制約があり、それにより、外部端子部に流す電流を大きくできず、電力用半導体装置の大電流化が制限されるとの問題があった。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、トランスファーモールド樹脂封止により形成された電力用半導体装置において、さらなる生産性の向上と、小型化を可能にし、実装面積の削減ができるとともに、外部回路と接続する外部端子によって大電流化が制限されず、各種形状の異なった外部端子を装着できる電力用半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる電力用半導体装置は、金属放熱体とこの金属放熱体の一方の面と接合した高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における金属放熱体と接合した面と対向する面に設けられた配線パターンとからなる回路基板と、配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、この電力用半導体素子と電気的に接続された配線パターンに設置され、且つ外部端子を挿入接続可能である筒状外部端子連通部の側面とがトランスファーモールド樹脂で封止された電力用半導体装置であって、筒状外部端子連通部が配線パターン形成面に対して略垂直に設けられ、金属放熱体表面と筒状外部端子連通部の上部とがトランスファーモールド樹脂から露出し、筒状外部端子連通部の内部にトランスファーモールド樹脂が存在しないものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係わる電力用半導体装置は、外部端子を挿入接続可能である筒状外部端子連通部が、回路基板の配線パターン面に対して略垂直に設けられ、この筒状外部端子連通部の上部がトランスファーモールド樹脂から露出した構造を有しているので、この筒状外部端子連通部に挿入接続して外部端子を設けることができ、外部端子は電力用半導体装置の実装面への投影領域内に形成できる。そのため、本発明の電力用半導体装置は、小型化を図ることができ、外部回路基板などの電力用半導体装置を実装するに必要な面積を小さくできる。
また、本発明の電力用半導体装置は、外部回路基板などへの複数個の実装において、隣接する電力用半導体装置を近接させても、絶縁距離を十分確保できるので、電力用半導体装置どうしを近接させて外部回路基板に実装でき、実装密度を向上できる。
また、本発明の電力用半導体装置は、リードフレームを用いないので、トランスファーモールドにおいて、リードフレームを挟み込む面積を必要とせず、同じ金型面積における電力用半導体装置の取数が多くできるので、生産性が向上する。
また、本発明の電力用半導体装置は、任意の断面積を有した金属製の外部端子を用いることができるので、外部端子の電流を流す方向に垂直な面の断面積を大きくすることが可能となり、外部端子に大電流を流すことができ、小型で大電流化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置における金属板の放熱面と筒状外部端子連通部の孔部とにトランスファーモールド樹脂が浸入するのを防止する手段を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態６に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図１に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置１００は、電力用半導体装置１００の熱を放熱する金属放熱体である金属板１の一方の面に、高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層２が設けられている。この樹脂絶縁層２における金属板１に接合された面と対向する面には、金属箔の配線パターン３が設けられている。
すなわち、金属板１と樹脂絶縁層２と配線パターン３とで、回路基板である金属回路基板８を構成している。配線パターン３上には、電力用半導体素子５と筒状外部端子連通部６とが、略直立にはんだ４で接合されている。また、必要な、配線パターン３と配線パターン３との間、電力用半導体素子５と電力用半導体素子５との間、および、配線パターン３と電力用半導体素子５との間が、ワイヤーボンド９で電気的に接続されている。
そして、金属回路基板８の配線パターン３形成面部および周囲側面部と、電力用半導体素子５と、ワイヤーボンド９と、筒状外部端子連通部６の外側面側とは、トランスファーモールド樹脂７で封止されている。しかし、筒状外部端子連通部６の孔部にはトランスファーモールド樹脂７は充填されていない。【００１２】
本実施の形態において、金属板１には、熱伝導性に優れた金属、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銅および銅合金、鉄および鉄合金等、あるいは、銅／鉄−ニッケル合金／銅、アルミニウム／鉄−ニッケル合金／アルミニウム等の複合材料を用いることができる。特に、電流容量が大きい電力用半導体素子５を用いる場合には電気伝導性に優れた銅を用いるのが好ましい。また、金属板１の厚み、長さ、幅とは、電力用半導体素子５の電流容量により、適宜決められる。すなわち、電力用半導体素子５の電流容量が大きくなると、金属板１の厚みを厚くし、金属板１の長さと幅とを大きくする。
また、本実施の形態において、樹脂絶縁層２には、例えば、各種セラミックスや無機粉末を含有する樹脂絶縁シート、ガラス繊維を含有する樹脂絶縁シートを用いることができる。上記樹脂絶縁層２に含有される無機粉末としては、アルミナ、ベリリヤ、ボロンナイトライド、マグネシア、シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウムが挙げられる。そして、樹脂絶縁層２の厚みは、例えば、２０〜４００μｍである。【００１３】
また、本実施の形態において、配線パターン３には、例えば、銅箔が用いられ、ワイヤーボンド９には、アルミニウム線が用いられる。配線パターン３に用いられる銅箔の厚み、および、ワイヤーボンド９に用いられるアルミニウム線の線径も、電力用半導体素子５の電流容量により、適宜決められる。
また、本実施の形態において、筒状外部端子連通部６には、例えば、金属筒が用いられ、その材質は、熱伝導性と電気伝導性とに優れ、配線パターン３とはんだ４で接合できる金属、例えば、銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金等のめっき品を用いるのが好ましい。筒状外部端子連通部６の厚みは、トランスファーモールド時の成形圧力により潰れない厚みであれば良い。
筒状外部端子連通部６の高さは、後で挿入接続する外部端子が十分に接続できる高さであれば良い。
筒状外部端子連通部６の内径は、後で挿入接続する外部端子の挿入部の外径から決まり、少なくとも、外部端子を取り付けることができる内径であれば良い。そして、筒状外部端子連通部６のトランスファーモールド樹脂表面側端部の内径を、中心部の内径以上としても良い。このようにすると、筒状外部端子連通部６への外部端子の挿入が容易になる。【００１４】
また、本実施の形態において、トランスファーモールド樹脂７には、例えば、フィラーとしてシリカ粉末が充填されたエポキシ樹脂が用いられる。トランスファーモールド樹脂７において、充填されるシリカ粉末の含有率は、電力用半導体装置１００に用いられる部材の熱膨張係数などを考慮して最適な量が選定される。
例えば、配線パターン３と金属板１とに銅を用いた場合、トランスファーモールド樹脂７の熱膨張係数を銅の熱膨張係数である１６ｐｐｍ／℃に合わすように、エポキシ樹脂へのシリカ粉末の充填量が設定される。このようにすることにより、反りのない電力用半導体装置が得られる。
また、トランスファーモールド樹脂７の放熱性を向上させる場合は、フィラーとしてシリカ粉末の代わりにアルミナ粉末を用いることが好ましい。【００１５】
次に、本実施の形態における電力用半導体装置の製造方法の一例について説明する。
本実施の形態の電力用半導体装置１００は、例えば、厚み３ｍｍのアルミニウム板に、Ｂステージ状態のアルミナ粉末を含有するエポキシ樹脂シートを載せ、その上に厚み０．３ｍｍの銅箔を重ねる。そして、アルミニウム板とアルミナ粉末を含有するエポキシ樹脂シートと銅箔とを積層したものを加熱・加圧して、アルミニウム板と銅箔とをアルミナ粉末を含有するエポキシ樹脂シートで接合する。次に、銅箔をエッチングして配線パターン３を形成する。
このようにして、アルミニウムの金属板１とアルミナ粉末を含有するエポキシ樹脂の樹脂絶縁層２と銅の配線パターン３とからなる金属回路基板８を形成する。
次に、配線パターン３上の任意の場所に設けられる素子搭載部に電力用半導体素子５を、そして配線パターン３上の任意の場所に設けられる筒状外部端子連通部６との接合部に筒状外部端子連通部６を、各々はんだ４を用いて接合する。
そして、配線パターン３と配線パターン３との間、電力用半導体素子５と電力用半導体素子５との間、および、配線パターン３と電力用半導体素子５との間において、導通が必要な箇所をアルミニウムのワイヤーボンド９で接続する。【００１６】
次に、ワイヤーボンドされた電力用半導体素子５と筒状外部端子連通部６とを搭載した金属回路基板８は、金型にセットされ、トランスファーモールド法により、例えばシリカ粉末が充填されたエポキシ樹脂系トランスファーモールド樹脂７で封止される。
トランスファーモールド樹脂７で封止された筒状外部端子連通部６の孔部は、外部端子を接続する部位である。
筒状外部端子連通部６と外部端子との接続方法としては、はんだ付け、金属間接合であるプレスフィットに代表される圧入接続、ネジ接続等が挙げられるが、低コストで接続部の信頼性が高く、工程が容易なプレスフィットに代表される圧入接続が好ましい。【００１７】
上記トランスファーモールド樹脂７による封止工程では、金属回路基板８の金属板１における樹脂絶縁層２が設けられた面と反対の面側、すなわち放熱面側、および筒状外部端子連通部６の孔部に、トランスファーモールド樹脂７が浸入するのを防止する必要がある。
金属板１の放熱面に樹脂が回り込んだ場合、断熱構造となり電力用半導体素子５からの発熱が十分に下に放熱できなくなる。また、筒状外部端子連通部６の孔部にトランスファーモールド樹脂７が浸入した場合、挿入すべき外部端子が挿入できなくなるとの問題が生ずる。【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置における金属板の放熱面と筒状外部端子連通部の孔部とにトランスファーモールド樹脂が浸入するのを防止する手段を説明する図である。
図２に示すように、電力用半導体装置における金属板１の放熱面と筒状外部端子連通部６の孔部にトランスファーモールド樹脂が浸入するのを防止する手段（この後、トランスファーモールド樹脂浸入防止手段と記す）は、まず、ワイヤーボンド工程まで完了した電力用半導体装置を、電力用半導体装置の高さとほぼ同寸法にザグリ加工を施した下金型１１にセットする。次に、トランスファーモールド樹脂７との接着性を有さず、弾性を有し、２００℃程度でも熱劣化を起こさない耐熱性を有する樹脂シート１２を真空引き等で密着させて一体化した上金型１０と、ワイヤーボンド工程まで完了した電力用半導体装置をセットした下金型１１とで型締めする。次に、上金型１０と下金型１１とで形成された金型キャビティ内にトランスファーモールド樹脂７が充填される。このとき用いられる樹脂シート１２としては、例えば、テフロン(登録商標)等のフッ素系の樹脂シートが挙げられる。
また、下金型１１のザグリ深さは、ワイヤーボンド工程まで完了した電力用半導体装置の筒状外部端子連通部６が上記樹脂シート１２に多少めり込む深さとする。この下金型１１のザグリ深さは、用いる樹脂シート１２の厚みに大きく依存するので、例えば、２００μｍ厚みのフッ素系の樹脂シート１２を用いた場合、金属板１の放熱面から筒状外部端子連通部６の上面の高さに対して、１００μｍ程度の公差で形成されれば良い。
このような構造の金型を用いた第１のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段は、量産性に優れると同時に、簡単にトランスファーモールド樹脂７の、金属板１の放熱面への回り込み、および筒状外部端子連通部６の孔部への浸入を防止できる。【００１９】
また、第２のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段（図示せず）は、金属板１の放熱面から筒状外部端子連通部６の上面の高さ精度を向上させ、上金型１０と外部端子連通部６の上面のとの隙間と、下金型１１と金属板１の放熱面との隙間とにトランスファーモールド樹脂７が侵入するのを防ぐものである。
この第２のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段では、電力用半導体装置の高さ精度をあげる必要があるので、電力用半導体装置に用いられる部材の高さ、さらには、はんだ４の高さを数μｍの精度で管理する必要が生じ、材料の公差管理、プロセス上の管理が厳しくなるが、やはり、トランスファーモールド樹脂７の、金属板１の放熱面への回り込み、および筒状外部端子連通部６の孔部への浸入を防止できる。【００２０】
また、第３のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段（図示せず）は、金属板１に接する下金型１１面と筒状外部端子連通部６に接する上金型１０面とに部分的に、弾性を有する材料を設けるものである。
この第３のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段では、部分的に弾性を有する材料を設けるため、これら材料の装着および脱着などの作業が複雑になるとともに、金属回路基板８の大きさや筒状外部端子連通部６の配置が変わるたびに、設ける材料を再設計する必要があるが、やはり、トランスファーモールド樹脂７の、金属板１の放熱面への回り込み、および筒状外部端子連通部６の孔部への浸入を防止できる。【００２１】
また、第４のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段（図示せず）は、筒状外部端子連通部６の孔部に前もってトランスファーモールド樹脂７と接着性を示さない材料を充填し、トランスファーモールド後に充填した材料を取り除くものである。
この第４のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段では、充填物を完全に取り除くことが必要であり、筒状外部端子連通部６が深くなればなるほど取り除くのに複雑な手段が必要であるが、やはり、トランスファーモールド樹脂７の、金属板１の放熱面への樹脂の回り込み、および筒状外部端子連通部６の孔部への浸入を防止できる。特に、トランスファーモールド樹脂７の筒状外部端子連通部６の孔部への浸入防止が容易である。【００２２】
上記第１〜第４のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段において、特に、第１のトランスファーモールド樹脂浸入防止手段は、電力用半導体装置がある程度の高さ精度でも、簡単に金属回路基板８の金属板１の放熱面および筒状外部端子連通部６の孔部にトランスファーモールド樹脂が浸入するのを防止することができる。
また、上金型１０に設置された樹脂シート１２の自動取替が可能であるとともに、金属回路基板８の大きさ、筒状外部端子連通部６の配置がどの様な場合でも、１台の金型で対応可能であり、量産性に優れ、低コスト化も実現できる。【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図３に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置２００は、棒状の外部端子１３が筒状外部端子連通部６に挿入され、外部端子１３と電力用半導体装置の配線回路とが電気的に接続されている以外、実施の形態１の電力用半導体装置と同様である。
本実施の形態において、外部端子１３には、熱伝導性と電気伝導性に優れた金属が用いられ、特に、銅系の材料が好ましい。外部端子１３の外径は、電力用半導体素子５の電流容量により、適宜決められる。電流容量が大きい電力用半導体装置２００には、外径の大きい外部端子１３が用いられる。【００２４】
本実施の形態の電力用半導体装置２００では、外部端子１３が電力用半導体装置２００のトランスファーモールド樹脂７の周辺側面部から突出した構造となっておらず、外部端子１３は、金属回路基板８の配線パターン３面に対して略垂直な方向に、トランスファーモールド樹脂７から突出している。すなわち、外部端子１３は、電力用半導体装置の実装面への投影領域内に設けられている。このため、本実施の形態の電力用半導体装置は、小型化を図ることができ、外部回路基板などへ実装するに必要な面積を小さくできる。
また、本実施の形態の電力用半導体装置２００は、トランスファーモールド樹脂の周辺側面部から外部端子が突出した構造でないので、外部回路基板などへの複数個の実装において、隣接する電力用半導体装置を近接させても、絶縁距離を十分確保できるので、電力用半導体装置どうしを近接させて外部回路基板に実装でき、機器への実装密度が向上する。
さらには、任意の断面積を有した金属製の外部端子を用いることが出来るため、外部端子の電流を流す方向に垂直な面の断面積を大きくできるので、外部端子に大電流を流すことができ、小型で大電流化が可能な電力用半導体装置を実現できる。【００２５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図４に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置３００は、金属回路基板８のかわりにセラミック回路基板１４を用いた以外、実施の形態２の電力用半導体装置と同様である。
本実施の形態におけるセラミック回路基板１４は、高熱伝導絶縁層であるセラミック板１５の両面に銅箔が接合され、一方の面に設けられた銅箔が、実施の形態１と同様にしてエッチングされ配線パターン３となり、他方の面に設けられた銅箔１６が電力用半導体装置３００の金属放熱体になっている。
本実施の形態では、セラミック板１５の材質として、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が用いられ、その厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。
本実施の形態の電力用半導体装置３００では、セラミック回路基板が用いられており、電力用半導体装置における電力用半導体素子から金属放熱体への熱伝導特性が優れているので、電力用半導体装置のさらなる大電流化が図れ、電力用半導体装置の稼動時に発生する熱応力を小さくできると同時に、絶縁信頼性にも優れているため電力用半導体装置の長期信頼性を向上できる。【００２６】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図５に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置４００は、電流容量により筒状外部端子連通部６の内径を変化させたものである。すなわち、小電流の部分には、細い外部端子２３が接続された小さい径の筒状外部端子連通部６を用い、大電流の部分には、太い外部端子３３が接続された大きい径の筒状外部端子連通部を用いた電力用半導体装置であり、それ以外は実施の形態２の電力用半導体装置と同様である。
筒状外部端子連通部６の内径を変化させた電力用半導体装置の具体例としては、例えば、ゲートなどの信号用端子に、小さい径の筒状外部端子連通部６と細い外部端子２３を用い、出力端子に、大きい径の筒状外部端子連通部６と太い外部端子３３を用いるものが挙げられる。これにより電力用半導体装置の、さらなる小型化が可能となる。【００２７】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置５００は、電力用半導体装置のトランスファーモールド樹脂７から突出した外部端子の部分を筒状外部端子連通部６の外部端子挿入部より太くした、すなわち突出部を太くした外部端子４３を用いた以外、実施の形態２の電力用半導体装置と同様である。
実施の形態２の電力用半導体装置２００では、トランスファーモールド樹脂７から突出した部分の外部端子の径は、外部端子挿入部と筒状外部端子連通部６とからなる径より小さい。
しかし、本実施の形態の電力用半導体装置５００では、トランスファーモールド樹脂７から突出した部分の外部端子の径を、外部端子挿入部と筒状外部端子連通部とからなる径以上にしてあるので、さらに大電流化が図れる電力用半導体装置を実現できる。
また、本実施の形態の外部端子を、実施の形態３の電力用半導体装置に用いても同様な効果が得られる。【００２８】
実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図７に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置６００は、複数の筒状外部端子連通部６に挿入する複数の挿入部を備えた外部端子５３を、少なくとも１つ用いた電力用半導体装置である。それ以外は、実施の形態２の電力用半導体装置と同様である。
上記実施の形態５の電力用半導体装置５００では、外部端子に流す電流を増加させるために、トランスファーモールド樹脂７から突出した部分の外部端子の径を、外部端子挿入部と筒状外部端子連通部６とからなる径以上にしている。
しかし、さらなる大電流化に対しては、外部端子における筒状外部端子連通部６への挿入部の断面積も大きくすることが必要であり、対応する筒状外部端子連通部６の内径が大きくなる。しかし、このようにすると、筒状外部端子連通部のはんだ接合部面積が大きくなり、はんだ接合部の信頼性が問題になる。
これに対し、本実施の形態の電力用半導体装置６００では、複数の筒状外部端子連通部６を１つの外部端子５３で接続している。すなわち、複数の筒状外部端子連通部６の各々は、その内径を特別に大きくする必要がないので、筒状外部端子連通部６のはんだ付け信頼性は向上している。それと、同時に複数の接合点で筒状外部端子連通部６と外部端子５３とが接続しているので、この接続信頼性も向上している。
それと、外部端子に流す電流をいっそう大きくでき、電力用半導体装置のいっそうの大電流化が実現できる。【００２９】
実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置を示す断面模式図である。
図８に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置７００は、筒状外部端子連通部６に挿入する外部端子としてばね体１７を設けた以外、実施の形態２の電力用半導体装置と同様である。
ばね体１７は、例えば、コイル状や葛折り状にした金属で形成され、筒状外部端子連通部６の内部に、例えば、はんだ等で接続される。
本実施の形態の電力用半導体装置７００では、外部端子としてばね体１７が設けられているので、外部回路基板のパット部にばね体１７の先端を接触させた後、電力用半導体装置に荷重を加えた状態で固定することにより、外部回路基板等と電気的接合を取ることができる。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置７００は、外部端子を外部回路基板にはんだ等で接合することなしに実装できるので、不具合が生じた電力用半導体装置の交換が容易であり、補修性に優れている。
本実施の形態の電力用半導体装置７００では、外部端子そのものを金属のばね体で形成した構造としているが、外部端子の先端にばね体を設けた構造としても良い。
また、本実施の形態における外部端子をばね体とする構造を、実施の形態２〜７の電力用半導体装置に用いても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る電力用半導体装置は、電力が必要な機器における小型で大電流が必要な電力用半導体装置として有効に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月27日(2009.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属放熱体とこの金属放熱体の一方の面と接合した高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における上記金属放熱体と接合した面と対向する面に設けられた配線パターンとからなる回路基板と、上記配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、この電力用半導体素子と電気的に接続された上記配線パターンに設置され、且つ外部端子を挿入接続可能である筒状外部端子連通部の側面とがトランスファーモールド樹脂で封止された電力用半導体装置であって、上記筒状外部端子連通部が上記配線パターン形成面に対して略垂直に設けられ、上記金属放熱体表面と上記筒状外部端子連通部の上部とが上記トランスファーモールド樹脂から露出し、上記筒状外部端子連通部の内部に上記トランスファーモールド樹脂が存在しないことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
筒状外部端子連通部に外部端子が挿入接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
回路基板が、金属放熱体である金属板とこの金属板の一方の面に接合された高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層とこの樹脂絶縁層における上記金属板に接合された面と対向する面に設けられた配線パターンとからなる金属回路基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
回路基板が、高熱伝導絶縁層であるセラミック板とこのセラミック板の一方の面に接合された金属放熱体である金属箔と上記セラミック板の他方の面に設けられた配線パターンとからなるセラミック回路基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
筒状外部端子連通部が金属筒であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
筒状外部端子連通部の内壁面はスムーズに処理されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
異なる内径の筒状外部端子連通部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
外部端子として筒状外部端子連通部より太くした外部端子を用いたことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
外部端子が、複数の挿入部を備えた外部端子であり、この外部端子の各挿入部が対応する複数の筒状外部端子連通部に接続されたことを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
外部端子としてばね体を設けたことを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
【国際調査報告】
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