(57)【要約】  高圧電極（５）の一端が半導体素子（１）の高圧端子に接続されている。低圧電極（６）の一端が半導体素子（１）の低圧端子に接続されている。樹脂（１５）が半導体素子（１）、高圧電極（５）の一端、及び低圧電極（６）の一端を封止する。第１及び第２の放電電極（１６，１７）が、高圧電極（５）及び低圧電極（６）の樹脂（１５）で覆われていない部分にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出している。
2017208343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧端子と低圧端子を有する半導体素子と、
前記高圧端子に一端が接続された高圧電極と、
前記低圧端子に一端が接続された低圧電極と、
前記半導体素子、前記高圧電極の一端、及び前記低圧電極の一端を封止する樹脂と、
前記高圧電極及び前記低圧電極の前記樹脂で覆われていない部分にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出した第１及び第２の放電電極とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の放電電極の厚みは前記高圧電極及び前記低圧電極の厚みより薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の放電電極の先端部の少なくとも一方は鋭角に加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の放電電極の先端部は曲げ加工されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
絶縁基板と、
前記半導体素子の制御端子に前記絶縁基板を介して一端が接続された制御電極と、
前記絶縁基板に電力を供給する電源電極と、
前記制御電極及び前記低圧電極にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出した第３及び第４の放電電極と、
前記電源電極及び前記低圧電極にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出した第５及び第６の放電電極とを更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関用イグニッションシステムに採用されている半導体装置、内燃機関用点火装置及び内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用イグニッションシステム等の誘導負荷（トランスコイル）を駆動する半導体装置は、トランスコイルの相互誘導作用を用いてトランスコイル２次側に接続される点火プラグに数十ｋＶの火花放電を発生させて着火する。従って、イレギュラーで高圧端子部に予期せぬサージが発生するため、数ｋＶ〜数十ｋＶクラスのサージ耐量が要求される。【０００３】
内燃機関用の半導体装置では、装置の小型・高機能化を目的に、電力用半導体素子とそれを制御する裏面高耐圧集積回路が導電性接合材料により１つの導電板上に実装した技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特許第４９５７１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の電極にサージが印加された場合、電力用半導体素子及び裏面高耐圧集積回路の内部素子が破壊される恐れがある。このため、素子内部にサージ保護用のダイオード又は抵抗などの受動素子、サージが印加された際に素子内部の裏面電極より流入するホール電流（サージ電流）を回収するサージ電流吸収領域等を設ける必要がある。従って、電力半導体素子及び裏面高耐圧集積回路はサージ耐量を高く設計するほど素子サイズが大型化するという問題があった。【０００６】
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、その目的はサージに対する信頼性を向上し、装置全体を小型化できる半導体装置、内燃機関用点火装置及び内燃機関システムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、高圧端子と低圧端子を有する半導体素子と、前記高圧端子に一端が接続された高圧電極と、前記低圧端子に一端が接続された低圧電極と、前記半導体素子、前記高圧電極の一端、及び前記低圧電極の一端を封止する樹脂と、前記高圧電極及び前記低圧電極の前記樹脂で覆われていない部分にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出した第１及び第２の放電電極とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、高圧電極及び低圧電極の樹脂で覆われていない部分に互いに対向するように突出した第１及び第２の放電電極がそれぞれ設けられている。これにより、サージに対する信頼性を向上し、装置全体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図とＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の第１及び第２の放電電極を拡大した断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置、内燃機関用点火装置及び内燃機関システムについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。この半導体装置は内燃機関用点火装置又は内燃機関システムに適用され、誘導負荷（トランスコイル）を駆動する。
【００１２】
電力用半導体素子１とそれを制御する裏面高耐圧集積回路２が導電性接合材料により１つの導電板３上に実装されている。抵抗・コンデンサ等の受動素子を搭載した絶縁基板４が非導電性接合材料により導電板３上に実装されている。電力用半導体素子１はＩＧＢＴである。
【００１３】
高圧電極５の一端が電力用半導体素子１の高圧端子であるコレクタ端子に導電板３を介して接続されている。低圧電極６の一端が電力用半導体素子１の低圧端子であるエミッタ端子と絶縁基板４にそれぞれワイヤ７，８を介して接続されている。低圧電極６はＧＮＤに接続される。
【００１４】
制御電極９の一端がワイヤ１０により絶縁基板４に接続されている。絶縁基板４は電力用半導体素子１の制御端子であるゲート端子と裏面高耐圧集積回路２にそれぞれワイヤ１１，１２により接続されている。絶縁基板４に電力を供給する電源電極１３の一端がワイヤ１４により絶縁基板４に接続されている。樹脂１５が電力用半導体素子１、裏面高耐圧集積回路２、導電板３、高圧電極５の一端、低圧電極６の一端、制御電極９の一端、電源電極１３の一端、及びワイヤ７，８，１０，１１，１２，１４を封止する。
【００１５】
第１及び第２の放電電極１６，１７が、高圧電極５及び低圧電極６の樹脂１５で覆われていない部分の側面にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出している。高圧電極５にサージが印加された場合に、第１及び第２の放電電極１６，１７を介してサージを低圧電極６に放電させることができる。第１及び第２の放電電極１６，１７により設定した電圧でサージ電圧が頭打ちになるため、電力用半導体素子１及び裏面高耐圧集積回路２に印加されるサージ電圧を抑制することができるため、サージに対する信頼性が向上する。
【００１６】
また、電力用半導体素子１及び裏面高耐圧集積回路２はサージ耐量を高く設計するほど素子サイズが大型化するが、本実施の形態によりサージ電圧を抑制できるため、これらの素子を小型化して半導体装置全体を小型化できる。
【００１７】
なお、第１及び第２の放電電極１６，１７の放電電圧を半導体装置の主耐圧相当とした場合、点火動作に弊害が生じるため、放電電圧は半導体装置の主耐圧に対して十分に大きく（１０倍以上）設定する必要がある。一方、電力用半導体素子１及び裏面高耐圧集積回路２のサージ耐量は、素子の破壊を防ぐため、放電電圧に対してマージンを持たせるように設計する必要がある。
【００１８】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図とＩ−ＩＩに沿った断面図である。第１及び第２の放電電極１６，１７の厚みは高圧電極５及び低圧電極６の厚みより薄い。これにより、第１及び第２の放電電極１６，１７に電界が集中し易くなり、より安定した放電特性が得られるため、サージに対する信頼性が向上する。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。第１の放電電極１６の先端部が鋭角に加工されている。これにより、より安定した放電特性が得られるため、サージに対する信頼性が向上する。なお、第２の放電電極１７の先端部を鋭角に加工しても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。第１及び第２の放電電極１６，１７の両方の先端部を鋭角に加工している。これにより、図３の構成よりも更に安定した放電特性が得られるため、サージに対する信頼性が向上する。
【００２１】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の第１及び第２の放電電極を拡大した断面図である。第１及び第２の放電電極１６，１７の先端部は曲げ加工されている。曲げ加工により両者の距離を調整して放電電圧を任意に設定できるため、設計の自由度が向上する。
【００２２】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。第３及び第４の放電電極１８，１９が、制御電極９及び低圧電極６にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出している。第５及び第６の放電電極２０，２１が、電源電極１３及び低圧電極６にそれぞれ設けられ、互いに対向するように突出している。これにより、制御電極９又は電源電極１３にサージが発生した場合にも、サージを低圧電極６に放電させることで絶縁基板４に搭載している受動素子の破壊を防止することができ、サージに対する信頼性が向上する。
【００２３】
なお、電力用半導体素子１は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
【符号の説明】
【００２４】
１  電力用半導体素子、４  絶縁基板、５  高圧電極、６  低圧電極、９  制御電極、１３  電源電極、１５  樹脂、１６  第１の放電電極、１７  第２の放電電極、１８  第３の放電電極、１９  第４の放電電極、２０  第５の放電電極、２１  第６の放電電極
【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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【国際調査報告】
2017208343.tif 000009
2017208343.tif 000010