(57)【要約】【課題】安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態は、第１面を有する第１金属板と、前記第１面に向き合う第２面を有する第２金属板と、前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置された２以上の半導体ユニットと、前記第１金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間にそれぞれ設けられた導電性の第１接続部材と、前記第２金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間のそれぞれ設けられた導電性の第２接続部材と、を備える。前記半導体ユニットは、第１金属部材、第２金属部材および半導体素子の積層体と、前記積層体を覆う封止樹脂と、を含む。前記第１金属部材側の導電部および前記第２金属部材側の導電部のうちの少なくとも一方は、絶縁性の第１絶縁部材によって覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向および前記第１方向に交差する第２方向に平行な第１面を有する第１金属板と、
前記第１面に向き合う第２面を有する第２金属板と、
前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置された２以上の半導体ユニットと、
前記第１金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間にそれぞれ設けられた導電性の第１接続部材と、
前記第２金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間のそれぞれ設けられた導電性の第２接続部材と、
を備え、
前記２以上の半導体ユニットのそれぞれは、
第１端子を有し、前記第１端子および前記第１接続部材を介して前記第１金属板に接続された第１金属部材と、
第２端子を有し、前記第２端子および前記第２接続部材を介して前記第２金属板に接続された第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間で、前記第１金属部材に一方の主面で接続され、前記第２金属部材に他方の主面で接続された半導体素子と、
前記第１端子以外の前記第１金属部材、前記第２端子以外の前記第２金属部材、および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
を含み、
前記第１端子側の導電部および前記第２端子側の導電部のうちの少なくとも一方は、絶縁性の第１絶縁部材によって覆われた半導体装置。
【請求項２】
前記第１面上で前記第１金属板に接続され、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に延伸する導電性の第１柱状部と、
前記第２面上で前記第２金属板に接続され、前記第３方向に延伸する導電性の第２柱状部と、
をさらに備え、
前記２以上の半導体ユニットのそれぞれは、前記第１柱状部と前記第２柱状部との間に設けられ、
前記第１柱状部および第２柱状部のうちの少なくとも一方は、前記第１絶縁部材によって覆われた請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１柱状部の前記第３方向に沿った長さは、前記第２柱状部の前記第３方向に沿った長さと異なり、
前記第１絶縁部材は、前記第１柱状部の長さおよび前記第２柱状部の長さのうち短い方を覆う請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１金属板と前記第２金属板との間に設けられ、前記２以上の半導体ユニットのそれぞれの前記半導体素子の制御電極を電気的に相互に接続する配線基板をさらに備え、
前記配線基板は、前記第１絶縁部材に埋設された請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線基板は、前記第１絶縁部材が充填された孔部を含む請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記封止樹脂の前記第１方向の長さまたは前記第２方向の長さは、前記第３方向に沿って、前記第１端子の側および前記第２端子の側のうち、前記第１絶縁部材が設けられた側の端部に向かって短くなる請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１絶縁部材が覆う前記第１端子側の導電部は、前記第１面と、前記第１接続部材と、前記第１端子と、を含み、
前記第２絶縁部材が覆う前記第２端子側の導電部は、前記第２面と、前記第２接続部材と、前記第２端子と、を含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１絶縁部材は、前記第１接続部材に接する第３絶縁部材を含む請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３絶縁部材は、前記第１絶縁部材とは異なる絶縁材料を含む請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１絶縁部材は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂のうちのいずれか１つを含み、
前記第３絶縁部材は、ロジン、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂のうちのいずれか１つを含む請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２絶縁部材は、前記第２接続部材に接する第４絶縁部材を含む請求項７記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第４絶縁部材は、前記第２絶縁部材とは異なる絶縁材料を含む請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２絶縁部材は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂のうちのいずれか１つを含み、
前記第４絶縁部材は、ロジン、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂のうちのいずれか１つを含む請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記封止樹脂は、前記第１面と前記第２面との間で凸面および凹面のうち少なくとも１つを含む請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１５】
第１端子を提供する第１金属部材と半導体素子とを第１接合部材によって接続し、第２端子を提供する第２金属部材と前記半導体素子とを第２接合部材によって接続して積層体を組み立てる工程と、
前記積層体の周囲に封止樹脂を形成して半導体ユニットを製造する工程と、
第１金属板の第１面に第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層に前記第１面を露出するように開口を形成する工程と、
前記開口に第１接合層を配設する工程と、
前記第１端子を第１接続部材によって前記第１接合層を介して第１金属板に接続する工程と、
前記第２端子を、第２面に形成された第２接合層を介して第２金属板を接続する工程と、
を有し、
前記第１接合層は、絶縁性の残渣を形成する成分を含むソルダーペーストを用いて形成される半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
第１端子を提供する第１金属部材と半導体素子とを第１接合部材によって接続し、第２端子を提供する第２金属部材と前記半導体素子とを第２接合部材によって接続して積層体を組み立てる工程と、
前記積層体の周囲に封止樹脂を形成して半導体ユニットを製造する工程と、
前記第１端子を、前記第１面に形成された第１接合層を介して第１金属板に接続する工程と、
前記第２端子を、前記第２面に形成された第２接合層を介して第２金属板を接続する工程と、
前記工程によって組み立てられた組立体に絶縁材料を塗布する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
第１方向および前記第１方向に交差する第２方向に平行な第１面を有する第１金属板と、
前記第１面上で前記第１金属板に接続され、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に延伸する導電性の第１柱状部と、
前記第１面に向き合う第２面を有する第２金属板と、
前記第２面上で前記第２金属板に接続され、前記第３方向に延伸する導電性の第２柱状部と、
前記第１柱状部と前記第２柱状部との間に配置された半導体ユニットと、
前記第１金属板と前記半導体ユニットとの間に設けられた導電性の第１接続部材と、
前記第２金属板と前記半導体ユニットとの間に設けられた導電性の第２接続部材と、
を備え、
前記半導体ユニットは、
第１端子を有し、前記第１端子および前記第１接続部材を介して前記第１柱状部に接続された第１金属部材と、
第２端子を有し、前記第２端子および前記第２接続部材を介して前記第２柱状部に接続された第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間で、前記第１金属部材に一方の主面で接続され、前記第２金属部材に他方の主面で接続された半導体素子と、
前記第１端子以外の前記第１金属部材、前記第２端子以外の前記第２金属部材、および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
を含み、
前記封止樹脂は、前記第１柱状部および前記第２柱状部のうち、少なくとも一方の周囲から離間し前記第３方向に延伸して設けられた絶縁バリア部を含む半導体装置。
【請求項１８】
前記絶縁バリア部の内面と、前記第１柱状部および前記第２柱状部のうちの少なくとも一方の外面との離間距離は、前記周囲にわたって一定である請求項１７記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記絶縁バリア部は、前記第１柱状部または前記第２柱状部のいずれか一方の周囲に設けられた請求項１７または１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記第１柱部および前記第２柱状部のうち、前記絶縁バリア部が設けられた側の側面には第１絶縁部が設けられ、
前記第１面および前記第２面のうち、前記絶縁バリア部が設けられた側には、前記第１絶縁部が設けられた請求項１７〜１９のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記絶縁バリア部と前記絶縁バリア部の内面から離間する外面を有する前記第１柱状部または前記第２柱状部との間に設けられた第２絶縁部をさらに備えた請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２２】
第１金属板と、
前記第１金属板から離間して設けられた第２金属板と、
前記第２金属板にそれぞれ接続された主回路配線と、
前記第１金属板上に接続部材を介して設けられた２以上の半導体ユニットと、
を備え、
前記２以上の半導体ユニットのそれぞれは、
第１端子を有し、前記第１端子を介して前記第１金属板に接続された第１金属部材と、
第２端子を有し、前記第２端子を介して前記第２金属板に接続された第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間で、前記第１金属部材に一方の主面で接続され、前記第２金属部材に他方の主面で接続された半導体素子と、
前記第１端子以外の前記第１金属部材、前記第２端子以外の前記第２金属部材、および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
を含み、
前記第１端子側の導電部および前記第２端子側の導電部のうちの少なくとも一方は、絶縁性の第１絶縁部材によって覆われ、
前記主回路配線は、前記２以上の半導体ユニットを設けた領域の他の領域に設けられ、
前記第２金属板は、前記主回路配線の抵抗値よりも高い抵抗値を有する半導体装置。
【請求項２３】
前記第２金属板は、電流が流れる方向に沿って、複数の屈曲部を有する請求項２２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数キロボルト（ｋＶ）の高電圧や数キロアンペア（ｋＡ）の大電流を取り扱う半導体装置では、動作時の温度上昇を極力抑制する必要があり、スイッチング素子を多数個並列接続して動作させる場合がある。
【０００３】
並列に接続された複数のスイッチング素子を単一のパッケージに搭載した半導体モジュールがある。このような半導体モジュールでは、低熱抵抗を実現するとともに、高い安全性を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２５８２００号公報
【特許文献２】特許第４３８５３２４号公報
【特許文献３】特許第４２９２６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態の目的は、安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る半導体装置は、第１方向および前記第１方向に交差する第２方向に平行な第１面を有する第１金属板と、前記第１面に向き合う第２面を有する第２金属板と、前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置された２以上の半導体ユニットと、前記第１金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間にそれぞれ設けられた導電性の第１接続部材と、前記第２金属板と前記２以上の半導体ユニットとの間のそれぞれ設けられた導電性の第２接続部材と、を備える。前記２以上の半導体ユニットのそれぞれは、第１端子を有し、前記第１端子および前記第１接続部材を介して前記第１金属板に接続された第１金属部材と、第２端子を有し、前記第２端子および前記第２接続部材を介して前記第２金属板に接続された第２金属部材と、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間で、前記第１金属部材に一方の主面で接続され、前記第２金属部材に他方の主面で接続された半導体素子と、前記第１端子以外の前記第１金属部材、前記第２端子以外の前記第２金属部材、および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を含む。前記第１端子側の導電部および前記第２端子側の導電部のうちの少なくとも一方は、絶縁性の第１絶縁部材によって覆われている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
【図３】図１のＡＡ線における矢視断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図６】図５のＢＢ線における矢視断面図である。
【図７】第３の実施形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図９】第５の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図１０】第５の実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、第５の実施形態の半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は、第５の実施形態の半導体装置の他の製造方法を例示する断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第５の実施形態の変形例の半導体装置の一部を例示する断面図である。
【図１４】第６の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図１５】第７の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図１６】第８の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図１７】第９の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、第９の実施形態の半導体装置の一部を例示する平面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＣＣ線における矢視断面図である。
【図１９】第９の実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
【図２０】第１０の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図２１】第１０の実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
【図２２】第１０の実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
【図２３】第１１の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図２４】第１１の実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
【図２５】図２５（ａ）および図２５（ｂ）は、第１１の実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
【図２６】図２６（ａ）は、第１１の実施形態の半導体装置を例示する分解組立図である。図２６（ｂ）は、第１１の実施形態の半導体装置を例示する斜視図である。
【図２７】第１２の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図２８】図２８（ａ）および図２８（ｂ）は、第１２の実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
【図２９】第１３の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図３０】図２９のＤ部の拡大図である。
【図３１】第１４の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図３２】図３２（ａ）は第１４の実施形態の半導体装置の一部の上面図であり、図３２（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１は、第１金属板１０と、第２金属板２０と、半導体ユニット３０と、を備える。第１金属板１０は、第１面１０ａと、第２面１０ｂと、を有する。第２金属板２０は、第１面２０ａと、第２面２０ｂと、を有する。
【０００９】
以下では、次の座標を用いることがある。第１金属板１０の一方の面である第１面１０ａに平行な座標軸をＸ軸およびＹ軸とする。そして、Ｘ軸およびＹ軸に直交する座標軸をＺ軸とする。
【００１０】
第２金属板２０は、一方の面である第１面２０ａが第１金属板１０の第１面１０ａに平行に対向するように配置されている。つまり、第１面１０ａ，２０ａは、ほぼ平行に配置されている。
【００１１】
第１金属板１０は、ＸＹ平面に平行な第１面１０ａを有するほぼ長方形の平板である。第１金属板１０は、Ｚ軸方向の厚さを有する。
【００１２】
第２金属板２０は、ＸＹ平面に平行な第１面２０ａを有する長方形の平板である。第２金属板２０は、Ｚ軸方向の厚さを有する。第２金属板２０は、第１金属板１０とほぼ同一の平板である。
【００１３】
第１金属板１０および第２金属板２０は、たとえば高導電率かつ高熱伝導度を有する金属で形成されている。たとえば、第１金属板１０および第２金属板２０は、銅（Ｃｕ）および銅合金を含む。または、第１金属板１０および第２金属板２０は、アルミニウム（Ａｌ）およびアルミニウム合金も含む。第１金属板１０および第２金属板２０は、半導体装置１の２つの電極として機能する。
【００１４】
半導体ユニット３０は、第１金属板１０と第２金属板２０との間に１つ以上設けられている。２つ以上の半導体ユニット３０が設けられている場合には、半導体ユニット３０は、第１金属板１０と第２金属板２０との間で並列に接続されている。
【００１５】
図２は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
図２に示すように、半導体ユニット３０は、第１金属部材３１と、第２金属部材３２と、第１接合部材３３と、第２接合部材３４と、封止樹脂３５と、半導体素子４０と、を含む。第１金属部材３１、第１接合部材３３、半導体素子４０、第２接合部材３４、および第２金属部材３２は、この順でＺ軸方向に積層された積層体３９である。第１金属部材３１の一部、第２金属部材３２の一部、第１接合部材３３、第２接合部材３４、および半導体素子４０は、封止樹脂３５によって覆われている。
【００１６】
半導体ユニット３０は、第１端子３１ａと、第２端子３２ａと、を含む。第１端子３１ａは、封止樹脂３５によって覆われていない第１金属部材３１の一部である。第２端子３２ａは、封止樹脂３５によって覆われていない第２金属部材３２の一部である。
【００１７】
半導体ユニット３０は、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面に沿う面を含むほぼ直方体形状を有する。第１端子３１ａは、第１金属部材３１の面であって、第１金属板１０の第１面１０ａに対向し、第１金属部材３１のＸＹ平面に平行な面である。第１端子３１ａは、半導体ユニット３０のＸＹ平面に平行な露出面である。第２端子３２ａは、半導体ユニット３０のＸＹ平面に平行な露出面であり、第１端子３１ａが形成された面の反対側の面に形成された露出面である。第２端子３２ａは、第２金属部材３２の面であって、第２金属板２０の第１面２０ａに対向し、第２金属部材３２のＸＹ平面に平行な面である。第１端子３１ａおよび第２端子３２ａは、直方体において互いに反対側の面に離隔して露出された電極である。
【００１８】
第１金属部材３１は、ほぼ方形の板材であり、ＸＹ平面にほぼ平行な面で第１接合部材３３を介して半導体素子４０の一方の主面で接続される。
【００１９】
第２金属部材３２は、部分３２ｂ，３２ｃを含む。部分３２ｂは、ほぼ方形の板状の部材であり、部分３２ｃは、部分３２ｂから半導体素子４０の側に突出する凸部である。部分３２ｃは、半導体素子４０の他方の主面の側の電極の平面視形状に応じて形成されており、半導体素子４０が接続されている側に突出するように設けられている。
【００２０】
第２金属部材３２は、ＸＹ平面にほぼ平行な面を有する部分３２ｂ，３２ｃおよび第２接合部材３４を介して半導体素子４０の他方の主面で接続される。
【００２１】
第１金属部材３１および第２金属部材３２は、半導体素子４０の両方の主面に形成された電極の形状に合わせるために異なる形状を有している。
【００２２】
第１接合部材３３および第２接合部材３４は、たとえばハンダや導電性接着剤、銀ペースト等である。
【００２３】
半導体素子４０は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のような制御電極によってスイッチング制御されるスイッチング素子である。半導体素子４０は、ＩＧＢＴ等のような三端子素子に限らず、ＦＲＤ（Fast Recovery Diode）等のような第３電極を有しない二端子素子であってもよい。
【００２４】
第１金属部材３１と第２金属部材３２との間に接続される半導体素子は、１つに限らない。同一の第１金属部材３１と第２金属部材３２との間に２つ以上の半導体素子が接続される場合には、同一の半導体素子を配置してもよいし、異なる半導体素子を配置してもよい。異なる半導体素子を配置する場合には、たとえば、ＩＧＢＴとＦＲＤとを逆並列に接続してもよい。
【００２５】
封止樹脂３５は、積層された第１金属部材３１、第１接合部材３３、半導体素子４０、第２接合部材３４、および第２金属部材３２を、直方体形状に封止している。封止樹脂３５は、たとえばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂である。封止樹脂３５は、第１金属部材３１、第１接合部材３３、半導体素子４０、第２接合部材３４、および第２金属部材３２の積層体３９を封止する。たとえば、積層体３９は、真空状態の樹脂成型用金型内に載置された後に、封止樹脂が注入、固化される。これによって、積層体はその周囲に気泡を残さずに封止される。
【００２６】
図１に戻って説明を続ける。第１金属板１０は、複数の柱状部１２を有する。柱状部１２は、第１金属板１０の第１面１０ａ上に設けられている。この例では、複数の柱状部１２は、Ｚ軸の負方向に伸びており、ほぼ同じ長さ（高さ）をそれぞれ有する。第２金属板２０は、複数の柱状部２２を有する。柱状部２２は、第２金属板２０の第２面２０ａ上に設けられている。複数の柱状部２２は、Ｚ軸の正方向に伸びており、ほぼ同じ高さを有する。柱状部１２，２２は、たとえばＸＹ平面における断面が方形の角柱である。なお、柱状部は、角柱に限らず、多角柱であってもよいし、円柱であってもよい。
【００２７】
図３は、図１のＡＡ線における矢視断面図である。
図３に示すように、柱状部２２は、第２金属板２０上に格子状に配列されている。図示しないが、柱状部１２は、柱状部２２の配置と一致するように第１金属板１０上に格子状に配列されている。この例では、１つの半導体ユニット３０に２つの半導体素子４０が搭載されており、１つの半導体ユニット３０が１つの柱状部１２，２２の間に挟まれるようにして接続されている。１組の柱状部１２，２２に接続する半導体ユニット３０の数は、１つに限らず、複数個であってもよい。
【００２８】
柱状部１２，２２を設けることによって、半導体ユニット３０の高さとは独立に、第１金属板１０と第２金属板２０との間の距離を離すことができる。柱状部１２，２２は、ケース６０によって取り囲まれた外部の沿面距離を確保するために設けられる。外部の沿面距離は、ケース６０の表面の距離であって、第１金属板１０および第２金属板２０間の最短距離である。柱状部１２，２２を設けることによって、半導体装置１の外側に露出した第１金属板１０および第２金属板２０の間の沿面距離を確保することができる。ここで、沿面距離とは、ＩＥＣ６０６６４−１等によれば、異なる２つの導体間の絶縁材料表面に沿った最短距離と定義される。
【００２９】
絶縁部材７０は、第１金属板１０の第１面１０ａおよび第２金属板２０の第１面２０ａのうち少なくとも一方を覆っている。また、絶縁部材７０は、覆っている方の面に設けられている柱状部の露出面を覆っている。さらに、絶縁部材７０は、覆っている方の柱状部と半導体素子４０との間に設けられている接続部材（第１接続部材５１および第２接続部材５２の少なくとも一方）の露出面を覆っている。さらに、絶縁部材７０は、覆っている方の接続部材に接続されている端子を含む金属部材（第１金属部材３１および第２金属部材３２の少なくとも一方）の露出面がある場合には、これを覆っている。
【００３０】
つまり、絶縁部材７０は、半導体装置１の内部の面であって、半導体素子４０の一方の主面の電極および他方の主面の電極のうち少なくとも一方に電気的に接続されている導電部の露出面を覆っている。そのため、本実施形態の半導体装置１の内部では、沿面距離を考慮する必要がない。半導体装置１の沿面距離は、ケース６０の両端に配された第１金属板１０および第２金属板２０の間の距離によって決定される。
【００３１】
絶縁部材７０は、半導体装置１の内部に絶縁材料を封入されることによって設けられる。絶縁部材７０は、たとえばポッティング用シリコーン等である。図示しないが、ケース６０に絶縁材料の注入用の孔をあけて絶縁材料を注入し、脱泡、硬化させることによって、絶縁部材７０は所望の位置に設けられる。
【００３２】
本実施形態の半導体装置１の作用および効果について説明する。
まず、沿面距離を確保する点について述べる。本実施形態の半導体装置１では、高電圧が印加される両極の導電部の沿面距離を確保することによって高電圧を扱うことを可能にする。たとえば、耐圧３２００Ｖを実現する場合には、３２ｍｍ程度以上の沿面距離が必要とされる。
【００３３】
半導体装置１の内部の両極の導電部のうち、少なくとも一方の導電部の露出面は、絶縁部材７０で覆われている。そのため、半導体装置１の沿面距離は、第１金属板１０と第２金属板２０との間に設けられたケース６０の外表面に沿った最短距離で決定される。第１金属板１０と第２金属板２０との間のケース６０の外表面の最短距離は、柱状部１２，２２の高さおよび半導体ユニット３０の高さによって決定される。したがって、柱状部１２，２２の高さを適切に設定することによって、半導体装置１の沿面距離を確保することができる。
【００３４】
半導体装置１の内部の両極間の導電部のうち、いずれか一方の導電部を絶縁部材７０によって覆えばよいので、絶縁部材７０の使用量を少なくすることができ、半導体装置１の軽量化、低コスト化に貢献することができる。また、絶縁部材７０によって覆われていない部分が空間となっていることで、半導体故障時に半導体ユニット３０が発熱した場合の、ケース６０の内圧上昇を抑制することができる。
【００３５】
次に、半導体装置１の大電流化の容易性について述べる。大電流型の半導体装置では、圧接構造によって半導体素子の並列数を増加させる場合がある。たとえば、複数の半導体素子を電極プレート上に並べて、一括して圧接することにより製造する。このような製造方法の場合には、各半導体素子を均等に圧接することは困難であり、半導体素子に印加される圧力にばらつきが生じ、半導体素子ごとに性能に差異が生じたり、発熱の度合いに相違が生じたりするおそれがある。
【００３６】
また、２つの平板の金属板の間に半導体素子の両方の主面をそれぞれハンダ付けして半導体素子の並列数を増加させる製造方法がある。この方法によれば、圧接構造の場合よりも各半導体素子に対して圧力を均等化させ、接合の信頼性を上げることが可能になる。しかしながら、多数の半導体素子を一括でハンダ付けする場合、平板の加工精度や、昇温時の温度ばらつきを生じ得る。並列接続した半導体素子に接続前に１つでも不具合があった場合には、半導体装置全体の不良となり、半導体装置の歩留りに影響を与える。
【００３７】
これに対し、本実施形態の半導体装置１は、第１金属部材３１と第２金属部材３２との間に１つまたは複数の小単位でハンダ付けし樹脂封止した半導体素子４０を含む半導体ユニット３０を用いる。そして、第１金属板１０と第２金属板２０との間に複数の半導体ユニット３０を平面実装することにより製造される。これにより、半導体ユニット３０ごとに電気的試験を行い、選別された良品を用いて半導体装置１を構成することが可能となる。そのため、半導体ユニット３０の並列接続数を増やしても、半導体装置１の歩留りを低下させることなく、安定して高歩留りを実現することができる。
【００３８】
半導体ユニット３０は、半導体素子４０のサイズに応じて小形化することが可能である。そのため、第１金属部材３１や第２金属部材３２を小形にして熱容量を小さくすることができる。そのため、半導体素子４０との接合時に高温となる期間をより短くすることが可能になる。また、接続に用いる第１接合部材３３や第２接合部材３４の使用量も少なくすることができるので、接合部材の厚さの管理が容易になり、製造時のばらつきを少なくすることができる。したがって、半導体ユニット３０の歩留りを向上させることができるので、半導体装置１全体の歩留りを向上させることが可能である。
【００３９】
第１金属板１０および第２金属板２０にそれぞれ柱状部１２，２２を設けることによって、半導体ユニット３０を小型化しながら、第１金属板１０と第２金属板２０との間の距離を適切に設定することができる。
【００４０】
柱状部１２，２２の高さのばらつきは、多数の半導体ユニット３０を挟み込む場合の接続不良原因となる。そのため、これらの高さは高精度に設定される。また、柱状部１２，２２の先端は、半導体ユニット３０の端子に応じた面積で設定される。これらの面積は、第１金属板１０および第２金属板２０のそれぞれの面積よりも十分に小さい。したがって、これらの先端の形状は、高い平面度で形成されることができ、挟み込む半導体ユニット３０の位置を高精度に設定することができる。また、半導体ユニット３０の製造時に第１接合部材３３や第２接合部材３４の厚さのばらつきが生じた場合にも、第１接続部材５１および第２接続部材５２によって、接続部の厚さ調整が可能であり、多数の半導体ユニット３０の接続不良を抑制することができる。これによって、多数の半導体ユニット３０を第１金属板１０と第２金属板２０との間に配置した場合に、十分な熱的および電気的接続をとることができる。
【００４１】
したがって、半導体ユニット３０の配置時の位置設定が容易になり、加圧することなく、各半導体ユニット３０の熱抵抗および電気抵抗を一様にすることができる。
【００４２】
次に防爆性の実現について述べる。本実施形態の半導体装置１では、半導体素子４０や第１接合部材３３、第２接合部材３４の周囲は、封止樹脂３５によって、空気等の気体を排出するように封止されている。そのため、電力集中等によって半導体素子４０や第１接合部材３３、第２接合部材３４が高温状態になった場合であっても、膨張する気体が周囲に存在しないので、気体の膨張によって半導体装置１を破裂させるような急激な体積膨張を抑制することができる。つまり、簡素な構造で防爆構造を実現することができる。
【００４３】
以上より、多数の半導体ユニット３０を容易に配列して並列接続することができるので、より大電流化を実現するとともに、高耐圧化にも容易に対応することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態の半導体装置を例示する断面図である。
本実施形態の半導体装置２０１では、柱状部２１２，２２２の高さが第１の実施形態の場合と相違する。他の構成要素については、第１の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００４５】
図４に示すように、本実施形態の半導体装置２０１は、第１金属板１０と、柱状部２１２と、第２金属板２０と、柱状部２２２と、半導体ユニット３０と、を備える。
【００４６】
柱状部２１２、第１接続部材５１、半導体ユニット３０、第２接続部材５２および柱状部２２２の合計の高さは、Ｌ０である。柱状部２１２の高さは、Ｌ１であり、柱状部２２２の高さは、Ｌ２である。ここでＬ１≠Ｌ２である。この例では、Ｌ１＞Ｌ２だが、Ｌ１＜Ｌ２であってもよい。半導体ユニット３０、第１接続部材５１および第２接続部材５２の合計の厚さＬ３とした場合には、Ｌ２＜（Ｌ０−Ｌ３）／２である。
【００４７】
本実施形態の半導体装置２０１の沿面距離は、Ｌ０にもとづいて決定される。半導体装置２０１では、Ｌ１≠Ｌ２であり、低い方の高さＬ２を有する柱状部２２２の側の導電部の露出面を絶縁部材７０によって覆っている。
【００４８】
本実施形態の半導体装置２０１の作用および効果について説明する。
本実施形態の半導体装置２０１では、柱状部２１２，２２２の合計の高さを維持しつつ、一方の高さを低くしている。高さを低くした方の柱状部２２２の側の導電部の露出面を絶縁部材によって覆っているので、柱状部の高さが高いときよりも絶縁部材７０の量を少なくすることができる。絶縁部材７０の使用量を減らすことによって、脱泡の発生を抑制することが可能になり、絶縁不良の発生を低減することができる。したがって、半導体装置１の製造を容易にすることを可能にし、半導体装置２０１の内部の絶縁耐圧の確保をはかることが可能になるとともに、半導体装置２０１の軽量化、低コスト化を実現することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図５は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図６は、図５のＢＢ線における矢視断面図である。
本実施形態の場合には、半導体ユニットから引き出された半導体素子のゲート端子は、配線基板によって互いに接続される。図５に示すように、本実施形態の半導体装置３０１は、配線基板３５０をさらに備える。半導体ユニット３３０は、ゲート引出部３３４を有している。半導体ユニット３３０では、ボンディングワイヤ３３２が、半導体素子４０上に形成されたゲート電極とゲート引出部３３４とを電気的に接続している。各半導体素子４０の引き出されたゲート引出部３３４は、配線基板３５０によって互いに接続されてさらにゲート端子３５４に接続されている。
【００５０】
好ましくは、配線基板３５０は、より低電位の導電部の柱状部の側に設けられる。この例では、第２金属板２０および柱状部２２２には、半導体素子４０の低電位側の電極、たとえばエミッタ電極が接続されている。配線基板３５０は、ゲート引出部３３４とともに、絶縁部材７０中に埋設される。
【００５１】
図６に示すように、配線基板３５０は、開口３５１を有しており、開口３５１には、半導体ユニット３３０が挿通されている。配線基板３５０上には、配線３５２が設けられている。配線３５２は、各半導体ユニット３３０のゲート引出部３３４が引き出されている箇所の近傍に設けられている。各半導体ユニット３３０のゲート引出部３３４は、配線３５２にハンダ付け等によって電気的接続されている。配線３５２は、配線基板３５０上で、半導体装置１のゲート端子３５４に電気的に接続されている。
【００５２】
各半導体ユニット３３０では、搭載されている半導体素子４０のゲート電極は、ゲート引出部３３４によって１つの電極として引き出されている。それぞれ引き出された半導体ユニット３３０のゲート引出部３３４は、配線基板３５０上に設けられた配線３５２によって１つのゲート端子３５４として外部に引き出される。このようにして、ＩＧＢＴ等のゲート電極は並列に接続されて、外部回路に接続されることができる。
【００５３】
配線基板３５０は、たとえば半導体ユニット３３０を柱状部２１２に接続した後、開口３５１に半導体ユニット３３０を挿通するようにして組み込まれる。
【００５４】
図示しないが、半導体ユニット３３０の封止樹脂の外周には、配線基板３５０を支持するようにリブ状のストッパが設けられていてもよい。あるいは、配線基板３５０は、第２金属板２０の第１面２０ａ上に設けられた絶縁性の支持部材等によって支持されていてもよい。
【００５５】
配線基板３５０を挿通した後、ゲート引出部３３４と配線３５２とをハンダ付け等によって接続する。その後、他方の柱状部２２２に半導体ユニット３３０を接続する。
【００５６】
このように、配線基板３５０を設けることによって、容易にＩＧＢＴ等の制御端子を並列接続することができる。
【００５７】
配線基板３５０を低電位の導電部側の露出面とともに、絶縁部材７０中に埋設した場合には、絶縁処理工程を一括で行うことができるので、必要な絶縁性能を、少ない工程で実現することが可能になる。
【００５８】
（変形例）
図７は、本変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。
図７に示すように、本変形例の半導体装置では、配線基板３５０ａは、孔部３５３を有する。孔部３５３は、配線基板３５０ａの任意の位置に設けられている。この例では、ゲート引出部３３４が配線３５２の側に引き出されている箇所に設けられている。孔部３５３は、配線基板３５０ａの外周部分に設けられていてもよい。
【００５９】
柱状部２１２，２２２のいずれか一方の側には、絶縁部材７０が注入される。孔部３５３によって、絶縁部材７０が配線基板３５０ａによって注入を阻害されることなく半導体装置の内部にいきわたるようにすることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
図８は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図８に示すように、本実施形態の半導体装置４０１は、上述した他の実施形態の場合とは異なる半導体ユニット４３０を備える。半導体ユニット４３０は、テーパ面４３５ａを有する封止樹脂４３５を含む。
【００６１】
テーパ面４３５ａは、絶縁部材７０が設けられている側の封止樹脂４３５に設けられている。テーパ面４３５ａは、絶縁部材７０の表面から上方（Ｚ軸の正方向）に向かって広がるように形成されている。
【００６２】
本実施形態の半導体装置４０１では、製造時に絶縁部材７０を注入する場合に、絶縁部材中に混入する気泡は、テーパ面４３５ａに沿って排出される。このため、封止樹脂４３５と第２接続部材５２との接触部付近に気泡が残りにくくなり、絶縁不良の原因が排除される。
【００６３】
（第５の実施形態）
図９は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図１０は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
本実施形態の場合には、半導体装置の内部の導電部の露出面上に設けられる絶縁部材の構成が上述した他の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。なお、以下では、半導体ユニットの構成要素も他の実施形態と相違する例について説明するが、半導体ユニットの構成要素は、上述の他の実施形態と同一であってもかまわない。
【００６４】
図９に示すように、本実施形態の半導体装置５０１は、第１金属板１０と、第２金属板２０と、半導体ユニット５３０と、を備える。第１金属板１０の第１面１０ａの全面には、第１絶縁部材５５３が設けられている。第１絶縁部材５５３が設けられている箇所のうち、半導体ユニット５３０が接続されている位置には開口が設けられており、その開口には、第１接続部材５５１が設けられている。第１金属板５１０は、開口を介して第１接続部材５５１と接続されている。
【００６５】
第２金属板２０の第１面２０ａには、第２絶縁部材５５５が設けられている。第２絶縁部材５５５が設けられている箇所のうち、半導体ユニット５３０が接続されている位置には、開口が設けられており、その開口には、第２接続部材５５２が設けられている。第２金属板５２０は、開口を介して第２接続部材５５２と接続されている。
【００６６】
第１接続部材５５１のＺ軸方向の長さ（厚さ）は、第１絶縁部材５５３の厚さよりも厚い。第１絶縁部材５５３の厚さは、第１接続部材５５１の外周面を含む周囲では、第１接続部材５５１の厚さとほぼ同じである。第１絶縁部材５５３のうち、第１接続部材５５１の周囲で厚さが厚くなっている部分を第３絶縁部材５５４と呼ぶことがある。この例では、第１絶縁部材５５３および第３絶縁部材５５４は、第１接続部材５５１の外周面に密着している。
【００６７】
第２接続部材５５２の厚さは、第２絶縁部材５５５の厚さよりも厚い。第２絶縁部材５５５の厚さは、第２接続部材５５２の周囲では、第２接続部材５５２の厚さとほぼ同じである。第２絶縁部材５５５のうち、第２接続部材５５２の周囲で厚さが厚くなっている部分を第４絶縁部材５５６と呼ぶことがある。この例では、第２絶縁部材５５５および第４絶縁部材５５６は、第２接続部材５５２の外周面に密着している。
【００６８】
つまり、第１絶縁部材５５３および第３絶縁部材５５４は、第１金属板１０の第１面１０ａおよび第１接続部材５５１の外周の露出面を覆っている。半導体ユニット５３０の第１端子５３１ａが露出面を有する場合には、第１絶縁部材５５３および第３絶縁部材５５４は、その露出面も覆っている。
【００６９】
同様に、第２絶縁部材５５５および第４絶縁部材５５６は、第２金属板２０の第１面２０ａおよび第２接続部材５５２の外周の露出面を覆っている。半導体ユニット５３０の第２端子５３２ａが露出面を有する場合には、第２絶縁部材５５５および第４絶縁部材５５６は、その露出面も覆っている。
【００７０】
第１絶縁部材５５３〜第４絶縁部材５５６は、両極の導電部を覆っているので、半導体装置５０１の内部では、沿面距離を考慮する必要がない。半導体装置５０１の沿面距離は、ケース６０の外面の第１金属板５１０と第２金属板５２０との間の外表面の距離で決定される。
【００７１】
第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５は、絶縁性を有する樹脂材料等である。たとえば、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５は、エポキシ樹脂、ポリイミドもしくはフッ素樹脂を含む絶縁コーティング部材を用いることができる。絶縁性のソルダーレジスト等を用いてもよい。
【００７２】
第３絶縁部材５５４および第４絶縁部材５５６は、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５と同一の材料であってもよいし、他の絶縁性の材料を用いてもよい。たとえば、第３絶縁部材５５４および第４絶縁部材５５６には、絶縁性のロジンやエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂を用いることができる。後述するように、ロジンなどの絶縁性の残渣等は、半導体ユニット３０の実装後に、液状の絶縁性物質（絶縁性のロジンやエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂またはその前駆体）を含有するソルダーペーストから析出される。この場合、ソルダーペーストは、第１接続部材５５１および第２接続部材５５２である。
【００７３】
上述では、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５の両方を設けているが、いずれか一方が設けられていればよい。なお、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５の両方を設けた場合には、長期使用や衝撃等によって、いずれか一方の絶縁部材が損傷を受けたときにも、他方の絶縁部材によって、半導体装置５０１内部の絶縁を保つことができる。
【００７４】
本実施形態の半導体装置５０１の製造方法について説明する。
図１０は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
図１０に示すように、半導体ユニット５３０は、第１金属部材５３１と、第２金属部材５３２と、第１接合部材５３３と、第２接合部材５３４と、封止樹脂５３５と、半導体素子４０と、を含む。第１金属部材５３１、第１接合部材５３３、半導体素子４０、第２接合部材５３４、および第２金属部材５３２は、この順でＺ軸方向に積層された積層体５３９である。第１金属部材５３１の一部、第２金属部材５３２の一部、第１接合部材５３３、第２接合部材５３４、および半導体素子４０は、封止樹脂５３５によって覆われている。第１金属部材５３１の封止樹脂５３５に覆われていない面は、第１端子５３１ａである。第２金属部材５３２の封止樹脂に覆われていない面は、第２端子５３２ａである。
【００７５】
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
図１１（ａ）に示すように、第１金属部材５３１と半導体素子４０とを第１接合部材５３３によって接続し、第２金属部材５３２と半導体素子４０とを第２接合部材５３４によって接続して、積層体５３９を組み立てる。
【００７６】
図１１（ｂ）に示すように、封止樹脂５３５を形成する。封止樹脂５３５は、上述の他の実施形態の場合と同様に形成される。
【００７７】
図１１（ｃ）に示すように、第１金属板１０の第１面１０ａ上に、第１絶縁層５５３ａを形成する。第１絶縁層５５３ａは、たとえばエポキシ樹脂、ポリイミドもしくはフッ素樹脂を含む絶縁コーティング部材または絶縁性のソルダーレジスト等である。第１絶縁層５５３ａは、半導体ユニット５３０を接続する位置に開口５５９が形成される。たとえば開口５５９は、フォトレジスト工程によって形成される。あらかじめ開口５５９が形成された第１絶縁層を用いてもよい。
【００７８】
第２金属板２０の第１面２０ａ上にも第１金属板１０の場合と同様に、第２絶縁層５５５ａを形成し、開口５５９を形成する。
【００７９】
図１１（ｄ）に示すように、上述のように形成された第１絶縁層５５３ａおよび第２絶縁層５５５ａのそれぞれの開口５５９に第１接続層５５１ａおよび第２接続層５５２ａを形成する。たとえば開口５５９の位置以外を覆うマスクによって、第１接続層５５１ａおよび第２接続層５５２ａはオフセット印刷技術等周知の技術を用いて形成される。
【００８０】
図１１（ｅ）に示すように、第１接続部材５５１の位置に半導体ユニット５３０を配設し、温度を上げてこれらを互いに接続する。同様に、第２接続部材５５２の位置の半導体ユニット５３０を配設し、これらを互いに接続する。
【００８１】
第１接続層５５１ａおよび第２接続層５５２ａは、好ましくは、絶縁性の物質を含有したソルダーペーストにより形成される。これにより、接続時に絶縁性物質（絶縁性のロジンなど）を含む残渣が第１接続部材５５１および第２接続部材５５２の外周面に析出される。この絶縁性の残渣は、第３絶縁部材５５４および第４絶縁部材５５６として、導電部の露出面を覆う。
【００８２】
図１１（ｆ）に示すように、第１金属板１０および第２金属板２０の周囲をケース６０によって囲繞する。
【００８３】
上述のように製造することによって、第１金属板１０の側の導電部および第２金属板２０の側の導電部の少なくとも一方は、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５５によって覆われる。したがって、半導体装置５０１の沿面距離は、半導体装置５０１の内部で決定されず、ケース６０の外面に沿った距離によって決定される。
【００８４】
半導体装置５０１の内部の絶縁部材の形成には、他の方法を用いることができる。図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。図１２（ａ）〜図１２（ｂ）においては、上述した製造方法の場合と同様に、半導体ユニット５３０が組み立てられる。
【００８５】
この製造方法では、絶縁層は、第１金属板１０および第２金属板２０上には、あらかじめ形成されていない。図１２（ｃ）に示すように、第１金属板１０の第１面１０ａ上に、たとえば半導体ユニット５３０を接続する位置に開口を設けたマスクを配して、ソルダーペースト５５１ｂ，５５２ｂを塗布する。
【００８６】
図１２（ｄ）に示すように、第１金属板１０および第２金属板２０上にそれぞれ形成されたソルダーペースト５５１ｂ，５５２ｂ上に半導体ユニット５３０の各端子を合わせて接続する。この組立体を加熱して、第１接続部材５５１および第２接続部材５５２によって、電気的かつ熱的に接続する。
【００８７】
この製造方法では、半導体ユニット５３０を第１金属板１０と第２金属板２０との間に接続した後に、絶縁材料を内部に塗布することによって、導電部の表面を覆う。図１２（ｅ）に示すように、分割されたケース６０の一方を半導体ユニット５３０、第１金属板５１０および第２金属板５２０を含む組立体に接続し、絶縁材料を塗布する。
【００８８】
絶縁材料を塗布することによって、第１金属板５１０の側の導電部および第２金属板５２０の導電部の露出面を絶縁層５５３ｂで覆うことができる。絶縁層５５３ｂは、第１絶縁部材５５３および第２絶縁部材５５４として機能することができる。
【００８９】
図１２（ｆ）に示すように、分割されたケース６０の他方を組立体の開放された箇所に接続することによって、半導体装置５０１が完成する。
【００９０】
この製造方法によれば、第１接続部材５５１および第２接続部材５５２に絶縁性の有機残渣を含むソルダーペーストを用いてもよいが、用いなくとも半導体装置５０１の内部の露出面を絶縁部材によって覆うことができる。第１接続部材５５１および第２接続部材５５２には、絶縁性の残渣を含まないソルダーペーストやハンダのほか、導電性接着剤、金属粒子の焼結体、金属間化合物等を用いることができる。
【００９１】
本実施形態の半導体装置の作用および効果について説明する。
第１金属板、半導体ユニットおよび第２金属板の組立体の側面からシリコーン樹脂等の絶縁部材を注入することは、組立容易性を低下させることが考えられる。また、半導体ユニット５３０の端子、接続部材および金属板の接続部の周辺には、狭い隙間ができ、注入した樹脂にボイドを生じることがある。そのため、絶縁部材を注入する製造方法では、導電部の露出面を完全に覆うのが困難な場合がある。
【００９２】
本実施形態の半導体装置５０１では、接続部材に絶縁性の残渣を含むソルダーペーストを用いる。そのため、半導体ユニット５３０の端子、接続部材および金属板の接続部の周辺に絶縁性の残渣が析出され、接続部周辺の導電部の露出面を覆うことができる。したがって、組立容易性を低下させることなく、絶縁部材によって半導体装置５０１の内部の導電部の露出面を覆うことができる。
【００９３】
また、他の製造方法によれば、塗装技術を用いることによって、半導体装置５０１の内部の導電部の露出面を覆うことができる。
【００９４】
このようにして、半導体ユニット５３０の端子、接続部材および金属板の接続部の周辺の露出面は、絶縁部材によって覆われるので、半導体装置内部では、沿面距離を考慮する必要がなく、ケース６０外面の沿面距離を確保することによって絶縁耐圧を確保することができる。したがって、本実施形態では、半導体装置５０１の歩留りを向上させつつ、組立性を向上させることができるので、より低コストに半導体装置５０１を製造することができる。
【００９５】
（変形例）
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、本変形例の半導体装置の一部を例示する断面図である。
本変形例では、半導体ユニット５３０ｖ，５３０ｈの構成が上述の実施形態の場合と相違する。他の点では、上述と同一であり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９６】
図１３（ａ）に示すように、半導体ユニット５３０ｖは、第１金属部材５３１ｖと、第２金属部材５３２ｖと、半導体素子４０と、封止樹脂５３５ｖと、を有する。この例では、半導体素子４０は、横方向（Ｘ軸方向）に並べて配置された第１金属部材５３１ｖと第２金属部材５３２ｖとの間に設けられている。封止樹脂５３５ｖの一部は、半導体ユニット５３０ｖの上面および下面に延在し、半導体素子４０を封入する。封止樹脂５３５ｖは、横方向に突出した凸面５３５ｖａを有する。そして、第１金属部材５３１の側面および第２金属部材５３２ｖの側面が、半導体ユニット５３０ｖの下面および上面にそれぞれ露出する。第１金属部材５３１ｖの側面が第１端子５３１ｖａであり、第２金属部材５３２ｖの側面が第２端子５３２ｖａである。半導体ユニット５３０ｖは、第１端子５３１ｖａによって第１金属板１０に電気的に接続され、第２端子５３２ｖａによって第２金属板２０に電気的に接続される。
【００９７】
このように、半導体ユニット５３０ｖは、第１金属板の第１面および第２金属板の第１面が延在する方向（ＸＹ平面に平行な方向）と交差する向きに配置してもよい。これにより、第１端子５３１ｖａおよび第２端子５３２ｖａの沿面距離を第１の実施形態の半導体ユニット３０の場合よりも容易に長くすることができる。また、封止樹脂５３５ｖが凸面５３５ｖａを有することによって、第１端子５３１ｖａおよび第２端子５３２ｖａの間の沿面距離をさらに延長することができる。
【００９８】
上述の変形例では、半導体ユニット５３０ｖは、第１面１０ａ，２０ａの延在する方向と交差する向きに配置されているが、第１の実施形態の場合と同様に、半導体ユニット５３０ｈを第１面１０ａ，２０ａの延在する方向と同じ向きに配置するようにしてもよい。図１３（ｂ）に示すように、半導体ユニット５３０ｈは、第１金属部材５３１ｈと、第２金属部材５３２ｈと、半導体素子４０と、封止樹脂５３５ｈと、を有する。第１金属部材５３１ｈおよび第２金属部材５３２ｈは、Ｘ方向およびＹ方向に延伸しており、第１端子５３１ｈａおよび第２端子５３２ｈａは、ＸＹ平面にほぼ平行して設けられている。封止樹脂５３５ｈは、凸面５３５ｈａを有する。
【００９９】
これらの変形例のように凸面５３５ｖａ，５３５ｈａを形成する部分には、封止樹脂の量が多くなる。そこで、半導体素子４０の面に対向する位置に凸面５３５ｖａ，５３５ｈａを設けることによって、樹脂封止時の応力を緩和し、半導体素子の特性劣化等を防止することができる。
【０１００】
本変形例では、半導体ユニットの端子、接続部材および金属板の接続部の周辺を含む、半導体装置内部の導電部を覆う絶縁部材に、何らかの理由で絶縁不良となった場合等であっても、半導体ユニットにおいて沿面距離が確保される。そのため、半導体装置の絶縁耐圧を保証することが可能になる。
【０１０１】
上述の変形例は、上述した他のすべての実施形態の場合の変形例として、半導体ユニット５３０ｖ，５３０ｈに置き換えることによって、適用することができる。封止樹脂の形状は、沿面距離が延長されればよく、１つの凸面に限らず、複数の凸面を有していてもよく、１つ以上の凹面を有してもよい。
【０１０２】
（第６の実施形態）
図１４は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図１４に示すように、本実施形態の半導体装置６０１は、ヒートシンク６８１，６８２をさらに備える。本実施形態の半導体装置６０１は、上述の他の実施形態の場合（この例では、半導体装置５０１である組立体６１０）にヒートシンク６８１，６８２を接続した形態である。他の構成要素については、上述した他の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０３】
ヒートシンク６８１は、第１金属板１０の第２面１０ｂに接続される。第２面１０ｂは、第１面１０ａとは反対側の面である。ヒートシンク６８２は、第２金属板２０の第２面に接続される。第２面２０ｂは、第１面２０ａの反対側である。
【０１０４】
ヒートシンク６８１，６８２の接続には、ハンダ付けや、ろう付け、摩擦撹拌接合等の周知の接続技術が用いられる。好ましくは、ヒートシンク６８１，６８２は、第１金属板１０および第２金属板２０の間に絶縁板や絶縁部材を設けずに接続される。これにより、熱抵抗を低減することができる。
【０１０５】
ヒートシンク６８１，６８２は、熱伝導性および電気伝導性がよい材料によって形成されている。ヒートシンク６８１，６８２は、たとえば銅やアルミニウム等の金属を含む。
【０１０６】
ヒートシンク６８１，６８２は、空冷でもよいし、水冷でもよい。水冷式のヒートシンクの場合には、好ましくは内部に純水を循環させて用いる。
【０１０７】
本実施形態の半導体装置６０１の作用および効果について説明する。
本実施形態の半導体装置６０１では、第１金属板１０および第２金属板２０に絶縁板を介することなく、ヒートシンク６８１，６８２を直接接続する。そのため、半導体装置６０１の熱抵抗を低く抑えることができる。
【０１０８】
純水による水冷式のヒートシンクを用いた場合には、純水は不導体であるために、漏電を考慮する必要がないので、冷却システムを簡易に構成することができる。
【０１０９】
（第７の実施形態）
図１５は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図１５に示すように、本実施形態の半導体装置７０１は、ヒートシンク７８１，７８２と複数の組立体７１０と、を備える。本実施形態の半導体装置７０１は、上述の他の実施形態の場合（この例では、半導体装置５０１である複数の組立体７１０）にヒートシンク７８１，７８２を接続した形態である。つまり、本実施形態の半導体装置７０１は、あらかじめ製造された複数の半導体装置をヒートシンク７８１，７８２の間に配置して、それぞれ電気的かつ熱的に接続されたものである。ヒートシンク７８１，７８２は、導電性を有するともに、高い熱伝導率を有するので、組立体７１０を並列に接続して、さらなる大電流化をはかることができる。
【０１１０】
（第８の実施形態）
図１６は、本実施形態の半導体装置を例示する断面図である。
図１６に示すように、本実施形態の半導体装置８０１は、複数の組立体８１０と、接続部材８２０と、を備える。組立体８１０は、上述した第６の実施形態の場合の半導体装置６０１と同じものである。接続部材８２０は、隣接して配置された組立体８１０の間に設けられている。接続部材８２０は、組立体８１０のヒートシンク６８１同士を電気的かつ熱的に接続し、ヒートシンク６８２同士を電気的かつ熱的に接続している。
【０１１１】
組立体８１０は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のいずれか１方向に沿って配列されていてもよいし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に沿って２次元に配列されていてもよい。
【０１１２】
本実施形態では、あらかじめ製造された組立体８１０を並べて接続部材８２０によって組立体８１０相互の電気的かつ熱的接続をはかることによって、より大電流出力を可能にする。
【０１１３】
なお、上述したヒートシンクを備えた実施形態の場合については、前出の他の実施形態や後述する他の実施形態の場合にも適用できることはいうまでもなく、同様の効果を奏することが可能である。
【０１１４】
（第９の実施形態）
図１７は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図１８（ａ）は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する平面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＣＣ線における矢視断面図である。
図１７に示すように、本実施形態の半導体装置９０１は、第１金属板１０と、柱状部１２と、第２金属板２０と、柱状部２２と、半導体ユニット９３０と、を備える。この例では、柱状部１２，２２の高さは、ほぼ同じである。本実施形態の場合では、半導体ユニット９３０の構成要素が上述した他の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１５】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、半導体ユニット９３０は、第１金属部材９３１と、第２金属部材９３２と、半導体素子４０と、封止樹脂９３５と、を含む。半導体素子４０は、一方の面で第１接合部材９３３を介して第１金属部材９３１に接続され、他方の面で第２接合部材９３４を介して第２金属部材９３２に接続されている。第１金属部材９３１、第１接合部材９３３、半導体素子４０、第２接合部材９３４および第２金属部材９３２は、この順で積層された積層体９３９である。
【０１１６】
封止樹脂９３５は、露出面である第１端子９３１ａおよび第２端子９３２ａを除いて、積層体９３９を封止している。
【０１１７】
封止樹脂９３５は、積層体９３９の側面を覆う部分９３５ａを有する。封止樹脂９３５は、積層体９３９の積層方向に延伸する絶縁バリア９３５ｂをさらに有する。この例では、絶縁バリア９３５ｂは、第１端子９３１ａおよび第２端子９３２ａが露出する方向に延伸している。
【０１１８】
絶縁バリア９３５ｂは、半導体ユニット９３０が第１金属板１０の柱状部１２に接続された場合に、柱状部１２の外周を取り囲むように設けられている。絶縁バリア９３５ｂの柱状部１２側の内壁は、柱状部１２の外周から離間している。同様に、半導体ユニット９３０が第２金属板２０の柱状部２２に接続された場合に、絶縁バリア９３５ｂは、柱状部２２から離間して、柱状部２２の外周を取り囲むように設けられている。
【０１１９】
図１９は、本実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
半導体装置９０１の内部の沿面距離は、半導体素子４０の一方の電極（以下、ＩＧＢＴのコレクタ電極であるものとする）と、他方の電極（以下、ＩＧＢＴのエミッタ電極であるものとする）の間の封止樹脂の表面の最短距離で決定される。露出しているコレクタ電極の電位の導電部Ｃｐは、第１端子９３１ａまたは第１接合部材９３３である。露出しているエミッタ電極の電位である導電部Ｅｐは第２端子９３２ａまたは第２接合部材９３４である。
【０１２０】
図１９には、半導体装置９０１の沿面距離を計算するための各部の寸法が示されている。図１９に示すように、この例では、ケース６０の外面の距離は、第１金属板１０と第２金属板２０との間の距離Ｌ０で設定されている。
【０１２１】
半導体装置９０１の内部では、封止樹脂９３５の各部の寸法により沿面距離が計算される。長さＬ１は、封止樹脂９３５のＺ軸方向の長さである。言い換えると、長さＬ１は、第１金属板１０側の絶縁バリア９３５ｂの先端から第２金属板２０側の絶縁バリア９３５ｂの先端までの長さである。
【０１２２】
封止樹脂９３５のＺ軸方向の長さのうち、絶縁バリア９３５ｂの長さは、Ｌ２である。絶縁バリア９３５ｂの厚さは、Ｌ３である。長さＬ４は、絶縁バリア９３５ｂの内面と柱状部１２（または柱状部２２）の外面との間の距離である。
【０１２３】
半導体装置９０１の内部の沿面距離は、導電部Ｃｐから導電部Ｅｐまでの図の矢印に沿って定義される。この定義によれば、半導体装置９０１の内部の沿面距離Ｌ０’は、Ｌ１〜Ｌ４の長さの和で表される。すなわち、Ｌ０’＝Ｌ４＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ１＋Ｌ３＋Ｌ２＋Ｌ４＝Ｌ１＋２×（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）となる。
【０１２４】
Ｌ１〜Ｌ４を適切に設定することによって、Ｌ０’＞Ｌ０とすることができる。つまり、積層体９３９の厚さを厚くして、第１端子９３１ａと第２端子９３２ａとの間の距離を遠ざけることなく、沿面距離を確保することができる。
【０１２５】
長さＬ０を２０ｍｍとした場合には、絶縁バリア９３５ｂの先端が第１面１０ａ，２０ａに接触しないように、長さＬ１を１８ｍｍとすることができる。積層体９３９の厚さを８ｍｍとすると、長さＬ２は、５ｍｍとすることができる。そして、長さＬ３を１ｍｍ、長さＬ４を３ｍｍとすると、内部の沿面距離Ｌ０’は、３６ｍｍとすることができる。
【０１２６】
本実施形態の半導体装置の作用および効果について説明する。
本実施形態の半導体装置９０１は、絶縁バリア９３５ｂを有する封止樹脂９３５を含む半導体ユニット９３０を備えている。絶縁バリア９３５ｂは、その先端を第１面１０ａ，２０ａに接触しないように設定することができるので、内部の沿面距離を絶縁バリア９３５ｂの表面の形状に応じて長くすることができる。したがって、積層体９３９の厚さを厚くすることなく、内部の沿面距離を確保することができる。半導体装置９０１の内部の沿面距離を十分とることによって、ケース６０の両端の導電部の距離で沿面距離が決定されるようにすることができ、半導体装置９０１の薄型化に寄与することができる。
【０１２７】
また、封止樹脂の表面に波形加工や凸面加工等を行う場合には、半導体装置の内部の沿面距離を延長することが可能であるが、半導体装置の内部で隣接する半導体ユニット間の離間距離が長くなる。これに対して、本実施形態の半導体装置９０１では、隣接する半導体ユニット９３０の間の距離を短縮することができるので、小さい面積でより多数の半導体ユニット９３０を配列して並列接続することができる。したがって、外形サイズを大型化させることなく、大電流出力が可能になる。
【０１２８】
（第１０の実施形態）
図２０は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図２１は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
本実施形態では、半導体ユニットの封止樹脂の形態が上述の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２９】
図２０に示すように、本実施形態の半導体装置１００１は、第１金属板１０と、柱状部２１２と、第２金属板２０と、柱状部２２２と、半導体ユニット１０３０と、を備える。柱状部２１２，２２２の高さは、異なる。好ましくは、高電位側の柱状部２１２の高さは、低電位側の柱状部２２２の高さよりも高く設定されている。高電位側は、たとえば半導体素子４０のコレクタ電極の電位であり、低電位側は、エミッタ電極の電位である。
【０１３０】
図２１に示すように、半導体ユニット１０３０は、積層体９３９を含み、積層体９３９のうち第１端子９３１ａおよび第２端子９３２ａを除いて封止する封止樹脂１０３５を含む。本実施形態の場合では、封止樹脂１０３５の絶縁バリア９３５ｂは、Ｚ軸方向の一方向に形成されており、他方の側には形成されていない。この例では、絶縁バリア９３５ｂは、第１金属板１０の側に延伸するように設けられている。
【０１３１】
図２２は、本実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
図２２では、上述の実施形態の場合と同様に、寸法が設定されている。半導体装置１００１の内部の沿面距離Ｌ０’’は、Ｌ１’〜Ｌ５’の和で表すことができる。すなわち、Ｌ０’’＝Ｌ１’＋Ｌ２’＋Ｌ３’＋Ｌ４’＋Ｌ５’と表される。
【０１３２】
図２２に示すように、この例では、第１金属板１０の側の柱状部２１２の高さは、第２金属板２０の側の柱状部２２２の高さよりも高く設定されている。そのため、柱状部２１２の側に設けられた絶縁バリア１０３５ｂの長さを長くすることができる。
【０１３３】
封止樹脂１０３５のＺ軸方向の長さは、Ｌ１’である。長さＬ１’のうち絶縁バリア１０３５ｂの長さは、Ｌ２’である。絶縁バリア１０３５ｂの厚さは、Ｌ３’である。長さＬ４’は、絶縁バリア１０３５ｂの内面と柱状部２１２の外面との間の離間距離である。長さＬ５’は、封止樹脂１０３５のうち、積層体９３９の側面を覆う部分９３５ａのＸ軸方向の長さである。なお、図からも明らかなように、Ｌ５’＝Ｌ３’＋Ｌ４’である。
【０１３４】
半導体装置１００１の内部の沿面距離Ｌ０’’は、導電部Ｃｐから導電部Ｅｐまでの封止樹脂１０３５の表面の最短距離で定義される。したがって、Ｌ０’’は、Ｌ１’〜Ｌ５’の和である。
【０１３５】
具体的寸法として、Ｌ１’＝１４ｍｍ、Ｌ２’＝６ｍｍ、Ｌ３’（＝Ｌ３）＝１ｍｍ、およびＬ４’（＝Ｌ４）＝３ｍｍ、Ｌ５’（＝Ｌ３＋Ｌ４）＝４ｍｍとすると、内部の沿面距離Ｌ０’’は、２８ｍｍとなる。
【０１３６】
このように、絶縁バリア１０３５ｂを第１金属板１０または第２金属板２０のいずれか一方の側に形成することによっても、内部の沿面距離を確保することができる。
【０１３７】
（第１１の実施形態）
図２３は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図２４は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する断面図である。
本実施形態では、半導体素子４０がＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の制御電極付きの場合に、それぞれの半導体素子４０の制御電極を並列接続するための配線基板を備える点で上述の実施形態の場合と相違する。他の点では、上述の他の実施形態の場合と同一であり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【０１３８】
図２３に示すように、本実施形態の半導体装置１１０１は、第１金属板１０と、第２金属板２０と、半導体ユニット１１３０と、配線基板１１６０と、を備える。この例では、配線基板１１６０は、半導体ユニット１１３０と第２金属板２０との間に設けられている。
【０１３９】
図２４に示すように、半導体ユニット１１３０は、第１金属部材１１３１と、第２金属部材１１３２と、半導体素子４０と、を含む。半導体素子４０の一方の主面は、第１接合部材１１３３を介して第１金属部材１１３１に接続されている。半導体素子４０の他方の主面は、第２接合部材１１３４を介して、第２金属部材１１３２に接続されている。
【０１４０】
半導体ユニット１１３０は、第２金属部材１１３２の構成が第１金属部材１１３１と異なっているとともに他の実施形態の場合と相違する。第２金属部材１１３２は、切欠部１１３２ｂを有する。切欠部１１３２ｂは、第２金属部材１１３２の半導体素子４０の側に設けられている。切欠部１１３２ｂによって、半導体素子４０の制御電極に接続された引出線１３３６は、第２金属部材１１３２から接触を回避することができる。また、切欠部１１３２ｂを半導体素子４０側に設けることによって、第２金属部材１１３２の第２端子１１３２ａの面積が減少することを防ぐことができる。封止樹脂１１３５は、露出された引出線１１３６の先端部を除いて積層体１１３９とともに封止する。この例では、封止樹脂１１３５は、第１金属板１０側に絶縁バリア１１３５ｂを有する。
【０１４１】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
図２６（ａ）は、本実施形態の半導体装置を例示する分解組立図である。図２６（ｂ）は、本実施形態の半導体装置を例示する斜視図である。
図２５（ａ）に示すように、半導体ユニット１１３０は、格子状に配列される。半導体ユニット１１３０が配置される位置は、第１金属板１０の柱状部１２および第２金属板２０の柱状部２２の位置である。
【０１４２】
図２５（ｂ）に示すように、配線基板１１６０は、この例では第２金属板２０の柱状部２２２を挿通するように、開口１１６１が設けられている。配線基板１１６０は、絶縁性の材質で形成されており、配線基板１１６０上には銅等の良導体の配線１１６２のパターンが描かれている。配線基板１１６０上には接続用のランド１１６３が設けられている。ランド１１６３には、半導体ユニット１１３０の引出線１１３６の先端が挿通され、ハンダ等により電気的に接続される。各ランド１１６３は、配線１１６２によって互いに電気的に接続されている。したがって、各半導体ユニット１１３０のゲート電極の引出線１１３６は、配線１１６２によって並列に接続される。外部端子接続部１１６４は、配線基板１１６０のいずれかの位置に設けられている。この例では、配線基板１１６０の１つの辺に突出するように設けられている。配線１１６２は、外部端子接続部１１６４まで引き回されており、外部の端子と電気的に接続することができる。
【０１４３】
図２６（ａ）および図２６（ｂ）に示すように、配線基板１１６０は、開口１１６１を柱状部２１２，２２２の位置に合わせて配置される。この例では、開口１１６１は、柱状部２２２をそれぞれ挿通する（図２３）。
【０１４４】
配線基板１１６０を挿通した各柱状部２２２の先端には、第２接続部材１１５２が塗布される。
【０１４５】
第１金属板１０の柱状部２１２の先端にも第１接続部材１１５１が塗布され半導体ユニット１１３０の第１端子１１３１ａと接続される。
【０１４６】
半導体ユニット１１３０の第２端子１１３２ａは、第２接続部材１１５２によって柱状部２２２と接続される。
【０１４７】
上述した組立体は、ケース６０によって囲繞される。たとえばケース６０は、部分６１，６２に分割されている。一方の部分６１には、外部端子接続部１１６４を挿通する開口が設けられている。部分６１，６２は、接着剤等により互いに接続される。
【０１４８】
このようにして、本実施形態の半導体装置１１０１では、配線基板１１６０を用いることによって、容易にゲート電極等の制御電極を並列に接続することができる。
【０１４９】
（第１２の実施形態）
図２７は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図２８（ａ）および図２８（ｂ）は、本実施形態の半導体装置の内部の沿面距離を説明するための断面図である。
図２７に示すように、本実施形態の半導体装置１２０１では、柱状部２１２の側面および柱状部２１２の第１金属板１０との接続部を含む周囲近傍に絶縁コーティング層１２５０が設けられている。他の点では上述の他の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【０１５０】
図２８（ａ）には、上述した他の実施形態の場合（図２０および図２１）の半導体ユニットを用いた半導体装置が描かれている。図２８（ａ）に示すように、この例では、絶縁バリア９３５ｂの先端は、第１金属板１０の第１面１０ａから離間している。しかし、この離間した距離が短い場合には、ほこり等がたまり、たまったほこり等に水分等を含んだ場合には、絶縁状態が維持されない場合があり得る。
【０１５１】
そのような場合には、コレクタ電極側の導電部Ｃｐは、第１面１０ａに存在すると考える必要がある。そうすると、内部の沿面距離Ｌ０’は、Ｌ１’’＋Ｌ２’’となり、Ｌ０よりも短くなってしまう場合がある。
【０１５２】
そこで、図２８（ｂ）に示すように、第１面１０ａ上に絶縁コーティング層１２５０が設けられている。絶縁コーティング層１２５０は、絶縁バリア９３５ｂの先端に対応する第１面１０ａ上の位置から確保すべき沿面距離に応じて設けられる。つまり、Ｌ１’’＋Ｌ２’’＋Ｌｘ＞Ｌ０’となるように長さＬｘを設定する。
【０１５３】
たとえば、この例では、封止樹脂９３５の高さと離間距離との和Ｌ１’’を１５ｍｍとし、長さＬ２’’を４ｍｍとした場合に、Ｌｘを３ｍｍとすることによって、内部の沿面距離Ｌ０’は、２２ｍｍとなり、外部の沿面距離Ｌ０＝２０ｍｍよりも長くすることができる。
【０１５４】
たとえば電力系統システムに用いられる電力変換装置等は、外部環境で使用されることも想定されるので、長期的に高い信頼性を維持する必要がある。本実施形態の半導体装置によれば、狭隘な離間距離を有する絶縁バリア９３５ｂと第１面１０ａとの間の絶縁状態が維持されないようになった場合であっても、柱状部１２の側面および第１面１０ａ上に設けられた絶縁コーティング層１２５０によって、内部の沿面距離が確保される。
【０１５５】
なお、上述では、絶縁コーティング層を第１面１０ａの一部に設ける場合について説明したが、第１面１０ａの全面に絶縁コーティングを施すことによって、より安定して、沿面距離を確保することが可能になる。
【０１５６】
（第１３の実施形態）
図２９は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
図３０は、図２９のＤ部の拡大図である。
図２９および図３０に示すように、本実施形態の半導体装置では、絶縁コーティング層１２５０が設けられた柱状部２１２および第１接続部材１１５１の側面には、樹脂ポッティング１３５０が設けられている。樹脂ポッティング１３５０は、絶縁バリア９３５ｂと柱状部１２に施された絶縁コーティング層１２５０との間に設けられている。樹脂ポッティング１３５０は、絶縁バリア１１３５ｂと第１接続部材１１５１との間に設けられている。樹脂ポッティング１３５０は、たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性の絶縁材料を用いることができる。
【０１５７】
本実施形態では、絶縁バリア１１３５ｂの内壁と柱状部２１２の外周との間には、狭隘な空間が形成されることになる。たとえば、そのような狭隘な空間の一部に塵埃が付着し堆積すると、絶縁特性に影響をおよぼすおそれがある。そこで、本実施形態では、あらかじめ、狭隘部に樹脂ポッティング１３５０を施すことで、狭隘な空間を閉鎖し、塵埃の付着による絶縁不良を起こしにくいようにすることができる。
【０１５８】
樹脂ポッティング１３５０としてエポキシ樹脂などを用いた場合には、半導体ユニット１１３０の第１金属部材１１３１と第１接続部材１１５１の周囲もモールドされるので、機械強度面での接合信頼性をより向上させることもできる。
【０１５９】
半導体装置の内部空間全体をポッティングする場合には、ポッティング材の硬化時の温度変化による体積膨張や収縮の影響が大きく、施工が難しいこともある。また、微小な空隙（ボイド）を排除することが難しいこともある。さらに、ポッティング材の体積が大きい場合には、使用時の温度変化に伴い、構成部材とポッティング材の接合部に過大な応力が生じやすいこともある。
【０１６０】
これに対して、本実施形態の半導体装置では、半導体ユニットの単位で部分的にポッティングすることができるので、ポッティング材の体積を小さくすることができるので、施工が容易になり、応力が小さくなるため長期的な信頼性も向上する。
【０１６１】
（第１４の実施形態）
図３１は、第１４の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。  
図３２（ａ）は半導体装置の一部の上面図であり、図３２（ｂ）は側面図である。
【０１６２】
図３１〜図３２（ｂ）に示すように、半導体装置１４０１は、金属部材１４１０と、金属部材１４１０上に搭載された複数の半導体ユニット１４３０と、主回路配線１４８０と、複数の半導体ユニット１４３０のそれぞれと主回路配線１４８０とを接続する複数のバスバー１４２０と、絶縁樹脂製のケース１４６０とを有する。
【０１６３】
金属部材１４１０は、板状部１４１０ｂと、複数の凸部（または柱状部）１４１０ｃとを有する。複数の凸部１４１０ｃは、板状部１４１０ｂの一方の１４１０ａ面上に、板状部１４１０ｂと一体に設けられている。凸部１４１０ｃの上に接続部材１４５１を介して半導体ユニット１４３０が搭載されている。金属部材１４１０は、上述の他の実施形態の場合の第１金属板１０に対応する。
【０１６４】
ケース１４６０の下端部は金属部材１４１０の板状部１４１０ｂに接着され、それら金属部材１４１０とケース１４６０の内側に密閉空間が形成されている。その密閉空間のうち、複数の半導体ユニット１４３０が設けられている領域以外の領域１４７０に主回路配線１４８０が配置されている。
【０１６５】
半導体ユニット１４３０は、上述した他の実施形態と同様、第１金属部材１４３１と、第１金属部材１４３１の上方に配置された第２金属部材１４３２と、第１金属部材１４３１と第２金属部材１４３２との間に配置された半導体素子４０と、電気絶縁性の絶縁部材１４３５と、を有する。半導体素子４０は、第１接合部材１４３３を介して、その一方の面で第１金属部材１４３１に接続されている。半導体素子４０は、第２接合部材１４３４を介して、その他方の面で第２金属部材１４３２に接続されている。
【０１６６】
第２金属部材１４３２は、２つの部分１４３２ｂ，１４３２ｃを含んでおり、部分１４３２ｃは、板状の部分１４３２ｂ上に設けられた凸部である。半導体素子４０と第２金属部材１４３２とは、部分１４３２ｃによって接続される。
【０１６７】
半導体ユニットにおける第１金属部材、第２金属部材および半導体素子とのそれぞれの接合のための接合部材の形態は、上述した他の実施形態の場合を適用することができる。
【０１６８】
複数の半導体ユニット１４３０の間に主回路配線１４８０が配置されている。主回路配線１４８０は、板状の金属配線であり、たとえば銅配線である。主回路配線１４８０は、金属部材１４１０上に形成された樹脂１４９０中に設けられ、その樹脂１４９０によって金属部材１４１０上に保持されている。主回路配線１４８０の一部は、主電極端子（たとえば、エミッタ端子やカソード端子）としてケース１４６０の外部に突出している。
【０１６９】
樹脂１４９０は、半導体装置１４０１の内部の面を覆うように設けられている。樹脂１４９０は、金属部材１４１０の面１４１０ａと同電位の導電部の面を覆うように設けられている。樹脂１４９０は、少なくとも面１４１０ａ、凸部１４１０ｃの面および第１金属部材１４３１の面が露出しないように覆っているので、半導体装置１４０１内部において沿面距離を考慮する必要がない。
【０１７０】
半導体ユニット１４３０の第２金属部材１４３２の板状の部分１４３２ｂに、バスバー１４２０が接合されている。バスバー１４２０の両端部に金属足部１４２０ａ，１４２０ｂが設けられている。金属足部１４２０ａ，１４２０ｂは、たとえばバスバー１４２０にろう付けされた銅である。バスバー１４２０は、上述の他の実施形態の場合の第２金属板２０に対応する。
【０１７１】
バスバー１４２０の一端の金属足部１４２０ａは、第２金属部材１４３２の側面に接続部材１４５２を介して接合されている。第２金属部材１４３２と金属足部１４２０ａとはネジ締結によって接続されてもよい。金属足部１４２０ａは、第２金属部材１４３２の側面に限らず、第２金属部材１４３２の上面に接合またはネジ締結されてもよい。
【０１７２】
バスバー１４２０の他端の金属足部１４２０ｂは、主回路配線１４８０に接合またはネジ締結されている。樹脂１４９０は、主回路配線１４８０と金属足部１４２０ｂとの接合部を覆って保護している。
【０１７３】
バスバー１４２０は、たとえば、銅、４２アロイ（ニッケルと鉄の合金）、ニッケルとクロムの合金などの導電性材料からなる。バスバー１４２０は、たとえば、板状に形成され、または板状部材をジグザグに折り曲げた形状に形成されている。バスバー１４２０をジグザグに折り曲げることは、電流が流れる方向に多くの屈曲部を設けることによって、バスバー１４２０の長さを実質的に長くして、抵抗値を大きくすることを意味する。
【０１７４】
バスバー１４２０の電気抵抗は、主回路配線１４８０の電気抵抗よりも高い。バスバー１４２０において、電流が流れる方向に垂直な断面の断面積Ｓ［ｃｍ２］と、長さ（電流経路長）Ｌ［ｃｍ］は、バスバー１４２０に求められる電気抵抗Ｒ［Ω］に対して、次の式で決定される。
Ｒ＝ρ０×Ｌ／Ｓ［Ω］（ρ０：体積抵抗率［Ωｃｍ］）
【０１７５】
たとえば、バスバー１４２０の材料として、主回路配線１４８０よりも体積抵抗率が高い材料を用いることで、バスバー１４２０の電気抵抗を主回路配線１４８０の電気抵抗よりも高くしている。主回路配線１４８０の材料は、電気抵抗を低く、かつ発熱を小さくするために、バスバー１４２０よりも体積抵抗率が小さい材料が望ましい。たとえば、主回路配線１４８０の材料は銅であり、バスバー１４２０の材料は４２アロイ（ニッケルと鉄の合金）、またはニッケルとクロムの合金である。
【０１７６】
１つの半導体ユニット１４３０は、少なくとも１つのバスバー１４２０によって、主回路配線１４８０と電気的に接続されている。複数の半導体ユニット１４３０は、複数のバスバー１４２０を介して、金属部材１４１０と主回路配線１４８０との間に、電気的に並列接続されている。電流は、半導体ユニット１４３０の縦方向（積層方向）、すなわちＺ軸方向に流れる。電流は、その半導体ユニット１４３０およびバスバー１４２０を通じて、金属部材１４１０と主回路配線１４８０との間を流れる。
【０１７７】
半導体素子４０に短絡電流が流れ、そのときに発生するジュール熱によって、半導体素子４０が破壊され、半導体ユニット１４３０内の圧力が上がると半導体ユニット１４３０の破裂をまねく可能性がある。
【０１７８】
そこで、本実施形態によれば、ある程度電気抵抗値の高いバスバー１４２０を半導体ユニット１４３０に直列に接続することで、バスバー１４２０と半導体素子４０とでエネルギー消費を分担し、半導体素子４０に発生するジュール熱を抑制できる。
【０１７９】
通常動作（正常動作）時では各バスバー１４２０に電流が分流するため、複数の半導体ユニット１４３０に流れる電流の合計をＩtotalとすると、１つのバスバー１４２０あたりに発生するジュール熱Ｑは、Ｑ＝Ｒ×（Ｉtotal／並列数）２［Ｊ］となる（Ｒはバスバー１４２０の電気抵抗［Ω］）。
【０１８０】
故障した半導体素子４０を含む半導体ユニット１４３０には電流が流れ、正常な半導体ユニット１４３０には電流が流れない。故障した半導体ユニット１４３０に接続されたバスバー１４２０に発生するジュール熱Ｑ’は、Ｑ’＝Ｒ×（Ｉtotal）２［Ｊ］となる。
【０１８１】
故障時と比較して、通常動作時における半導体ユニット１４３０に流れる電流値に対するロス発生効果は、Ｑ／Ｑ’＝（１／並列数）２となり、通常動作時は故障時よりもロス発生を低減することができる。
【０１８２】
複数のバスバー１４２０の並列接続効果によって、通常動作時は半導体ユニット１４３０の効率を悪化させることなく、故障時には故障した半導体ユニット１４３０に接続されたバスバー１４２０がエネルギーを消費することで、半導体素子４０に発生するジュール熱を抑制し、半導体ユニット１４３０の破裂を抑制することができる。
【０１８３】
すなわち、故障時には、故障した半導体ユニット１４３０と、その半導体ユニット１４３０に直列に接続されたバスバー１４２０のみに短絡電流が流れ、バスバー１４２０に大きなジュール熱を発生させることができる。これにより、短絡電流が流れる半導体素子４０に発生するジュール熱が低減され、破壊を抑制できる。
【０１８４】
金属部材１４１０と主回路配線１４８０との間には複数のバスバー１４２０が並列接続されているため、通常運転時に各バスバー１４２０に流れる電流値は、パワー半導体モジュールの出力電流を並列数で割った値となり、通常運転時のジュール熱を抑制することができる。
【０１８５】
以上説明した実施形態によれば、安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置を実現することができる。
【０１８６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１８７】
１  半導体装置、１０  第１金属板、１０ａ  第１面、１０ｂ  第２面、１２  柱状部、２０  第２金属板、２０ａ  第１面、２０ｂ  第２面、２２  柱状部、３０  半導体ユニット、３１  第１金属部材、３２  第２金属部材、３３  第１接合部材、３４  第２接合部材、３５  封止樹脂、３９  積層体、４０  半導体素子、５１  第１接続部材、５２  第２接続部材、６０  ケース、７０  絶縁部材、２０１，３０１，４０１  半導体装置、３３０，４３０  半導体ユニット、３５０，３５０ａ  配線基板、３５３  孔部、４３５  封止樹脂、５０１，６０１，７０１，８０１  半導体装置、５１０  第１金属板、５２０  第２金属板、５３０，５３０ｖ，５３０ｈ  半導体ユニット、５５１  第１接続部材、５５２  第２接続部材、５５３  第１絶縁部材、５５３ａ  第１絶縁層、５５３ｂ  絶縁層、５５４  第３絶縁部材、５５５  第２絶縁部材、５５５ａ  第２絶縁層、５５６  第４絶縁部材、６８１，６８２，７８１，７８２  ヒートシンク、９０１，１１０１，１２０１，１３０１  半導体装置、９３０，１０３０，１１３０  半導体ユニット、９３５，１０３５  封止樹脂、９３５ｂ，１０３５ｂ  絶縁バリア、１１６０  配線基板、１２５０  絶縁コーティング層、１３５０  樹脂ポッティング、１４０１  半導体装置、１４１０  金属部材、１４２０  バスバー、１４３０  半導体ユニット、１４３１  第１金属部材、１４３２  第２金属部材、１４３３  第１接合部材、１４３４  第２接合部材、１４３５  絶縁部材、１４６０  ケース、１４７０  領域、１４８０  主回路配線、１４９０  樹脂
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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