(57)【要約】【課題】半導体素子に大電流が流れて半導体素子の近傍から隣接する樹脂部分にき裂が生じたときに、当該き裂を通じてガスの噴出を抑制可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置用サブモジュール２０は、そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面２３及び第２主面２５を有する半導体素子と、第１主面２３のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面３５を有する第１金属導体３０と、第２主面２５のうち少なくとも一部と電気的に接続されてており、第２外面を有する第２金属導体５０とを有する。半導体装置１０は、さらに、第１外面３５の少なくとも一部と第２外面５５の少なくとも一部がそれぞれサブモジュール２０外に露出するように、半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０を樹脂封止する樹脂部６０と、当該樹脂部６０に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケース７０を有する。【選択図】図２
2019021831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部にサブモジュールが配置された半導体装置であって、
当該サブモジュールは、
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面及び第２主面を有する半導体素子と、
第１主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面を有する第１金属導体と、
第２主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第２外面を有する第２金属導体と、
第１外面の少なくとも一部と第２外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第１金属導体及び第２金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、
前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ケースは、前記樹脂部のうち、前記チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある外面を覆っている
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】
前記ケースは、前記樹脂部のうち、前記半導体素子、第１金属導体、第２金属導体、及びこれらを接合する接合材に接していない表面の全てを覆っている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ケースは、
前記チップ厚さ方向に垂直な方向において前記樹脂部の外側に配置されており、当該チップ厚さ方向に延びている側部分と、
当該側部分の一方の縁から第１外面に向けて延びており、第１外面上の空間を囲う第１縁部分と、
当該側部分の他方の縁から第２外面に向けて延びており、第２外面上の空間を囲う第２縁部分と、
を有し、
第１縁部分と第２縁部分は、当該側部分を介して互いに結合されており、それぞれ、樹脂部のうち当該チップ厚さ方向の外側にある面を覆っている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１縁部分及び第２縁部分は、それぞれ、第１外面及び第２外面と接しておらず、
前記ケースは、金属又は合成樹脂で構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
第１縁部分及び第２縁部分は、それぞれ第１外面の縁部及び第２外面の縁部を覆っており、
前記ケースは、電気絶縁材料で構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記樹脂部は、熱硬化性樹脂で構成されており、
前記ケースは、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材とする複合材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
第２主面は、ゲート電極面を含み、
前記サブモジュールは、当該ゲート電極面と電気的に接続されており且つ前記ケースを貫通して当該サブモジュール外に露出しているゲート端子を有し、
当該ケースのうち前記側部分には、当該ゲート端子が通る貫通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ケースは、
六面のうち一面に開口を有する箱状をなしており、且つ電気絶縁材料で構成されており、
前記樹脂部のうち前記チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある外面を覆う側部分と、
当該樹脂部のうち当該端面から当該チップ厚さ方向に垂直な方向を内側に向けて延びる側面と、これら側面にそれぞれ連続して延びている第１外面の一部及び第２外面の一部とを覆う内側延伸部と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
第１金属導体と接合材により接合されて第１金属導体と電気的に接続される第１金属部材と、
第１金属部材から所定の装置厚さ方向に間隔をあけて配置されており、且つ第２金属導体と接合材により接合されて第２金属導体と電気的に接続される第２金属部材と、
第１金属部材から第２金属部材を電気的に絶縁し、第１金属部材と第２金属部材を接続し、且つ第１金属部材と第２金属部材との間において複数の前記サブモジュールを少なくとも部分的に囲う外囲器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記サブモジュールは、前記外囲器、第１金属部材及び第２金属部材により囲まれた内部空間内に配置されており、
当該内部空間内において、前記装置厚さ方向に垂直な方向に間隔をあけて配列されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記サブモジュールは、そのチップ厚さ方向が前記装置厚さ方向と一致するように、又は、そのチップ厚さ方向が前記装置厚さ方向に垂直な方向に一致するように、配置されている
ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記サブモジュールは、前記外囲器、第１金属部材及び第２金属部材により囲まれて密閉された内部空間内に配置されており、
当該内部空間内には、電気絶縁性物質が充填されている
ことを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
第１金属部材及び第２金属部材のうち少なくとも一方の金属部材の外側に配置されており、当該金属部材に沿って広がる板状部分と、当該板状部分から前記装置厚さ方向の外側に突出しているフィンとを有し、前記サブモジュールから伝達された熱を放散する可能な放熱用部材を、
さらに備えることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体装置内に配置される半導体装置用サブモジュールであって、
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面及び第２主面を有する半導体素子と、
第１主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面を有する第１金属導体と、
第２主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第２外面を有する第２金属導体と、
第１外面の少なくとも一部と第２外面の少なくとも一部がそれぞれ当該サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第１金属導体及び第２金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、
前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、
を有することを特徴とする半導体装置用サブモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体素子を用いて電力制御を行う半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力機器には、半導体素子を用いて電力変換や電力開閉等の電力制御を行う半導体装置がある。このような装置に用いられる、いわゆる電力用半導体素子は、通常、高電圧・大電流を扱えるよう構成されている。このような半導体素子を用いて電力制御を行う電力機器には、例えば、サイリスタ変換装置や、トランジスタインバータ等、半導体素子を用いて電力変換を行う電力変換器（power converter）がある。
【０００３】
大容量の電力変換器を実現するためには、半導体素子を流れる電流容量を大きくすることが求められている。このため、半導体装置には、内部に複数の半導体素子が配列され、電気的に並列に接続されたものがある。例えば、下記の特許文献には、複数の半導体素子が２つの金属で構成された部材の間に挟まれており、これらがセラミックスで構成された外囲器内に配置された半導体装置が提案されている。また、半導体装置の構成部品には、半導体素子とこれに接合された導体が、合成樹脂により樹脂封止（モールド）されたものが提案されている。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような半導体装置は、一般的に、２つの金属で構成された板状の部材（いわゆる電極板）の間に、板状の半導体素子が配置されている。例えば、特許文献１に記載の技術においては、２つの金属製の板状の部位（電極板）の間に、複数の半導体素子（半導体チップ）が間隔をあけて配列されている。この例において、２つの電極板のうち、一方には、エミッタ電流が流れ、他方にはコレクタ電流が流れる。各半導体チッブの主面は、熱緩衝板と接しており、各半導体チップは、当該熱緩衝板を介して、２つの電極板の間に作用する圧縮力を受けている。すなわち、各半導体チップには、その厚さ方向に、圧縮方向の応力（stress）が生じている。このような半導体装置においては、各半導体チップに均等な応力が生じるようにする必要があり、各構成部品の寸法や、当該構成部品の組み立てには、高い精度が求められる。
【０００６】
また、特許文献２に記載の半導体装置のように、半導体素子の２つの主面が、ハンダ等により電極等と接合されており、半導体素子に応力はほとんど生じない。当該２つの主面の間にある側面、すなわち半導体素子の外周は、電気絶縁体としての合成樹脂により囲まれている。この半導体装置においては、その製造工程において半導体素子の主面に接合不良が生じる場合がある。半導体装置の故障等により半導体素子に大電流が流れると、特に、接合不良がある部位においては、ジュール発熱により温度が上昇し、半導体素子やこれに隣接する金属製の導体が膨張、溶融、気化（昇華）等することにより、圧力が急激に上昇する場合がある。
【０００７】
半導体素子とこれに接合された導体が合成樹脂により樹脂封止されている場合、上述した圧力上昇が半導体素子の近傍に生じると、当該半導体素子に隣接する合成樹脂製の部分に、き裂が生じる場合がある。このようなき裂は、一般的に、半導体素子の近傍から生じ、半導体素子の厚さ方向に略垂直な方向に進展することが多い。き裂が樹脂部分の外面に達すると、金属等が気化したガスが、当該き裂を通じて当該樹脂部分の外に噴出する。このようなガスが、例えば、外囲器等の電気絶縁材料で構成された部品に付着すると、当該部品の電気絶縁性能が損なわれる虞がある。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体素子に大電流が流れて半導体素子の近傍から隣接する樹脂部分にき裂が生じたときに、当該き裂を通じてガスの噴出を抑制可能な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】
【０００９】
本発明の実施形態の半導体装置は、その内部にサブモジュールが配置された半導体装置であって、当該サブモジュールは、そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面及び第２主面を有する半導体素子と、第１主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面を有する第１金属導体と、第２主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第２外面を有する第２金属導体と、第１外面の少なくとも一部と第２外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第１金属導体及び第２金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、を有することを特徴とする。
また、本発明の実施形態の半導体装置用サブモジュールは、半導体装置内に配置される半導体装置用サブモジュールであって、
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面及び第２主面を有する半導体素子と、第１主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面を有する第１金属導体と、第２主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第２外面を有する第２金属導体と、第１外面の少なくとも一部と第２外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第１金属導体及び第２金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、大電流が流れてサブモジュール内の圧力が上昇し、半導体素子の近傍から隣接する樹脂部分に、半導体素子の厚さ方向に垂直な方向にき裂が延びて、当該き裂を通じてガスが噴出することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。
【図３】図１のIII−III線による断面図である。
【図４】第１実施形態の半導体装置の側面図であり、図２に矢印Ｓで示す方向から見た図である。
【図５】第２実施形態の半導体装置の断面図である。
【図６】第３実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。
【図７】第４実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。
【図８】第４実施形態の半導体装置用サブモジュールの側面図である。
【図９】第５実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図１１のIX−IX線による断面図である。
【図１０】第５実施形態の半導体装置用サブモジュールの拡大側面図であり、図９の拡大図である。
【図１１】第５実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図９に矢印Ｂで示す方向から見た底面図である。
【図１２】第６実施形態の半導体装置の断面図である。
【図１３】第６実施形態の変形例の半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１３】
〔第１実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の半導体装置の断面図である。図２は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。図３は、図１のIII−III線による断面図である。図４は、本実施形態の半導体装置の側面図であり、図２に矢印Ｓで示す方向から見た図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の半導体装置１０は、パワーエレクトロニクス分野の電力機器であり、その内部に、半導体装置用サブモジュール（以下、単に「サブモジュール」と記す）２０が配置されるものである。本実施形態において、半導体装置１０は、その内部に複数のサブモジュール２０が配列されている。各サブモジュール２０は、その内部に、半導体素子２２を有している。複数のサブモジュール２０すなわち半導体素子２２は、電気的に並列に接続されており、高電圧（数ｋＶ）に耐え得るように構成されている。このような半導体装置１０には、例えば、電力の変換を行う半導体電力変換装置（semiconductor converter）がある。
【００１５】
本実施形態の半導体素子２２は、電力システム（図示せず）の高電圧（例えば、８０００Ｖ）が印加される電力用半導体素子、いわゆるパワー半導体である。本実施形態の半導体素子２２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）や、酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のスイッチング素子を形成する。
【００１６】
図２に示すように、半導体素子２２は、略板状をなしている、いわゆる半導体チップであり、その厚さ方向（以下、チップ厚さ方向と記す）に垂直な方向に広がる第１主面２３と第２主面２５とを有している。第２主面２５は、チップ厚さ方向において第１主面２３とは反対側にある面、いわゆる裏面である。第１主面２３と第２主面２５は、互いに平行である。半導体素子２２は、チップ厚さ方向から見て略矩形をなしている。第１主面２３及び第２主面２５は、それぞれ、電力を制御するための電極面を含んでいる。
【００１７】
なお、チップ厚さ方向のうち半導体素子２２に向かう向きを「内側」と記し、半導体素子２２から離間する向きを「外側」と記す。また、サブモジュール２０において、チップ厚さ方向と垂直な方向において、半導体素子２２に向かう向きを「内側」と記し、半導体素子２２から離間する向きを「外側」と記す。
【００１８】
本実施形態の半導体素子２２において、第１主面２３は、コレクタ電極面であり、金属等の導体で構成されている。第１主面２３（すなわちコレクタ電極面）は、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムを含む材料で構成することができる。なお、第１主面２３は、電気絶縁材料で構成されたコレクタ電極面を囲う面（いわゆるガードリング）を含むものとしても良い。
【００１９】
一方、第２主面２５は、図示しないエミッタ電極面及びゲート電極面を含んでいる。エミッタ電極面及びゲート電極面は、それぞれ金属等の導体で構成されており、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムを含む材料で構成することができる。第２主面２５は、エミッタ電極面からゲート電極面を電気的に絶縁するガードリングを有することが好適である。
【００２０】
サブモジュール２０は、半導体素子２２の第１主面２３のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、且つ金属で構成された導体（以下、第１金属導体と記す）３０を有している。本実施形態において、第１金属導体３０は、第１主面２３に含まれるコレクタ電極面と電気的に接続されている。なお、第１主面２３のうち一部がコレクタ電極面であるものとしても良い。第１金属導体３０は、チップ厚さ方向において、半導体素子２２の一方側（図に矢印Ｔ１で示す）、すなわちコレクタ側に配置されている。
【００２１】
第１金属導体３０の内面３１と、半導体素子２２の第１主面２３との間には、接合材２４が配置される。第１金属導体３０と半導体素子２２は、当該接合材２４により互いに接合される。これにより、半導体素子２２の第１主面２３の少なくとも一部、具体的にはコレクタ電極面は、当該接合材２４を介して第１金属導体３０と電気的に接続される。
【００２２】
また、サブモジュール２０は、半導体素子２２の第２主面２５のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、且つ金属で構成された導体（以下、第２金属導体と記す）５０を有している。本実施形態において、第２金属導体５０は、第２主面２５のうちエミッタ電極面と電気的に接続されている。なお、第２主面２５のうち一部がコレクタ電極面であるものとしても良い。第２金属導体５０は、チップ厚さ方向において半導体素子２２の他方側すなわち第１金属導体３０とは反対側（図に矢印Ｔ２で示す）であり、エミッタ側に配置されている。
【００２３】
第２金属導体５０の内面５１と、半導体素子２２の第２主面２５との間には、接合材２６が配置されている。第２金属導体５０と半導体素子２２は、当該接合材２６により互いに接合される。これにより、半導体素子２２の第２主面２５の少なくとも一部、具体的にはエミッタ電極面は、当該接合材２６を介して第２金属導体５０と電気的に接続される。
【００２４】
サブモジュール２０は、外部からの電気的な接続を提供するために、２つの外面３５，５５を有している。具体的には、サブモジュール２０のうち、第１金属導体３０は、第１外面３５を有し、第２金属導体５０は、第２外面５５を有している。第１外面３５及び第２外面５５は、それぞれサブモジュール２０外に露出する面（いわゆる露出面）である。
【００２５】
本実施形態において、第１外面３５は、コレクタ電極面と電気的に接続されており、第２外面５５は、エミッタ電極面と電気的に接続されている。また、第１外面３５及び第２外面５５は、それぞれ対応する金属部材１３，１５と接合される面（いわゆる接合面）である。すなわち、第１金属導体３０は、第１外面３５を通じてコレクタ側の金属部材１３に電気的に接続され、第２金属導体５０は、第２外面５５を通じてエミッタ側の金属部材１５に電気的に接続される。
【００２６】
本実施形態において、第１外面３５は、第１金属導体３０のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、矢印Ｔ１で示すコレクタ側に配置されている。一方、第２外面５５は、第２金属導体５０のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、矢印Ｔ２で示すエミッタ側Ｔ２に配置されている。第１金属導体３０において第１外面３５と内面３１は、それぞれチップ厚さ方向に垂直な方向に広がっており、互いに平行である。また、第２金属導体５０において第２外面５５と内面５１は、それぞれチップ厚さ方向に垂直な方向に広がっており、互いに平行である。
【００２７】
また、本実施形態において、第２金属導体５０は、内面５１を含む厚さ方向の内側を形成している部分（以下、内側部分と記す）５２と、第２外面５５を含み厚さ方向の外側を形成している部分（以下、外側部分と記す）５４とを有している。内側部分５２は、厚さ方向に垂直な断面の面積が、外側部分５４に比べて小さい部分である。外側部分５４は、半導体素子２２と第２主面２５と厚さ方向に対向する面（以下、対向面と記す）５３を有している。内側部分５２は、外側部分５４の対向面５３から厚さ方向の内側、すなわち半導体素子２２の第２主面２５に向けて突出している部分である。
【００２８】
なお、本実施形態の半導体装置１０は、その内部に２つのサブモジュール２０が配列されており、当該２つのサブモジュール２０は、チップ厚さ方向に垂直な方向のうち所定の方向（以下、幅方向と記し、図３に矢印Ｗで示す）に間隔をあけて配列されている。各サブモジュール２０の第２金属導体５０は、一つの外側部分５４と、当該外側部分５４から突出する２つの内側部分５２を有している。２つの内側部分５２は、チップ厚さ方向及び幅方向のそれぞれに垂直な方向（以下、長手方向と記し、図３に矢印Ｌで示す）に間隔をあけて配列されている。
【００２９】
第１金属導体３０及び第２金属導体５０は、電気伝導性と熱伝導性の双方が高い材料で構成されることが好ましく、当該材料には、例えば、銅や銅合金を用いることができる。第１金属導体３０のチップ厚さ方向の厚さは、４ｍｍ以上であることが好ましい。また、内側部分５２と外側部分５４を含む第２金属導体５０の厚さも、４ｍｍ以上であることが好ましい。なお、第１金属導体３０と第２金属導体５０は、その形状の違いに応じて、線膨張係数が異なる材料で構成するものとしても良い。
【００３０】
なお、上述した接合材２４，２６は、はんだ、導電性接着剤又は銀ペースト等、様々な融点の溶加材（filler metal）を用いることができる。このような溶加材を、例えば、リフロー処理（reflow treatment）により溶融させることにより、半導体素子２２と第１金属導体３０及び第２金属導体５０を、それぞれ接合することができる。
【００３１】
以上のようにして接合された半導体素子２２、第１及び第２金属導体３０，５０、及び接合材２４，２６は、樹脂封止される。すなわち、サブモジュール２０は、上述した半導体素子２２、第１及び第２金属導体３０，５０を樹脂封止（plastic molding）する部分（以下、樹脂部と記す）６０を有している。樹脂部６０は、合成樹脂で構成されており、本実施形態においては熱硬化性樹脂が用いられる。このような熱硬化性樹脂には、例えば、メラミン樹脂を用いることができる。なお、樹脂封止用の型を真空状態にして当該型内に高温の熱硬化性樹脂を注入し、固化させることにより、金属導体３０，５０や半導体素子２２近傍に気泡を残さずに樹脂封止することが可能である。
【００３２】
サブモジュール２０において、第１金属導体３０及び第２金属導体５０は、それぞれ第１外面３５の少なくとも一部と第２外面５５の少なくとも一部がサブモジュール２０外に露出するように熱硬化性樹脂により樹脂封止される。本実施形態においては、第１外面３５の全面と及び第２外面５５の全面が、サブモジュール２０外に露出している。なお、第１外面３５及び第２外面５５のうち少なくとも一方の縁部が、樹脂部６０を形成する樹脂により覆われているものとしても良い。
【００３３】
加えて、サブモジュール２０は、当該樹脂部６０を少なくとも部分的に囲う部材（以下、単に「ケース」と記す）７０を有している。本実施形態においては、ケース７０は、チップ厚さ方向に垂直な方向において樹脂部６０に隣接して配置されている。ケース７０は、当該樹脂部６０のうち、半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０に接していない表面を、少なくとも部分的に覆っている。
【００３４】
本実施形態において、ケース７０は、図３に示すように、樹脂部６０を、その全周に亘って囲っており、略筒状をなしている。ケース７０は、樹脂部６０のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある面（以下、単に「外面」と記す）６６に隣接して配置されており、当該外面６６全体を覆っている。なお、樹脂部６０のうち、第１外面３５に隣接して当該第１外面３５を囲っている面６７と、第２外面５５に隣接して当該第２外面５５を囲っている面６８は、ケース７０により覆われていない。
【００３５】
本実施形態のケース７０は、チップ厚さ方向に垂直な方向において半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０の外側において樹脂部６０に隣接して配置されており、且つチップ厚さ方向に延びている部分（側部分）のみで形成されている。ケース７０は、樹脂部６０を、その全周に亘って囲っている。
【００３６】
ケース７０は、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材（マトリックス）とする複合材料、いわゆるガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）で構成されている。本実施形態において、強化材には、ガラス繊維（ガラス糸）を用いた織物、いわゆるガラスクロスが用いられている。なお、母材としての熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂が用いられている。なお、ケース７０を構成する材料には、様々なものを用いることができる。本実施形態のサブモジュール２０において、ケース７０は、金属で構成されているものとしても良い。
【００３７】
本実施形態において、半導体素子２２の第２主面２５は、ゲート電極面を含んでおり、サブモジュール２０は、ゲート電極面と電気的に接続されたゲート端子２９を有している。ゲート端子２９は、ケース７０を貫通して延びており、その端部がサブモジュール２０外に露出している。ケース７０には、図２及び図４に示すように、ゲート端子２９を通す貫通孔７９が形成されており、当該貫通孔７９の内側をゲート端子２９が通る。
【００３８】
ゲート端子２９は、ボンディングワイヤ８５を介して第２主面２５にあるゲート電極面に電気的に接続されている。なお、ゲート端子２９とボンディングワイヤ８５は、他の金属導体を介して電気的に接続されるものとしても良い。本実施形態において、ゲート端子２９及びボンディングワイヤ８５は、半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０と共に、樹脂部６０により樹脂封止される。
【００３９】
以上に説明したサブモジュール２０は、図１に示すように、半導体装置１０において、２つの金属製の部材（以下、金属部材と記す）１３，１５の間に配置される。本実施形態においては、複数のサブモジュール２０が、２つの金属部材１３，１５の間に配列され、電気的に並列に接続される。具体的には、半導体装置１０は、金属で構成されており、各サブモジュール２０の第１金属導体３０と電気的に接続される部材（以下、第１金属部材と記す）１３と、各サブモジュール２０の第２金属導体５０と電気的に接続される部材（以下、第２金属部材と記す）１５とを有している。
【００４０】
第２金属部材１５は、第１金属部材１３から、所定の方向に間隔をあけて配置されており、本実施形態においては、チップ厚さ方向に間隔をあけて配置されている。第１金属部材１３及び第２金属部材１５は、それぞれ略板状をなしており、チップ厚さ方向に垂直な方向に広がっている。第１金属部材１３のうちチップ厚さ方向の内側にある内面１３ａと、第２金属部材１５のうちチップ厚さ方向の内側にある内面１５ａは、互いに平行である。なお、第１金属部材１３及び第２金属部材１５を構成する材料には、例えば、アルミニウム合金を用いることができる。
【００４１】
なお、半導体装置１０のうち第１及び第２金属部材１３,１５及びこれらの間に形成された内部空間の厚さ方向を、以下に「装置厚さ方向」と記して矢印Ａで示す。本実施形態において、装置厚さ方向Ａは、チップ厚さ方向と一致している。すなわち、第２金属部材１５は、第１金属部材１３から装置厚さ方向Ａに間隔をあけて配置されており、複数のサブモジュール２０は、装置厚さ方向Ａに垂直な方向に間隔をあけて配列されている。当該装置厚さ方向Ａに垂直な方向において、外囲器１７は、複数のサブモジュール２０の外側に配置されており、当該複数のサブモジュール２０を囲っている。各サブモジュール２０のケース７０は、装置厚さ方向Ａに垂直な方向において外囲器１７と対向している。
【００４２】
図１及び図２に示すように、第１金属部材１３の内面１３ａと第１金属導体３０の第１外面３５の間には、接合材１４が配置される。第１金属部材１３と第１金属導体３０は、接合材１４により互いに接合される。同様に、第２金属部材１５の内面１５ａと第２金属導体５０の第２外面５５の間には、接合材１６が配置される。第２金属部材１５と第２金属導体５０は、接合材１６により互いに接合される。これら接合材１４，１６には、はんだ、導電性接着剤又は銀ペースト等の溶加材を用いることができる。なお、接合材１４，１６は、サブモジュール２０内において用いられる接合材２４，２６に比べて融点が低いものを用いることが好適である。
【００４３】
第１金属部材１３と第２金属部材１５は、電気絶縁材料で構成された外囲器１７を介して互いに結合される。すなわち、半導体装置１０は、第１金属部材１３から第２金属部材１５を電気的に絶縁し、且つ第１金属部材１３と第２金属部材１５とを（物理的に）接続する外囲器１７を有している。外囲器１７は、第１金属部材と第２金属部材との間において複数のサブモジュール２０を少なくとも部分的に囲っている。
【００４４】
本実施形態の外囲器１７は、図１及び図３に示すように、チップ厚さ方向と垂直な方向において複数のサブモジュール２０、第１金属部材１３及び第２金属部材１５の外側に配置されており、当該サブモジュール２０、第１及び第２金属部材１３，１５を全周に亘って囲っている。各サブモジュール２０は、外囲器１７、第１金属部材１３及び第２金属部材１５により囲まれた空間（以下、内部空間と記す）１８内に配置されている。本実施形態の内部空間１８は、密閉されている。
【００４５】
各サブモジュール２０は、そのケース７０が、チップ厚さ方向と垂直な方向において、電気絶材料で構成された外囲器１７と対向するように配置されている。複数のサブモジュール２０は、そのケース７０と外囲器１７との間に所定の間隔（空隙）が形成されるように配列されている。すなわちチップ厚さ方向に垂直な方向において、半導体素子２２と外囲器１７との間には、樹脂部６０に加えて、当該樹脂部６０に比べて強度の高いケース７０が配置されている。
【００４６】
本実施形態の半導体装置１０において、各サブモジュール２０の半導体素子２２に大電流が流れると、当該半導体素子２２の近傍においては、ジュール発熱により温度が上昇し、金属が気化したガスが生じて圧力が急激に上昇し、当該圧力上昇に起因して樹脂部６０には、一般的に、半導体素子２２の近傍から、チップ厚さ方向に垂直な方向に進展するき裂が生じる。チップ厚さ方向に垂直な方向すなわちき裂が進展する方向において樹脂部６０の外側には、高強度のケース７０が配置されているため、樹脂部６０のき裂が、外面６６より外側に進展することを抑制することができる。また、当該き裂を通じて金属等が気化したガスが、サブモジュール２０外、特に、チップ厚さ方向に垂直な方向においてケース７０と対向している外囲器１７に向けて噴出されることを防止することができ、電気絶縁材料で構成された外囲器１７に、当該ガスに含まれる金属等が付着して、その電気絶縁性能が損なわれることを抑制することができる。
【００４７】
以上に説明したように半導体装置１０において、サブモジュール２０は、そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第１主面２３及び第２主面２５を有する半導体素子と、第１主面２３のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第１外面３５を有する第１金属導体３０と、第２主面２５のうち少なくとも一部と電気的に接続されてており、第２外面を有する第２金属導体５０とを有する。第１金属導体３０は、チップ厚さ方向において、半導体素子２２の一方側（コレクタ側）に配置されており、第２金属導体５０は、その反対側（エミッタ側）に配置されている。
【００４８】
半導体装置１０は、さらに、第１外面３５の少なくとも一部と第２外面５５の少なくとも一部がそれぞれサブモジュール２０外に露出するように、半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０を樹脂封止する樹脂部６０と、当該樹脂部６０に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケース７０を有するものとした。なお、本実施形態において、樹脂部６０は、第１外面３５体と第２外面５５全体がサブモジュール２０外に露出するように半導体素子２２、金属導体３０，５０及び接合材２４，２６を樹脂封止している。ケース７０は、半導体素子２２、金属導体３０，５０及び接合材２４，２６に接していない面のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある外面６６を全体的に覆っている。
【００４９】
本実施形態によれば、樹脂部６０のき裂が、チップ厚さ方向の外側にある面、すなわち外面６６より外側に進展することを抑制することができる。また、当該き裂を通じて金属等が気化したガスが、サブモジュール２０外に噴出することを抑制することができ、外囲器１７に、当該ガスに含まれる金属等が付着することを抑制することができる。
【００５０】
なお、本実施形態において、第１金属部材１３と第２金属部材１５は、チップ厚さ方向に間隔をあけて配置されており、複数のサブモジュール２０は、チップ厚さ方向と垂直な方向に配列されているものとしたが、本発明に係る半導体装置は、この態様に限定されるものではない。
【００５１】
〔第２実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の半導体装置の断面図である。本実施形態は、チップ厚さ方向が、装置厚さ方向Ａに垂直な方向となるように、サブモジュールが配置されている点で、第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態の半導体装置１０Ｃは、その内部に複数のサブモジュール２０Ｃが配列されており、各サブモジュール２０Ｃは、チップ厚さ方向が、装置厚さ方向Ａに垂直な方向となるように配置されている。すなわち、複数のサブモジュール２０Ｃは、第１金属部材１３、第２金属部材１５及び外囲器１７により囲まれた内部空間１８Ｃにおいて、装置厚さ方向Ａに垂直な方向（すなわちチップ厚さ方向）に間隔をあけて配列されている。
【００５３】
本実施形態において、第１外面３５は、第１金属導体３０のうちチップ厚さ方向に垂直な方向、すなわち装置厚さ方向Ａの外側、具体的には、第１金属部材１３側に配置されている。一方、第２外面５５Ｃは、第２金属導体５０のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、第２金属部材１５側に配置されている。第１金属導体３０において第１外面３５Ｃは、内面３１に垂直な方向に広がっている。同様に、第２金属導体５０において第２外面５５Ｃは、内面５１に垂直な方向に広がっている。
【００５４】
第１金属部材１３の内面１３ａと第１金属導体３０の第１外面３５Ｃの間には、接合材１４ｃが配置される。第１金属部材１３と第１金属導体３０は、当該接合材１４ｃにより互いに接合される。同様に、第２金属部材１５の内面１５ａと第２金属導体５０の第２外面５５Ｃの間には、接合材１６ｃが配置される。これら接合材１４ｃ，１６ｃは、上述した接合材１４，１６と同じ溶加材が用いられる。
【００５５】
本実施形態のケース７０Ｃは、チップ厚さ方向において第１金属導体３０、第２金属導体５０及び樹脂部６０Ｃの外側に配置されており、当該樹脂部６０Ｃに加えて、第１金属導体３０又は第２金属導体５０に隣接して配置されている。ケース７０Ｃは、樹脂部６０Ｃ、第１金属導体３０及び第２金属導体５０を囲っており、略筒状をなしている。
【００５６】
具体的には、ケース７０Ｃは、樹脂部６０Ｃのうちチップ厚さ方向の外側にある面６７Ｃ，６８Ｃを覆っている。なお、樹脂部６０Ｃのうち、第１金属部材１３と対向している面６６ｃと、第２金属部材１５と対向している面６６ｅは、ケース７０により覆われていない。
【００５７】
本実施形態の半導体装置１０Ｃにおいて、各サブモジュール２０の半導体素子２２に大電流が流れると、樹脂部６０Ｃには、半導体素子２２の近傍から、チップ厚さ方向に垂直な方向、すなわち装置厚さ方向Ａに進展するき裂が生じる。このようなき裂を通じて、金属を含むガスが、例えば、第１金属部材１３と対向している面６６ｃから噴出した場合、当該ガスの流れは、第１金属部材１３の内面１３ａに衝突する。また、第２金属部材１５と対向している面６６ｅから噴出した場合、当該ガスは、第２金属部材１５の内面１５ａに衝突する。このようにして、樹脂部６０Ｃに生じたき裂を通じて噴出したガスが、直接、外囲器１７に衝突する可能性を低減することができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。本実施形態は、特にケースの形状が、第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、本実施形態のサブモジュール２０Ｅにおいて、ケース７０Ｅは、樹脂部６０のうち、半導体素子２２、第１金属導体３０、第２金属導体５０及びこれらを接合する接合材２４，２６に接していない表面の全てを覆うように構成されている。ケース７０Ｅは、チップ厚さ方向に垂直な方向において樹脂部６０の外側に配置されており、当該チップ厚さ方向に延びている部分（以下、側部分と記す）７１を有している。側部分７１は、樹脂部６０のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向の外側にある面６６を覆っている。
【００６０】
さらに、ケース７０Ｅは、当該側部分７１の一方の縁から第１外面３５に向けて延びており、第１外面３５上にある空間Ｅ１を囲う部分（以下、第１縁部分と記す）７３と、当該縁部分７３の他方の縁から第２外面５５に向けて延びており、第２外面５５上にある空間Ｅ２を囲う部分（以下、第２縁部分と記す）７５とを有している。第１縁部分７３と第２縁部分７５は、側部分７１を介して結合されている。
【００６１】
第１縁部分７３及び第２縁部分７５は、それぞれ、樹脂部６０のうちチップ厚さ方向の外側にある面６７，６８を覆っている。具体的には、第１縁部分７３は、樹脂部６０のうち第１外面３５に隣接して当該第１外面３５を囲っている面６７を覆っている。一方、第２縁部分７５は、樹脂部６０のうち第２外面５５に隣接して第２外面５５を囲っている面６８を覆っている。第１縁部分７３は、第１外面３５には、接しておらず、第２縁部分７５も、第２外面５５には接していない。
【００６２】
ケース７０Ｅは、例えば、半導体素子２２、第１及び第２金属導体３０，５０、及び樹脂部６０を完全に覆う金属製のケースを製作し、その後、第１外面３５の外側にある部分Ｅ１と、第２外面５５の外側にある部分Ｅ２とを、切削加工等により除去することにより、第１外面３５と第２外面５５とをそれぞれサブモジュール２０外に露出させる。その後、第１外面３５上には、接合材１４が配置されて第１金属導体３０と第１金属部材１３が接合される（図１参照）。同様に、第２外面５５上には、接合材１６が配置されて第２金属導体５０と第２金属部材１５が接合される。なお、ケース７０Ｅは、切削加工が比較的容易な材料で構成することが好ましい。
【００６３】
本実施形態においては、ケース７０Ｅのうち、第１縁部分７３が第１外面３５に接しておらず、また第２縁部分７５が第２外面５５に接していない。このため、ケース７０Ｅを介して第１外面３５と第２外面５５が電気的に接続されることがない。このため、ケース７０Ｅは、切削加工が比較的容易な金属で構成することができる。
【００６４】
本実施形態のサブモジュール２０Ｅによれば、ケース７０Ｅにより樹脂部６０のうち半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０及び接合材２４，２６に接していない表面が、全て覆われているため、樹脂部６０に生じたき裂を通じて金属を含んだガスが、サブモジュール２０外に噴出することを抑制することができる。
【００６５】
なお、本実施形態において、ケース７０Ｅは、金属で構成されているものとしたが、ケース７０Ｅを構成する材料は、これに限定されるものではない。ケース７０Ｅは、側部分７１に加えて、第１外面３５上にある空間Ｅ１を囲う第１縁部分７３と、第２外面５５上にある空間Ｅ２を囲う第２縁部分７５を有する形状を実現できれば、様々な材料で構成することができる。例えば、ケース７０Ｅは、切削加工が比較的容易な合成樹脂により構成することも可能である。
【００６６】
〔第４実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図７及び図８を参照して説明する。図７は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。図８は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの側面図である。なお、第１及び第３実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図７に示すように、本実施形態のサブモジュール２０Ｆにおいて、ケース７０Ｆは、樹脂部６０の外側の面６６を覆う側部分７１に加えて、第１外面３５上であってその縁部３５ｅより内側にある空間Ｆ１を囲う第１縁部分７４と、第２外面５５上であってその縁部５５ｅより内側にある空間Ｆ２を囲う第２縁部分７６を有している。第１縁部分７４及び第２縁部分７６は、それぞれ、樹脂部６０のうちチップ厚さ方向の外側にある面６７，６８を覆っている。
【００６８】
加えて、第１縁部分７４は、樹脂部６０のうち第１外面３５の縁部３５ｅに隣接しており、当該縁部３５ｅも覆っている。同様に、第２縁部分７６は、樹脂部６０のうち第２外面５５の縁部５５ｅに隣接しており、当該縁部５５ｅも覆っている。すなわち、ケース７０Ｆは、樹脂部６０のうち半導体素子２２、第１金属導体３０及び第２金属導体５０及び接合材２４，２６に接していない表面の全てに加えて、第１外面３５の縁部３５ｅ及び第２外面５５の縁部５５ｅも覆っている。
【００６９】
このようにケース７０Ｆは、その第１縁部分７４及び第２縁部分７６が、それぞれ、第１外面３５及び第２外面５５に接しているため、電気絶縁材料で構成される必要がある。本実施形態において、ケース７０Ｆは、電気絶縁性を有する合成樹脂で構成されている。
【００７０】
本実施形態のケース７０Ｆは、例えば、半導体素子２２、第１及び第２金属導体３０，５０、及び樹脂部６０を完全に覆う合成樹脂製のケースを製作し、その後、第１外面３５の縁部３５ｅより内側にある部分Ｆ１と、第２外面５５の縁部５５ｅより外側にある部分Ｆ２とを、切削加工等により除去することにより、第１外面３５のうち縁部３５ｅを除く部分と、第２外面５５のうち縁部５５ｅを除く部分とを、それぞれサブモジュール２０外に露出させる。また、図８に示すように、ケース７０Ｆのうち側部分７１には、ゲート端子２９を通す貫通孔７９を形成し、当該貫通孔７９の内側にゲート端子２９を通す。その後、縁部３５ｅを除く部分、及び縁部５５ｅを除く部分には、それぞれ接合材１４，１６が配置されて、サブモジュール２０Ｆは、第１及び第２金属部材１３，１５に接合される（図１参照）。
【００７１】
本実施形態のサブモジュール２０Ｆによれば、樹脂部６０を覆うケース７０Ｆのうち、第１縁部分７４と第１外面３５との間や、第２縁部分７６と第２外面５５との間から、樹脂部６０に生じたき裂を通じて金属を含むガスがサブモジュール２０外に噴出することを抑制することができる。
【００７２】
〔第５実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図９〜図１１を参照して説明する。図９は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図１１のIX−IX線による断面図である。図１０は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの拡大側面図であり、図９の拡大図である。図１１は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図９に矢印Ｂで示す方向から見た底面図である。なお、第１実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態のサブモジュールは、略直方体状をなしており、図９に示すように、半導体素子２２に第１金属導体３０及び第２金属導体５０が接合されたもの（以下、中間部品と記す）が２つ、チップ厚さ方向に垂直な方向において互いに間隔をあけて配置されており、これら２つの中間部品が一つの樹脂部６０Ｇにより樹脂封止されている。
【００７４】
これら２つの中間部品は、樹脂部６０Ｇのうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において中央にある部分（以下、中央部と記す）６２を介して結合されている。当該方向は、２つの中間部品が配列される方向であり、チップ厚さ方向に垂直な方向である。当該方向を、以下に「配列方向」と記して図に矢印Ｇで示す。なお、樹脂部６０Ｇのうち、配列方向において各中間部品より外側にある２つの端部６４は、中央部６２を介して互いに結合されている。
【００７５】
また、本実施形態においては、第１金属導体３０は、第１外面３５のうち配列方向の内側において当該第１外面３５からチップ厚さ方向の外側（エミッタ側）に突出する電極３７を有している。同様に、第２金属導体５０は、第２外面５５のうち配列方向の内側において当該第２外面５５からチップ厚さ方向の外側（コレクタ側）に突出する電極５７を有している。これら電極３７，５７は、それぞれ第１及び第２金属部材１３，１５に接合される（図１参照）。
【００７６】
本実施形態のサブモジュールは、図９及び図１１に示すように、これら２つの中間部品にそれぞれ対応して２つのケース７０Ｇを有している。各ケース７０Ｇは、六面のうち一面に開口を有する箱状をなしており、本実施形態においては、略直方体状をなしている。ケース７０Ｇは、電気絶縁材料で構成されており、例えば、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材とする複合材料で構成することができる。
【００７７】
ケース７０Ｇは、樹脂部６０Ｇのうち配列方向Ｇの外側の端部６４より外側にある部分（以下、側部分と記す）７２と、当該側部分７２から配列方向の内側に延びている部分（以下、内側延伸部と記す）７７とを有している。内側延伸部７７は、配列方向に垂直な断面が、矩形をなしており、且つ樹脂部６０Ｇのうち端部６４と第１及び第２金属導体３０，５０を囲う部分であり、側部分７２の縁から上述した電極３７，５７まで延びている部分である。内側延伸部７７の配列方向の開口縁７７ｅは、これら電極３７，５７と当接している。
【００７８】
側部分７２は、樹脂部６０Ｇの端部６４のうち配列方向の外側にある外面６６Ｇを覆っている。内側延伸部７７は、端部６４のうち外面６６Ｇから配列方向の内側に向けて延びる側面６７Ｇ，６８Ｇと、これら側面６７Ｇ，６８Ｇにそれぞれ連続して延びている第１外面３５の一部と第２外面５５の一部とを覆っている。
【００７９】
側部分７２は、端部６４のうち配列方向の外側の外面６６Ｇを覆っている。一方、内側延伸部７７は、端部６４のうち外面６６Ｇから配列方向内側に向けて延びる側面６７Ｇ，６８Ｇと、これら側面６７Ｇ，６８Ｇにそれぞれ連続して延びている第１外面３５の一部と第２外面５５の一部とを覆っている。
【００８０】
本実施形態のサブモジュールは、図１１に示すように、２つのケース７０Ｇを接続する部材（以下、接続用部材と記す）８０を有している。接続用部材８０は、配列方向Ｇに延びており、電極３７から及び樹脂部６０の中央部６２から配列方向Ｇに垂直な方向に間隔をあけて延びている。接続用部材８０のうち配列方向Ｇの２つの端部８２は、それぞれ内側延伸部７７の外面７７ｃに結合されている。すなわち、２つのケース７０Ｇは、当該接続用部材８０により互いに結合されている。
【００８１】
本実施形態によれば、半導体素子２２に第１金属導体３０及び第２金属導体５０が接合された中間部品が樹脂部６０Ｇにより樹脂封止されたものに、箱状のケース７０Ｇを取り付ける、サブモジュールを構成することができる。本実施形態のように、２つの中間部品が一つの樹脂部６０Ｇにより樹脂封止されている場合には、当該中間部品の配列方向Ｇの外側にある２つの端部に、それぞれケース７０Ｇを取り付けることにより、樹脂部６０Ｇのうちチップ厚さ方向に垂直な方向の外側にある外面６６Ｇがケース７０Ｇにより覆われたサブモジュールを実現することができる。
【００８２】
〔第６実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態の半導体装置の断面図である。なお、第１実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図１２に示すように、本実施形態の半導体装置１０Ｈは、サブモジュール２０からの熱を外部に放散するための部材（以下、放熱用部材と記す）９０，９５が、設けられている。２つの放熱用部材９０，９５は、それぞれ対応する第１金属部材１３及び第２金属部材１５に結合されている。具体的には、半導体装置１０Ｈは、サブモジュール２０から第１金属部材１３に伝達された熱を外部に放散する第１放熱用部材９０と、サブモジュール２０から第２金属部材１５に伝達された熱を外部に放散する第２放熱用部材９５とを、有している。
【００８４】
本実施形態において、第１放熱用部材９０は、装置厚さ方向Ａにおいて第１金属部材１３の外側、すなわちエミッタ側に配置されている。第１放熱用部材９０は、略板状をなしており且つ第１金属部材１３の外面１３ｃに沿って広がる部分（以下、板状部分と記す）９２と、当該板状部分９２から装置厚さ方向Ａの外側に突出しているフィン９４とを有している。
【００８５】
第２放熱用部材９５は、装置厚さ方向Ａにおいて第２金属部材１５の外側、すなわちコレクタ側に配置されている。第２放熱用部材９５は、略板状をなしており且つ第２金属部材１５の外面１５ｃに沿って広がる板状部分９７と、当該板状部分９７から装置厚さ方向Ａの外側に突出しているフィン９９とを有している。
【００８６】
本実施形態の半導体装置１０Ｈは、これら放熱用部材９０，９５を備えることにより、サブモジュール２０から第１及び第２金属部材１３，１５に伝達された熱を、当該半導体装置１０外に良好に放散することができる。なお、半導体装置１０Ｈは、フィン９４，９９が形成された外面を覆い、且つ当該外面との間に冷却液が流れる通路を形成するジャケットを、さらに有するものとしても良い。
【００８７】
また、本実施形態の半導体装置１０Ｈにおいて、複数のサブモジュール２０は、外囲器１７、第１金属部材１３及び第２金属部材１５により囲まれて密閉された内部空間１９内に配置されている。当該内部空間１９内には、電気絶縁性物質が充填されており、本実施形態においては、シリコンゲルが充填されている。なお、内部空間１９内には、電気絶縁性物質として、熱硬化性樹脂が充填されているものとしても良い。これにより、半導体素子２２に大電流が流れてサブモジュール２０外に金属を含むガスが噴出した場合であっても、当該ガスに含まれる金属が、外囲器１７、第１金属部材１３又は第２金属部材１５に付着することを抑制することができ、半導体装置１０内における所望の電気絶縁性能を確保することができる。また、内部空間１９内に配置されたサブモジュール２０等の構成部品の酸化を防止することも可能である。
【００８８】
なお、本実施形態においては、第１金属部材１３及び第２金属部材１５のそれぞれに対応して第１放熱用部材９０及び第２放熱用部材９５が設けられているものとしたが、本発明に係る放熱用部材を備えた半導体装置は、この態様に限定されるものではない。放熱用部材は、第１及び第２金属部材１３，１５のうちいずれか一方にのみに設けられるものとしても良い。
【００８９】
なお、本実施形態の半導体装置１０Ｈにおいて、サブモジュール２０は、半導体素子２２のチップ厚さ方向が、装置厚さ方向Ａと一致するように配置されるものとしたが、本発明に係る半導体装置は、この態様に限定されるものではない。例えば、図１３に示す変形例の半導体装置１０Ｋのように、サブモジュール２０Ｃは、半導体素子２２のチップ厚さ方向が、装置厚さ方向Ａに垂直な方向となるように配置されるものとすることも好適である。
【００９０】
[他の実施形態]
【００９１】
上述した実施形態において、サブモジュール２０内にある半導体素子２２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を形成するものであり、第１主面２３は、コレクタ電極面（図示せず）を含み、第２主面２５は、エミッタ電極面（図示せず）と、ゲート電極面（図示せず）と、エミッタ電極面（図示せず）からゲート電極面（図示せず）を電気的に絶縁するガードリングとを含むものとしたが、本発明に係る半導体素子は、この態様に限定されるものではない。半導体素子の第１主面及び第２主面は、それぞれ第１金属導体及び第２金属導体に電気的に接続されており、且つ金属で構成されて電極面を有していれば良い。
【００９２】
例えば、半導体素子が、ファスト・リカバリ・ダイオード（ＦＲＤ：Fast Recovery Diode）等のダイオードを形成するものとしても良い。この場合、第１主面は、本実施形態と同様に、コレクタ電極面を含み、第２主面は、エミッタ電極面を含み、且つゲート電極面を含んでおらず、当該半導体素子が内部に配置されたサブモジュールは、ゲート端子を有していないものとすることができる。本発明に係る第１主面及び第２主面のうち一方は、コレクタ電極面に代えて、アノード電極面やドレイン電極面を含むものとしても良い。また、エミッタ電極面に代えて、カソード電極面やソース電極面を含むものとしても良い。
【００９３】
また、本発明に係る半導体装置内に配列されている複数の半導体素子は、全て同一種類のものでなくとも良い。本発明に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を形成する半導体素子と、ＦＲＤ等のダイオードを形成する半導体素子が、混在して配列されているものとしても良い。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１０，１０Ｃ，１０Ｈ，１０Ｋ：半導体装置、１３：第１金属部材（金属部材）、１３ａ：内面、１３ｃ：外面、１４，１４ｃ：接合材、１５：第２金属部材（金属部材）、１５ａ：内面、１５ｃ：外面、１６，１６ｃ：接合材、１７：外囲器、１８，１８Ｃ：内部空間、１９：ゲル（内部空間）２０，２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｆ：サブモジュール、２２，２２Ｃ：半導体素子、２３：第１主面、２４：接合材、２５：第２主面、２６：接合材、２９：ゲート端子、３０：第１金属導体（金属導体）、３１：内面、３５，３５Ｃ：第１外面、３５ｅ：縁部、３７：電極、５０：第２金属導体（金属導体）、５１：内面、５２：内側部分、５３：対向面、５４：外側部分、５５：第２外面、５５Ｃ：第２外面、５５ｅ：縁部、５７：電極、６０，６０Ｃ，６０Ｇ：樹脂部、６２：中央部（樹脂部）、６４：端部（樹脂部）、６６，６６Ｇ：外面、６６ｃ，６６ｅ：面、６７，６７Ｃ，６７Ｇ：側面、６８，６８Ｃ，６８Ｇ：側面、７０，７０Ｃ，７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ：ケース、７１，７２：側部分、７３，７４：第１縁部分（縁部分）、７５，７６：第２縁部分（縁部分）、７６：第２縁部分、７７：内側延伸部、７７ｃ：外面、７７ｅ：開口縁、７９：貫通孔、８０：接続用部材、８２：端部、８５：ボンディングワイヤ、９０：第１放熱用部材（放熱用部材）、９２：板状部分、９４：フィン、９５：第２放熱用部材（放熱用部材）、９７：板状部分、９９：フィン
【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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