(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子が実装される配線部材と、
前記配線部材が配置される絶縁層と、
前記絶縁層の前記半導体素子が実装された側の面と反対面に設けられた導体層と、
前記配線部材の一部及び前記導体層の一方の面が露出するように、前記半導体素子、前記配線部材、前記絶縁層及び前記導体層を封止する封止材と、
前記導体層の前記封止材から露出された面に設けられた絶縁粘性体と、
前記絶縁粘性体を介して前記導体層と離間して設けられた放熱部材と、
前記絶縁粘性体が設けられた領域の一部で、前記導体層及び前記放熱部材のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方に離間して設けられた導電突起部と
を備え、
前記導電突起部と、前記導電突起部と離間する前記導体層及び前記放熱部材のいずれか一方との間の前記絶縁粘性体は、定格電圧以下では部分放電を発生せず、前記定格電圧より大きい絶縁耐圧試験電圧以上の電圧が印加された場合に部分放電を発生し、前記導電突起部が設けられていない前記導体層と前記放熱部材との間の前記絶縁粘性体は、前記絶縁耐圧試験電圧以下の電圧が印加された場合に部分放電を発生しないことを特徴とする
半導体装置。
【請求項２】
前記導電突起部は、前記導体層及び前記放熱部材のいずれ一方から他方に向かって先細った形状であ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】
前記導電突起部は、前記放熱部材又は前記導体層の一部であ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】
前記半導体素子から前記導電突起部までの最短距離は、前記半導体素子から前記放熱部材に向かう厚み方向の最短距離よりも、前記厚み方向と直交する幅方向の最短距離の方が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子と、
前記半導体素子が実装される配線部材と、
前記配線部材が配置される絶縁層と、
前記絶縁層の前記半導体素子が実装された側の面と反対面に設けられた導体層と、
前記配線部材の一部及び前記導体層の一方の面が露出するように、前記半導体素子、前記配線部材、前記絶縁層及び前記導体層を封止する封止材と、
前記導体層の前記封止材から露出された面の一部に空隙部を有するように設けられた絶縁粘性体と、
前記絶縁粘性体を介して前記導体層と離間して設けられた放熱部材と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子から前記空隙部までの最短距離は、前記半導体素子から前記放熱部材に向かう厚み方向の最短距離よりも、前記厚み方向と直交する幅方向の最短距離の方が大きいことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導体層と前記放熱部材との間の距離を規制する絶縁性のスペーサー部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記放熱部材と、前記絶縁層、前記導体層及び前記封止材とを固定し、前記封止材で絶縁されたネジを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱部材を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は、多機能化、高出力化及び小型化の傾向にある。これに伴い、半導体装置に実装される半導体素子の単位体積当たりの発熱量が大きく上昇しており、放熱性を確保することが重要となっている。放熱性を確保するための手段として、半導体装置には一般的に、底面に金属箔等の導体層が設けられ、導体層を介してヒートシンクなどの放熱部材が取り付けられている。また導体層と放熱部材との間には、接触面の熱抵抗を抑制するために、例えばグリスなどの高熱伝導の粘性体が塗布される。このような粘性体は、周囲の電子部品に付着して短絡などが生じるのを防止するため、絶縁性であることが好ましい。しかし、絶縁性の粘性体（以下、絶縁粘性体という）を用いた場合、導体層と放熱部材との間に電位差が生じることになる。また絶縁粘性体は内部に微小な気泡が散在されているため、絶縁耐圧試験などを行う際に高電圧が印加されると、散在された気泡で部分放電が発生し、絶縁粘性体全体が劣化することが懸念される。【０００３】
そこで、導体層と放熱部材とを電気的に接続して同電位とし、絶縁粘性体に電界がかからないようにする手法が考案されている。例えば特許文献１では、半導体実装体の放熱面が、粘性体としての電気絶縁性のグリスを介して冷却手段に接触し、放熱面が、封止材における冷却手段との対向面よりも冷却手段側に突出した面として構成され、突出した放熱面を、グリスを介して冷却手段に押し当てることで、導体層と冷却手段との電気的接続がなされている。また、特許文献２では、金属製ブッシュを介してケースおよび放熱ベース板を貫通する雄ねじにより放熱ベース板の下面に放熱フィンをねじ止めすることによってブッシュの導電を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３３８７２号公報
【特許文献２】特開２００２−４３４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、導体層及び放熱部材を電気的に接続するのに、互いに接触させたり、導電性の部材を間に設けてそれぞれ接触させたりすると、半導体素子が発生する熱により導体層及び放熱部材に繰り返し温度変化がかかり、互いの熱膨張差によって接触させた箇所に応力が集中し、絶縁層が損壊する恐れがある。【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あり、絶縁層の損壊を抑制しつつ、導体層と放熱部材の間に設けられた絶縁粘性体全体が劣化するのを抑制す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】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が実装される配線部材と、配線部材が配置される絶縁層と、絶縁層の半導体素子が実装された側の面と反対面に設けられた導体層と、配線部材の一部及び導体層の一方の面が露出するように、半導体素子、配線部材、絶縁層及び導体層を封止する封止材と、導体層の封止材から露出された面に設けられた絶縁粘性体と、絶縁粘性体を介して導体層と離間して設けられた放熱部材と、絶縁粘性体が設けられた領域の一部で、導体層及び放熱部材のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方に離間して設けられた導電突起部とを備え、前記導電突起部と、前記導電突起部と離間する前記導体層及び前記放熱部材のいずれか一方との間の前記絶縁粘性体は、定格電圧以下では部分放電を発生せず、前記定格電圧より大きい絶縁耐圧試験電圧以上の電圧が印加された場合に部分放電を発生し、前記導電突起部が設けられていない前記導体層と前記放熱部材との間の前記絶縁粘性体は、前記絶縁耐圧試験電圧以下の電圧が印加された場合に部分放電を発生しないことを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が実装される配線部材と、配線部材が配置される絶縁層と、絶縁層の半導体素子が実装された側の面と反対面に設けられた導体層と、配線部材の一部及び導体層の一方の面が露出するように、半導体素子、配線部材、絶縁層及び導体層を封止する封止材と、導体層の封止材から露出された面の一部に空隙部を有するように設けられた絶縁粘性体と、絶縁粘性体を介して導体層と離間して設けられた放熱部材とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る半導体装置によれば、絶縁粘性体が設けられた領域の一部に導電突起部又は空隙部を設けることで、導電突起部又は空隙部に電界が集中し、局所的に部分放電が生じやすくなるため、絶縁粘性体全体が劣化するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体装置を図面に基づいて説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。また、図２、図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＡＡ’線に沿った断面図、図３は、図１のＢＢ’線に沿った断面図を示す。以下では、半導体装置の厚み方向である第１方向を矢印Ｚで示し、この半導体装置の幅方向である第２方向を矢印Ｙで示し、第１方向及び第２方向の双方と直交する第３方向を矢印Ｘで示すものとする。
【００１３】
図１、図２に示すように、半導体装置１００は、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５及び封止材６を備える。半導体素子１、配線部材２、絶縁層３及び導体層４は、配線部材２の一部と、導体層４の一方の面とが露出するように、封止材６で封止されている。放熱部材５は、導体層４の封止材６から露出された面に、絶縁粘性体７を介して取り付けられている。
【００１４】
半導体素子１は、裏面電極が半田（図示せず）などを介して配線部材２に実装されている。半導体素子１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やダイオードなどである。配線部材２は、例えばリードフレームである。配線部材２は、例えば銅板や鋼板が所定の形状に打ち抜かれ、回路パターンを形成している。配線部材２は、封止材６に内包されたインナーリード２ａと、封止材６から露出されて外部の配線と接続可能なアウターリード２ｂとを有する。配線部材２と半導体素子１の表面電極との間や配線部材２同士は、ワイヤ８により電気的に接続される。ワイヤ８は、例えばアルミニウム線などである。
【００１５】
配線部材２は、絶縁層３上に配置されている。絶縁層３の半導体素子１が設けられた側の面の反対面には、導体層４が設けられている。ここで絶縁層３は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に熱伝導性の高い無機粉末フィラーが充填されたものが用いられている。また導体層４は、例えば銅やアルミニウムなどの金属箔や金属板である。
【００１６】
導体層４の封止材６から露出した面には、絶縁粘性体７を介して導体層４から離間して放熱部材５が設けられている。放熱部材５は、例えば複数のフィンが配列されたヒートシンクであり、銅やアルミニウムなど熱伝導率の高い導電性材料で形成されている。絶縁粘性体７は、導体層４と放熱部材５の隙間を埋めるように塗布され、熱抵抗を小さくしている。また絶縁粘性体７は、導体層４と放熱部材５とが互いに直接接触しないように設けられ、導体層４と放熱部材５との熱膨張差で膨張や収縮が生じて絶縁層３にクラックなどの欠陥が生じるのを防いでいる。また絶縁粘性体７は、熱収縮により半導体装置１００の外部に排出され、周囲の電子部品に付着して短絡するのを防止するために、電気的な絶縁性を有している。絶縁粘性体７は、例えば高熱伝導のグリス、接着剤、ペーストである。
【００１７】
封止材６は、封止した部材間の絶縁性を確保するとともに、半導体装置１００のケースとして機能する。封止材６は、例えば金型を用いてトランスファモールド成型によって形成される。その他、封止材６の成形方法として、例えば射出成形、コンプレッション成形等を用いることができる。また、封止材６は、例えば、充填材を含有したエポキシ樹脂、フェノール樹脂等である。
【００１８】
図３に示すように、半導体装置１００は、例えば中央部にネジ９が挿入され、放熱部材５を固定している。封止材６、絶縁層３、導体層４には、それぞれネジ９が貫通する貫通孔が形成され、放熱部材５には、ネジ９と螺合するネジ孔が設けられている。ネジ９は、封止材６で側面が覆われ、導体層４と放熱部材５とが電気的に接続しないように設けられる。このように、半導体装置１００の中央部に挿入されたネジ９により放熱部材５が固定される場合、半導体装置１００の中央部から外側に向かって反りが生じ、導体層４と放熱部材５との間隔が広くなる。絶縁粘性体７は、この導体層４と放熱部材５との間隔を埋める必要があるため、絶縁粘性体７の厚みが大きくなる。図３では、ネジ９が一箇所に設けられた例を示したが、ネジ９は、二箇所以上に設けられてもよい。また、放熱部材５側から封止材６側に向かってネジ止めされてもよい。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を説明するための説明図である。図４に示すように、半導体装置１００に電圧が印加されると、半導体素子１が実装される配線部材２は、絶縁層３によって絶縁性が確保され、高電位Ｖａを持つ。また導体層４は、絶縁層３及び絶縁粘性体７によって電気的に絶縁され、浮き電極として振る舞い、中間の電位Ｖｂを持つ。ここで、放熱部材５は接地されているとする。
【００２０】
絶縁層３及び絶縁粘性体７は、コンデンサとして機能する。電位差ΔＶａ及び電位差ΔＶｂは、絶縁層３の厚みＨｊ及び絶縁粘性体７の厚みＨｋ、材料特性などによって変化する。例えば、絶縁層３の厚みＨｊに対して絶縁粘性体７の厚みＨｋが大きくなるほど電位差ΔＶｂは増加する。絶縁層３の厚みＨｊは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下であり、絶縁粘性体７の厚みＨｋは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００２１】
半導体装置１００では、通常、絶縁層３の耐電圧を検査するために絶縁耐圧試験が実施される。絶縁耐圧試験では、安全規格（ＩＥＣ６０９５０など）の規格値に準拠すると、半導体素子１の定格電圧の２倍に１ｋＶを加算した値の電圧を、交流の６０Ｈｚで１分間印加して絶縁層３の絶縁破壊の有無を検査する。絶縁耐圧試験で印加される電圧は、例えば３ｋＶ程度であり、例えば、配線部材２のアウターリード２ｂと放熱部材５との間に印加される。以下では、絶縁耐圧試験で印加される電圧を絶縁耐圧試験電圧と記す。このような絶縁耐圧試験において、封止材６は、破壊電界が１００ｋＶ／ｍｍ程度と高いため部分放電を発生しないが、絶縁粘性体７は、電位差ΔＶｂがかかり、さらに内部に微小な気泡が散在するため、気泡中に電界が集中して部分放電が発生する。またネジ止めにより、反りが発生するような半導体装置１００の場合、絶縁粘性体７は、絶縁層３と同程度の厚みとなるため、さらに部分放電が生じやすくなる。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、図２の破線Ｐ部を拡大した概略構成図である。図５に示すように、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部には、導体層４及び放熱部材５のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方と離間した導電突起部１０が設けられる。導電突起部１０は、例えば金属などの導電性材料で形成されている。
【００２３】
導電突起部１０は、例えば図５（ａ）に示すように、導体層４から放熱部材５に向かって突出するように設けられる。このとき、導電突起部１０は、導体層４とは接し、放熱部材５とは絶縁粘性体７を介して離間している。また導電突起部１０は、例えば図５（ｂ）に示すように、放熱部材５から導体層４に向かって突出するように設けられてもよい。このとき、導電突起部１０は、放熱部材５とは接し、導体層４とは絶縁粘性体７を介して離間している。
【００２４】
絶縁粘性体７は、絶縁信頼性を確保するために、半導体素子１の定格電圧以下の電圧が印加されたときすべての領域で部分放電が生じないように形成されている。また、導電突起部１０が設けられていない位置での絶縁粘性体７では、絶縁耐圧試験電圧が印加されても部分放電が生じないように形成されている。一方、導電突起部１０と、導電突起部１０から離間した導体層４及び放熱部材５のいずれか一方との間における絶縁粘性体７は、導電突起部１０に電界が集中し、定格電圧より大きい絶縁耐圧試験電圧以上で部分放電が生じる。ここで、導電突起部１０と、導電突起部１０から離間した導体層４及び放熱部材５のいずれか一方との間における絶縁粘性体７は、少なくとも絶縁耐圧試験電圧以上で部分放電が生じればよく、定格電圧より大きく、絶縁耐圧試験電圧より小さい電圧範囲で部分放電が生じてもよい。また、絶縁耐圧試験電圧は、例えばメーカーが提示する半導体装置１００の絶縁耐圧の値であってもよい。
【００２５】
このように、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部で、導体層４及び放熱部材５のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方と離間して導電突起部１０が設けられることで、絶縁耐圧試験などで高電圧が印加された場合、導電突起部１０に電界が集中し、導電突起部１０と、導体層４及び放熱部材５のいずれか一方との間の絶縁粘性体７で部分放電が生じ、その他の部分の絶縁粘性体７では部分放電が生じるのを抑制する。これにより、絶縁粘性体７の劣化を最小限に抑えることができる。
【００２６】
導電突起部１０の厚みＨｃ及び形状は、定格電圧、絶縁層３の厚みＨｊ及び絶縁粘性体７の厚みＨｋ、材料特性などに応じて設計される。図６は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。図６に示すように、導電突起部１０は、例えば先端が球状であり、一様な電界を形成するとする。このとき、導電突起部１０の厚みＨｃは、定格電圧が印加された場合、導電突起部１０と、導体層４及び放熱部材５いずれか一方との間における絶縁粘性体７の電界が３ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下となる厚みであると好ましい。３ｋＶｒｍｓ／ｍｍは、１気圧の空気の絶縁破壊電界であるため、導電突起部１０の厚みＨｃをこのように設計することで、定格電圧以下の駆動電圧で運転される通常時に部分放電が生じるのを抑制することができる。
【００２７】
導電突起部１０は、図５に示すように、導体層４及び放熱部材５のいずれ一方から、他方に向かって先細ったテーパ形状であることが好ましい。このような形状とすることで、導電突起部１０の先端部に電界が集中し、高電圧が印加された場合に部分放電を生じやすくする。
【００２８】
また導電突起部１０は、図７に示すように、先端が平坦な形状であってもよい。先端が平坦な形状であっても角部１０ａで電界が集中し、局所的に部分放電が生じるため、絶縁粘性体７全体が劣化するのを抑制することができる。
【００２９】
また導電突起部１０は、導体層４又は放熱部材５の一部であってもよい。図８（ａ）に示すように、例えば導体層４は、放熱部材５側の面の一部に導電突起部１０を有し、導電突起部１０は、放熱部材５に向かって突出し、放熱部材５と絶縁粘性体７を介して離間している。また図８（ｂ）に示すように、例えば放熱部材５は、導体層４側の面の一部に導電突起部１０を有し、導電突起部１０は、導体層４に向かって突出し、絶縁粘性体７を介して導体層４と離間している。
【００３０】
上述のとおり、本実施の形態に係る半導体装置１００は、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部で、導体層４及び放熱部材５のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方と離間した導電突起部１０を備える。これにより導電突起部１０に電界集中し、導電突起部１０が設けられた位置における絶縁粘性体７で部分放電が生じることにより、絶縁粘性体７全体に部分放電が生じることなく、絶縁粘性体７の劣化を最小限に抑えることができる。
【００３１】
また導電突起部１０を絶縁粘性体７の面方向の所定位置に配置することで、放電発生個所を適切な箇所に設定することができる。また部分放電によって絶縁粘性体７が炭化すると、導体層４から絶縁粘性体７を介して放熱部材５に向かう導通経路ができ、半導体装置１００の導体層４と放熱部材５とが電気的に接続されて部分放電が消滅するため、絶縁信頼性を確保することができる。また、導電突起部１０は、導体層４及び放熱部材５の一方と離間しているため、半導体素子１が発熱して繰り返し温度変化がかかり、半導体装置１００の部材間の熱膨張差により膨張や収縮が生じても、絶縁層３が損壊されることなく、絶縁信頼性を確保することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１では、絶縁粘性体７に導電突起部１０を設けていたのに対し、本実施の形態に係る半導体装置１００は、絶縁粘性体７に空隙部１１を設けている。以下では、実施の形態１と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３３】
図９に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１００は、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５及び封止材６を備える。放熱部材５側の面から順に導体層４と絶縁層３とが積層されている。導体層４と放熱部材５との間には、絶縁粘性体７が設けられている。
【００３４】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成を示す断面図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、図９の破線Ｑ部を拡大した概略構成図である。図１０に示すように、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部に空隙部１１が設けられる。空隙部１１は、絶縁粘性体７内部に散在する気泡よりも大きく形成される。例えば絶縁粘性体７内部に散在する気泡が最大直径５ｍｍ程度である場合、絶縁粘性体７はそれよりも十分に大きくなるように形成される。
【００３５】
空隙部１１は、例えば図１０（ａ）に示すように、導体層４側に設けられる。このとき、空隙部１１は、絶縁粘性体７を介して放熱部材５と離間している。また空隙部１１は、例えば図１０（ｂ）に示すように、放熱部材５側に設けられてもよい。このとき、空隙部１１は、絶縁粘性体７を介して導体層４と離間している。また図１０（ｃ）に示すように、空隙部１１は、導体層４及び放熱部材５の双方から離間し、絶縁粘性体７に内包されていてもよい。このように、絶縁粘性体７に設けられた空隙部１１では、絶縁耐圧試験などで高電圧が印加されることにより部分放電が生じる。
【００３６】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の一例を示す概略構成図である。図１１に示すように、空隙部１１は、導体層４と放熱部材５との間に貫通して設けられてもよい。このように、空隙部１１が導体層４と放熱部材５との間に貫通して設けられていても、空隙部１１で部分放電が生じる。
【００３７】
空隙部１１は、絶縁粘性体７の塗布時に空隙部１１を設けたい位置の塗布量を減らすことで設けることができる。例えば、多点塗布で絶縁粘性体７が塗布される場合、空隙部１１を設ける位置の塗布点数を減らすことで空隙部１１を設けることができる。
【００３８】
上述のとおり、本実施の形態では、絶縁粘性体７に空隙部１１を設けることで、高電圧が印加された場合、空隙部１１で部分放電が生じることになる。そのため、絶縁粘性体７全体で部分放電が生じることなく、絶縁粘性体７の劣化を最小限に抑えることが可能である。さらに本実施の形態では、絶縁粘性体７の塗布量、塗布点数を減らすという簡単な工程により、絶縁粘性体７の所定位置に空隙部１１を形成でき、放電発生個所を適切な箇所に設定することができる。また部分放電によって絶縁粘性体７の導通経路ができると半導体装置１００の導体層４と放熱部材５とが電気的に接続され、部分放電が消滅するため、絶縁信頼性を確保することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を説明するための説明図である。以下では、実施の形態１、２と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００４０】
本実施の形態に係る半導体装置１００は、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５及び封止材６を備える。放熱部材５側の面から順に導体層４と絶縁層３とが積層されている。導体層４と放熱部材５との間には、絶縁粘性体７が設けられている。絶縁粘性体７が設けられた領域の一部には、導電突起部１０が導体層４及び放熱部材５のいずれか一方の面から他方の面に向かって突出し、他方の面と離間して設けられている。
【００４１】
図１２に示すように、半導体素子１から導電突起部１０までの厚み方向（Ｚ方向）の最短距離をｔとする。ここで最短距離ｔとは、半導体素子１の配線部材２側の面から、導電突起部１０が設けられた導体層４及び放熱部材５のいずれか一方の面までの距離である。また、厚み方向と直交する半導体装置１００の幅方向（Ｙ方向）における半導体素子１と導電突起部１０との最短距離をｄとする。ここで最短距離ｄは、半導体素子１の幅方向に垂直な面から、導電突起部１０の中心位置までの距離である。このとき、半導体装置１００の幅方向における半導体素子１と導電突起部１０との最短距離ｄは、半導体装置１００の厚み方向における半導体素子１と導電突起部１０との最短距離ｔより大きい。
【００４２】
図１２では、半導体装置１００に導電突起部１０が設けられた例を示したが、導電突起部１０の代わりに空隙部１１であってもよい。空隙部１１の場合でも同様に、半導体素子１から空隙部１１までの最短距離は、半導体素子１から放熱部材５に向かう厚み方向の最短距離よりも、厚み方向と直交する幅方向の最短距離の方が大きい。
【００４３】
上述のとおり、本実施の形態では、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部に、導電突起部１０又は空隙部１１が設けられることで、局所的に部分放電を発生させることができ、絶縁粘性体７全体が劣化することを抑制することができる。
【００４４】
さらに本実施の形態では、半導体素子１から導電突起部１０又は空隙部１１までの最短距離が、半導体装置１００の厚み方向における最短距離ｔよりも幅方向における最短距離ｄの方が大きい。すなわち、導電突起部１０又は空隙部１１を、発熱源である半導体素子１から熱拡散によって熱が到達し、放熱性に大きく寄与する範囲から離間させている。これにより、導電突起部１０又は空隙部１１が設けられた位置で部分放電が発生し、絶縁粘性体７が劣化した場合でも、放熱性への影響を抑制することができる。
【００４５】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図１４は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の一部を拡大した概略構成図である。図１４は、図１３の破線Ｒ部を拡大した概略構成図である。以下では、実施の形態１から３と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００４６】
本実施の形態に係る半導体装置１００は、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５及び封止材６を備える。放熱部材５側の面から順に導体層４と絶縁層３とが積層されている。導体層４と放熱部材５との間には、絶縁粘性体７が設けられている。絶縁粘性体７が設けられた領域の一部には、導電突起部１０が導体層４及び放熱部材５のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方と離間して設けられている。また、導電突起部１０のかわりに空隙部１１が設けられていてもよい。
【００４７】
図１３、図１４に示すように、本実施の形態では、封止材６は、絶縁層３及び導体層４を貫通し、絶縁粘性体７を介さずに放熱部材５に接するスペーサー部６ａを有している。スペーサー部６ａは、導体層４と放熱部材５との距離を規制し、導電突起部１０と、離間して設けられた導体層４及び放熱部材５のいずれか一方との距離を確保する。
【００４８】
半導体装置１００の中央部にネジ９が挿入されている場合、スペーサー部６ａは、ネジ９の位置近傍の半導体装置１００の中央部に設けられることが好ましい。例えば、図１３、１４に示すように、封止材６のスペーサー部６ａは、ネジ９が貫通される貫通孔の周囲で放熱部材５に接する。これにより、ネジ止めにより半導体装置１００が中央部から外側に向かって反りが生じた場合、スペーサー部６ａで押し付けられて絶縁層３が損壊する恐れを低減することができる。
【００４９】
上述のとおり、本実施の形態では、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部に、導電突起部１０又は空隙部１１が設けられることで、局所的に部分放電を発生させることができ、絶縁粘性体７全体が劣化することを抑制することができる。
【００５０】
さらに本実施の形態では、スペーサー部６ａを設けることで、導体層４と放熱部材５との距離が絶縁粘性体７による変形により、スペーサー部６ａにより規制される距離よりも接近することを防ぐことができる。これにより、半導体装置１００に反りが生じた場合により導電突起部１０が導体層４と放熱部材５の双方と直接接触し、絶縁層３が損壊する恐れを低減することができる。また、空隙部１１が押しつぶされ、導体層４と放熱部材５とが直接接触し、互いの熱膨張差により絶縁層３が損壊する恐れを低減することができる。
【００５１】
なお、図１５に示すように、導体層４と放熱部材５との距離を規制するものであればよく、封止材６と別体にスペーサー部１２を設けてもよい。スペーサー部１２は、絶縁性の材料で構成される。スペーサー部１２を封止材６と別体とすることで、導電突起部１０又は空隙部１１が設けられる位置に応じて、スペーサー部１２の配置を適宜設定できる。
【００５２】
実施の形態５．
図１６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。以下では、実施の形態１から４と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。実施の形態１から４では、配線部材２としてリードフレームを備え、封止材６がケースとして機能する半導体装置１００を示したが、本実施の形態では、配線部材２として導電パターンが形成され、ケース２０内に封止材６が充填される。
【００５３】
図１６に示すように、半導体装置１００は、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５、封止材６及びケース２０を備える。絶縁層３は、例えば窒化アルミなどのセラミックで形成された絶縁基板である。絶縁層３の両面には、配線部材２として主回路を形成する導電パターンが形成されている。導電パターンは、例えば銅などで形成されている。ケース２０は、絶縁層３を底面として、外周を取り囲んでいる。ケース２０の上面からは、半導体装置１００の外部と接続する接続端子２ｃが突出している。ケース２０内には、例えばシリコーンゲルやエポキシ樹脂などの封止材６が充填されており、封止材６が半導体素子１や配線部材２などを覆っている。
【００５４】
絶縁層３の配線部材２が設けられた側の面の反対面には、導体層４が設けられている。導体層４の絶縁層３側の面の反対面は、絶縁粘性体７を介して放熱部材５が設けられている。絶縁粘性体７の一部には、導電突起部１０が導体層４及び放熱部材５のいずれか一方の面から他方の面に向かって突出し、他方の面と離間して設けられている。また絶縁粘性体７には、導電突起部１０のかわりに空隙部１１が設けられていてもよい。
【００５５】
このように、ケース２０を用いた半導体装置１００であっても、絶縁粘性体７が設けられた領域の一部に導電突起部１０又は空隙部１１を設けることで、部分放電を局所的に発生させることができ、絶縁粘性体７全体が劣化するのを抑制することができる。
【００５６】
なお、実施の形態１から５において、導電突起部１０及び空隙部１１がそれぞれ一つ設けられている例を示したが、一つより多くてもよい。
【００５７】
なお、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１から５に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００  半導体装置、１  半導体素子、２  配線部材、３  絶縁層、４  導体層、５  放熱部材、６  封止材、７  絶縁粘性体、８  ワイヤ、９  ネジ、１０  導電突起部、１１  空隙部、１２  スペーサー部、２０  ケース。
【要約】
絶縁層の損壊を抑制しつつ、導体層と放熱部材の間に設けられた絶縁粘性体全体が劣化するのを抑制する半導体装置を提供する。
半導体装置１００は、半導体素子１と、配線部材２、絶縁層３、導体層４、放熱部材５及び封止材６とを備える。放熱部材５側の面から順に導体層４と絶縁層３とが積層されている。導体層４と放熱部材５との間には、絶縁粘性体７が設けられている。絶縁粘性体７の領域の一部には、導電突起部１０が導体層４及び放熱部材５のいずれか一方から他方に向かって突出し、他方に離間して設けられている。【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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【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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