(57)【要約】【課題】  端子間絶縁距離を確保しつつ半導体装置の小型化を図る。【解決手段】  基板１０の表面には、半導体素子１１、１２が搭載されると共に、Ｄ１端子およびＤ２端子が互いに近接して取り付けられている。半導体素子１１、１２を取り囲むケース２０は、端子保持部材２１を備えている。ケース２０が基板１０に取り付けられると、Ｄ１端子およびＤ２端子は、端子保持部材２１を貫通してその上方に突出する。ケース２０が基板１０に取り付けられた後、端子保持部材２１の上部に形成されている充填材用孔を利用して、Ｄ１端子とＤ２端子との間のスペースに絶縁充填材が流し込まれる。【選択図】      図１
2005223141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載された基板と、
互いに近接して上記基板上に取り付けられた第１および第２の端子と、
上記半導体素子を取り囲むようにして上記基板に取り付けられるケース、を備え、
上記ケースは、上記第１および第２の端子を取り囲む端子保持部材を備えており、さらに、上記第１の端子と上記第２の端子との間のスペースに絶縁充填材を流し込むための充填材用孔が上記端子保持部材に設けられている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記端子保持部材には、上記半導体素子の主電流の入力または出力のための第３の端子が予め設けられている
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】
上記第１および第３の端子は、互いに平行に且つ近接して設けられており、上記半導体素子の主電流が互いに逆方向に電流が流れるように上記半導体素子に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項２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、半導体装置の構造に係わり、特に、半導体パワーモジュールの絶縁距離を確保するための構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
電力制御用または大電流制御用などの半導体装置（以下、半導体パワーモジュールと呼ぶことがある。）は、一般に、主電流用端子間の絶縁距離を確保するための設計が必要である。そして、そのための手法の１つとしては、主電流用端子間の距離を大きくする設計が考えられる。ところが、主電流用端子間の距離を大きくすると、通常、半導体装置のサイズを小型化できないという問題が生じる。なお、主電流用端子とは、当該半導体装置が備える端子であって、例えば、当該半導体装置内に設けられている回路または半導体素子に大電流を入力するための端子／当該半導体装置内に設けられている回路または半導体素子から大電流を出力するための端子をいう。
【０００３】
半導体パワーモジュールの端子間絶縁距離を確保しつつモジュールサイズの小型化を図る手法としては、主電流用端子を互いに近接して設け、それらの間にシリコンゲルやエポキシ樹脂等の絶縁充填材を流し込む構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、半導体パワーモジュールの端子間絶縁距離を確保しつつサイズの小型化を図る他の手法としては、主電流用端子を互いに近接して設け、それらの間に樹脂等で形成された絶縁壁を設ける構成が知られている（例えば、特許文献２参照。）。なお、特許文献３には、端子間に絶縁体のスペーサを挿入する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平２−２４６２５４号公報（図１、１〜２ページ）
【特許文献２】特開平７−１４２６５８号公報（図１、段落００１０〜００１１）
【特許文献３】特開平９−２２９７３号公報（図１、１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術においては、半導体装置の構造によっては、主電流用端子間を絶縁充填材で満たすことが困難な場合があった。例えば、半導体装置の基板に取り付けられている主電流用端子がその半導体装置のケースの一部を貫通するような構造である場合には、絶縁充填材は、そのケース自体に遮られて主電流用端子間に入り込むことが困難になる。
【０００５】
また、絶縁壁は、予め所定の形状に形成された部材であるため、主電流用端子間の空きスペースを隙間なく満たすことはできない。このため、絶縁壁を用いて主電流用端子間の絶縁距離を十分に確保できないことがあった。例えば、半導体装置の基板に主電流用端子が取り付けられており、その半導体装置のケースの一部が絶縁壁としてそれらの端子間に挿入される構造においては、その絶縁壁を基板に完全に密着させることは困難なので、基板に近接する領域で主電流用端子間の絶縁距離が確保できなくなる。
【０００６】
本発明の目的は、半導体装置の端子間絶縁距離を確保しつつサイズの小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、半導体素子が搭載された基板と、互いに近接して上記基板上に取り付けられた第１および第２の端子と、上記半導体素子を取り囲むようにして上記基板に取り付けられるケース、を備える。そして、上記ケースは、上記第１および第２の端子を取り囲む端子保持部材を備える。また、上記第１の端子と上記第２の端子との間のスペースに絶縁充填材を流し込むための充填材用孔が上記端子保持部材に設けられている。
【０００８】
上記半導体装置は、第１および第２の端子が端子保持部材により取り囲まれている。このため、基板にケースが取り付けられた後は、その端子保持部材に遮られて、第１の端子と第２の端子との間に絶縁充填材を流し込むことができない。そこで、本発明の半導体装置においては、第１の端子と上記第２の端子との間のスペースに絶縁充填材を流し込むための充填材用孔を端子保持部材に設けた。これにより、基板にケースが取り付けられた後に、第１の端子と上記第２の端子との間のスペースを絶縁充填材で満たすことができる。
【０００９】
上記半導体装置において、上記端子保持部材には、上記半導体素子の主電流の入力または出力のための第３の端子が予め設けられていてもよい。この場合、端子の設置密度が高くなるので、半導体装置の小型化に寄与する。
また、端子保持部材に第３の端子を設けるときは、上記第１および第３の端子は、互いに平行に且つ近接して設けられ、さらに、上記半導体素子の主電流が互いに逆方向に電流が流れるように上記半導体素子に電気的に接続されるようにしてもよい。この場合、第１および第３の端子の自己インダクタンスが相殺され、損失が減少する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の端子と第２の端子との間のスペースを確実に絶縁充填材で満たすことができるので、それらの端子間で十分な絶縁距離を確保できる。ここで、第１および第２の端子は、互いに近接して設けられている。よって、端子間の絶縁距離を確保しながら半導体装置自体のサイズの小型化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態の半導体装置１の分解斜視図である。ただし、ここでは、図面を見やすくするために、本発明に直接的に係わりのない部材（例えば、ボンディングワイヤ）や、細かい向上については省略するものとする。
基板１０の上面には、複数の半導体素子１１および複数の半導体素子１２が搭載されている。なお、ここでは、半導体素子１１、１２により、図２に示す電力スイッチ回路が構成されているものとする。すなわち、複数の半導体素子１１は、例えば、互いに同じ特性のＭＯＳトランジスタであり、それらを互いに電気的に並列に接続することにより図２に示す上アーム用スイッチが構成されている。また、複数の半導体素子１２は、例えば、互いに同じ特性のＭＯＳトランジスタであり、それらを互いに電気的に並列に接続することにより図２に示す下アーム用スイッチが構成されている。
【００１２】
また、基板１０には、Ｄ１端子（第１の端子）およびＤ２端子（第２の端子）が取り付けられている。ここで、Ｄ１端子は、複数の半導体素子１１により構成される上アーム用スイッチのドレイン端子であり、Ｄ２端子は、複数の半導体素子１２により構成される下アーム用スイッチのドレイン端子である。すなわち、Ｄ１端子およびＤ２端子は、それぞれ、半導体装置１の主電流の入力／出力のための端子である。そして、Ｄ１端子およびＤ２端子は、半導体装置１の小型化を図るために、互いに近接して設けられている。なお、Ｄ１端子、Ｄ２端子間には、特に電力スイッチ回路のスイッチング時に、大きな電位差が発生することがある。よって、これらの端子間では、十分な絶縁距離を確保することが要求される。
【００１３】
さらに、基板１０の上面には、ドレイン電極１３、１４、ゲート電極１５、１６などが形成されている。ここで、ドレイン電極１５、１６は、それぞれ、基板１０の表面に形成されている不図示の導体パターンによりＤ１端子、Ｄ２端子と電気的に接続されている。また、ゲート電極１５、１６は、それぞれ、不図示のボンディングワイヤ等によりゲート端子Ｇ１、Ｇ２に電気的に接続される。
【００１４】
ケース２０は、例えば樹脂で形成されており、基板１０に取り付けられたときに半導体素子１１、１２を取り囲むような形状をしている。また、ケース２０は、端子保持部材２１を備えている。端子保持部材２１は、ケース２０が基板１０に取り付けられたときに、Ｄ１端子およびＤ２端子を取り囲んで保持するような構造をしている。具体的には、端子保持部材２１には、例えば、Ｄ１端子およびＤ２端子を収容するための端子収容スリットが設けられている。そして、ケース２０が基板１０に取り付けられたときに、Ｄ１端子およびＤ２端子がそれぞれ対応する端子収容スリットに収容されて保持されるように構成されている。
【００１５】
なお、この実施例では、端子保持部材２１はケース２０の一部であり、ケース２０および端子保持部材２１は、同時に一体的に成型されるものとする。ただし、本発明は、ケース２０および端子保持部材２１を個別に成型し、その後それらを互いに接合する形態を排除するものではない。
【００１６】
端子保持部材２１には、Ｓ１端子およびＳ２端子（これらの端子が、特許請求の範囲の第３の端子に相当する。）が設けられている。ここで、Ｓ１端子は、複数の半導体素子１１により構成される上アーム用スイッチのソース端子であり、Ｓ２端子は、複数の半導体素子１２により構成される下アーム用スイッチのソース端子である。すなわち、Ｓ１端子およびＳ２端子は、それぞれ、半導体装置１の主電流の入力／出力のための端子である。また、この実施例では、Ｓ１端子およびＳ２端子は、端子保持部材２１の成型時に、それぞれその一部が端子保持部材２１の内部に埋め込まれて固定される。なお、このような製造方法は、インサート成型と呼ばれることがある。
【００１７】
図３は、端子保持部材２１を上方から見た図である。ただし、ここでは、図面を見やすくするために、本発明に直接的に係わりのない細かな形状等については省略されている。
端子保持部材２１の上方からは、上述したように、Ｓ１端子およびＳ２端子が突出している。また、Ｓ１端子に近接してＤ１端子収容スロット３１が形成されており、Ｓ２端子に近接してＤ２端子収容スロット３２が形成されている。そして、ケース２０を基板１０に取り付けると、Ｄ１端子およびＤ２端子は、それぞれＤ１端子収容スロット３１およびＤ２端子収容スロット３２を貫通し、端子保持部材２１の上方に突出することとなる。これにより、Ｓ１端子およびＤ１端子が互いに近接かつ平行に設けられ、また、Ｓ２端子およびＤ２端子が互いに近接かつ平行に設けられる。
【００１８】
また、端子保持部材２１の上面には、ケース２０が基板１０に取り付けられた後にＤ１端子とＤ２端子との間のスペースに絶縁充填材を流し込むための充填材用孔３３が形成されている。ここで、充填材用孔３３は、貫通孔であり、その出口がＤ１端子とＤ２端子との間のスペースに位置するように形成されている。なお、絶縁充填材は、特に限定されるものではないが、シリコンゲルまたはエポキシ樹脂等を使用する。
【００１９】
充填材用孔３３の形状は、特に限定されるものではなく、四角形であってもよいし、丸形であってもよい。また、形成すべき充填材用孔３３の個数も特に限定されるものではない。ただし、充填材用孔３３を形成すべき位置は、Ｄ１端子収容スロット３１またはＤ２端子収容スロット３２に近接していることが望ましい。また、充填材用孔３３の孔径は、絶縁充填材が十分スムーズに流れる程度の大きさが確保されている必要がある。
【００２０】
図４は、半導体装置１の断面図である。上述したように、Ｓ１端子およびＳ２端子は、ケース２０の一部である端子保持部材２１にその一部が埋め込まれるようにして設けられている。一方、Ｄ１端子およびＤ２端子は、基板１０に取り付けられており、各端部がそれぞれ端子保持部材２１の上部から突出している。
【００２１】
各半導体素子１１のソース領域、ドレイン領域、ゲート領域は、それぞれ、ボンディングワイヤによりＳ１端子、ドレイン電極１３、ゲート電極１５に接続されている。また、Ｄ１端子は、基板１０の表面に形成されている導体パターンによりドレイン電極１３に接続されている。一方、各半導体素子１２のソース領域、ドレイン領域、ゲート領域は、それぞれ、ボンディングワイヤによりＳ２端子、ドレイン電極１４、ゲート電極１６に接続されている。また、Ｄ２端子は、基板１０の表面に形成されている導体パターンによりドレイン電極１４に接続されている。
【００２２】
端子保持部材２１は、ケース２０が基板１０に取り付けられたときにＤ１端子とＤ２端子との間のスペースに配置される絶縁壁を備えている。ここで、この絶縁壁は、端子保持部材２１の一部であり、樹脂等により形成されている。また、この絶縁壁は、ケース２０が基板１０に取り付けられたときに、その先端部が基板１０の表面に接触することなく、その近傍に達する程度に設計されている。もし、絶縁壁が基板１０の表面に接触するように設計されているとすると、僅かな製造誤差により、ケース２０の外周部と基板１０との接触性が悪くなるおそれがあるからである。このため、基板１０の表面近傍では、Ｄ１端子とＤ２端子との間が絶縁壁によって遮られることはない。このように、Ｄ１端子とＤ２端子との間のスペース（図４におけるＡ領域）には絶縁壁が配置されたとしても、その絶縁壁によってそれらの端子間を完全に遮断することはできない。
【００２３】
また、半導体装置は、一般に、シリコンゲル等でケース内を満たすことにより、半導体素子やボンディングワイヤを保護するようにしている。したがって、このシリコンゲル等をＤ１端子とＤ２端子との間のスペースに流し込むことができれば、それらの端子間で十分な絶縁距離を確保できる。しかし、実施形態の半導体装置１においては、Ｄ１端子およびＤ２端子が端子保持部材２１により取り囲まれているので、半導体素子１１、１２等の上方から流し込むシリコンゲル等は、Ｄ１端子とＤ２端子との間のスペース（図４におけるＡ領域）に達することができない。
【００２４】
実施形態の半導体装置１では、これらの問題を解決するために、充填材用孔３３を設けた。すなわち、端子保持部材２１は、シリコンゲル等の絶縁充填材を流し込むための充填材用孔３３を備えている。そして、ケース２０が基板１０に取り付けられた後、充填材用孔３３から絶縁充填材を流し込むことにより、Ｄ１端子とＤ２端子との間のスペース（図４におけるＡ領域）がその絶縁充填材により満たされることになる。このとき、絶縁充填材は液状または流体状なので、充填材用孔３３から流入する絶縁充填材は、毛細管現象により端子保持部材２１の内部（少なくとも、Ｄ１端子とＤ２端子との間のスペース）の隅々まで隙間なく充填されることになる。また、このスペースを満たしていた空気は、例えば、Ｄ１端子収容スロット及びＤ２端子収容スロットから排出される。なお、Ｄ１端子収容スロット及びＤ２端子収容スロットは、それぞれ対応する端子の断面形状よりも少しだけ大きく形成されているので、それらの端子を収容した状態であっても、空気を逃がすための隙間は確保されている。
【００２５】
このように、半導体装置１においては、基板１０に取り付けられているＤ１端子およびＤ２端子が端子保持部材２１により取り囲まれている構造であっても、その端子保持部材２１に充填材用孔３３を設け、それを利用してＤ１端子とＤ２端子との間のスペースに絶縁充填材を流し込むことができる。このため、互いに近接して設けられた主電流の入力または出力用の端子間で十分な絶縁距離を確保できる。なお、図４においては、図面を見やすくするために各端子が基板１０に対して垂直方向にまっすぐ伸びるように描かれているが、各端子は、それぞれケース２０の表面近傍位置で折り曲げられるようにしてもよい。この場合、例えば、Ｄ１端子およびＳ１端子は、図４の紙面内で左側に折り曲げられ、Ｄ２端子およびＳ２端子は、図４の紙面内で右側に折り曲げられる。これにより、ケース２０の外側での端子間の絶縁距離も確保される。
【００２６】
なお、半導体素子１１がオン状態に制御されると、Ｄ１端子を介して入力される主電流は、基板１０の表面に形成された導体パターン（不図示）、ドレイン電極１３、ボンディングワイヤ、半導体素子１１、ボンディングワイヤを介して流れ、Ｓ１端子から出力される。すなわち、Ｄ１端子を介して流れる電流およびＳ１端子を介して流れる電流は、その大きさが互いにほぼ同じであり且つその方向が互いに反対である。ここで、Ｓ１端子およびＤ１端子は、互いに近接し且つ平行に設けられている。このため、半導体素子１１がオン状態に制御されているときは、Ｓ１端子およびＤ１端子の自己インダクタンスが相殺され、半導体装置全体として損失が小さくなる。同様に、半導体素子１２がオン状態に制御されたときは、Ｓ２端子およびＤ２端子の自己インダクタンスが相殺され、損失が小さくなる。
【００２７】
このように、実施形態の構成によれば、主電流用端子（実施例では、Ｄ１端子、Ｄ２端子）間の絶縁距離を確保しながらそれらを互いに近接させて設けることができるので、半導体装置のサイズの小型化に寄与する。また、主電流経路の自己インダクタンスが相殺されるので、半導体装置全体として損失が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の分解斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置内に構成される回路の例である。
【図３】端子保持部材を上方から見た図である。
【図４】実施形態の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１          半導体装置
１０        基板
１１、１２  半導体素子
１３、１４  ドレイン電極
１５、１６  ゲート電極
２０        ケース
２１        端子保持部材
３１        Ｄ１端子収容スロット
３２        Ｄ２端子収容スロット
３３        充填材用孔
【図１】
2005223141.tif 000003
【図２】
2005223141.tif 000004
【図３】
2005223141.tif 000005
【図４】
2005223141.tif 000006