(57)【要約】【課題】制御基板への過剰な熱伝導を抑制しながら、電気特性の良い半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子（１１ａ）を内蔵したパッケージ（２）から引き出されているパワー系入出力リード（４）を、外装体（１）に設けられた外部接続端子（６ａ）の上に重なるように配置し、かつパワー系入出力リード（４）と外部接続端子（６ａ）が電気接続されており、パッケージ（２）から引き出されパッケージ（２）から離れる方向に形状が曲げられた制御信号入力リード（５）の先端に、制御信号を発生する制御基板（３）が取り付けられ、制御信号入力リード（５）を介してパッケージ（２）へ制御信号を供給するとともに、パッケージ（２）との間に空気層（２１）が形成されるように取り付けたことを特徴とする。【選択図】図１
2013157485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージを、外装体に載置するとともに、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを、前記外装体に設けられた外部接続端子に電気接続し、
パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号を発生する制御基板を、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付ける
半導体装置製造方法。
【請求項２】
外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージを、外装体の凹部に挿入するとともに、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを、外装体の前記凹部の底部で露出した外部接続端子に電気接続し、
パッケージから外装体の前記凹部の上部開口に向かってその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号を発生する制御基板を、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付ける
半導体装置製造方法。
【請求項３】
外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージと、
前記制御信号を発生する制御基板と、
外部接続端子を有する外装体を有し、
前記パッケージが、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを外装体に設けられた前記外部接続端子に電気接続され、
前記制御基板が、パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けた
半導体装置。
【請求項４】
外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージと、
前記制御信号を発生する制御基板と、
凹部の底部で外部接続端子が露出した外装体を有し、
前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを外装体に設けられた前記外部接続端子の上に重なるように、前記パッケージを外装体の前記凹部の中に配置し、かつ前記パワー系入出力リードと前記外部接続端子が電気接続されており、
前記制御基板が、パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けた
半導体装置。
【請求項５】
前記制御信号入力リードは前記パワー系入出力リードよりも断面積が小さい
請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記制御信号入力リードはその先端がテーパー形状に形成されている
請求項３〜５の何れかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記パッケージは、一部が外部に露出した放熱板を内蔵するとともに前記放熱板に前記パワー半導体素子を熱結合して構成され、
前記外装体は、底部に前記凹部を外部と連通した開口が形成され、
パッケージの前記放熱板が外装体の凹部の前記開口から露出している
請求項４から６の何れか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、半導体装置およびその製造方法に関し、特にスイッチング素子などのパワーデバイスを含み、インバータなどの電力変換用途で使用される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムのパワーコンディショナーや、モーターの回転制御に使用されるパワーデバイスは、実装面積の削減、半導体素子間距離の短縮による性能向上、ユーザー側の設計負荷低減を目的として、複数のパワーデバイスを一つのパッケージに収めたモジュール化された製品が増加している。１パッケージ化された半導体装置はパワーモジュールと呼ばれ、スイッチングを行うＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）のようなパワー半導体素子が複数個搭載されている。さらにそのパワー半導体素子を駆動するドライバ素子を複数搭載し、必要な場合にはさらに複数の受動素子を同時に内蔵して、パワー半導体の駆動・保護機能を持たせたモジュールは特にＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼称され、市場を伸ばしている。
【０００３】
図７に示すように、この半導体装置は、金属端子１０１がインサート成型された樹脂ケース１０２の下面に、主にＣｕを材料とした金属プレート１０３が接着剤１０４にて取り付けられている。
【０００４】
金属プレート１０３上には、アルミナや窒化アルミに代表されるセラミックの表面と裏面に、Ｃｕ箔が貼り付けられた配線パターンを有する絶縁基板１０５が半田１０６ａで接合されている。
【０００５】
絶縁基板１０５上にはＩＧＢＴや還流ダイオードなどのパワー半導体素子１０７が半田１０６ｂで接合されている。パワー半導体素子１０７の表面に形成された電極と樹脂ケース１０２の中継電極１０８の間が、アルミワイヤー１０９によって接続されている。
【０００６】
さらに、パワー半導体素子１０７の直上には、それらを制御する制御素子１１０とコンデンサや抵抗などの受動部品１１１が実装された制御基板１１２が配置されている。制御基板１１２は、中継電極１０８に挿入されることによってパワー半導体素子１０７と制御素子１１０が電気的に接続されている。
【０００７】
また、これらのパワー半導体素子１０７の周辺は外部環境からの保護のため、樹脂ケース１０２の凹部１１４にシリコーンゲル１１３などの樹脂を充填して封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２４３６０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来技術の半導体装置では、以下のような観点から課題を有している。
シリコーンゲル１１３はパワー半導体素子１０７を含む制御基板１１２より下の空間全てに充填されている。そのため、半導体装置の下面からの放熱が不十分であると、そのシリコーンゲル１１３を伝って制御基板１１２に熱が伝導する場合がある。
【００１０】
パワー半導体素子１０７は通常１５０℃まで発熱しても信頼性上問題ないが、制御基板１１２の材料となる樹脂や搭載されている制御素子１１０は、パワー半導体素子１０７よりも耐熱性が低い場合があり、その耐熱性の差から伝達した熱によって制御基板１１２や制御素子１１０の信頼性を劣化させる恐れを有している。
【００１１】
また、パワー半導体素子１０７の表面電極（図示せず）からアルミワイヤー１０９が接合され、樹脂ケース１０２の中継電極１０８と接続されているが、アルミワイヤー１０９はその径が数百ミクロンと細く、半導体装置の端に位置する中継端子１０８までの距離が１０ｍｍ以上と長いために、アルミワイヤーからの熱が伝わりにくく、よりシリコーンゲル１１３から制御基板１１２へ熱を伝える要因となっている。
【００１２】
さらに、半導体装置の底面全体に金属プレート１０３が取り付けられており、絶縁基板１０５の接合工程や樹脂ケース１０２の接着工程によってベースプレート１０３の反りが発生しやすい。それによって、半導体装置の使用時にアルミヒートシンクなどに取り付けられた際に、その界面に使用されるグリスの厚みが、反りのために厚みばらつきを生じ、厚くなった部位の直上に存在するパワー半導体素子１０７は放熱性が低下し、より半導体装置内部に熱が溜まりやすく、やはり制御基板１１２の方向へ熱を伝える要因となる。
【００１３】
近年ではパワー半導体素子の材料として従来のＳｉ（シリコン）からＳｉＣ（シリコンカーバイド）やＧａＮ（ガリウムナイトライド）という新規材料を用いたパワー半導体素子が実用化されつつある。これらの新規デバイスは従来の動作温度１５０℃から２００℃を越えた動作が可能となるため、放熱機構を簡略化した構造により小型化が期待されている。しかしながら、制御基板１１２や制御素子１１０は従来通りであるため、新規デバイスを使用した場合、上記の理由からさらに熱による影響が顕著になり、その対策が必須である。
【００１４】
また、熱に対する課題に加え、従来技術では以下のような課題も有している。
従来技術のような半導体装置はコストに占める材料費の割合が高く、低価格化の妨げになっていた。特に、絶縁基板１０５として使用されるセラミックや、半導体装置の底面に配置される面積の大きい金属プレート、また半導体装置内のほぼ全体を覆うシリコーンゲルの材料費が高い。
【００１５】
さらに、従来技術のような半導体装置では、細長いアルミワイヤー１０９でパワー半導体素子１０７から中継端子１０８と接続し、さらに中継端子１０８と制御基板１１２を接続するため、パワー半導体素子１０７から制御素子１１０までの配線長が長く、インダクタンスが大きいために、動作時のサージ電圧による素子の破壊を引き起こす場合がある。
【００１６】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、制御基板への過剰な熱伝導を抑制しながら、さらには低コストで電気特性の良い、半導体装置とその製造方法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】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置製造方法は、外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージを、外装体に載置するとともに、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを、前記外装体に設けられた外部接続端子に電気接続し、パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号を発生する制御基板を、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の半導体装置製造方法は、外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージを、外装体の凹部に挿入するとともに、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを、外装体の前記凹部の底部で露出した外部接続端子に電気接続し、パッケージから外装体の前記凹部の上部開口に向かってその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号を発生する制御基板を、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージと、前記制御信号を発生する制御基板と、外部接続端子を有する外装体を有し、前記パッケージが、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを外装体に設けられた前記外部接続端子に電気接続され、前記制御基板が、パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の半導体装置は、外部から入力された制御信号でスイッチングされるパワー半導体素子を内蔵したパッケージと、前記制御信号を発生する制御基板と、凹部の底部で外部接続端子が露出した外装体を有し、前記パッケージから引き出されている制御信号入力リードとパワー系入出力リードのうちの前記パワー半導体素子の出力側に接続されている前記パワー系入出力リードを外装体に設けられた前記外部接続端子の上に重なるように、前記パッケージを外装体の前記凹部の中に配置し、かつ前記パワー系入出力リードと前記外部接続端子が電気接続されており、前記制御基板が、パッケージから離れる方向にその形状が曲げられた前記制御信号入力リードの先端に、前記制御信号入力リードを介して前記パッケージへ前記制御信号を供給するとともに、前記パッケージとの間に空気層が形成されるように取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、パワー半導体素子を内蔵したパッケージを外装体に載置するとともに、パッケージから引き出されているパワー系入出力リードを外装体に設けられた外部接続端子に電気接続するので、配線経路のインダクタンスを低減することができ、サージ電圧の小さな半導体装置となり、電気的な破壊も抑制することが可能となる。さらには、パッケージと制御基板の間に空気層が形成されるように、パッケージから引き出されている制御信号入力リードによって、パッケージから制御基板を支持するため、パワー半導体素子から発生する熱が、制御基板へ伝わることを抑制し、熱破壊・熱劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の断面構造を表す概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるパッケージの回路図
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す概略図
【図４】本発明の実施の形態１におけるパッケージの内部平面構造を表す概略図
【図５】本発明の実施の形態２における半導体装置の断面構造を表す概略図
【図６】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す概略図
【図７】従来の技術における半導体装置の断面構造を示す概略図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の半導体装置製造方法を、具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
なお、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを用いた半導体装置について説明するが、ＩＧＢＴに限定されるものではなく、他のパワートランジスタを用いた半導体装置についても同様である。
【００２４】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態を示す。
図１は実施の形態１において完成した半導体装置を示す。
【００２５】
パワー半導体素子を内蔵したパッケージ２から上方に向かって垂直に折り曲げて引き出されている制御信号入力リード５は、制御素子８や抵抗、コンデンサなどの受動部品９が実装されて制御信号発生用の電気回路が構築されている制御基板３のスルーホール１８に挿入して半田付けなどによって電気的に接合されている。制御信号入力リード５の途中には突起７が形成されており、この突起７は、制御基板３の裏面に係合してパッケージ２と制御基板３の間隔保持に役立っている。
【００２６】
このパッケージ２と制御基板３は外装体としての外装ケース１に組み付けられている。パッケージ２から水平に引き出されたパッケージ２のパワー系入出力リード４は、外装ケース１にインサート成形され外装ケース１の凹部１９の底部に一端が露出した外部接続端子６ａに重ねた状態で、パワー系入出力リード４と外部接続端子６ａが、半田接合、ネジ止め、端子同士をかしめることなどによって電気的に接合されている。
【００２７】
外装ケース１の樹脂には、例えばトランスファーモールド用の熱硬化性のエポキシ樹脂を使用することができる。
外装ケース１の凹部１９の底部には開口２０が形成されており、パワー系入出力リード４と外部接続端子６ａを電気接続した状態のパッケージ２の底面２ａは、開口２０で外装ケース１の外部に露出している。
【００２８】
また、この図１に示した完成した状態では、図７に見られたシリコーンゲル１１３などはパッケージ２の凹部１９に充填されていないため、突起７によって間隔保持されているパッケージ２と制御基板３の間には、空気層２１が形成されている。
【００２９】
このように外装ケース１の凹部１９に、パッケージ２と制御基板３を収めた半導体装置では、制御基板３から制御信号入力リード５を介してパッケージ２のパワー半導体素子のゲート端子に制御信号を供給して、パッケージ２のパワー半導体素子のソース端子−ドレイン端子間のオン−オフを制御している。
【００３０】
パッケージ２には、例えば図２に示すように、ＩＧＢＴのパワー半導体素子１１ａ，１１ａを２つ直列接続してハーフブリッジ回路を構成して、正極端子Ｐ、負極端子Ｎ、ＡＣ端子を有する１相分のインバータとなっている。１１ｂはダイオードである。
【００３１】
このパッケージ２は、図３（ａ）〜図３（ｄ）の工程で製造できる。図４（ａ）は完成したパッケージ２の内部平面構造を示す。図４（ｂ）はパワー半導体素子１１ａの拡大平面図である。
【００３２】
図３（ａ）では、リードフレーム１０にパワー半導体素子１１ａとダイオード１１ｂを搭載している。リードフレーム１０の材質は、放熱性の観点から熱伝導率の良いＣｕを用いることが望ましい。また前述の通り、パワー半導体素子１１ａ，１１ａをリードフレーム１０に接合するには熱伝導性の良い材料を使用することが望ましい。具体的には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだなど金属系の熱伝導性の良い接合材料を使用できる。
【００３３】
次に図３（ｂ）では、パワー半導体素子１１ａの表面電極とリードフレーム１０をアルミ線１４で電気的に接合する。ここではパワー半導体素子１１ａとダイオード１１ｂを逆並列に接続している。アルミ線１４は超音波接合にて接合すると、常温で接合材が不要のため好ましい。
【００３４】
パワー半導体素子１１ａのソース電極１２には数Ａ〜数百Ａの大電流が流れるため、溶断しない程度のアルミ線１４を複数接合させる必要がある。またアルミ線１４はワイヤー形状である必要はなく、箔状のアルミリボンであっても良い。
【００３５】
一方、パワー半導体素子１１ａのゲート電極１３にはソース電極１２と比較して制御用の小電流しか流れないため、電極面積も小さく、アルミ線１４はソース電極１２用のものよりも細い形状で構わない。例えば１５０ミクロン径のアルミ線１４を用いることができる。
【００３６】
次に図３（ｃ）では、リードフレーム１０の裏面に、絶縁層１６と放熱板１７を接着する。絶縁層１６は接着性を持ち、あらかじめ放熱板１７と接着させ、所望の形状に加工したあとリードフレーム１０と接着する。絶縁層１６に熱硬化性の樹脂を用いる場合は、被接着体が放熱板１７とリードフレーム１０の２つとなるため、最初に接着する工程で樹脂が完全硬化し接着性が失われないように温度等の条件を調整する必要がある。この絶縁層１６には放熱性と絶縁性を両立する樹脂を使用することが望ましい。絶縁層１６としては、例えば、アルミナや窒化ホウ素などの高熱伝導フィラーを用いることができる。
【００３７】
次に図３（ｄ）では、リードフレーム１０の周辺を樹脂１５にて封止する。封止には例えば熱硬化性エポキシ樹脂と封止金型を使用したトランスファーモールドによる封止を行うことができる。この時、放熱板１７の裏面は金型と接触するような設計にしておき、封止後に放熱板１７の裏面がパッケージ２の外部に露出するようにしておく。これは、封止時に樹脂１５が放熱板１７の表面を覆うと、パワー半導体素子１１ａ，１１ａからの放熱経路が妨げられ、熱抵抗が上昇してしまうためである。
【００３８】
図４（ａ）に図示したように、パワー半導体素子１１ａ，１１ａはリードフレーム１０上で２箇所に搭載されているが、一方が正極側回路、他方が負極側回路となる。またそれぞれのオン・オフを切り替えるためのゲートが配置されている。例えばこのような回路構成をもつパッケージ２を３つ組み合わせることで三相交流用のインバータ回路を形成することができ、モーターの回転制御を司る回路を構築できる。
【００３９】
このように製造されたパッケージ２と制御基板３を、図３（ｅ）〜図３（ｇ）の工程で組み立てる。
図３（ｄ）に示した状態のパッケージ２に対して、先ず、リードフレーム１０の不要な部分を切り離し、図３（ｅ）に示すように制御信号入力リード５を、パッケージ２から離れる方向にその形状を曲げる。具体的には、制御信号入力リード５をパワー系入出力リード４に対して垂直に曲げるよう端子加工する。
【００４０】
次に図３（ｆ）では、外装ケース１の凹部１９に図３（ｅ）でフォーミング加工したパッケージ２を搭載する。三相交流用のインバータ回路に使用する半導体装置の場合には、単一の外装ケース１に対して複数個のパッケージ２が搭載されるが、その数は半導体装置の回路構成で決定される。
【００４１】
外装ケース１には、パッケージ２のパワー系入出力リード４に対応した位置に、外部接続端子６ａを予め配置したものを用意しておく。そして、パッケージ２のパワー系入出力リード４が、外装ケース１の外部接続端子６ａに重なるようにセットし、パワー系入出力リード４と外部接続端子６ａを電気的に接合する。
【００４２】
この接合には、前述のように半田接合、ネジ止め、かしめ工法などを選択することができる。半田接合など接合材料を使用すると熱膨張係数の差異により接合材料に破断が生じたり、ネジ止めの場合は機械的な締結であるため接触抵抗が高く、大電流を流す際に抵抗値が問題となったり、ネジの重量が軽量化の妨げとなったりするため、かしめ工法や超音波工法など端子を直接接合できる工法を選択することが望ましい。
【００４３】
次に図３（ｇ）では、外装ケース１の側に電気接続したパッケージ２の上方にフォーミングされた制御信号入力リード５が、制御基板３のスルーホール１８に挿入されるように、制御基板３を外装ケース１の凹部１９にセットする。制御信号入力リード５には突起７が形成されているため、制御基板３がその位置で支持され、パッケージ２と制御基板３の間隔を規定するのに有効である。そして、この状態で制御信号入力リード５と制御基板３の間を半田付けなどの手段で電気的に接合して固定する。
【００４４】
なお、制御基板３は複数のパッケージ２の制御信号入力リード５に対して挿入する必要がある場合には、制御信号入力リード５の先端にテーパー形状を施しておくと、挿入しやすくなる。
【００４５】
このように構成された半導体装置によると、パワー半導体素子１１ａがパッケージ２の樹脂１５で封止されているため、パッケージ２と制御基板３との間に空気層２１が存在する。従来技術で使用されているシリコーンゲルの熱伝導率は少なくとも１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるが、空気の熱伝導率は０．０２〜０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、空気層２１の存在によって制御基板への熱伝導を大きく抑えることができる。
【００４６】
さらに、パワー半導体素子１１ａからリードフレーム１０へアルミ線１４を接合しているために従来技術よりもその長さを３ｍｍ〜４ｍｍ程度と半減以下に短縮できる。
外装ケース１の外部接続端子６ａとの接合はリードフレーム１０であるパワー系入出力リード４と直接に行われるため、リードフレーム１０のパターンによって容易に接合断面積を増やすことができ、さらにリードフレーム１０の材質にＣｕを使用すれば、熱伝導率が３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と熱伝導率が２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミに対して約１．７倍熱を伝えやすくなるため、物性の点からも熱伝導に関して有利である。
【００４７】
このため電流路からの熱伝導は従来技術よりも格段に上昇し、さらに制御基板３へ伝わる熱を抑制することができる。制御基板３に挿入している制御信号入力リード５もリードフレーム１０にて形成されるため、物性的には熱を伝えやすいが、その断面積をあらかじめ小さく形成しているので、制御信号入力リード５から伝わる制御基板３の熱は小さくて済む。制御用の信号伝達しか行わないために、おおよそパワー系入出力リード４の半分以下の断面積でも問題は無い。制御信号入力リード５に繋がるパッケージ２内のアルミ線１４もパワー系入出力リード４に接合されているアルミ線１４ものよりも細くしておけば、より熱が伝導し難く好ましい。
【００４８】
さらに、パッケージ２ごとに放熱板１７を持っているため、従来技術のような半導体装置の底面全体を覆う金属プレートは必要ない。このため反りの発生によるグリスの厚みばらつきが発生せず、また放熱板１７をパッケージ２毎に別に持つことによって、反り量自体も抑制できるため、熱抵抗の上昇、ばらつきを抑制することに繋がる。よってパワー半導体素子１１から発生する熱を効果的に半導体装置の裏面から放熱することができるため、結果的に制御基板３へ伝わる熱量を抑制することができる。
【００４９】
このように、制御基板３への熱伝導を抑制する構造であるため、パワー半導体素子１１ａが高温になっても制御基板３や制御基板３に搭載されている制御素子８の劣化・破壊を防ぐことができる。
【００５０】
加えて、本発明の実施の形態では熱に関する有効性以外にも以下のような利点を有する。
本発明の実施の形態では、パッケージ形態にすることによって、まず金属プレートが不要になる。さらに金型でのトランスファーモールドで封止樹脂の使用量が最小限になる。また、リードフレーム１０と絶縁層１６を組み合わせることで高価なセラミック基板の置き換えを図ることができる。このように構造上、材料費を大幅に削減することでコスト面でも有効な半導体装置となる。電気特性面でも以下のような利点を有する。
【００５１】
本発明の実施の形態では、パワー半導体素子１１ａ，１１ｂから発生する熱は、放熱板１７を通して外部へ放熱される。また、放熱板１７は絶縁層１６を介してリードフレーム１０の裏面に接着されているため、パワー半導体素子１１ａを含む回路の電位が最大数百Ｖから１０００Ｖを超える電圧であっても、放熱板１７とリードフレーム１０を電気的に絶縁できる。
【００５２】
本発明の実施の形態では、パッケージ２から引き出した制御信号入力リード５を直上の制御基板３と接続しているために、横方向の配線長を大幅に削減できる。これによってインダクタンスも小さくなるため、サージ電圧による電気的な破壊も抑制するという効果を得ることができる。
【００５３】
なお、パッケージ２の内部構造および回路図は本実施例の形態に限定されるものではない。
この半導体装置は、パッケージ２の外側に露出している放熱板１７が、組み込み対象装置の筐体または放熱板に直接に接触、または熱伝導性グリスあるいは熱伝導性シートを介在させて組み込み対象装置の筐体または放熱板に間接的に接触するように、外装ケース１の底面１ａを組み込み対象装置の筐体または放熱板に向けて、外装ケース１の例えば四隅が組み込み対象装置の筐体または放熱板にネジ留めされる。
【００５４】
（実施の形態２）
図５と図６は本発明の実施の形態２を示す。
図５は実施の形態２において完成した半導体装置を示す。
【００５５】
実施の形態１における外装体は、凹部１９が形成されていると共に、外部接続端子６ａがインサート成型された外装ケース１で構成されていた。これに対して実施の形態２では図５に示すように、外装体２７が、外部接続端子６ａを有した板状のベース部２２と、この板状のベース部２２に取り付けられて制御基板３などの周囲を取り囲むガード部２３とで構成されている。パッケージ２，制御基板３の構成、ならびにパッケージ２と制御基板３の組み立てなどは実施の形態１と同じである。
【００５６】
この実施の形態２の半導体装置は、次の工程で組み立てられる。
パッケージ２の組み立ては図３（ａ）〜図３（ｅ）と同じである。このように形成されたパッケージ２は、先ず、図６（ａ）に示すように、ガード部２３を取り付ける前のベース部２２に、パッケージ２のパワー系入出力リード４が、ベース部２２の外部接続端子６ａに重なるようにセットし、パワー系入出力リード４と外部接続端子６ａを電気的に接合する。
【００５７】
この接合には、半田接合、ネジ止め、かしめ工法などを選択することができる。半田接合など接合材料を使用すると熱膨張係数の差異により接合材料に破断が生じたり、ネジ止めの場合は機械的な締結であるため接触抵抗が高く、大電流を流す際に抵抗値が問題となったり、ネジの重量が軽量化の妨げとなったりするため、かしめ工法や超音波工法など端子を直接接合できる工法を選択することが望ましい。
【００５８】
このようにしてベース部２２に接合されたパッケージ２の底面２ａは、ベース部２２に形成された開口２４において露出している。
次に図６（ｂ）では、ベース部２２の側に電気接続したパッケージ２の上方にフォーミングされた制御信号入力リード５が、制御基板３のスルーホール１８に挿入されるように、制御基板３をセットする。制御信号入力リード５には突起７が形成されているため、制御基板３がその位置で支持され、パッケージ２と制御基板３の間隔を規定するのに有効である。そして、この状態で制御信号入力リード５と制御基板３の間を半田付けなどの手段で電気的に接合して固定する。図６（ｃ）ではガード部２３をベース部２２に取り付ける。
【００５９】
この半導体装置は、パッケージ２の外側に露出している放熱板１７が、組み込み対象装置の筐体または放熱板に直接に接触、または熱伝導性グリスあるいは熱伝導性シートを介在させて組み込み対象装置の筐体または放熱板に間接的に接触するように、ベース部２２の底面２５を、組み込み対象装置の筐体または放熱板に向けて、ベース部２２の例えば四隅が組み込み対象装置の筐体または放熱板にネジ留めされる。
【００６０】
このように実施の形態２の場合も実施の形態１の場合とほぼ同じ外観形状の半導体装置を得ることができる。
また、図６（ｂ）に仮想線で示すように、組み込み対象装置の側に制御基板３の周囲を被うカバー２６が形成できる使用環境の場合には、ガード部２３は必要でない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、太陽光発電システムのパワーコンディショナーや、モーターの回転制御に使用されるパワーデバイスなどの信頼性の向上に寄与する。
【符号の説明】
【００６２】
１    外装ケース（外装体）
２    パッケージ
３    制御基板
４    パワー系入出力リード
５    制御端子
６ａ    外部接続端子
７    突起
８    制御素子
９    受動部品
１０    リードフレーム
１１ａ    パワー半導体素子
１１ｂ    ダイオード
１２    ソース電極
１３    ゲート電極
１４    アルミ線
１５    樹脂
１６    絶縁層
１７    放熱板
１８    スルーホール
１９    凹部
２０    開口
２１    空気層
２２    ベース部
２３    ガード部
２４    開口
２５    ベース部の底面
２７    外装体
【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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