(57)【要約】【課題】加熱・冷却サイクルの繰り返しによる装置全体の変形を抑制することを主目的とする。【解決手段】バスバ２２ｈ，２２ｇは、パワーカード２６の上部２６ａにおける体積が下部２６ｂにおける体積より大きくなるよう配置されており、下側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに凹部２６ｃを形成した。これにより、樹脂２４の上部２６ａにおける体積と下部２６ｂにおける体積との差を小さくすることができ、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる熱応力の集中を抑制して、パワーカード２６全体の変形を抑制することができる。【選択図】図２
2016111271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子を並んで配置すると共に該複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなる板状の半導体装置であって、
前記接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、
前記樹脂の前記板厚方向の前記他方側で、且つ、前記複数の半導体素子のうち隣り合う２つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは、複数の半導体素子を並んで配置すると共に複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなる板状の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の一方の面に接合されたヒートシンクと、ヒートシンクの表面を露出した状態で半導体素子とヒートシンクとを封止する樹脂と、ヒートシンクの露出面に圧接されたバスバ端子と、バスバ端子にろう付けされた絶縁板と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、ヒートシンクとバスバ端子とを別体で形成しているから、ヒートシンクとバスバ端子とを一体に形成するものと比較すると、バスバ端子の板厚を薄くすることができる。これにより、バスバ端子に絶縁板をろう付けする際にバスバ端子から絶縁板にかかる熱応力を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３３１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の半導体装置では、半導体素子の動作に伴う発熱により、樹脂に熱応力が発生する。こうした熱応力は、樹脂の形状によっては一部分に集中し、半導体素子の発熱とその後の冷却による樹脂の加熱・冷却サイクルの繰り返しによって熱応力が集中した部分を中心として装置全体が変形する場合がある。
【０００５】
本発明の半導体装置は、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる装置全体の変形を抑制する構成を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の半導体装置は、
複数の半導体素子を並んで配置すると共に該複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなる板状の半導体装置であって、
前記接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、
前記樹脂の前記板厚方向の前記他方側で、且つ、前記複数の半導体素子のうち隣り合う２つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の半導体装置では、複数の半導体素子を並んで配置すると共に複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなり、板状に形成されている。接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、樹脂の板厚方向の他方側で、且つ、複数の半導体素子のうち隣り合う２つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている。樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積との差が大きいと、半導体素子の動作に伴う発熱とその後の冷却とによる加熱・冷却サイクルの繰り返しによって、樹脂の一部に熱応力が集中して、装置全体に変形が生じる場合がある。特に、樹脂の体積に偏りがあると、樹脂の少ない側の変形量が大きくなる。また、半導体素子間に熱応力が集中しやすい。樹脂の板厚方向の他方側で、且つ、複数の半導体素子のうち隣り合う２つの半導体素子の間のみに、凹部を形成することがにより、樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積との差を小さくしたり、樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積とを同一にすることができ、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる樹脂への熱応力の集中を抑制することができる。これにより、装置全体の変形を抑制することができる。
【０００９】
こうした本発明の半導体装置において、前記接続部材は、板状の部材であり、前記凹部は、開口の形状が前記接続部材の板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、且つ、深さが前記半導体装置の板厚の２０％以上４０％以下の範囲内となるよう形成するものとしてもよいし、前記接続部材は、板状に形成され且つ前記板厚方向の一方側で前記板厚方向に対して垂直に延伸する延伸部を有する部材であり、前記凹部は、前記接続部材の前記延伸部の前記板厚方向の前記一方側における樹脂の厚さと前記接続部材の前記延伸部より前記板厚方向の他方側における樹脂の厚さとが同一になるよう形成されているものとすることもできる。
【００１０】
こうした本発明の半導体装置において、前記半導体素子は、前記板厚方向の一方側がエミッタとなり前記板厚方向の他方側がコレクタとなるよう配置されたバイポーラトランジスタであり、前記接続部材は、前記複数のうち隣の合う２つの半導体素子の一方のコレクタと他方のエミッタとを接続する部材であるものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例としてのパワーカード２６が搭載された電力変換装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】パワーカード２６の構成の概略を示す構成図である。
【図３】凹部２６ｃを有していない比較例のパワーカード１２６を備える電力変換装置１２０において加熱・冷却サイクルが繰り返される前後における様子の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例としてのパワーカード２６が搭載された電力変換装置２０の構成の概略を示す構成図である。電力変換装置２０は、昇圧コンバータやインバータなどを構成する半導体素子２２，２３が内蔵されたパワーカード２６と、パワーカード２６の両面に放熱グリス２８ａ，２８ｂを介して接着された絶縁板３０ａ，３０ｂと、絶縁板３０ａ，３０ｂに放熱グリス３２ａ，３２ｂを介して接着され内部に冷却水が流通する冷却器３４とを備える。電力変換装置２０では、放熱グリス２８ａ，２８ｂ，３２ａ，３２ｂ，絶縁板３０ａ，３０ｂを介して冷却器３４でパワーカード２６を冷却している。
【００１４】
図２は、パワーカード２６の構成の概略を示す構成図である。パワーカード２６は、板状に形成されており、図２における左右方向に並んで配置された半導体素子２２，２３と、半導体素子２２と半導体素子２３とを接続するためのバスバ２２ｇ，２２ｈとを備えている。
【００１５】
半導体素子２２，２３は、半導体チップ２２ａ，２３ａと、スペーサ２２ｃ，２３ｃと、エミッタ電極２２ｅ，２３ｅと、コレクタ電極２２ｆ，２３ｆとを備えている。
【００１６】
半導体チップ２２ａ，２３ａは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が搭載されたチップとして構成されており、パワーカード２６の図２における上側（板厚方向の一方側）がエミッタとなり図２における下側（板厚方向の他方側）がコレクタとなるよう配置されている。
【００１７】
スペーサ２２ｃ，２３ｃは、銅（Ｃｕ）により形成されており、導電性はんだ２２ｂ，２３ｂを介して半導体チップ２２ａ，２３ａの図中上側のエミッタに取り付けられている。
【００１８】
エミッタ電極２２ｅ，２３ｅは、導電性はんだ２２ｄ，２３ｄを介してスペーサ２２ｃ，２３ｃに取り付けられている。コレクタ電極２２ｆ，２３ｆは、半導体チップ２２ａ，２３ａの図中下側のコレクタに接続されている。
【００１９】
バスバ２２ｇは、板状の部材として形成されており、エミッタ電極２３ｅに接続されている。バスバ２２ｇは、図２に示すように、エミッタ電極２３ｅから図２における左方向へ延伸するよう形成されている。バスバ２２ｈは、板状の部材として形成されており、コレクタ電極２２ｆとバスバ２２ｇとに接続されている。バスバ２２ｈは、コレクタ電極２２ｆからバスバ２２ｇに向けてまっすぐ延伸して、バスバ２２ｇの近傍で屈曲して、バスバ２２ｇに平行に延伸するよう形成されている。バスバ２２ｈは、コレクタ電極２２ｆ付近で曲げられることなくエミッタ電極２３ｅに向けてまっすぐ延伸しているから、バスバをエミッタ電極２３ｅ，コレクタ電極２２ｆの両方で屈曲させるものと比較すると、バスバ２２ｈを製造する際の曲げ工程を減らすことができる。バスバ２２ｈ，２２ｇは、図２においてパワーカード２６を板厚ＴＨ２の２分の１の高さで２分割したときの上側となる上部２６ａにおける体積が下側となる下部２６ｂにおける体積より大きくなっている。
【００２０】
パワーカード２６は、半導体素子２２，２３のエミッタ電極２２ｅ，２３ｅ，コレクタ電極２２ｆ，２３ｆを表面に露出させた状態で、樹脂２４により面一となるよう半導体チップ２２ａ，２３ａや導電性はんだ２２ｂ，２３ｂ，２２ｄ，２３ｄ，スペーサ２２ｃ，２３ｃ，バスバ２２ｇ，２２ｈをモールドしている。
【００２１】
パワーカード２６には、図２における下側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに凹部２６ｃが形成されている。凹部２６ｃは、開口の形状がバスバ２２ｇの板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、深さＤがパワーカード２６の板厚ＴＨ２の２０％以上４０％以下の範囲内（例えば、板厚ＴＨ２の２０％，３０％，４０％など）となるよう形成されている。
【００２２】
ここで、図２における下側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに凹部２６ｃを形成した理由について説明する。図３は、凹部２６ｃが形成されていない比較例のパワーカード１２６を備える電力変換装置１２０において加熱・冷却サイクルが繰り返される前後における様子の一例を示す説明図である。パワーカード１２６において、バスバ２２ｈ，２２ｇは、上部２６ａにおける体積が下部２６ｂにおける体積より大きくなっているから、樹脂２４は下部２６ｂにおける体積が上部２６ａにおける体積より大きくなっている。こうした電力変換装置１２０において、半導体チップ２２ａ，２３ａの動作に伴う発熱とその後の冷却により樹脂２４に対して加熱・冷却サイクルが繰り返されると、樹脂２４の体積が大きいほう、すなわち、パワーカード２６の下部２６ｂ、特に、半導体素子２２，２３の間に熱応力が集中し、パワーカード１２６全体に変形が生じてしまう。パワーカード１２６全体に変形が生じると、放熱グリス２８ａ，２８ｂがパワーカード１２６により押し出されてパワーカード１２６と絶縁板３０ａ，３０ｂとの間から抜けてしまう。一般に、放熱グリス２８ａ，２８ｂより絶縁板３０ａ，３０ｂの方が熱伝導性が低いから、冷却器３４による冷却効率が低下してしまう。
【００２３】
実施例のパワーカード２６では、図２における下側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに凹部２６ｃを形成することにより、パワーカード２６の上部２６ａにおける樹脂２４の体積と下部２６ｂにおける樹脂２４の体積との差を小さくすることができ、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる樹脂２４への熱応力の集中を抑制することができる。これにより、パワーカード２６全体に変形が生じるのを抑制することができる。また、パワーカード２６全体に変形が生じるのを抑制するから、放熱グリス２８ａ，２８ｂの抜けを抑制することができ、冷却器３４による冷却効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
以上説明した実施例の電力変換装置２０によれば、バスバ２２ｈ，２２ｇは、上部２６ａ（板厚方向の一方側）における体積が下部２６ｂ（板厚方向の他方側）における体積より大きくなるよう配置されており、下側（板厚方向の他方側）で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに凹部２６ｃを形成することにより、樹脂２４の上部２６ａにおける体積と下部２６ｂにおける体積との差を小さくすることができる。これにより、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる熱応力の集中を抑制して、パワーカード２６全体の変形を抑制することができる。
【００２５】
実施例の電力変換装置２０では、凹部２６ｃを、開口の形状がバスバ２２ｇの板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、深さＤがパワーカード２６の板厚ＴＨ２の２０％以上４０％以下の範囲内となるよう形成するものとしたが、凹部２６ｃを、バスバ２２ｇ，２２ｈを一体の接続部材として考えて、接続部材の図２の左右方向に延伸する部分より図２における上側（板厚方向の一方側）における樹脂２４の厚さと下側（板厚方向の他方側）における樹脂２４の厚さとが同一になるよう形成するものとしてもよい。
【００２６】
実施例の電力変換装置２０では、パワーカード２６において、エミッタ電極２３ｅに接続されたバスバ２２ｇと、コレクタ電極２２ｆとバスバ２２ｇとに接続されたバスバ２２ｈとを備えるものとしたが、バスバ２２ｇ，２２ｈを一体の部材であるものとしてもよい。
【００２７】
実施例の電力変換装置２０では、バスバ２２ｇがエミッタ電極２３ｅに接続され、バスバ２２ｈがコレクタ電極２２ｆとバスバ２２ｇとに接続されているものとしたが、バスバ２２ｇがコレクタ電極２２ｆに接続され、バスバ２２ｈがエミッタ電極２３ｅとバスバ２２ｇとに接続されているものとしてもよい。この場合、凹部２６ｃは、図２における上側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに形成すればよい。
【００２８】
実施例の電力変換装置では、凹部２６ｃを、図２における下側で、且つ、半導体素子２２と半導体素子２３との間のみに形成することにより、樹脂２４の下部２６ｂにおける体積と上部２６ａにおける体積との差を小さくするものとしたが、凹部２６ｃを樹脂２４の上部２６ａにおける体積と下部２６ｂにおける体積とが同一となるよう形成するものとしてもよい。
【００２９】
実施例の電力変換装置２０では、２つの半導体素子２２，２３がエミッタ電極２２ｅ，コレクタ電極２２ｆを露出した状態で樹脂２４にモールドされているものとしたが、３つ以上の半導体素子が樹脂２４にモールドされているものとしてもよい。この場合、凹部２６ｃを、図２における下側で、且つ、３つ以上の半導体素子のうち隣り合う半導体素子の間に形成するものとすればよい。
【００３０】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、半導体素子２２，２３が「半導体素子」に相当し、バスバ２２ｇ，２２ｈが「接続部材」に相当し、樹脂２４が「樹脂」に相当し、凹部２６ｃが「凹部」に相当する。
【００３１】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３２】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  パワーコントロールユニット、２０，１２０  電力変換装置、２２，２３  半導体素子、２２ａ，２３ａ  半導体チップ、２２ｂ，２２ｄ，２３ｂ，２３ｄ  導電性はんだ、２２ｃ，２３ｃ  スペーサ、２２ｅ，２３ｅ  エミッタ電極、２２ｆ，２３ｆ  コレクタ電極、２２ｇ，２２ｈ  バスバ、２４  樹脂、２６，１２６  パワーカード、２６ａ  上部、２６ｂ  下部、２６ｃ  凹部、２８ａ，２８ｂ，３２ａ，３２ｂ  放熱グリス、３０ａ，３０ｂ  絶縁板、３４  冷却器。
【図１】
2016111271.tif 000003
【図２】
2016111271.tif 000004
【図３】
2016111271.tif 000005