(57)【要約】【課題】高温動作する半導体素子を用いたパワー半導体装置において、封止部材と、封止部材に触れる各種部材との界面で生じる気泡の発生を抑制することにより、その信頼性が向上された半導体装置を提供する。【解決手段】基板３と、半導体素子５と、電極部材７と、封止部材９と、伝熱部材１１とを備えている。基板３はケース１内に配置されている。半導体素子５は基板３の一方の主表面上に載置されている。電極部材７は基板３に接続され、半導体素子５の外部と導電するためのものである。封止部材９はケース１内を充填するものである。伝熱部材１１はケース１内において基板３の一部または電極部材７の一部と接続される、電極部材７とは別の部材である。【選択図】図１
2016139691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に配置された基板と、
前記基板の一方の主表面上に載置された半導体素子と、
前記基板に接続される、前記半導体素子の外部と導電するための電極部材と、
前記ケース内を充填する封止部材と、
前記ケース内において前記基板の一部または前記電極部材の一部と接続される、前記電極部材とは別の伝熱部材とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記基板の、前記一方の主表面とは反対側の他方の主表面に、ベース板が接続される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ベース板を構成する材料は、銅、アルミニウム炭化珪素および銅モリブデンからなる群から選択されるいずれか１つである、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止部材はシリコーン系の樹脂である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電極部材を複数備え、
前記伝熱部材は、複数の前記電極部材のうち前記伝熱部材との距離が最も短い前記電極部材との最短距離が２５ｍｍ以下の位置に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極部材を複数備え、
前記伝熱部材は、複数の前記電極部材のうちいずれかの一部に接続されており、前記伝熱部材および複数の前記電極部材のすべてのうちいずれかとの最短距離が２５ｍｍを超える領域が存在しないように配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子の駆動時における表面の温度と、前記封止部材における前記一方の主表面と同じ側の表面の温度の最小値との差が１２０℃以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子を構成する材料は、炭化珪素、窒化ガリウム、ダイヤモンド、炭化珪素と窒化ガリウムとダイヤモンドとの複合材料、からなる群から選択されるいずれか１つである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記伝熱部材を構成する材料は、アルミニウム、銅、アルミニウムと銅との合金、からなる群から選択されるいずれか１つである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記伝熱部材は、前記一方の主表面に交差する方向に延びる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記伝熱部材の少なくとも一部は前記封止部材の表面から露出する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記伝熱部材は、前記封止部材における前記一方の主表面に沿う表面に沿うように広がる平面層を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記伝熱部材がリボンワイヤである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記伝熱部材は、カーボン系の複合材料により形成される、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記リボンワイヤは、前記基板の前記一方の主表面上の互いに間隔をあけた２か所と接続されることにより、前記基板との間にループを構成する、請求項１３または１４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に関し、特に、樹脂ケース内にパワー半導体素子を封止したパワー半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば特開２０１０−１３００１５号公報（特許文献１）に示すような、半導体素子をケースに収め、ケースにゲル状の合成樹脂を充填して封止した樹脂封止型のパワー半導体装置が知られている。この種のパワー半導体装置は、電車、ハイブリッドカー、または電気自動車などの電力変換を行なうインバータ装置に好適に用いられている。モータの相数に応じた数のパワー半導体装置を含むことにより、インバータ装置が構成されている。
【０００３】
また、たとえば特開２００８−９８５８４号公報（特許文献２）においては、半導体チップを収納したプラスチックケース内に、半導体チップの駆動時の発熱温度より高い温度において十分な耐熱性を有する液体の絶縁油を充填して封止することにより形成されたパワー半導体装置が開示されている。さらにここでは、当該絶縁油として、吸湿剤および、絶縁油より熱伝導率が高い伝熱粒子が混入されたものが用いられている。この構成により、当該パワー半導体装置は、熱衝撃に強くなり、良好な放熱特性が得られ、信頼性が向上されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３００１５号公報
【特許文献２】特開２００８−９８５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば特開２０１０−１３００１５号公報および特開２００８−９８５８４号公報に示す半導体装置においては、使用時の発熱により絶縁基板および電極などの各種部材とこれに触れる封止部材との界面の水分が気化してガスが発生しやすくなる。このガスは絶縁基板などの沿面絶縁耐圧を低下させ、半導体装置の信頼性を低下させる恐れがある。
【０００６】
このような不具合を抑制する観点から、特開２００８−９８５８４号公報においては半導体素子が吸湿剤および伝熱粒子を含む絶縁油に充填されるが、伝熱粒子が絶縁油内で沈降することにより放熱効果が弱まる可能性がある。なお特開２０１０−１３００１５号公報に示す構成においては、使用時の内部発熱によるガスの抑制に関する対策が何らなされていない。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温動作する半導体素子を用いたパワー半導体装置において、封止部材と、封止部材に触れる各種部材との界面で生じる気泡の発生を抑制することにより、その信頼性が向上された半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、基板と、半導体素子と、電極部材と、封止部材と、伝熱部材とを備えている。基板はケース内に配置されている。半導体素子は基板の一方の主表面上に載置されている。電極部材は基板に接続され、半導体素子の外部と導電するためのものである。封止部材はケース内を充填するものである。伝熱部材はケース内において基板の一部または電極部材の一部と接続される、電極部材とは別の部材である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電極部材および伝熱部材の双方が、半導体素子の動作時に生じる熱を封止部材に伝えて封止部材を温める。封止部材を温めれば封止部材内のガスを封止部材外に排出させる効果が高められるため、封止部材と、封止部材に触れる各種部材との界面で生じる気泡に起因する信頼性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１（Ａ）の点線Ｌ１から見た透視図（Ｂ）と、図１（Ａ）の点線Ｌ２から見た透視図（Ｃ）とである。
【図２】比較例のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図２（Ａ）の点線Ｌ１から見た透視図（Ｂ）とである。
【図３】比較例のパワー半導体装置を示す図２（Ａ）の点線Ｌ３から見た透視図上に表したガスの移動態様（Ａ）と、比較例のパワー半導体装置を示す図２（Ａ）の点線Ｌ３から見た透視図上に表した気泡の発生態様（Ｂ）とである。
【図４】実施の形態１のパワー半導体装置を示す図１（Ａ）の点線Ｌ３から見た透視図（Ａ）と、図４（Ａ）の透視図上に表したガスの移動態様（Ｂ）とである。
【図５】実施の形態２のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図５（Ａ）の点線Ｌ１から見た透視図（Ｂ）と、図５（Ａ）の点線Ｌ２から見た透視図（Ｃ）とである。
【図６】実施の形態３のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図６（Ａ）の点線Ｌ４から見た透視図（Ｂ）と、図６（Ａ）の点線Ｌ５から見た透視図（Ｃ）と、図６（Ａ）の点線Ｌ６から見た透視図（Ｄ）とである。
【図７】実施の形態４のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図７（Ａ）の点線Ｌ７から見た透視図（Ｂ）と、図７（Ａ）の点線Ｌ８から見た透視図（Ｃ）と、図７（Ａ）の点線Ｌ９から見た透視図（Ｄ）とである。
【図８】実施の形態５のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図８（Ａ）の点線Ｌ１０から見た透視図（Ｂ）と、図８（Ａ）の点線Ｌ１１から見た透視図（Ｃ）と、図８（Ａ）の点線Ｌ１２から見た透視図（Ｄ）とである。
【図９】実施例１のサンプル１のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、実施例１のサンプル２のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ｂ）と、実施例１のサンプル３のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ｃ）と、実施例１のサンプル４のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ｄ）と、実施例１のサンプル５のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ｅ）と、図９（Ａ）〜（Ｅ）をＹ方向から見た、各部の寸法を示す透視図（Ｆ）と、封止部材の最上面の温度を測定した点および各部の寸法を示す概略平面図（Ｇ）とである。
【図１０】実施例２のサンプル６のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図および透視図（Ａ）と、実施例２のサンプル７のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図および透視図（Ｂ）と、実施例２のサンプル８，９，１０のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図および透視図（Ｃ）とである。
【図１１】実施例３のサンプル１１のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１１（Ａ）の点線Ｌ１０から見た透視図（Ｂ）と、図１１（Ａ）の点線Ｌ１１から見た透視図（Ｃ）と、図１１（Ａ）の点線Ｌ１２から見た透視図（Ｄ）とである。
【図１２】実施例３のサンプル１２のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１２（Ａ）の点線Ｌ１０から見た透視図（Ｂ）と、図１２（Ａ）の点線Ｌ１１から見た透視図（Ｃ）と、図１２（Ａ）の点線Ｌ１２から見た透視図（Ｄ）とである。
【図１３】実施例３のサンプル１３のパワー半導体装置の構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１３（Ａ）の点線Ｌ１０から見た透視図（Ｂ）と、図１３（Ａ）の点線Ｌ１１から見た透視図（Ｃ）と、図１３（Ａ）の点線Ｌ１２から見た透視図（Ｄ）とである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の半導体装置の構成としてパワー半導体装置の構成について図１を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。Ｘ方向およびＹ方向はそれぞれ平面視における横方向および縦方向を意味し、Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に交差する、厚み（高さ）方向を意味するものとする。
【００１２】
図１（Ａ）は後述するフタ１３を含まない本実施の形態のパワー半導体装置の内部の構成を示す平面図であり、図１（Ｂ）は当該フタ１３を含めた本実施の形態のパワー半導体装置の内部の構成を、図１（Ａ）中の点線Ｌ１から図の上側向きに見た透視図（側面図）である。また図１（Ｃ）は当該フタ１３を含めた本実施の形態のパワー半導体装置の内部の構成を、図１（Ａ）中の点線Ｌ２から図の上側向きに見た透視図（側面図）である。なお各透視図においては、見える部材の一部を省略し主要な部材（要部）のみを抜きとって図示している場合があるとともに、図の理解を容易にするために一部において平面図と整合しない箇所が存在する場合がある（以下の各図においても同じ）。
【００１３】
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置は、ケース１と、基板３と、半導体素子５と、電極部材７と、封止部材９と、伝熱部材１１とを主に有している。
【００１４】
ケース１は、パワー半導体装置を構成する基板３などの各種部材をその内部に収納可能な形状を有する、たとえば直方体状の部材である。ケース１は、たとえばポリ・フェニレン・スルファイドなどの樹脂材料により形成されている。
【００１５】
基板３は、パワー半導体装置の土台となる構成部材であり、ケース１内に配置されている。特に図１（Ｂ），（Ｃ）を参照して、基板３は、絶縁基板３ａと、裏面電極３ｂと、表面電極３ｃとを含んでいる。
【００１６】
絶縁基板３ａは、たとえばセラミックスなどの絶縁性の材料からなる平板形状の部材であり、たとえば平面視において矩形状を有しており、Ｚ方向に一定の厚みを有している。より具体的には、絶縁基板３ａを構成するセラミックス材料として、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、ガラスセラミックスからなる群から選択されるいずれか１つが用いられることが好ましい。ただし絶縁基板３ａは、これを含むパワー半導体装置が求める絶縁特性、放熱性、線膨張率などの特性を満たす任意の材質およびＺ方向厚みとすることができる。
【００１７】
裏面電極３ｂは、絶縁基板３ａのＺ方向下側の主表面の少なくとも一部に、たとえばろう付けにより貼り合わせられるように形成されており、たとえば平面視において矩形状を有し、Ｚ方向に一定の厚みを有する薄膜のパターンである。同様に表面電極３ｃは、絶縁基板３ａのＺ方向上側の主表面の少なくとも一部に、たとえばろう付けにより貼り合わせられるように（絶縁基板３ａの上記上側の主表面を直接覆うように）形成されており、たとえば平面視において矩形状を有し、Ｚ方向に一定の厚みを有する薄膜のパターンである。裏面電極３ｂおよび表面電極３ｃは、一般公知のアルミニウム、銅、またはこれらを組み合わせた金属材料により形成される。なお裏面電極３ｂおよび表面電極３ｃを構成する金属材料は、酸化防止のためその表面にニッケルめっきなどの処理がなされてもよい。
【００１８】
半導体素子５を構成する材料は、シリコン、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド、からなる群から選択されるいずれか１つであるが、あるいは炭化珪素と窒化ガリウムとダイヤモンドとの複合材料であってもよい。これにより半導体素子５を、高電圧を印加するパワー半導体素子として用いることができる。
【００１９】
半導体素子５は、上記の材料からなるチップ状（薄板形）を有しており、基板３の一方の主表面（Ｚ方向上側の主表面）上に、たとえば互いに間隔をあけて複数（図１（Ａ）においてはＸ方向およびＹ方向のそれぞれに関して２列ずつ、合計４つ）載置されている。すなわち半導体素子５は、そのＺ方向下側の主表面が基板３のＺ方向上側の主表面（表面電極３ｃの表面）と互いに接するように、図示されないはんだなどの接合材料により接合されるように搭載されている。
【００２０】
半導体素子５は、シリコンまたは炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体チップの（図１のＺ方向上側の）表面上に微細な素子が複数形成されることにより集積回路を構成する部材である。ここでの微細な素子として、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力制御用半導体素子、または還流ダイオードなどのいわゆるパワー半導体素子が用いられる。しかしこれに限らず、微細な素子として、動作時の温度が１２５℃を超える数々の半導体素子のうちのいずれかが少なくとも１つ以上用いられればよい。
【００２１】
電極部材７は、当該パワー半導体装置（半導体素子５）とその外部の配線などとを電気的に接続（導電）するために配置されている。電極部材７は、ソース電極７ａと、ドレイン電極７ｂと、ゲート電極７ｃとを含んでいる。
【００２２】
ソース電極７ａは、半導体素子５に含まれる微細な素子を構成するソース電極と電気的に接続されており、かつ当該基板３を含む半導体素子５の外部と電気的に接続するためのものであり、当該パワー半導体装置の全体に対する１つの大きなソース電極に相当する。同様に、ドレイン電極７ｂ（ゲート電極７ｃ）は、半導体素子５に含まれる微細な素子を構成するドレイン電極（ゲート電極）と電気的に接続されており、かつ当該基板３を含む半導体素子５の外部と電気的に接続するためのものであり、当該パワー半導体装置の全体に対する１つの大きなドレイン電極（ゲート電極）に相当する。
【００２３】
図１においては基板３の表面電極３ｃは、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて複数（３つ）配置されている。そのうち最も左側の表面電極３ｃにソース電極７ａが、中央の表面電極３ｃにドレイン電極７ｂが、最も右側の表面電極３ｃにゲート電極７ｃが、それぞれ接続されている。したがって当該３つの表面電極３ｃのそれぞれは、電極部材７のそれぞれと同電位になっている。しかしここでは当該３つの表面電極３ｃのそれぞれは基板３を構成するものとし、電極部材７は基板３（３つの表面電極３ｃのそれぞれ）に接続された各電極７ａ，７ｂ，７ｃを意味するものとする。
【００２４】
図１に示すように、ソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂおよびゲート電極７ｃのそれぞれは、表面電極３ｃと接続される領域（Ｚ方向最下部）において、基板３（表面電極３ｃ）上からＺ方向上側に延びるようにほぼ直角に屈曲した形状を有していてもよい。これにより、ソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂおよびゲート電極７ｃのそれぞれは、その大半の領域がＺ方向上側に延びる構成を有している。
【００２５】
ソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂおよびゲート電極７ｃは、たとえば銅の土台の表面にニッケルめっきなどの処理がなされた構成を有しており、たとえば超音波接合により基板３の表面電極３ｃと互いに接続される。ただしソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂおよびゲート電極７ｃは電気伝導性が高い任意の材質により形成可能であり、また超音波接合の他、はんだまたはかしめ接合などにより基板３の表面電極３ｃと互いに接続されてもよい。
【００２６】
また各電極７ａ，７ｂ，７ｃのサイズおよび位置についても特に限定されるものではなく、所望の電流を流すことが出来るだけのサイズを有していればよい。なお、図１における電極７ａ〜７ｃの名称は装置構成の説明の便宜上名付けられたもので、用いる素子によってたとえばソース電極とドレイン電極の位置および機能などが図１の構成と入れ替わったり、たとえばソース電極とドレイン電極との双方の機能を有するように共用された電極が配置されたりしてもよい。
【００２７】
封止部材９は、特に図１（Ｂ），（Ｃ）に示すようにケース１内を充填するように配置されており、そのＺ方向上側の最上面がケース１内の封止部材最上面９ａとなっている。封止部材９はたとえば一般公知の封止用の樹脂材料が硬化したものであるが、必ずしも樹脂材料でなくてもよい。したがって封止部材９は、ケース１内に配置される基板３、半導体素子５、電極部材７などの各部材の表面の少なくとも一部と互いに接しながらこれらの各部材を覆うように配置されている。
【００２８】
封止部材９としての樹脂材料は、成形性、硬化性、貯蔵安定性、特に長期耐熱性に優れ、良好な耐クラック性を有する材料を用いることが好ましい。具体的には封止部材９として、たとえば熱硬化性オルガノポリシロキサンを主成分としたシリコーン系の樹脂（シリコーンゲルなどの２液混合型の反応材料）が一般的に用いられる。また封止部材９として、エポキシ系またはフッ素系などの樹脂材料が用いられてもよいし、上記の成形性などの特性を損なわない範囲で硬化促進剤や消泡剤、無機充填剤などを添加して用いることもできる。
【００２９】
封止部材９は、複数種類（２液）の所定量が計量されたものが混合され、それが約１３．３Ｐａの真空状態下で１０分間一次脱泡された後にケース１内に注型されることにより形成（ケース１内に供給）される。その後当該封止部材９は、１３．３Ｐａの真空状態下で１０分間二次脱泡され、７０℃で１時間加熱硬化される。
【００３０】
伝熱部材１１は、ケース１内において基板３（表面電極３ｃ）の一部と接続されている。具体的には図１においては、２つの伝熱部材１１が配置されており、そのうちの一方は３つの表面電極３ｃのうち最も左側の表面電極３ｃに、他方は３つの表面電極３ｃのうち最も右側の表面電極３ｃに、それぞれ接続されている。しかし伝熱部材１１は電極部材７とは別の部材である。つまり基本的に本実施の形態の伝熱部材１１は当該パワー半導体装置（半導体素子５）とその外部の配線などとを電気的に接続（導電）していない。伝熱部材１１は、電極部材７などと同様に封止部材９と接触するように封止されるが、伝熱部材１１は半導体素子５の動作時に生じる熱をその接触する封止部材９に伝える機能を有している。
【００３１】
図１に示すように、伝熱部材１１は、表面電極３ｃと接続される領域（Ｚ方向最下部）において、基板３（表面電極３ｃ）上からＺ方向上側（基板３のたとえばＺ方向上側の主表面である一方の主表面に交差する方向）に延びるようにほぼ直角に屈曲した形状を有していてもよい。また伝熱部材１１はＺ方向上側に延びる領域を有するが、そのＺ方向最上部において再度ほぼ直角に屈曲することにより、平面層１１ａを有するように形成されてもよい。平面層１１ａは、図１（Ａ）において矩形状に見える伝熱部材１１のＺ方向最上部の領域である。平面層１１ａは、封止部材９における、基板３の一方の主表面（Ｚ方向上側の主表面）に沿うようにＸ方向およびＹ方向に広がる平面（表面）に沿うように広がっている。このような形状を有する伝熱部材１１は、たとえば金型を用いた成形により形成される。
【００３２】
これにより、図１のＸ方向左側の伝熱部材１１は、左側の表面電極３ｃの真上から中央の表面電極３ｃの真上に達するように、Ｘ方向右側に延びる平面層１１ａを有している。また図１のＸ方向右側の伝熱部材１１は、右側の表面電極３ｃの真上から中央の表面電極３ｃの真上に達するように、Ｘ方向左側に延びる平面層１１ａを有している。
【００３３】
特に図１（Ｃ）に示すように、本実施の形態においては、伝熱部材１１は、その少なくとも一部が、封止部材９の表面から露出している。具体的には、伝熱部材１１のＺ方向上側の領域、特に平面層１１ａの少なくとも一部が、封止部材最上面９ａよりもＺ方向上側に配置されることにより、封止部材９に接することなくその外側に露出する態様となっている。
【００３４】
伝熱部材１１を構成する材料は、たとえばアルミニウム、銅、アルミニウムと銅との合金、からなる群から選択されるいずれか１つであることが好ましい。すなわち伝導部材１１は、たとえばアルミニウムまたは銅などからなる金属板により形成される。このようにすれば、伝熱部材１１による伝熱性をより高めることができる。
【００３５】
伝熱部材１１は、たとえば超音波接合により基板３の表面電極３ｃと互いに接続される。ただし伝熱部材１１は電気伝導性が高い任意の材質により形成可能であり、また超音波接合の他、はんだまたはかしめ接合などにより基板３の表面電極３ｃと互いに接続されてもよい。
【００３６】
本実施の形態のパワー半導体装置は、上記の各部材の他にも、たとえばフタ１３と、ベース板１５と、ワイヤ１７とを有している。
【００３７】
フタ１３は、ケース１の内部の、封止部材９により充填された領域がケース１の外側に露出しないようにするように、ケース１のＺ方向最上部の開口部を塞ぐように設置される。フタ１３は基本的にケース１と同様の樹脂材料により形成される平板形状の部材であることが好ましい。
【００３８】
ここで、特に図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、封止部材９はケース１内の全体を充填するわけではなく、ケース１内の最上部よりもＺ方向のやや下方にその最上面９ａを有するように供給されている。すなわちケース１内において、封止部材最上面９ａとフタ１３との間には空隙１４（空気などによる隙間）が存在している。
【００３９】
フタ１３によるケース１内の密閉は、封止部材９が加熱硬化された後に取り付けられ、それによりパワー半導体装置として完成する。
【００４０】
なお図１においては、伝熱部材１１はその全体がケース１内（フタ１３の下側）に収まっており、フタ１３からケース１の外部に露出していない構成を有している。しかし図示されないが、たとえばパワー半導体装置の放熱性をより向上させる観点から、伝熱部材１１はその一部（Ｚ方向上部の領域）がフタ１３から（たとえばフタ１３の一部を突き破ることにより）ケース１の外部に露出した構成であってもよい。
【００４１】
ベース板１５は、ケース１を構成する外枠およびその内部の、Ｚ方向下側を塞ぐように配置されることによりケース１の底部を構成する部材である。つまりベース板１５は、基板３の、上記一方の主表面とは反対側の他方の主表面（Ｚ方向下側の主表面）に接続されるように配置されている。より具体的にはベース板１５は、そのＺ方向上側の主表面が基板３のＺ方向下側の主表面（裏面電極３ｂの表面）と互いに接するように、図示されないはんだなどの接合材料により接合されるように搭載されている。ベース板１５はたとえば平面視において矩形状を有する平板形状の部材であり、ケース１の底部に、図示されない接着剤等で貼り付けられている。
【００４２】
ベース板１５は、半導体素子５の駆動時に発する熱をそのＺ方向下側からパワー半導体装置の外側へ放熱する機能を有している。ベース板１５は、これを含むパワー半導体装置が求める電気特性、放熱性、線膨張率などの特性を満たす任意のＺ方向厚み、および材質とすることができる。
【００４３】
たとえば、一般的にベース板１５は銅により形成されるが、たとえばモリブデンまたはタングステンにより形成されてもよいし、銅とタングステンとの合金、または銅とモリブデンとの合金（銅モリブデン：ＣｕＭｏ）により形成されてもよい。あるいはベース板１５はアルミニウムと炭化珪素（ＳｉＣ）との合成材料（アルミニウム炭化珪素：ＡｌＳｉＣ）、珪素と炭化珪素（ＳｉＣ）との合成材料などのセラミック金属系の材料により形成されてもよいし、さらに合成ダイヤモンド、あるいはダイヤモンドと銅との複合材料により形成されてもよい。またベース板１５は裏面電極３ｂと電気的に接続されることにより、半導体素子５などと電気的に接続されてもよい。このような材質により形成されたベース板１５は、放熱性などの特性を十分に満たすことができる。
【００４４】
以上により、当該パワー半導体装置におけるケース１内を充填する上記の封止部材９は、ケース１の側面と、フタ１３と、ベース板１５とで囲まれた空間内の一部を充填している。これにより封止部材９は、当該空間内に配置された半導体素子５などを外部の汚染等から保護する機密性を確保したり、パワー半導体装置全体の成型による形状精度を高めたりしている。また特にベース板１５により半導体素子５などの発生する熱が高効率に外部に放熱される。
【００４５】
ワイヤ１７は、たとえば複数の半導体素子５同士を電気的に接続したり、半導体素子５と、半導体素子５が載置される表面電極３ｃ以外の（たとえば当該表面電極３ｃに隣り合う）表面電極３ｃとを電気的に接続したりするために半導体素子５の表面などに接続された細い配線である。
【００４６】
ワイヤ１７は、これにより接続される２つの領域間を電気的に接続することが可能な任意の材質により形成され得る。具体的にはワイヤ１７は、通常はアルミニウム、銅、金などの金属材料の細線により形成されるが、たとえばアルミニウムによりその表面が被覆された銅からなるワイヤ１７が用いられてもよい。
【００４７】
ワイヤ１７の表面電極３ｃなどへの接続に用いる材料は、図示しないがたとえばはんだまたは銀などの熱溶融部材であることが好ましい。なおワイヤ１７の表面電極３ｃなどへの接続方法は、ワイヤ１７と表面電極３ｃなどとの電気的な接続を可能とする任意の方法によりなされる。たとえば表面電極３ｃとワイヤ１７とが超音波接合により互いに接続されてもよい。
【００４８】
以上の構成を有する本実施の形態のパワー半導体装置は冷却装置などに取り付けて用いられる場合がある。その場合、当該冷却装置などへの設置のために、たとえばケース１に取付ネジ穴１９が加工されてもよい。なお図１（Ａ）においてはＸ方向の一方および他方の端部に１つずつの取付ネジ穴１９が形成されているが、その形状および数には特に制限は無く、必要な取付け強度や製品規格などを考慮のうえ形状および数を適宜決定することができる。
【００４９】
より具体的には、パワー半導体装置は図示しない冷却フィンの上に載置され、取付ネジ穴１９内に挿入されるネジなどにより、冷却フィンの上に固定される。このとき、パワー半導体装置と冷却フィンとの間には図示しない放熱グリースなどの放熱部材が介在することが好ましい。
【００５０】
次に、図２〜図４の比較例の構成、動作および課題等を説明しながら、本実施の形態の作用効果、およびより好ましい構成等について説明する。
【００５１】
図２（Ａ）はフタ１３を含まない比較例のパワー半導体装置の内部の構成を示す平面図であり、図２（Ｂ）は当該フタ１３を含めた本実施の形態のパワー半導体装置の内部の構成を、図２（Ａ）中の点線Ｌ１から図の上側向きに見た透視図（側面図）である。
【００５２】
図２（Ａ），（Ｂ）を参照して、比較例のパワー半導体装置は、基本的に図１の本実施の形態のパワー半導体装置と同様の構成を有しているが、伝熱部材１１を有さない点において図２は図１と異なっている。これ以外の比較例（図２）の構成は、実施の形態１（図１）の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００５３】
パワー半導体装置の動作時は、半導体素子５および基板３（表面電極３ｃ）で形成される回路パターンには高電圧が印加される。図２の比較例のパワー半導体装置においては、シリコーンゲルにより封止部材９が形成されるため、このような高電圧が印加されても、短い沿面長で基板３などの高い沿面絶縁耐圧を確保することができる。また当該封止部材９により、たとえば半導体素子５と電極部材７とワイヤ１７との間を互いに電気的に絶縁することができる。
【００５４】
図２に示す比較例のパワー半導体装置の半導体素子５などに高電圧が印加されて半導体素子５が高温になれば、基板３および電極部材７と、これらに接するように覆う封止部材９との界面にて気泡が発生し、その結果として基板３などの沿面絶縁耐圧が低下し、パワー半導体装置の信頼性が低下する不具合を起こす場合がある。これは、封止部材９の内部、および封止部材９とこれに接する基板３などの各部材との界面に存在する水分が、半導体素子５の動作時の熱で気化し、封止部材９内へのガス拡散速度よりも発生ガス量が増大した場合に生じるものと考えられる。このような現象は、特に炭化珪素からなる半導体素子５（チップ）を用いて、当該半導体素子５の最大接合温度（Ｔｊｍａｘ）が１５０℃を超える動作を行なった場合に顕著に生じる。
【００５５】
このような現象を抑制するために、たとえば半導体素子５を収納したケース１内に高耐熱性を有する液体の絶縁油を充填することが考えられるが、液体の絶縁油を用いるためケース１内の密封が難しく製品の歩留りが向上できないという不具合を来す可能性がある。
【００５６】
そこで、このような現象を抑制するために、本願発明の発明者は鋭意研究を行った結果、昇温による上記気泡の発生は封止部材９を構成するシリコーンゲルの透湿度がシリコーンゲルの温度によって変化することに着目した。
【００５７】
ここで図３（Ａ），（Ｂ）は図２（Ａ）中の点線Ｌ３から図の左側向きに見た透視図（側面図）である。図３（Ａ）を参照して、たとえば図の比較的右側の領域は、高温となる半導体素子５の真上に相当するため、封止部材９が比較的高温となる（このことを図中「Ｈ」で示している）。これに対して、たとえば図の比較的左側の領域には半導体素子５が配置されないため、封止部材９が比較的低温となる（このことを図中「Ｌ」で示している）。
【００５８】
封止部材９が十分温められている領域Ｈにおいては、封止部材９のガス拡散速度が大きいため、矢印で示すようにガスＧｓ（水蒸気）が盛んに半導体素子５上から封止部材９内をＺ方向上側へ移動する。つまり半導体素子５の高温動作により水分が気化して発生したガスＧｓは、盛んに封止部材９の上方へ移動して封止部材９の外部に排出される。
【００５９】
一方、封止部材９が冷えた領域Ｌにおいては、封止部材９のガス拡散速度が小さく、半導体素子５の高温動作により水分が気化して発生したガスＧｓは封止部材９内を移動してその外部に排出されにくい。このことから図３（Ｂ）に示すように、封止部材９の低温領域２１においては、特に封止部材９と基板３との界面などに気泡２５が発生しやすくなる。
【００６０】
そこで図３（Ａ），（Ｂ）と同様に図１（Ａ）中の点線Ｌ３から図の左側向きに見た透視図（側面図）である図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態（図１）に示すように、ケース１内において（つまり封止部材９に接するように）、基板３の一部に伝熱部材１１（ここでは電極部材７のように電気伝導に寄与しない）が接続されるように配置される。
【００６１】
これにより、ケース１内の半導体素子５の動作時に生じる熱が伝熱部材１１に伝わり、伝熱部材１１から高効率に封止部材９に伝わることにより封止部材９が温められる。このため封止部材９と基板３などの各種部材との界面において加熱により気泡２５が発生したとしても、速やかにＺ方向上方に拡散移動し、図４（Ｂ）中に太い矢印で示すように、低温領域２１においてもガスＧｓが封止部材９の外部に排出される。したがって低温領域２１においても気泡２５が上記界面の近傍に滞留することによる基板３などの沿面絶縁耐圧の低下を抑制することができ、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００６２】
本実施の形態においては、半導体素子５の駆動により発生する熱を利用して封止部材９を温めるため、たとえば外部から封止部材９を加熱するための電力等を供給する必要がない。このため低コストで高効率に封止部材９を温め、気泡２５の滞留による不具合の発生を抑制することができる。
【００６３】
伝熱部材１１は基板３の表面上からＺ方向上側に延びている。このため封止部材９内をＺ方向の下側から最上部まで均一に温めることができ、気泡２５をより高効率に封止部材９の最上面にまで導くことができる。
【００６４】
また伝熱部材１１は、その少なくとも一部（Ｚ方向に関する最上部）が封止部材９の表面である封止部材最上面９ａから露出している。これは封止部材９を構成する樹脂材料は熱伝導性が低いため、封止部材９の温度が伝熱部材１１の近傍において最も高くなるという特性を最大限に生かす目的でなされた構成である。
【００６５】
つまり、伝熱部材１１を封止部材９の封止部材最上面９ａから露出させれば、封止部材最上面９ａの近傍に伝熱部材１１が存在することになるため、封止部材最上面９ａの近傍における封止部材９の温度が高くなる。特に図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、これにより伝熱部材１１の近傍に発生する水蒸気などのガスの封止部材９内の透過率がいっそう高められ、より高効率に封止部材最上面９ａに達するようにガスを移動させることができる。言い換えれば、伝熱部材１１の近傍の封止部材９を高効率なガス放出経路として機能させることができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態においては伝熱部材１１がＸ方向およびＹ方向に広がる平面層１１ａを有することにより、これが存在しない場合に比べて伝熱部材１１の体積が大きくなり、その熱容量が大きくなる。このため伝熱部材１１による放熱効果が高められる。したがって、加熱による水分の気化を抑制するとともに、駆動時の昇温によるパワー半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００６７】
なお電極部材７にも伝熱部材１１と同様に熱を封止部材９に伝える機能を有するが、それとは別に（電気伝導に寄与しない）伝熱部材１１を有することにより、封止部材９へ熱を拡散させる効率をいっそう高めることができる。
【００６８】
ただし以上の本実施の形態のパワー半導体装置においては、電極部材７としてソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂ、ゲート電極７ｃなど複数の部材を有している。そして伝熱部材１１は、それら複数の電極部材７（７ａ，７ｂ，７ｃ）のうち当該伝熱部材１１との距離が最も短いものとの最短距離が２５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。
【００６９】
なおここでは伝熱部材１１が複数存在する場合、それぞれの伝熱部材１１と、当該伝熱部材１１からの距離が最も短いものとの最短距離が複数存在することになるが、その複数の最短距離のなかで最長のものについても当該最短距離が２５ｍｍ以下であることがより好ましい。またここで最短距離とは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３方向（３次元）で考えた最短距離を意味する。
【００７０】
つまり図１（Ａ）を再度参照して、たとえば図１の右側の伝熱部材１１は、これに最も近い位置に配置される電極部材７であるゲート電極７ｃとの距離Ｄが２５ｍｍ以下であることが好ましい。同様に、たとえば図１（Ａ）の左側の伝熱部材１１は、これに最も近い位置に配置される電極部材７であるソース電極７ａとの最短距離が２５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより伝熱部材１１は、これと同じ機能を有する電極部材７と共同して熱を封止部材９に伝える効果が高められる。したがって基板３の沿面絶縁耐圧の低下を抑制する効果および、伝熱部材１１が封止部材９を温めることによるガスＧｓの排出効果がいっそう高められる。
【００７１】
さらに、本実施の形態のパワー半導体装置においては、その駆動時において、半導体素子５（チップ）の動作時における（Ｚ方向上側の）表面の温度と、封止部材９における基板３の一方の主表面と同じ側（Ｚ方向上側）の表面（すなわち封止部材最上面９ａ）の温度の最小値との差が１２０℃以下であることが好ましい。つまり図１（Ｂ）を再度参照して、半導体素子５の（微細な素子が多数実装された）Ｚ方向上側の表面の温度Ｔ１と、封止部材最上面９ａの温度の最小値Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）との差が１２０℃以下である。このようにすれば、伝熱部材１１が封止部材９を加熱する機能が十分に整っていることになるため、パワー半導体装置の信頼性を高めることができるといえる。なお、これらの特徴については後に実施例として詳述する。
【００７２】
なお上記のパワー半導体装置は、ベース板１５および、その上の絶縁基板３ａを含む基板３により形成された、いわゆるケース型パワー半導体装置である。しかしこれに限らず、たとえばベース板１５に有機絶縁膜を介在して金属性の基板が載置された構成のいわゆるケース型パワーモジュール構造についても、上記の本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本実施の形態２のパワー半導体装置を、それぞれ実施の形態１の図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）と同じように（同じ場所で、かつ同じ方向から）見た態様を示している。図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置は、基本的に図１の実施の形態１のパワー半導体装置と同様の構成を有しているが、伝熱部材１１が封止部材９の最上面９ａからまったく露出しておらず、平面層１１ａを含めその全体が封止部材９内に埋もれるように配置されている。この点において図５は図１と異なっているが、これ以外の本実施の形態（図５）の構成は、実施の形態１（図１）の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００７４】
上記のように伝熱部材１１はその一部が封止部材９の表面から露出する方が封止部材９を最上部まで均一に温める効果が大きくなり、封止部材９内などに発生する気泡２５（図３（Ｂ）参照）の拡散性を高めることができる。しかし伝熱部材１１を封止部材９の表面９ａ上に露出することは必須条件ではなく、半導体装置に必要なガス拡散性を有していれば、本実施の形態のように、伝熱部材１１を封止部材９内に埋没させる構造を有していてもよい。
【００７５】
（実施の形態３）
図６（Ａ）は図１（Ａ）と同様の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）中の点線Ｌ４から図の上側向きに見た透視図である。また図６（Ｃ）は図６（Ａ）中の点線Ｌ５から図の上側向きに、図６（Ｄ）は図６（Ａ）中の点線Ｌ６から図の左側向きに見た透視図である。
【００７６】
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置は、基本的に図１の実施の形態１のパワー半導体装置と同様の構成を有しているが、実施の形態１のように金属板を屈曲させた伝熱部材１１ではなく、リボンワイヤである伝熱部材１２が用いられている。この点において図６は図１と異なっているが、これ以外の本実施の形態（図６）の構成は、実施の形態１（図１）の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００７７】
伝熱部材１２は、半導体装置が必要な熱伝達性を有していれば特に材質や形状に限定はない。つまり伝熱部材１２としてワイヤ配線等を代用することもできる。一例として図６の伝熱部材１２はアルミニウム製のリボンワイヤが用いられている。しかし伝熱部材１２としてはそのほかにたとえばアルミニウム、銅、または金により形成された円形の断面形状を有する金属ワイヤが用いられてもよいし、アルミニウムによりその表面が被覆された銅製のワイヤが用いられてもよい。あるいは伝熱部材１２は、たとえばカーボンナノチューブなど、カーボン系の複合材料（カーボンを主な構成材料にしている）により形成されてもよい。たとえばカーボンナノチューブは熱伝導性に異方性を有するため、これを用いれば、伝熱部材１２は必要な方向の封止部材９をより優先的に加熱させるなど、封止部材９の温度分布をより精密に制御することができる。
【００７８】
図６（Ｃ）に示すように、図６（Ａ）のＹ方向の下側に配置される伝熱部材１２は、その両端部が、基板３の上側の表面電極３ｃ上においてＸ方向に関して互いに間隔をあけた２か所の点に接続されることにより、伝熱部材１２は、基板３（表面電極３ｃ）との間にループを構成している。
【００７９】
図６（Ｄ）に示すように、図６（Ａ）のＸ方向の左右側に配置される伝熱部材１２についても基本的に上記と同様である。しかし図６（Ｄ）においては伝熱部材１２としてのリボンワイヤが２本、Ｚ方向に関して互いに少なくとも部分的にほぼ重なるように配置されており、それぞれが基板３とＹ方向に関して互いに間隔をあけた２か所の点に接続されることでループを構成している。２つの伝熱部材１２の間にはＺ方向に関してある程度の間隔が保たれており、２つの伝熱部材１２の間は電気的に絶縁されている。
【００８０】
図６（Ｄ）のように伝熱部材１２のリボンワイヤがＺ方向に関して２重になれば、伝熱部材１２の伝熱効率をさらに高めることができる。さらに、図示しないが半導体装置が必要な熱伝達性を有していれば、伝熱部材１２に用いるリボンワイヤはループ状となるように基板３（表面電極３ｃ）上に接続される必要はなく、１対の端部のうち一方のみ基板３（表面電極３ｃ）に接続される態様であってもよい。また、図示はしていないが、本実施の形態のようにリボンワイヤ状の伝熱部材１２を用いた場合においても、実施の形態１の伝熱部材１１のように、その一部を封止部材９の表面よりもＺ方向上方に露出した構造をとることもできる。
【００８１】
さらに本実施の形態の伝熱部材１２についても、実施の形態１の伝熱部材１１と同様に、複数の電極部材７のうち伝熱部材１２との距離が最も短い電極部材７との最短距離が２５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。また本実施の形態においても、半導体素子５の表面の温度Ｔ１と、封止部材最上面９ａの最小温度Ｔ２との差が１２０℃以下であることが好ましい。
【００８２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のリボンワイヤとしての伝熱部材１２は、金属板としての伝熱部材１１のようにその形成時に金型を用いる必要がないため、工期を短縮することができる。また安価で熱伝導率の高いアルミニウムのリボンワイヤを伝熱部材１２として用いることにより、封止部材９をより高効率に加温することができる。さらに伝熱部材１２は、伝熱部材１１よりも容易に必要な部分に設置できるため、パワー半導体装置全体の設計の自由度を増加させることができる。
【００８３】
また伝熱部材１２により基板３との間にループを構成させれば、伝熱部材１２をより安定に基板３に固定させることができる。
【００８４】
（実施の形態４）
図７（Ａ）は図１（Ａ）と同様の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）中の点線Ｌ７から図の上側向きに見た透視図である。また図７（Ｃ）は図７（Ａ）中の点線Ｌ８から図の上側向きに、図７（Ｄ）は図７（Ａ）中の点線Ｌ９から図の左側向きに見た透視図である。
【００８５】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置は、基本的に図１の実施の形態１のパワー半導体装置と同様の構成を有しているが、伝熱部材１１が実施の形態１のように平面層１１ａを有さない実施の形態１よりも小型の形状であり、これが１つの基板３上に多数配置されている。この点において図７は図１と異なっているが、これ以外の本実施の形態（図７）の構成は、実施の形態１（図１）の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００８６】
図７（Ａ），（Ｃ）を参照して、伝熱部材１１は、Ｙ方向に２列並ぶ半導体素子５の一方と他方との間の領域に４つ、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。また図７（Ａ），（Ｄ）を参照して、上記４つの伝熱部材１１のうちＸ方向の最も左側および最も右側の伝熱部材１１は、これらとＹ方向に関して互いに間隔をあけて（Ｙ方向下方に）さらに他の伝熱部材１１を有している。このため図７のパワー半導体装置は、１つの基板３上に合計６つの伝熱部材１１を有している。
【００８７】
本実施の形態の伝熱部材１１は、実施の形態１の伝熱部材１１と同様に、表面電極３ｃと接続される領域（Ｚ方向最下部）において、基板３（表面電極３ｃ）上からＺ方向上側（基板３のたとえばＺ方向上側の主表面である一方の主表面に交差する方向）に延びるようにほぼ直角に屈曲した形状を有している。しかし当該伝熱部材１１は、Ｚ方向最上部に屈曲部を有さず、平面層１１ａを有していない。このため当該伝熱部材１１は、全体としてほぼ柱状の形状を有している。なお本実施の形態の伝熱部材１１についても、実施の形態１と同様に、その一部が、封止部材最上面９ａの外側に露出していることが好ましい。
【００８８】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
たとえばレイアウト上の理由等により、実施の形態１のように平面層１１ａを有する大型の（大きな熱容量を有する）伝熱部材１１を設置できない場合においても、本実施の形態のように、柱状の伝熱部材１１を複数（たとえば１つの基板３に対して６つ）、互いに間隔をあけて配置することにより、実施の形態１の伝熱部材１１と同様に熱を封止部材９に供給する作用効果を得ることができる。
【００８９】
本実施の形態においても、他の実施の形態と同様に、複数の電極部材７のうち伝熱部材１２との距離が最も短い電極部材７との最短距離が２５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。また本実施の形態においても、半導体素子５の表面の温度Ｔ１と、封止部材最上面９ａの最小温度Ｔ２との差が１２０℃以下であることが好ましい。
【００９０】
なお本実施の形態の伝熱部材１１は、他の実施の形態と同様にソース電極７ａなどの電極部材７とは別の部材である。しかし本実施の形態のように単一のパワー半導体装置内に多数配置される伝熱部材１１は、パワー半導体素子（半導体素子５）の外部と導電可能な部材であってもよい。ただし上記のように、本実施の形態の伝熱部材１１は、電極部材７との最短距離が２５ｍｍ以下などの制約を有することが好ましい。このため、たとえば複数の電極部材７を有する通常の（比較例としての）半導体装置の、一の電極部材７から見た他の電極部材７は、本実施の形態の伝熱部材１１には含まれないものとする。
【００９１】
上記のように伝熱部材１１がパワー半導体素子（半導体素子５）の外部と導電可能な部材とすることにより、パワー半導体装置の電極の設計の自由度を増加させることができる。
【００９２】
（実施の形態５）
図８（Ａ）は図１（Ａ）と同様の平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）中の点線Ｌ１０から図の上側向きに見た透視図である。また図８（Ｃ）は図８（Ａ）中の点線Ｌ１１から図の左側向きに、図８（Ｄ）は図８（Ａ）中の点線Ｌ１２から図の左側向きに見た透視図である。
【００９３】
図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置の基本構成は図１の実施の形態１のパワー半導体装置と同様である。しかし本実施の形態においては、ケース１が大型になっており、ケース１内に収納される基板３および半導体素子５の数が実施の形態１に比べて増えている。
【００９４】
具体的には、図８においては１つの大きなケース１の内部の収納スペースに、互いに間隔をあけて複数（たとえばここでは合計８つ）の基板３が配置されている。つまりＸ方向に４列、Ｙ方向に２列の基板３が行列状に並んでおり、図８（Ａ）のＹ方向上段の４つの基板３は左側から順に基板３１、基板３２、基板３３、基板３４となっており、図８（Ａ）のＹ方向下段の４つの基板３は左側から順に基板３５、基板３６、基板３７、基板３８となっている。
【００９５】
図８（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、基板３１〜３８は、基板３と同様に、絶縁基板３１ａ〜３８ａと、そのＺ方向下側の主表面上の裏面電極３１ｂ〜３８ｂと、絶縁基板３１ａ〜３８ａのＺ方向上側の主表面上の表面電極３１ｃ〜３８ｃとにより構成されている。
【００９６】
なお基板３１〜３８のそれぞれは、実施の形態１などの基板３と同様に、たとえば４つの半導体素子５が搭載され、ワイヤ１７を用いた電気的接続がなされている。これらの基板３１〜３８のすべての裏面電極３１ｂ〜３８ｂと互いに接するように、単一の大型のベース板１５が接合されることにより、大型のケース１を含むパワー半導体装置が構成されている。図８においては実施の形態４と同様の小型の伝熱部材１１が互いに間隔をあけて複数配置されているが、この態様に限らず、レイアウト上可能であれば、本実施の形態においても実施の形態１と同様の平面層１１ａを有する大型の伝熱部材１１が接続されてもよい。
【００９７】
図８においては、単一のソース電極７ａおよびドレイン電極７ｂが、各基板３１〜３８（の表面電極３ｃ）と接続されている。そしてソース電極７ａはそれに接続されるたとえば３つのソース端子７ａ１，７ａ２，７ａ３により、当該パワー半導体装置の外部と導電可能となっている。同様に、ドレイン電極７ｂはそれに接続されるたとえば３つのドレイン端子７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３により、当該パワー半導体装置の外部と導電可能となっている。ソース端子７ａ１，７ａ２，７ａ３およびドレイン端子７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３は、ケース１外に露出するように配置されている。一方、ゲート電極７ｃについては基板３１〜３８のそれぞれに対して１本ずつ、ケース１外に露出するようにＺ方向上部に延びるように接続、配置されている。
【００９８】
以上の点において図８は図１と異なっているが、これ以外の本実施の形態（図８）の構成は、実施の形態１（図１）の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００９９】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
大電流が流れるインバータを駆動させるための、たとえば電車向けパワーモジュールにおいては、本実施の形態のように大きなパワー半導体装置（大きなケース１を有するパッケージ）を用いる場合がある。この場合、封止部材９内の温度分布のばらつきが、実施の形態１などよりもさらに大きくなり、図３および図４の低温領域２１のようなガスの拡散が困難な領域が拡大する可能性がある。このため、本実施の形態のように大型のパワー半導体装置に対して伝熱部材１１を用いて封止部材９を加温すれば、伝熱部材１１が存在しない場合に比べていっそう大きな作用効果を得ることができる。
【０１００】
本実施の形態においても、他の実施の形態と同様に、複数の電極部材７のうち伝熱部材１２との距離が最も短い電極部材７との最短距離が２５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。また本実施の形態においても、半導体素子５の表面の温度Ｔ１と、封止部材最上面９ａの最小温度Ｔ２との差が１２０℃以下であることが好ましい。
【０１０１】
なお本実施の形態の伝熱部材１１は、実施の形態１〜３と同様にソース電極７ａなどの電極部材７とは別の部材である。しかし本実施の形態のように単一のパワー半導体装置内に多数配置される伝熱部材１１は、（実施の形態４と同様に）パワー半導体素子（半導体素子５）の外部と導電可能な部材であってもよい。ただし上記のように、本実施の形態の伝熱部材１１は、電極部材７との最短距離が２５ｍｍ以下などの制約を有することが好ましい。このため、たとえば複数の電極部材７を有する通常の（比較例としての）半導体装置の、一の電極部材７から見た他の電極部材７は、本実施の形態の伝熱部材１１には含まれないものとする。
【０１０２】
上記のように伝熱部材１１がパワー半導体素子（半導体素子５）の外部と導電可能な部材とすることにより、パワー半導体装置の電極の設計の自由度を増加させることができる。
【実施例１】
【０１０３】
本実施例においては、特に実施の形態４に示すような小型の（平面層１１ａを有さない）伝熱部材１１を有するパワー半導体装置を駆動させたときの封止部材９内の熱拡散、および沿面絶縁耐性（パワー半導体装置の信頼性）を調べている。まず図９（Ａ）〜（Ｅ）を用いて、本実施例の調査に用いたサンプルについて説明する。
【０１０４】
図９（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、これらはそれぞれ調査用のパワー半導体装置のサンプル１，２，３，４，５に相当する。具体的には、図９（Ａ）のサンプル１は、図２（Ａ）に示す比較例のパワー半導体装置であり、伝熱部材１１を有さない構成である。図９（Ｂ）のサンプル２は、サンプル１に対して図に示す位置（表面電極３ｃ上）に、実施の形態４に示す小型の伝熱部材１１が２本接続されている。ここでは（複数の下記最短距離Ｄのうち当該距離が最も長くなる：以下の各サンプルについて同じ）電極部材７としてのゲート電極７ｃの、これとの距離が最も近い（図の右側の）伝熱部材１１との最短距離Ｄが４０ｍｍとなっている。
【０１０５】
同様に、図９（Ｃ）のサンプル３は、サンプル１に対して図に示す位置（表面電極３ｃ上）に、実施の形態４に示す小型の伝熱部材１１が２本接続されている。ここでは電極部材７としてのゲート電極７ｃの、これとの距離が最も近い（図の右側の）伝熱部材１１との最短距離Ｄが２５ｍｍとなっている。図９（Ｄ）のサンプル４は、サンプル１に対して図に示す位置（表面電極３ｃ上）に、実施の形態４に示す小型の伝熱部材１１が４本接続されている。ここでは電極部材７としてのゲート電極７ｃの、これとの距離が最も近い（図の右上の）伝熱部材１１との最短距離Ｄが２０ｍｍとなっている。図９（Ｅ）のサンプル５は、サンプル１に対して図に示す位置（表面電極３ｃ上）に、実施の形態４に示す小型の伝熱部材１１が６本接続されている。ここでは電極部材７としてのゲート電極７ｃの、これとの距離が最も近い（図の右上の）伝熱部材１１との最短距離Ｄが２０ｍｍとなっている。
【０１０６】
図９（Ｆ）を参照して、サンプル１〜５のいずれについても、ワイヤ１７のＺ方向最上部から封止部材最上面９ａまでのＺ方向に関する高さ（距離）を２５ｍｍとしている。またサンプル１〜５のいずれについても、表面電極３ｃのＺ方向最上部から封止部材最上面９ａまでのＺ方向に関する高さ（距離）を２８ｍｍとしている。
【０１０７】
各サンプル１〜５の基板３は、絶縁基板３ａが窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）により、裏面および表面電極３ｂ，３ｃが銅のパターンとして形成された。表面電極３ｃに接するように接合される半導体素子５（チップ）は炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されており、その表面上にはＭＯＳＦＥＴおよびショットキーバリアダイオードが多数実装された。また裏面電極３ｂに接するように接合されるベース板１５は、アルミニウム炭化珪素により形成された。また電極部材７は超音波接合により表面電極３ｃ上に接続された。ワイヤ１７は超音波接合により表面電極３ｃ上および半導体素子５上などに接続された。
【０１０８】
ベース板１５の平面視における周囲を囲むように形成されたポリフェニレンサルファイド製のケース１が、ベース板１５に接着されることにより、基板３および半導体素子５などがケース１内に配置された態様となった。なおベース板１５とケース１との接着は、シリコーン系の接着剤によりなされた。ここへニッケルめっきがなされた銅製の伝熱部材１１が超音波接合により各サンプル１〜５の通りに基板３に接続された後、封止部材９の供給により基板３および半導体素子５などがケース１内にて封止された。
【０１０９】
本実施例において封止部材９としての封止樹脂としてはベースポリマー（重量平均分子量３８７００）が用いられ、これに白金とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体（本組成物中の白金金属が重量単位で５ｐｐｍとなる量）を均一に混合してシリコーンゲル組成物を調製したものが用いられた。このシリコーンゲル組成物が真空脱泡された後に、当該シリコーンゲル組成物を、上記のベース板１５とケース１とが接着された中間段階のパワー半導体装置に流し込み、７０℃で６０分間加熱した。
【０１１０】
なお、このシリコーンゲルの針入度は４０、ｔａｎδ（０．１Ｈｚ）は０．３０であった。ここでのｔａｎδとは損失係数と呼ばれ、レオメータにより測定できる値である。この値が小さいほど衝撃吸収性に優れることを意味している。
【０１１１】
以上の中間段階のパワー半導体装置にフタ１３を取り付けることにより、パワー半導体装置のサンプル１〜５が形成され、当該サンプル１〜５に対して信頼性試験がなされた。次に、当該信頼性試験の手法について説明する。
【０１１２】
パワー半導体装置の信頼性試験は、サンプル１〜５を恒温恒湿槽に投入した後、パワーサイクル試験を実施し、その後のサンプル１〜５の絶縁耐性を評価することにより行なわれた。恒温恒湿槽内においては８５℃８５％の温湿度条件下に１６時間、パワー半導体装置を投入し、その後８５℃６０分で結露水を乾燥除去する。結露水を除去後、室温までパワー半導体装置を冷却し、パワーサイクル試験を実施した。パワーサイクル試験中の規定回数おきに基板３とベース板１５との間に８０００Ｖの高電圧を印加し、絶縁耐性を測定した。パワーサイクル試験は３００ｋサイクルまで実施し、上記の高電圧の印加時に絶縁耐性の劣化に起因する沿面の絶縁破壊の有無を確認することによって、サンプル１〜５の信頼性を確認した。
【０１１３】
図９（Ｇ）を参照して、封止部材９の温度は、図９（Ｇ）に示すＸ座標が１〜４の４点のいずれかであり、かつＹ座標が１〜３の３点のいずれかである合計１２点（１２か所）における封止部材最上面９ａの温度として、熱電対を用いて測定した。互いに隣り合うＸ座標１，２，３，４の間隔、および互いに隣り合うＹ座標１，２，３の間隔は２５ｍｍとなっている。以下においては、封止部材９の最上面の温度を測定する点のうち、たとえばＸ座標が１、Ｙ座標が２の点を（１，２）と表記することにする。
【０１１４】
また、連続動作時温度（Ｔｊ（ｏｐ））の測定は、ＭＯＳＦＥＴの温度センサを用いて実施した。定格の６５００Ｖでモジュールを動作させ、このときの半導体素子５の表面温度（チップ温度）を測定し、定格動作時のチップ温度（ＴＯＰｍａｘ）が１７５℃を超えないように動作制御した。またこのように高電圧の６５００Ｖでモジュールを動作させたときの封止部材９の各点の温度を調べた。したがって基本的に、封止部材最上面９ａの温度を測定する時点における半導体素子５の表面の温度は１７５℃であり、この温度と封止部材最上面９ａの各点（１２点）の温度との差を調べた。その結果を以下の表１に示す。
【０１１５】
【表１】
2016139691.tif 000003
【０１１６】
表１における「熱電対温度」は封止部材最上面９ａの各点（１２点）の温度を熱電対で測定した値を示しており、「チップとの温度差」は上記封止部材最上面９ａの各点（１２点）の温度と半導体素子５の表面（１７５℃）との温度差を示している。また表中の下線は、各サンプルにて計測された最低温度を示している。
【０１１７】
表１を参照して、比較例（図２）に相当する、すなわち伝熱部材１１を設けないサンプル１においては（４，３）における温度が４７℃となり、チップとの温度差が１２８℃となった。またパワーサイクル試験を１２０ｋサイクル行なった時点で、ちょうど（４，３）の位置のＺ方向真下の基板３の部分に気泡の発生および絶縁破壊痕を確認した。
【０１１８】
サンプル１のパワー半導体装置は、半導体素子５の加熱によりその周囲の水分が気化するが、伝熱部材１１が配置されず封止部材９の温度が上がっていないためにこの気化速度よりも周囲のシリコーンゲルの拡散速度が小さいために気泡が発生していると考えられる。またその結果、その後の絶縁耐性評価の際に気泡の発生した部位において絶縁破壊を生じたものと考えられる。また、気泡の発生した部位はシリコーンゲルの表面温度が低いことから、この領域のシリコーンゲルの透湿度が他のエリアよりも特に低かったこともこの部分で気泡発生した要因であると思われる。
【０１１９】
サンプル２は、本発明の伝熱部材１１が２本接続された例であるが、この例においては、サンプル１に比べて絶縁破壊までのパワーサイクルのサイクル数が２１０ｋサイクルにまで増加し、チップとの温度差が１２３℃にまで減少している。つまり伝熱部材１１の配置により、サンプル１に比べて封止部材９の温度が上昇し、気泡が封止部材９内などに滞留しにくくなった結果、絶縁破壊を生じにくくなったものと考えられる。つまりサンプル２においてはサンプル１に比べて信頼性が向上したものといえる。
【０１２０】
一方、サンプル３，４，５については、伝熱部材１１を配置しているが、これとゲート電極７ｃとの距離をサンプル２（４０ｍｍ）よりも短く（２５ｍｍ以下）している。このようにすれば、所定のパワーサイクル回数を経た後でなお絶縁破壊が起きておらず、サンプル２よりも信頼性がいっそう向上している。またこのときのチップとの温度差はすべて１２０℃以下になっており、封止部材９の温度がサンプル２よりもさらに上昇したことから、低温領域２１（図３参照）においても封止部材９内での気泡の拡散がいっそう進み、絶縁破壊が抑制されたものと考えられる。
【０１２１】
以上の結果より、伝熱部材１１とこれに最も近い電極７（ここではゲート電極７ｃ）との距離を２５ｍｍ以下にすれば、パワー半導体装置の駆動時に昇温してもその信頼性を確保できることが明らかとなった。また、封止部材９を構成するシリコーンゲルの表面温度とチップ温度との差が１２０℃以下であればパワー半導体装置の信頼性を確保できることも明らかとなった。
【０１２２】
なおここでは複数の電極部材７のうち、特にゲート電極７ｃと伝熱部材１１との距離を２５ｍｍ以下にすることにより所望の作用効果を奏している。ここでゲート電極７ｃに着目した理由は、ゲート電極７ｃはソース電極７ａなどよりも断面積が小さく流れる電流値が小さいことから温度上昇が起こりにくいためである。したがってゲート電極７ｃの近くにおいては他の電極７ａ，７ｂの近くに比べて、封止部材９が低温領域になりやすく気泡が生じやすいと考えられる。
【０１２３】
そこで、他の電極７ａ，７ｂに比べて温度が上昇しにくいゲート電極７ｃの近く（２５ｍｍ以下の位置）に伝熱部材１１を配置することにより、ゲート電極７ｃの近くにおける封止部材９の温度をより効率的に上昇させることができるため、信頼性を向上させることができたと考えられる。
【０１２４】
また上記と異なる考え方として、電極部材７の近く（２５ｍｍ以下）の、比較的に封止部材９が温まりやすい領域に伝熱部材１１を設けることにより、当該電極部材７からの熱を伝熱部材１１からより効率的に封止部材９に伝えることができるといえる。この観点からも、電極部材７の近く（２５ｍｍ以下）に伝熱部材１１を設けることが好ましいともいえる。
【実施例２】
【０１２５】
本実施の形態においては、特に実施の形態１〜３に示すような、平面層１１ａを有する大型の伝熱部材１１、またはリボンワイヤとしての伝熱部材１２を有するパワー半導体装置を駆動させた時の封止部材９内の熱拡散、および沿面絶縁耐性を調べている。まず図１０（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、本実施例の調査に用いたサンプルについて説明する。
【０１２６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、これらはそれぞれ調査用のパワー半導体装置のサンプル６，７，８〜１０に相当する。具体的には、図１０（Ａ）のサンプル６は、図１（Ａ），（Ｃ）に示す実施の形態１のパワー半導体装置であり、封止部材最上面９ａから露出する伝熱部材１１を有する構成である。図１０（Ｂ）のサンプル７は、図５（Ａ），（Ｃ）に示す実施の形態２のパワー半導体装置であり、封止部材最上面９ａから露出しない伝熱部材１１を有する構成である。図１０（Ｃ）のサンプル８，９，１０は、図６（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）に示す実施の形態３のパワー半導体装置であり、リボンワイヤとしての伝熱部材１２を有する構成である。
【０１２７】
なおサンプル６，７においては、ゲート電極７ｃとこれに最も近い伝熱部材１１との最短距離Ｄは２５ｍｍとしており、サンプル８においては、隣り合う２つの伝熱部材１２間の最短距離Ｄを３５ｍｍ、サンプル９においては当該Ｄを２５ｍｍ、サンプル１０においては当該Ｄを１５ｍｍとしている。
【０１２８】
これらのサンプルを構成する各種部材の材質、各サンプルの製造方法、および信頼性試験の方法は、サンプル８〜１０の伝熱部材１２がアルミニウムにより形成される点を除き、実施例１と同様であるため、その説明を繰り返さない。サンプル６〜１０に対してサンプル１〜５と同様の調査を行なった結果を以下の表２に示す。
【０１２９】
【表２】
2016139691.tif 000004
【０１３０】
表２を参照して、サンプル６〜８のいずれについても、所定のパワーサイクル回数を経た後でなお絶縁破壊が起きておらず、信頼性を確保していた。またこれらのチップとの温度差はいずれも、実施例１と同様に１２０℃以下となっている。
【０１３１】
以上の結果より、特に伝熱部材とこれに最も近い電極７（ここではゲート電極７ｃ）との距離を２５ｍｍ以下にすれば、たとえ伝熱部材１１に平面層１１ａが設けられても、実施例１の特にサンプル３〜５と同様に高い信頼性を確保できることが明らかとなった。また特に伝熱部材とこれに最も近い電極７（ここではゲート電極７ｃ）との距離を２５ｍｍ以下にすれば、たとえ伝熱部材の種類を伝熱部材１１から伝熱部材１２に変更しても（すなわちリボンワイヤを伝熱部材として用いたサンプル９，１０においても）、実施例１の特にサンプル３〜５と同様に高い信頼性を確保できることが明らかとなった。また、封止部材９を構成するシリコーンゲルの表面温度とチップ温度との差が１２０℃以下であればパワー半導体措置の信頼性を確保できることも明らかとなった。
【０１３２】
サンプル６においてチップ温度との差が最も小さくなっているのは、伝熱部材１１が封止部材９の表面から露出しているために、封止部材９の表面がより暖められやすかったためであると考えられる。伝熱部材１１の全体が封止部材９の内部に埋め込まれるサンプル７（実施の形態２）のような構成でもよいが、伝熱部材１１の一部が封止部材９の表面から露出するサンプル６（実施の形態１）の構成を用いることにより、封止部材９の表面まで十分に温められ、封止部材９の透湿度が向上する。このため、気泡を抑制する観点からはサンプル７よりもサンプル６の方がより好ましいといえる。
【実施例３】
【０１３３】
本実施の形態においては、特に実施の形態５に示すような１つのケース１内に複数（たとえば８つ）の基板３を有する大型のパワー半導体装置を駆動させた時の封止部材９内の熱拡散、および沿面絶縁耐性について調べている。まず図１１〜１３を用いて、本実施例の調査に用いたサンプルについて説明する。
【０１３４】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、これは調査用のパワー半導体装置のサンプル１１に相当する。図１１（Ａ）〜（Ｄ）は図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す実施の形態５のパワー半導体装置と基本的に同様の構成を有しているが、伝熱部材１１を有さない点において図１１は図８と異なっている。この意味で図１１のサンプル１１は実施の形態５に対する比較例のサンプルとなっている。これ以外の図１１（Ａ）〜（Ｄ）のサンプル１１（比較例）の構成は、図８（Ａ）〜（Ｄ）の実施の形態５の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１３５】
図１２（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、これは調査用のパワー半導体装置のサンプル１２に相当する。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す実施の形態５のパワー半導体装置と基本的に同様の構成を有しており、図８と同様に実施の形態４と同様の小型の伝熱部材１１が複数配置されている。
【０１３６】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、これは調査用のパワー半導体装置のサンプル１３に相当する。図１３（Ａ）〜（Ｄ）においても伝熱部材１１が複数配置されているが、その形状および態様が図１２（サンプル１２：実施の形態５）とは異なっている。
【０１３７】
このことを説明するために、特に図１１（Ａ），図１３（Ａ）においては、電極部材７のソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂ、ゲート電極７ｃのいずれからの最短距離もが２５ｍｍを超える領域を、領域５１として示している。
【０１３８】
サンプル１３の伝熱部材１１は、電極部材７のいずれか（ソース電極７ａまたはドレイン電極７ｂ）の一部と接続されて両者が一体となるような態様となっており、そこから上記の領域５１に達するように、基板３の主表面に沿って延びている。そして伝熱部材１１は、領域５１の全体において実施の形態１の平面層１１ａと同様の態様の平面層１１ａを有するように、たとえばＸ方向の左右側（Ｙ方向の上下側）双方に広がっている。その結果、サンプル１３の伝熱部材１１および複数の電極部材７のすべてのうちいずれかとの最短距離が必ず２５ｍｍを超える領域がサンプル１３内に存在しなくなる。
【０１３９】
つまり領域５１はもともと、いずれの電極部材７から見ても最短距離が２５ｍｍを超える領域である。しかしこの領域５１に電極部材７に接続されそこから延びる伝熱部材１１が配置されることにより、当該伝熱部材１１を電極部材７と同等の機能を有する（電極部材７として）見ることができるため、領域５１も当該（伝熱部材１１としての）電極部材７からの距離が２５ｍｍ以下となる。これにより領域５１も、他の領域と同様に、いずれかの電極部材７からの距離が２５ｍｍ以下であることになる。
【０１４０】
平面層１１ａは電気伝導を目的として取り付けられたものであり、ソース電極７ａなどと連続しているため、平面層１１ａにも通電がなされている。しかし平面層１１ａを含む伝熱部材１１からパワー半導体装置の外部への導電はなされていない。
【０１４１】
これらのサンプルを構成する各種部材の材質、各サンプルの製造方法、および信頼性試験の方法は、実施例１と同様であるため、その説明を繰り返さない。なお再度図１１（Ａ）を参照して、サンプル１１〜１３のいずれについても、封止部材９の温度は、図１１（Ａ）に示すＡ，Ｂ，Ｃの３点における封止部材最上面９ａの温度として、熱電対を用いて測定した。
【０１４２】
サンプル１１〜１３に対してサンプル１〜１０と同様の調査を行なった結果を以下の表３に示す。
【０１４３】
【表３】
2016139691.tif 000005
【０１４４】
表３を参照して、比較例（図１１）に相当するサンプル１１のパワー半導体装置は、点Ｂにおける温度が４５℃となり、チップとの温度差が１３０℃となった。またパワーサイクル試験を６０ｋサイクル行なった時点で絶縁破壊痕が確認された。
【０１４５】
これに対してサンプル１２，１３のように伝熱部材１１を設けることにより、チップとの温度差が小さくなり、かつ所定のパワーサイクル回数を経た後でなお絶縁破壊が起きなかった。本実施例においても、実施例１，２と同様の理論に基づき、伝熱部材１１の設置によりパワー半導体装置の信頼性を向上させることができた。
【０１４６】
領域５１はいずれの電極部材７からも離れた領域であり、封止部材９の低温領域２１（図３、図４参照）になりやすい領域である。そこで電極部材７の一部から、この領域５１にまで延びる伝熱部材１１を設けることにより、領域５１の封止部材９を高効率に温めることができ、気泡の発生の抑制等の作用効果を奏することができる。
【０１４７】
このサンプル１３の伝熱部材１１の理論を応用すれば、たとえば電極部材７自体を領域５１にまで延長させ、その領域５１内における電極部材７を伝熱部材１１として用いることもできる。つまり領域５１内の伝熱部材１１は、伝熱部材１１としての機能と電極部材７としての機能との双方を兼ね合わせることができる。このようにすれば、伝熱部材１１を別途取り付ける必要がなく、また基板３（表面電極３ｃ）の表面上に伝熱部材１１を接続するためのスペースを確保する必要がなくなる。このため、伝熱部材１１をより簡単に形成することができる。この方法は、特に実装部品が多数配置されるパワー半導体装置などにとって有効な方法である。
【０１４８】
なおこの場合、領域５１は、（伝熱部材１１として用いられる電極部材７を除く）いずれの電極部材７からも最短距離が２５ｍｍを超える領域であると定義される。この意味では（電極部材７と伝熱部材１１とは一体ではあるものの）伝熱部材１１として機能するように電極部材７から延長された部分は、それ以外の領域の電極部材７とは別の部材であると考えることもできる。
【０１４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５０】
１  ケース、３，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８  基板、３ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ  絶縁基板、３ｂ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ，３８ｂ  裏面電極、３ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃ，３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ  表面電極、５  半導体素子、７  電極部材、７ａ  ソース電極、７ａ１，７ａ２，７ａ３  ソース端子、７ｂ  ドレイン電極、７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３  ソース端子、７ｃ  ゲート電極、９  封止部材、９ａ  封止部材最上面、１１  伝熱部材、１１ａ  平面層、１３  フタ、１４  空隙、１５  ベース板、１７  ワイヤ、１９  取付ネジ穴、２１  低温領域、２５  気泡、Ｇｓ  ガス。
【図１】
2016139691.tif 000006
【図２】
2016139691.tif 000007
【図３】
2016139691.tif 000008
【図４】
2016139691.tif 000009
【図５】
2016139691.tif 000010
【図６】
2016139691.tif 000011
【図７】
2016139691.tif 000012
【図８】
2016139691.tif 000013
【図９】
2016139691.tif 000014
【図１０】
2016139691.tif 000015
【図１１】
2016139691.tif 000016
【図１２】
2016139691.tif 000017
【図１３】
2016139691.tif 000018