(57)【要約】  第１電極と、第２電極と、該第１電極と該第２電極を囲む樹脂ケースと、該樹脂ケースの内側で該第１電極の一部と該第２電極の一部を覆う、該樹脂ケースと同じ材料の樹脂絶縁部と、を備える。該樹脂絶縁部は該樹脂ケースの内壁に接するか、該樹脂ケースの内壁から離れている。該樹脂絶縁部に該第１電極と該第２電極の間に位置する溝が形成されたことで、該第１電極と該第２電極の間に該樹脂絶縁部がない空間又は該樹脂絶縁部とは異なる物質が提供されたことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極を囲む樹脂ケースと、
前記樹脂ケースの内側で前記第１電極の一部と前記第２電極の一部を覆う、前記樹脂ケースと同じ材料の樹脂絶縁部と、を備え、
前記樹脂絶縁部には、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する溝が形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂絶縁部は前記樹脂ケースの内壁に接す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】
前記溝は、前記第１電極と前記第２電極が最近接する部分に設けられた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】
前記溝の深さは、前記溝の開口端がある位置からの前記第１電極又は前記第２電極の埋込深さ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１電極はコレクタ電極であり、前記第２電極はエミッタ電極であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記溝が複数形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記溝に設けられた有機材料の絶縁体を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記溝に設けられた無機材料の固体の絶縁体を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記溝には空気よりも絶縁性の高い絶縁気体が提供されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記樹脂ケースの中に設けられた半導体チップを備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体チップはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電鉄用機器、電力用機器又は自動車用機器のモータ制御に使用される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、パッケージ内に充填する封止樹脂の減量化を図りつつ、しかも主端子の端部フレーム間に十分な絶縁耐力を確保する半導体装置が開示されている。特許文献１には、２つの主端子の絶縁沿面距離を増大するために樹脂ケースの内壁面に凹溝を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開平１０−４１４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
装置の大型化を回避しつつ２つの電極を絶縁するために、空気よりも絶縁耐量が高い材料を電極間に設けることがある。例えば電極間に樹脂ケースを設けて電極間の絶縁を図る場合、樹脂ケースに気泡又は金属異物が存在することによって絶縁性能が劣化し得る。樹脂ケースで覆われた電極の絶縁を確保するために電極間の距離を大きくすることが行われてきた。この場合、ケースの大型化が避けられないので半導体装置の小型化が困難になる。特に、高耐圧での使用を想定した高耐圧半導体モジュールでは、電極間の距離を大きくしなければ電極間の絶縁を確保できない。【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、電極間の絶縁を確保しつつ小型化に好適な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】
【０００６】
本願の発明にかかる半導体装置は、第１電極と、第２電極と、該第１電極と該第２電極を囲む樹脂ケースと、該樹脂ケースの内側で該第１電極の一部と該第２電極の一部を覆う、該樹脂ケースと同じ材料の樹脂絶縁部と、を備え、該樹脂絶縁部には、該第１電極と該第２電極の間に位置する溝が形成されたことを特徴とする。【０００７】
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、樹脂ケースの内側で電極を覆う樹脂絶縁部に溝を設けたことで、電極間の絶縁を確保しつつ小型化に好適な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。
【図２】図１の半導体装置の底面図である。
【図３】図２の一部を拡大した斜視図である。
【図４】樹脂絶縁部に覆われる電極の断面図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体装置の一部断面図である。
【図６】実施の形態３に係る半導体装置の一部断面図である。
【図７】変形例に係る半導体装置の一部断面図である。
【図８】実施の形態４に係る半導体装置の一部断面図である。
【図９】変形例に係る半導体装置の一部断面図である。
【図１０】実施の形態５に係る半導体装置の一部断面図である。
【図１１】比較例に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。この半導体装置は樹脂ケース１０を備えている。樹脂ケース１０の材料は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）とＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の混合物、ＰＢＴ又はナイロン等のエンジニアリングプラスチックである。樹脂ケース１０のカバーは樹脂ケース１０と同じ材料とすることができる。
【００１２】
樹脂ケース１０の内側には、樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇが設けられている。樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇは樹脂ケース１０と同じ材料とすることができる。樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇは樹脂ケース１０の内壁と接している。樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇの少なくとも１つを樹脂ケース１０の内壁から離してもよい。樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇは、主として異なる複数の電極間の絶縁を確保するために電極の少なくとも一部を覆う。
【００１３】
樹脂ケース１０の中には、樹脂ケース１０によって囲まれた第１電極１２と第２電極１４がある。第１電極１２と第２電極１４は機能が異なる様々な電極とすることができる。例えば、第１電極１２はコレクタ電極であり、第２電極１４はエミッタ電極である。第１電極１２は幅広部１２ａと、幅広部１２ａより幅が小さい幅狭部１２ｂを備えている。図１及び図２、３において破線は樹脂絶縁部に覆われた電極を示す。図１には、樹脂絶縁部１１Ａが第１電極１２の一部と第２電極１４の一部を覆うことが示されている。さらに具体的にいうと、第１電極１２の一部は全体が樹脂絶縁部１１Ａに覆われ、第２電極１４の一部は全体が樹脂絶縁部１１Ａに覆われている。例えば、スイッチング素子のゲート電圧を印加する制御電極と接地電極などの第１電極１２と第２電極１４とは異なる電極を樹脂ケース１０の中に設けることができる。これらの各種電極の材料は例えばＳＵＳ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属である。
【００１４】
例えば、インサート成形またはアウトサート成形により上述した各種電極を樹脂絶縁部に組み込むことができる。インサート成形またはアウトサート成形の際に、樹脂ケース１０と樹脂絶縁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇを同時に形成することができる。
【００１５】
図２は、図１の半導体装置の底面図である。樹脂絶縁部１１Ａは、第１電極１２の一部を覆う第１部分１１ａと、第２電極１４の一部を覆う第２部分１１ｂと、第１部分１１ａと第２部分１１ｂの間に設けられた溝１１ｃを備えている。溝１１ｃによって、第１電極１２と第２電極１４の間に空間が提供される。より詳しく言えば、第１電極１２と第２電極１４の間には、樹脂絶縁部１１Ａだけがあるのではなく、第１部分１１ａと第２部分１１ｂと空間がある。
【００１６】
樹脂絶縁部１１Ｂは、第１電極１２の一部を覆う第１部分１１ｄと、第２電極１４の一部を覆う第２部分１１ｅと、第１部分１１ｄと第２部分１１ｅの間に設けられた溝１１ｆを備えている。溝１１ｆによって、第１電極１２と第２電極１４の間に空間が提供される。より詳しく言えば、第１電極１２と第２電極１４の間には樹脂絶縁部１１Ｂだけがあるのではなく、第１部分１１ｄと第２部分１１ｅと空間がある。
【００１７】
図３は、図２の一部を拡大した斜視図である。第２電極１４のうち第２部分１１ｂに覆われた部分はＬ字型になっており、この第２電極１４の形状に沿って溝１１ｃが形成されている。その結果、溝１１ｃは平面視でＬ字型の形状となっている。図３の左下部分には、第１電極１２が上方向、下方向及び左方向に分岐することが示されている。このような分岐部分が樹脂絶縁部１１Ｂの第１部分１１ｄによって覆われている。
【００１８】
図４は、樹脂絶縁部１１Ａと、樹脂絶縁部１１Ａに覆われる電極の断面図である。溝１１ｃの深さはＬ１である。溝１１ｃの開口端がある位置からの第１電極１２又は第２電極１４の埋込深さはＬ２である。深さＬ１は深さＬ２以上となっている。図４には、深さＬ１と深さＬ２の差分ΔＬが示されている。このように十分深い溝１１ｃを設けることは、樹脂絶縁部１１Ａに覆われた第１電極１２と第２電極１４の絶縁を確保することに貢献する。
【００１９】
図１１は、比較例に係る半導体装置の断面図である。図１１には、第１電極１２と第２電極１４の間に樹脂１００だけがあることが示されている。この場合、樹脂１００に気泡５０ａ又は金属異物５０ｂが存在すると、電極間の絶縁耐量が低下し、電極間の絶縁を確保できない。
【００２０】
これに対し、実施の形態１に係る半導体装置によれば、樹脂絶縁部１１Ａに第１電極１２と第２電極１４の間に位置する溝１１ｃを形成することで、第１電極１２の一部を覆う第１部分１１ａと、第２電極１４の一部を覆う第２部分１１ｂが空間で隔てられている。そのため、第１部分１１ａ又は第２部分１１ｂに気泡又は金属異物が存在しても、第１電極１２と第２電極の絶縁を維持することができる。溝１１ｃの提供によって、絶縁耐量を高めるために第１電極１２と第２電極の距離を大きくする必要がなくなる。そのため、電極間の絶縁を確保しつつ電極間の距離を短くできる。このような特徴は、例えば高耐圧半導体モジュール製品の小型化に貢献する。
【００２１】
溝１１ｆを備えた樹脂絶縁部１１Ｂも同様の効果を与える。どの樹脂絶縁部に溝を形成すべきかは任意である。すべての樹脂絶縁部に溝を形成してもよいし、特定の樹脂絶縁部にだけ溝を形成してもよい。例えば、電極間の近接の程度によって溝の要否を決めることができる。すなわち、電極間が近接した部分では樹脂絶縁部に溝を設け、電極間が近接していない部分では樹脂絶縁部の溝を省略してもよい。図２の例では、第１電極１２と第２電極１４が最近接する部分の絶縁を担う樹脂絶縁部１１Ａに溝１１ｃを設けた。樹脂絶縁部１１Ｂがある部分では、第１電極１２と第２電極１４が近接していないと判断される場合は、溝１１ｆを省略してもよい。図示した電極の配置と樹脂絶縁部の配置は例示であり、様々な電極配置に対応した溝を提供することができる。
【００２２】
実施の形態１で言及した変形は以下の実施の形態に係る半導体装置にも応用できる。以下の実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と類似点が多いため、主として実施の形態１との相違点について説明する。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る半導体装置の一部断面図である。樹脂絶縁部１１Ａの第１電極１２と第２電極１４の間には溝１１ｃが２つ形成されている。３つ以上の複数の溝１１ｃを形成してもよい。第１部分１１ａと第２部分１１ｂの間に突起部１１ｐを設けることで、２つの溝１１ｃが提供されている。突起部１１ｐは樹脂ケース１０と同じ材料で形成することができる。突起部１１ｐの下端を、第１電極１２と第２電極１４の下端よりも下方に設けることで、電極間の絶縁性を高めることができる。図５には、突起部１１ｐの下端が、第１電極１２と第２電極１４の下端よりも距離Ｌ３だけ下方にあることが示されている。なお、溝１１ｃ以外の溝にも突起部を設けることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る半導体装置の一部断面図である。この半導体装置は、電極間の絶縁性能を向上するために、溝１１ｃに空気よりも絶縁破壊電圧が高い絶縁体３０を備えたものである。絶縁体３０は例えば、有機材料でもよいし絶縁気体でもよい。有機材料は例えば、シリコーン系ゲル、エポキシ系の樹脂材料、ポリマー樹脂、ゲル又はゴムである。絶縁気体は例えばフロン又はＳＦ６ガスである。溝１１ｃ以外の溝に空気よりも絶縁性の高い絶縁体を提供することもできる。
【００２５】
図７は、変形例に係る半導体装置の一部断面図である。図７に示されるように突起部１１ｐによって複数提供された溝１１ｃに絶縁体３０を提供してもよい。
【００２６】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る半導体装置の一部断面図である。溝１１ｃには無機材料の固体の絶縁体４０が設けられている。絶縁体４０は例えばセラミックである。絶縁体４０を提供することで電極間の絶縁性を高めることができる。図９は変形例に係る半導体装置の一部断面図である。図９に示されるように突起部１１ｐによって複数提供された溝１１ｃに絶縁体４０を提供してもよい。
【００２７】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る半導体装置の一部断面図である。実施の形態５では、主として半導体装置の内部構造について説明する。この内部構造は、実施の形態１−４で説明したすべての構成において採用できる。つまり、実施の形態１−４で説明した電極、樹脂ケース及び樹脂絶縁部を有する構成に、実施の形態５で説明する半導体チップを組み入れることができる。
【００２８】
図１０には、樹脂ケース１０にインサートされた第２電極１４が示されている。樹脂ケース１０の中には、絶縁材６２が設けられている。絶縁材６２は、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、窒化珪素(ＳｉＮ)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)などのセラミック、又はポリマー樹脂などである。絶縁材６２の上面には金属パターン６０ａ、６０ｂが形成され、絶縁材６２の下面には金属パターン６０ｃが形成されている。金属パターン６０ｂには第２電極１４が固定されている。
【００２９】
樹脂ケース１０の中では、金属パターン６０ａに半導体チップ６４が固定されている。半導体チップ６４は例えばＳｉ製のＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はダイオードである。半導体チップ６４の材料として、ワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである。例えば、半導体チップ６４は、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ又はＳｉＣ−ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）とすることができる。金属パターン６０ｂはボンディングワイヤ６６などによって半導体チップ６４の表面電極と電気的に接続される。
【００３０】
高電圧と大電流が印加されるワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップを採用する場合、樹脂ケース１０の内部の電極について絶縁距離を確保するために、樹脂ケース１０と樹脂絶縁部を有するパッケージが大きくなりがちである。つまり、パッケージ側の制約により、ワイドバンドギャップ半導体の性能に見合った小型化が困難であった。しかしながら、実施の形態１−４で説明した電極間の絶縁性能を高めた構成を採用することで、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップを採用しつつ、パッケージの小型化も可能となる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、高温動作及び高速動作を実現できるため、モジュール周辺の冷却器と制御回路を小型化することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  樹脂ケース、  １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ  樹脂絶縁部、  １１ｃ，１１ｆ  溝、  ３０，４０  絶縁体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2020031283.tif 000015