(57)【要約】放熱性を向上させたモールド型半導体装置を提供する。表面と裏面とを有し、平面部を有する回路部材（２）と、回路部材（２）の平面部の表面よりも上側に平面部と平行に形成された端子部（２ａ）と、上面が端子部（２ａ）の上面よりも下側にあり、回路部材（２）の平面部の表面に形成された半導体素子（４）と、半導体素子（４）上に配置され、半導体素子（４）が露出する複数の第一開口部（１０）を有する樹脂層（６）と、樹脂層（６）上に配置され、上面が端子部（２ａ）の上面よりも上側にあり、複数の第一開口部（１０）で半導体素子（４）と接合する導電層（７，８）と、平面部と平行な上面を有し、回路部材（２）と半導体素子（４）と樹脂層（６）と導電層（７，８）と端子部（２ａ）の一部とを一体的に封止する封止部材（９）と、を備えた半導体装置である。
2019171684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面とを有し、平面部を有する回路部材と、
前記回路部材の前記平面部の前記表面よりも上側に前記平面部と平行に形成された端子部と、
上面が前記端子部の上面よりも下側にあり、前記回路部材の前記平面部の前記表面に形成された半導体素子と、
前記半導体素子上に配置され、前記半導体素子が露出する複数の第一開口部を有する樹脂層と、
前記樹脂層上に配置され、上面が前記端子部の上面よりも上側にあり、前記複数の第一開口部で前記半導体素子と接合する導電層と、
前記平面部と平行な上面を有し、前記回路部材と前記半導体素子と前記樹脂層と前記導電層と前記端子部の一部とを一体的に封止する封止部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が配置された前記回路部材の前記平面部上に、前記半導体素子と同じ高さで、前記半導体素子が露出していない前記複数の第一開口部から露出し前記導電層と接続する接続部材を備えた請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記樹脂層は、平面視において前記回路部材の表面の前記半導体素子が配置された領域以外を含んで開口し前記封止部材が充填された第二開口部を有する請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記樹脂層は、前記半導体素子の外周部の外側の厚みよりも前記半導体素子の外周部上の厚みが厚い請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記回路部材は、リードフレームである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記回路部材は、絶縁層の表面および裏面に金属層を有する絶縁回路基板である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記接続部材は、前記回路部材に一体的に設けられた請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記導電層は、前記半導体素子の主電極と接合する第一導電層と前記半導体素子の制御電極と接合する第二導電層を有し、前記第一導電層の厚みは、前記第二導電層の厚みより厚い請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記回路部材の裏面には、熱伝導部材が設けられ、前記熱伝導部材の下面が前記封止部材から露出した請求項５または請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記封止部材は、金属酸化物および窒化物の少なくとも一方を含むフィラーを含有している請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記封止部材の上面から前記第一導電層の上面までの距離および前記封止部材の下面から前記回路部材の裏面までの距離は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記絶縁回路基板は、前記絶縁層が前記絶縁層の表面の金属層と前記絶縁層の裏面の金属層とを電気的に接続する貫通孔を備えた請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記封止部材の上面および下面の少なくともいずれか一方に冷却器を備えた請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂層を介して半導体素子上の電極と導電層とを接合した半導体装置及びこの半導体装置を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体装置は、半導体素子上の電極とその他の部位をアルミニウムなどのボンディングワイヤによって配線を行い、回路の絶縁のために樹脂封止されている。従来から、配線として、アルミニウムなどのボンディングワイヤを用いている半導体装置では、信頼性試験において、ボンディングワイヤの破断や半導体素子とボンディングワイヤとの界面で剥離の発生により半導体装置の寿命が短くなり、半導体装置の信頼性劣化の原因の一つであることが知られている。【０００３】
半導体装置の信頼性の向上のために、半導体素子上の接続をボンディングワイヤから金属板をはんだで接続する半導体装置が開示されている(例えば、特許文献１)。しかしながら、この構造においては、半導体素子のエミッタ電極のみが金属板で接合されており、ゲート電極やセンス電極には、従来通りボンディングワイヤが使用されている。このため、ボンディングワイヤを封止するための封止樹脂の厚みが厚くなるので、半導体素子の表面側から封止樹脂外部までの距離が遠く、放熱性が劣化してしまう。【０００４】
そこで、配線としてボンディングワイヤを使用せず、すべての電極を金属層のみで接続する半導体装置が求められている。この対策として、パワーオーバーレイ（ＰＯＬ：Ｐｏｗｅｒ  ＯｖｅｒＬａｙ）を用いて配線する構造が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−５３３４３号公報
【特許文献２】特開２０１５−７０２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体装置では、半導体素子との配線には金属層が用いられているものの、半導体素子の周囲にビアを形成し、ビアを用いて上下間を配線するため、半導体素子の周囲でも発熱し、半導体素子が熱的な影響を受ける場合があった。また、外部との電気的接続のために端子を形成する必要があるが、半導体装置の側面から端子を取り出す場合、絶縁性を確保するためには、半導体素子の裏面側からの距離を離して形成する必要がある。そして、端子は、金属層の上部の接続可能な位置に配置され、全体が封止樹脂で封止される。このため、半導体素子での発熱を半導体素子の表面側の金属層からも外部へ放熱する場合、半導体素子上部の金属層の上面は、端子の上面と同じか、それよりも低い位置となり、半導体素子と低熱抵抗で接続された金属層から封止樹脂までの距離が長く、半導体装置の放熱性が劣化する場合があるという課題があった。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高放熱性のモールド型半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
表面と裏面とを有し、平面部を有する回路部材と、回路部材の平面部の表面よりも上側に平面部と平行に形成された端子部と、上面が端子部の上面よりも下側にあり、回路部材の平面部の表面に形成された半導体素子と、半導体素子上に配置され、半導体素子が露出する複数の第一開口部を有する樹脂層と、樹脂層上に配置され、上面が端子部の上面よりも上側にあり、複数の第一開口部で半導体素子と接合する導電層と、平面部と平行な上面を有し、回路部材と半導体素子と樹脂層と導電層と端子部の一部とを一体的に封止する封止部材と、を備えた半導体装置。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の半導体装置によれば、導電層上面が端子部の上面より上側としたので、導電層から充填部材までの距離を短くでき、半導体装置の放熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体装置を示す平面構造模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層形成前を示す平面構造模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層を示す平面構造模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層形成後を示す平面構造模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１における半導体装置の導電層形成後を示す平面構造模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１における半導体装置の導電層を示す平面構造模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１における半導体装置の開口部近傍示す平面構造模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１における半導体装置の他の開口部近傍示す平面構造模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態３における半導体装置を示す平面構造模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１４】この発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態５における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態５における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１７】この発明の実施の形態６における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１８】この発明の実施の形態７における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１９】この発明の実施の形態８における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
はじめに、本発明の半導体装置の全体構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１における半導体装置について、図１、図２を用いて説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面構造模式図である。図２は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す平面構造模式図である。図１は、図２に示した一点鎖線ＡＡにおける断面構造模式図である。
【００１４】
図１において、半導体装置１００は、熱伝導部材１、回路部材であるリードフレーム２、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、導電層（第一導電層）である主回路用導電層７、導電層（第二導電層）である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９を備えている。なお、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部である端子部２ａの上面から封止樹脂９の上面までの距離をｈ１、半導体素子４の上面から封止樹脂９の上面までの距離をｈ２、および主回路用導電層７および制御用導電層８の上面から封止樹脂９の上面までの距離をｈ３とする。また、封止樹脂９の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面および半導体素子４の上面と平行であり、対向している。
【００１５】
熱伝導部材１は、金属箔１ａと金属箔１ａの上面に形成された絶縁シート１ｂとを備えている。熱伝導部材１は、放熱性の高い絶縁層である。絶縁シート１ｂは、金属箔１ａとリードフレーム２とを絶縁すると共に、半導体素子４で発生した熱を絶縁シート１ｂを介して金属箔１ａへ放熱する役割を有している。金属箔１ａとしては、銅板、アルミニウム板、銅箔などの高熱伝導部材が用いられる。
【００１６】
絶縁シート１ｂには、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられ、その内部にはシリカやアルミナ、窒化ホウ素などの高伝導性フィラーが混入されている。
【００１７】
熱伝導部材１上には、所定の配線構造（配線回路）が形成されたリードフレーム２が設けられている。リードフレーム２は、表面と裏面とを備える。リードフレーム２の裏面には、熱伝導部材１の絶縁シート１ｂ上に配置される。リードフレーム２の表面の配線回路上には、半導体素子４の裏面電極が接合材であるはんだ３を介して接合されている。
【００１８】
リードフレーム２には、例えば、厚さ約０．６ｍｍの平坦な板状の銅板を用いてプレス成形により平面部を有する配線回路が形成される。また、リードフレーム２の配線回路は、端子部２ａと段差部（傾斜部）２ｂとを有している。端子部２ａは、段差部２ｂを介して半導体素子４が配置されたリードフレーム２の配線回路へと接続されている。リードフレーム２の端子部２ａおよび段差部２ｂは、段差部２ｂを形成したことで、熱伝導部材１と接しない。このため、熱伝導部材１の金属箔１ａとリードフレーム２の端子部２ａおよび段差部２ｂとの間は、封止樹脂９の入り込んだ部位となる。リードフレーム２の段差部２ｂは、熱伝導部材１の金属箔１ａと封止樹脂９との界面に沿った絶縁破壊を抑制するための構造である。また、端子部２ａは、封止樹脂９の内部に配置される。端子部２ａの一部は、封止樹脂９の側面側の内部から外部へ突出している。端子部２ａは、リードフレーム２の平面部の表面よりも上側に形成されている。
【００１９】
リードフレーム２の段差部２ｂは、例えば、半抜き加工（ハーフエッチング）を行うことによって形成される。リードフレーム２の段差部２ｂの高さは、例えば、０．１ｍｍ以上かつ、リードフレーム２の厚みの半分の０．３ｍｍ以下とする。リードフレーム２の段差部２ｂの高さを０．１ｍｍ以上とすることで、熱伝導部材１とリードフレーム２との間に充填される封止樹脂９内にボイドが発生するのを抑制できる。
【００２０】
また、リードフレーム２の段差部２ｂの高さとしては、リードフレーム２の厚みの半分の０．３ｍｍ以下とすることで、リードフレーム２の強度を確保することができる。さらに、段差部２ｂを設け、封止樹脂９で段差部２ｂを充填することで熱伝導部材１の金属箔１ａとリードフレーム２との間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００２１】
ここで、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａは、リードフレーム２に段差部２ｂを設けたことで、リードフレーム２の表面（上面）の半導体素子４の搭載部（領域）よりも上方に配置される。半導体素子４は、リードフレーム２の表面上に配置される。半導体素子４の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりもリードフレーム２の表面側（下側）の配置となる。すなわち、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａの上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ１）は、半導体素子４の上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ２）未満である。また、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａの上面は、半導体素子４の上面よりも上方に配置される。半導体素子４の上面が端子部２ａの上面よりも下側にある。このように配置することで、上述のような熱伝導部材１の金属箔１ａとリードフレーム２の端子部２ａとの間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００２２】
半導体素子４には、入力交流電力を直流電力に変換するコンバータ部に用いるダイオードや、直流電力を交流電力に変換するインバータ部に用いるバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ-Ｏｆｆ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などがある。
【００２３】
導電スペーサー５は、リードフレーム２の上面の半導体素子４が配置（接合）された同一表面上に形成され、主回路用導電層７および制御用導電層８を介して半導体素子４と電気的に接続される。導電スペーサー５は、銅やアルミニウムなどの金属板がはんだ３などでリードフレーム２の上面の所定の位置に配置されている。金属板のかわりに、はんだ３を積み上げることでも形成可能である。また、導電スペーサー５は、例えば、電気的接続が不要な箇所には、非導電性の板を接着剤で付けるなどして配置することで、樹脂絶縁層６の支持部材としても使用できる。導電スペーサー５の高さは、半導体素子４の高さと樹脂絶縁層６を上部に形成可能な範囲において同じである。
【００２４】
樹脂絶縁層６には、例えば、液晶ポリマーやポリイミドなどのポリマー材が用いられる。樹脂絶縁層６は、これらの材料を用いて、スピンコートや印刷などで形成された単層の樹脂フィルムまたは樹脂フィルムを重ねた積層フィルムから作製される。樹脂絶縁層６は、樹脂絶縁層６の下面側の半導体素子４と樹脂絶縁層６の上面側の主回路用導電層７または制御用導電層８とが、電気的に絶縁できる膜厚を備えている。また、樹脂絶縁層６は、絶縁耐圧が必要な樹脂絶縁層６の所定の位置で樹脂フィルムを重ねる（積層する）ことで、異なる厚みの部分を作製しても良い。
【００２５】
樹脂絶縁層６は、シート状であり、半導体素子４の上面間を連続して（を跨いで）配置される。また、半導体素子４の上面および導電スペーサー５の上面に連続して配置される。樹脂絶縁層６には、半導体素子４または導電スペーサー５のそれぞれと主回路用導電層７または制御用導電層８とが電気的に接合する位置に第一開口部である開口部１０が形成される。開口部１０は、半導体素子４と導電スペーサー５と、異なる開口位置で接続される。主回路用導電層７および制御用導電層８は、樹脂絶縁層６の開口部１０を通して、例えば、銅を材料としてメッキなどの方法により、開口部１０を充填し、樹脂絶縁層６の上面に積み上げることで配線されている。樹脂絶縁層６には、回路構成に合わせて開口部１０を複数箇所形成しても良い。開口部１０の大きさは、目的に応じて、複数の大きさで形成去れても良い。
【００２６】
また、樹脂絶縁層６には、第二開口部である開口部１１が形成されている。平面視において、開口部１１の周囲の少なくとも一部分には、リードフレーム２の表面上の半導体素子４または導電スペーサー５が配置された領域以外（いずれとも接していない部分）を有する（図２，７，８参照）。開口部１１には、半導体素子４間、導電スペーサー５あるいは半導体素子４と導電スペーサー５との間等によって形成される狭ギャップ部を含んで形成される。封止樹脂９を充填して封止するときには、開口部１１を通して、封止樹脂９が狭ギャップとなる半導体素子４間あるいは導電スペーサー５間に充填される。これにより、樹脂絶縁層６の下面側には、封止樹脂９が充填される。
【００２７】
主回路用導電層７は、例えば、半導体素子４の主電極であるソース電極またはエミッタ電極に接合される。また、制御用導電層８は、例えば、半導体素子４の制御電極であるゲート電極またはセンス電極に接合される。本実施の形態においては、主回路用導電層７と制御用導電層８の厚み方向の位置が一致しており（厚さが同一である）、メッキなどで導電層を積み上げる時間が同一であることを示している。さらに、例えば、半導体素子４が、ダイオードの場合、制御電極がないので、主回路用導電層７のみがダイオードの主電極に接合される。また、複数の半導体素子４を用いる場合、主回路用導電層７は、複数の半導体素子４間、または、半導体素子４と導電スペーサー５とを接続する。制御用導電層８は、半導体素子４の制御電極と導電スペーサー５とを接続する。
【００２８】
主回路用導電層７および制御用導電層８の厚みは、樹脂絶縁層６の厚み以上の厚みを有している。主回路用導電層７および制御用導電層８の厚みが、樹脂絶縁層６の厚みよりも薄い場合、開口部１０において、開口部１０を充填できず、また、導電層としての抵抗値が大きくなり、電流経路として機能しない場合がある。さらに、抵抗の増加により、過度に発熱するため、発熱した熱を効率的に封止樹脂９の外部へ放熱できずに、放熱性が劣化する。しかし、主回路用導電層７および制御用導電層８の厚みを樹脂絶縁層６の厚みよりも厚くすることで、開口部１０を充填し、樹脂絶縁層６上に主回路用導電層７および制御用導電層８を形成することができる。また、主回路用導電層７および制御用導電層８の厚みを樹脂絶縁層６の厚みよりも厚くすることで、主回路用導電層７および制御用導電層８の抵抗値を低減でき、主回路用導電層７および制御用導電層８の熱容量も増加し、半導体素子４などで発熱した熱をより多く収集できる。そして、主回路用導電層７および制御用導電層８を介して熱を封止樹脂９の上部へ伝導することで、冷却効率を高めることができる。
【００２９】
また、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ３）は、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａの上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ１）以下としている。言い換えると、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａの上面よりも封止樹脂９の上面側に配置にされる。主回路用導電層７および制御用導電層８の上面が端子部２ａの上面よりも上側にある。半導体素子４などからの発熱は、主に、半導体素子４の下面側では、リードフレーム２から、リードフレーム２の裏面側の熱伝導部材１へ伝導して封止樹脂９の下面側の外部へと放熱される。半導体素子４の上面側では、半導体素子４の上面と接合した主回路用導電層７および制御用導電層８の上面から封止樹脂９を通して封止樹脂９の上面から外部への放熱が考えられる。
【００３０】
半導体装置の外形が同じ寸法で、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面が、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりもリードフレーム２の半導体素子４の配置側（下側）である場合、主回路用導電層７および制御用導電層８の厚みが薄くなる。そして、主回路用導電層７および制御用導電層８から封止樹脂９の上面までの距離が長くなる。このため、主回路用導電層７および制御用導電層８を電流が流れることで発生するジュール熱と半導体素子４で発生した熱とを合わせて主回路用導電層７および制御用導電層８に伝導するが、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面側から封止樹脂９の外部までの距離が長いため、半導体素子４の上面側から封止樹脂９の外部へ効率的に放熱できずに、リードフレーム２を伝導して、大部分の熱は、リードフレーム２の裏面側の熱伝導部材１から封止樹脂９の外部へ放熱するため、熱伝導部材１へ熱が集中し半導体装置の放熱性が劣化する。
【００３１】
しかし、本実施の形態１の半導体装置１００では、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面が、封止樹脂９の内部のリードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側（封止樹脂９の上面側）に配置される。このため、主回路用導電層７および制御用導電層８上の封止樹脂９の厚さを薄く形成することができる。このため、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面から封止樹脂９の上面（外部）までの距離を短くでき、主に、リードフレーム２を伝導して、リードフレーム２の裏面側の熱伝導部材１から外部へ放熱していた熱の一部を主回路用導電層７および制御用導電層８の上面側で分担し、放熱することができる。このため、半導体素子４の上面側で発生した熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導し放熱することで、冷却効率を高めることができる。また、半導体装置１００の大きさを保持したまま、放熱性を改善できる。これにより、半導体装置１００の信頼性を向上することができる。特に、高温状態での動作が要求されるような使用状況においては、複数箇所を用いての放熱が有効となる。
【００３２】
封止樹脂９は、封止した部材間の絶縁性を確保するとともに、半導体装置１００のケースとして機能する。封止樹脂９は、リードフレーム２と半導体素子４と導電スペーサー５と樹脂絶縁層６と導電層７，８とを一体的に封止する。封止樹脂９においては、リードフレーム２の半導体素子４が配置された表面側が上面側であり、リードフレーム２の半導体素子４が配置されていない裏面側が下面側である。封止樹脂９の成型方法として、例えば、トランスファー成型、射出成型、コンプレッション成型などを用いることができる。また、封止樹脂９の材料としては、例えば、充填材を含有したエポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。
【００３３】
次に、上述のように構成された本実施の形態１の半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００３４】
図３から図９は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す平面構造模式図である。図３、図５、図６の工程の後、樹脂封止工程を経ることにより、図２に示す半導体装置１００を製造することができる。
【００３５】
図３は、この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層形成前を示す平面構造模式図である。図４は、この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層を示す平面構造模式図である。図５は、この発明の実施の形態１における半導体装置の樹脂絶縁層形成後を示す平面構造模式図である。図６は、この発明の実施の形態１における半導体装置の導電層形成後を示す平面構造模式図である。図７は、この発明の実施の形態１における半導体装置の導電層を示す平面構造模式図である。
【００３６】
はじめに、図３に示すように、リードフレーム２の表面の所定の位置に半導体素子４、導電スペーサー５がはんだ３を介して接合される（部材配置工程）。
【００３７】
次に、図５に示すように、リードフレーム２の表面に接合された半導体素子４、導電スペーサー５の上に樹脂絶縁層６を形成する（樹脂絶縁層形成工程）。樹脂絶縁層６は、図４に示すように、予め、半導体素子４および導電スペーサー５の上部となる位置に開口部１０を設けておく。この開口部１０は、樹脂絶縁層６に複数箇所に設けられており、それぞれが半導体素子４の電極形状または導電スペーサー５の形状に合わせて、このあとの工程で主回路用導電層７、制御用導電層８と接続可能な形状を有している。
【００３８】
次に、図６に示すように、主回路用導電層７、制御用導電層８が樹脂絶縁層６の上面に配置される（導電層形成工程）。このとき上述のように、樹脂絶縁層６に形成した開口部１０を通して、半導体素子４と主回路用導電層７と、導電スペーサー５と制御用導電層８とが、それぞれ電気的に接続される。主回路用導電層７および制御用導電層８は、例えば、銅などの金属成分をめっきなどで積み上げて半導体素子４および導電スペーサー５を接続して、図２に示した構造となる。
【００３９】
図７には、主回路用導電層７および制御用導電層８の平面模式図の一例を示しているが、主回路用導電層７および制御用導電層８は、リードフレーム２の表面上に形成された配線回路に合わせた導電層の形状とすればよい。
【００４０】
次に、これらの工程を経たリードフレーム２を封止樹脂９を用いて封止する（樹脂封止工程）。樹脂封止工程では、図１に示したように、熱伝導部材１と上述の工程で作製済のリードフレーム２を金型内に投入する。金型へ投入後、トランスファー成型やコンプレッション成型、射出成型などによって封止樹脂９を成型する（で封止する）。このとき、樹脂絶縁層６に設けた開口部１１を通じて封止樹脂９が、リードフレーム２と樹脂絶縁層６との間の空間を充填する。また、樹脂封止工程において、樹脂絶縁層６は、樹脂封止処理時の熱により軟化せず、樹脂絶縁層６の形成時の形状を維持している。つまり、樹脂絶縁層６は、封止樹脂９よりも耐熱性のある材料を用いて形成されている。
【００４１】
図８は、この発明の実施の形態１における半導体装置の開口部近傍示す平面構造模式図である。図９は、この発明の実施の形態１における半導体装置の他の開口部近傍示す平面構造模式図である。
【００４２】
図８に示すように、樹脂絶縁層６の第二開口部である開口部１１の周囲に導電スペーサー５などと接する部位がある場合は、図９に示すような導電スペーサー５と接する部位がない場合と比較して、接する部位がある方向へは流動せず、接する部位がない方向へ封止樹脂９が流動するため、開口部１１の形成位置により封止樹脂９の流動方向１２を任意に制御することもできる。また、封止樹脂９の成型後には、開口部１１は封止樹脂９で充填されている。
【００４３】
以上のように構成された半導体装置１００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置１００の信頼性を向上することができる。
【００４４】
実施の形態２．
本実施の形態２においては、実施の形態１で用いた主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くした点が異なる。このように、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くすることで、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。なお、その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００４５】
このような場合においても、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００４６】
図１０は、この発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１０において、半導体装置２００は、熱伝導部材１、回路部材であるリードフレーム２、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、リードフレーム２は、端子部である端子部２ａと段差部（傾斜部）２ｂとを有している。
【００４７】
図１０に示すような主回路用導電層７は、例えば、主回路用導電層７の部分をめっきによって厚く積み上げる、厚銅の金属板をプレスなどで接着することで形成できる。このようにすることで、制御用導電層８よりも厚みの厚い主回路用導電層７を得ることができる。
【００４８】
以上のように構成された半導体装置２００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置２００の信頼性を向上することができる。
【００４９】
また、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くすることで、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。
【００５０】
実施の形態３.
本実施の形態３においては、実施の形態２で用いた樹脂絶縁層６の厚さを半導体素子４の外周部の外側よりも半導体素子４の外周部上で厚くした点が異なる。このように、半導体素子４の外周部上の樹脂絶縁層６を厚くしたので、半導体装置の絶縁性をさらに向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態２と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００５１】
このような場合においても、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００５２】
図１１は、この発明の実施の形態３における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１２は、この発明の実施の形態３における半導体装置を示す平面構造模式図である。図１１において、半導体装置３００は、熱伝導部材１、回路部材であるリードフレーム２、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、樹脂絶縁層６の凸部１３は、半導体素子４の外周部に形成されている。樹脂絶縁層６の凸部１３の厚さは、半導体素子４の外周部の外側の樹脂絶縁層６の厚さよりも厚い。さらに、リードフレーム２は、端子部である端子部２ａと段差部（傾斜部）２ｂとを有している。
【００５３】
図１１，１２に示すように、さらに、半導体装置の絶縁性を向上するために半導体素子４の外周部上の樹脂絶縁層６に凸部１３を設けている。本実施の形態では、樹脂絶縁層６の半導体素子４の外周部と接する部分に予め凸部１３を作製しており、図１１に示すようにリードフレーム２に実装された半導体素子４と接する外周部部分が厚くなり、回路層を形成する電極部分には打ち抜きなどにより開口部１０を形成している。
【００５４】
以上のように構成された半導体装置３００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置３００の信頼性を向上することができる。
【００５５】
また、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くすることで、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。
【００５６】
さらに、半導体素子４の外周部と接する樹脂絶縁層６に凸部１３を設けたので、半導体装置３００の絶縁信頼性を向上することができる。
【００５７】
実施の形態４.
本実施の形態４においては、実施の形態３で用いた熱伝導部材１をなくし高熱伝導率のフィラーを含む封止樹脂９でリードフレーム２の裏面側も封止した点が異なる。このように、リードフレーム２の裏面側も高熱伝度率のフィラーを含む封止樹脂で封止したので、半導体装置の絶縁性と放熱性を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態３と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００５８】
このような場合においても、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００５９】
図１３は、この発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１３において、半導体装置４００は、回路部材であるリードフレーム２、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、凸部１３は、樹脂絶縁層６の半導体素子４と接する外周部に形成されている。さらに、リードフレーム２は、端子部である端子部２ａと段差部（傾斜部）２ｂとを有している。
【００６０】
図１３において、リードフレーム２の裏面側にも封止樹脂９が形成されている。これにより、封止樹脂９でリードフレーム２が包含された構造となる。封止樹脂９には、高熱伝導率のフィラーが使用されており、例えば、シリカやアルミナなどの金属酸化物や窒化アルミニウムや窒化ホウ素などの窒化物が用いられている。封止樹脂９は、金属酸化物および窒化物少なくとも一方を含むフィラーを含有している。
【００６１】
本実施の形態では、図１３に示すように、封止樹脂９は、全体を包含することで、樹脂筐体の役割と同時に、リードフレーム２や主回路用導電層７の絶縁性を確保する役割と、半導体素子４からの熱を放熱する役割を持つ。このため、封止樹脂９の下面からリードフレーム２の裏面までの距離、すなわち、リードフレーム２の裏面側の封止樹脂９の厚さ１４と主回路用導電層７の上面から封止樹脂９の上面までの距離、すなわち主回路用導電層７の上側の封止樹脂９の厚さ１４は、半導体装置の放熱性と絶縁性の観点から、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。厚さ１４が、０．１ｍｍよりも薄い場合は、絶縁性を確保することができない。また、厚さ１４が、１．０ｍｍよりも厚い場合は、放熱性が劣化する場合がある。このため、厚さ１４の範囲は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００６２】
以上のように構成された半導体装置４００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置４００の信頼性を向上することができる。
【００６３】
また、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くしたので、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。
【００６４】
さらに、半導体素子４の外周部と接する樹脂絶縁層６に凸部１３を設けたので、半導体装置４００の絶縁信頼性を向上することができる。
【００６５】
また、高熱伝度率のフィラーを含む封止樹脂９でリードフレーム２の裏面側も封止したので、半導体装置４００の絶縁性と放熱性を向上することができる。
【００６６】
実施の形態５.
本実施の形態５においては、実施の形態３で用いた回路部材２を絶縁回路基板１５に置き換えて、封止樹脂９で絶縁回路基板１５の裏面側も封止した点が異なる。このように、絶縁回路基板１５を用い、絶縁回路基板１５の裏面側も封止樹脂で封止したので、半導体装置の絶縁性と放熱性を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態３と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００６７】
このような場合においても、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００６８】
図１４は、この発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１４において、半導体装置５００は、回路部材である絶縁回路基板１５、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３、端子部である端子１７を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、凸部１３は、樹脂絶縁層６の半導体素子４と接する領域の周囲に形成されている。
【００６９】
絶縁回路基板１５は、絶縁層１５ａの両面（表面、裏面）に金属層１５ｃ，１５ｂを備えている。絶縁回路基板１５には、板状のプリント配線基板のようなフィラーと樹脂で構成される基板を用いることができ、例えば、アルミナや窒化アルミニウム、窒化ケイ素などのセラミックの両側に銅などの金属圧延材が貼り付けられた基板でもよい。
【００７０】
本実施の形態では、図１４に示すように、端子１７は、絶縁回路基板１５の表面の金属層１５ｃとはんだ３で接合されている。このため、封止樹脂９で封止するときには、端子１７を金型で挟み込むことで、金型内部の底面（下金型の表面）から絶縁回路基板１５を浮かせて成型している。そして、封止樹脂９は、絶縁回路基板１５の裏面側にも回り込む。端子１７の金型内部へ突出した部分は、封止樹脂９で封止後、封止樹脂９の内部に封止される。端子１７の金型に挟みこまれた部分は、封止樹脂９で封止後、封止樹脂９の内部から外部へ突出している。半導体素子４の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも絶縁回路基板１５の表面側の配置となる。すなわち、封止樹脂９の内部の端子１７の上面から封止樹脂９の上面までの距離は、半導体素子４の上面から封止樹脂９の上面までの距離未満となるように配置している。
【００７１】
また、図１４に示すように、封止樹脂９は、半導体装置５００の全体を包含することで、樹脂筐体の役割と同時に、絶縁回路基板１５や主回路用導電層７の絶縁性を確保する役割と、半導体素子４からの熱を放熱する役割を持つ。このため、封止樹脂９の下面から絶縁回路基板１５の金属層１５ｂの裏面までの距離、すなわち、金属層１５ｂの裏面側の封止樹脂９の厚さ１４と主回路用導電層７の上面から封止樹脂９の上面までの距離、すなわち主回路用導電層７の上側の封止樹脂９の厚さ１４は、半導体装置の放熱性と絶縁性の観点から、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。厚さ１４が、０．１ｍｍよりも薄い場合は、絶縁性を確保することができない。また、厚さ１４が、１．０ｍｍよりも厚い場合は、放熱性が劣化する場合がある。このため、厚さ１４の範囲は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７２】
図１５は、この発明の実施の形態５における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。図１５において、半導体装置５０１は、回路部材である絶縁回路基板１５、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３、端子部である端子１７を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、凸部１３は、樹脂絶縁層６の半導体素子４と接する領域の周囲に形成されている。さらに、半導体装置５０１の上面および下面には、グリース２１を介して冷却器２０を備えている。
【００７３】
図１５に示すように、半導体装置の上面、下面に冷却器２０を備えることで、冷却性能を向上させることもできる。冷却器２０は、必要な冷却能力に応じて、上面、下面のいずれか一方のみに備えることもできる。
【００７４】
図１６は、この発明の実施の形態５における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。図１６において、半導体装置５１０は、回路部材である絶縁回路基板１５、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３、端子部である端子１７を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、凸部１３は、樹脂絶縁層６の半導体素子４と接する領域の周囲に形成されている。さらに、絶縁回路基板１５の裏面の金属層１５ｃの裏面を封止樹脂９から露出した構造としている。
【００７５】
ここで、封止樹脂９の内部の絶縁回路基板１５の端子１７は、絶縁回路基板１５の表面（上面）の半導体素子４の搭載部（領域）よりも上方に配置される。半導体素子４は、リ絶縁回路基板１５の表面上に配置される。半導体素子４の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも絶縁回路基板１５の表面側の配置となる。すなわち、封止樹脂９の内部の絶縁回路基板１５の端子１７の上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ１）は、半導体素子４の上面から封止樹脂９の上面までの距離（ｈ２）未満である。このように配置することで、絶縁回路基板１５の絶縁層の裏面側の金属層１５ｃと絶縁回路基板１５の端子１７との間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００７６】
また、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、封止樹脂９の内部の絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも封止樹脂９の上面側に配置される。また、封止樹脂９の内部の絶縁回路基板１５の端子１７の上面は、半導体素子４の上面よりも上方に配置される。このため、半導体素子４の上面側で発生した熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導し放熱することで、冷却効率を高めることができる。これにより、半導体装置５００，５０１，５１０の信頼性を向上することができる。特に、高温状態での動作が要求されるような使用状況においては、複数箇所を用いての放熱が有効となる。
【００７７】
以上のように構成された半導体装置５００，５０１，５１０においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置５００，５０１，５１０の信頼性を向上することができる。
【００７８】
また、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くすることで、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。
【００７９】
さらに、半導体素子４の外周部と接する樹脂絶縁層６に凸部１３を設けたので、半導体装置５００，５０１，５１０の絶縁信頼性を向上することができる。
【００８０】
実施の形態６.
本実施の形態６においては、実施の形態５で用いた絶縁回路基板１５に放熱性の向上のためにスルーホール１６を設けた点が異なる。このように、絶縁回路基板１５にスルーホール１６を設け、スルーホール１６内に銅柱などを挿入して金属層１５ｂと金属層１５ｃとを接続したので、絶縁回路基板１５の金属層１５ｃからの熱伝導率を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態５と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００８１】
このような場合においても、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００８２】
図１７は、この発明の実施の形態６における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１７において、半導体装置６００は、回路部材である絶縁回路基板１５、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、第一導電層である主回路用導電層７、第二導電層である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９、第一開口部である開口部１０、樹脂絶縁層６の凸部１３、貫通孔であるスルーホール１６、端子部である端子１７を備えている。主回路用導電層７の厚みは、制御用導電層８の厚みよりも厚くしている。また、凸部１３は、樹脂絶縁層６の半導体素子４と接する領域の周囲に形成されている。
【００８３】
絶縁回路基板１５は、絶縁層１５ａの両面（表面、裏面）に金属層１５ｃ，１５ｂを備えている。絶縁回路基板１５は、絶縁回路基板１５を貫通するスルーホール１６を有している。スルーホール１６は、内部に銅柱などが挿入され、金属層１５ｃと金属層１５ｂとが接続された構造となっている。
【００８４】
本実施の形態では、図１７に示すように、端子１７は、絶縁回路基板１５の表面の金属層１５ｃとはんだ３で接合されている。このため、封止樹脂９の成型のときには、端子１７を金型で挟み込むことで、金型内部の底面（下金型の表面）から絶縁回路基板１５を浮かせて成型している。端子１７の金型内部へ突出した部分は、封止樹脂９で封止後、封止樹脂９の内部に封止される。端子１７の金型に挟みこまれた部分は、封止樹脂９で封止後、封止樹脂９の内部から外部へ突出している。端子１７の上面から封止樹脂９の上面までの距離は、半導体素子４の上面から封止樹脂９の上面までの距離未満となるように配置している。
【００８５】
また、図１７に示すように、封止樹脂９は、半導体装置６００の全体を包含することで、樹脂筐体の役割と同時に、絶縁回路基板１５や主回路用導電層７の絶縁性を確保する役割と、半導体素子４からの熱を放熱する役割を持つ。このため、封止樹脂９の下面から絶縁回路基板１５の金属層１５ｂの裏面までの距離、すなわち、金属層１５ｂの裏面側の封止樹脂９の厚さ１４と主回路用導電層７の上面から封止樹脂９の上面までの距離、すなわち主回路用導電層７の上側の封止樹脂９の厚さ１４は、半導体装置の放熱性と絶縁性の観点から、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。厚さ１４が、０．１ｍｍよりも薄い場合は、絶縁性を確保することができない。また、厚さ１４が、１．０ｍｍよりも厚い場合は、放熱性が劣化する場合がある。このため、厚さ１４の範囲は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００８６】
以上のように構成された半導体装置６００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、絶縁回路基板１５の端子１７の上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置６００の信頼性を向上することができる。
【００８７】
また、半導体素子４と接合される主回路用導電層７の厚さを制御用導電層８の厚さよりも厚くすることで、発熱量の多い半導体素子４からの熱を効率的に放熱することができる。
【００８８】
さらに、半導体素子４の外周部と接する樹脂絶縁層６に凸部１３を設けたので、半導体装置６００の絶縁信頼性を向上することができる。
【００８９】
実施の形態７
本実施の形態７においては、実施の形態１で用いたリードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続のための導電スペーサー５をリードフレーム２に一体的に設けた突起部２ｃとした点が異なる。このように、リードフレーム２に突起部２ｃを設け、リードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８とを突起部２ｃを用いて接続したので、リードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続不良を防ぐことができる。なお、その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００９０】
図１８は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【００９１】
図において、半導体装置７００は、熱伝導部材１、回路部材であるリードフレーム２、接合材であるはんだ３、半導体素子４、接続部材である導電スペーサー５、樹脂層である樹脂絶縁層６、導電層（第一導電層）である主回路用導電層７、導電層（第二導電層）である制御用導電層８、封止部材である封止樹脂９を備えている。
【００９２】
また、リードフレーム２は、端子部である端子部２ａと段差部（傾斜部）２ｂとを有し、突起部２ｃを有する。突起部２ｃは、リードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８とを電気的、熱的に接続するために用いられる。断面視および平面視において、突起部２ｃの面積は、樹脂絶縁層６のリードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続部の開口部１０の面積よりも大きくしている。これにより、リードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続不良を防ぐことができる。
【００９３】
さらに、突起部２ｃは、リードフレーム２の打ち抜きによる作製の前後工程において、鍛造などにより形成することができる。また、リードフレーム２の一部の厚みを厚くして作製した後に切削などにより、突起部２ｃ以外の部分の厚みを薄くすることで、突起部２ｃを形成してもよい。鍛造や切削で突起部２ｃを作製するとき、リードフレーム２の厚みが薄いときは鍛造や切削による加工に耐えきれず、破れや亀裂が発生するため、リードフレーム２の厚みとしては、０．３ｍｍ以上であることが望ましい。
【００９４】
以上のように構成された半導体装置７００においては、主回路用導電層７および制御用導電層８の上面は、リードフレーム２の端子部２ａの上面よりも上側としたので、半導体素子４の上面側からも、半導体素子４での発熱を効率的に封止樹脂９の外部へ伝導することができ、冷却効率を高めることが可能となる。その結果、半導体装置７００の信頼性を向上することができる。
【００９５】
また、リードフレーム２に一体的に突起部２ｃを設け、突起部２ｃの面積を樹脂絶縁層６のリードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続部の開口部１０の面積よりも大きくしたので、リードフレーム２と主回路用導電層７および制御用導電層８との接続不良を防ぐことができる。
【００９６】
実施の形態８．
本実施の形態８は、上述した実施の形態１から７にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態８として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
【００９７】
図１９は、この発明の実施の形態８における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【００９８】
図１９に示す電力変換システムは、電源１０００、電力変換装置２０００、負荷３０００を備えている。電源１０００は、直流電源であり、電力変換装置２０００に直流電力を供給する。電源１０００は種々のもので構成することができ、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路、ＡＣ／ＤＣコンバータなどで構成することとしてもよい。また、電源１０００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【００９９】
電力変換装置２０００は、電源１０００と負荷３０００との間に接続された三相のインバータであり、電源１０００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に交流電力を供給する。電力変換装置２０００は、図１９に示すように、電源１０００から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２００１と、主変換回路２００１を制御する制御信号を主変換回路２００１に出力する制御回路２００３とを備えている。
【０１００】
負荷３０００は、電力変換装置２０００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３０００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、空調機器向けの電動機等として用いられる。
【０１０１】
以下、電力変換装置２０００の詳細を説明する。主変換回路２００１は、半導体装置２００２に内蔵されたスイッチング素子と還流ダイオードとを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１０００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に供給する。主変換回路２００１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２００１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続された６つの還流ダイオードとから構成することができる。主変換回路２００１は、各スイッチング素子、各還流ダイオードなどを内蔵する上述した実施の形態１から５のいずれかに相当する半導体装置２００２によって構成される。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２００１の３つの出力端子は、負荷３０００に接続される。
【０１０２】
また、主変換回路２００１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えている。駆動回路は半導体装置２００２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２００２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２００１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２００１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２００３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【０１０３】
制御回路２００３は、負荷３０００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２００１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３０００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２００１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２００１を制御することができる。また、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を出力し、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号を出力されるように、主変換回路２００１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【０１０４】
以上のように構成された本実施の形態８に係る電力変換装置においては、主変換回路２００１の半導体装置２００２として実施の形態１から７にかかる半導体装置を適用するため、信頼性向上を実現することができる。
【０１０５】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベル、マルチレベルの電力変換装置であってもよいし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用してもよい。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータなどに本発明を適用することもできる。
【０１０６】
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、非接触器給電システムの電源装置等として用いることもでき、さらには、太陽光発電システム、蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることもできる。
【０１０７】
上述した実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、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及び範囲内でのすべての変更を含むものである。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより発明を形成してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１  熱伝導部材、１ａ  金属箔、1ｂ  絶縁シート、２  リードフレーム、２ａ  端子部、２ｂ  段差部、２ｃ  突起部、３  はんだ、４  半導体素子、５  導電スペーサー、６  樹脂絶縁層、７  主回路用導電層、８  制御用導電層、９  封止樹脂、１０，１１  開口部、  １２  流動方向、  １３  凸部、  １４  樹脂厚み、１５  絶縁回路基板、１６  スルーホール、１７  端子、１００，２００，３００，４００，５００，５０１，５１０，６００，７００，２００２  半導体装置、１０００  電源、２０００  電力変換装置、２００１  主変換回路、２００３  制御回路、３０００  負荷。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月10日(2020.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図１８は、この発明の実施の形態７における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【国際調査報告】
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