半导体装置
文献发布时间:2023-06-19 09:23:00
关联申请的相互参照
本申请基于2018年5月28日申请的日本申请号第2018-101717号,这里引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
在专利文献1中,公开了一种半导体装置,其具备在两面形成有主电极的半导体元件、导电部件、封固树脂体、以及主端子。半导体装置中,作为导电部件而具备第1导电部件以及第2导电部件,导电部件将半导体元件夹着而配置。封固树脂体将导电部件各自的一部分以及半导体元件封固。主端子与导电部件相连,从封固树脂体的一侧面向外部突出。第1主端子从第1导电部件延伸设置,第2主端子从第2导电部件向与第1主端子相同的方向延伸设置。在IGBT形成于半导体元件的情况下,例如第1主端子与集电极电极连接,第2主端子与发射极电极连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-82614号公报
发明内容
在上述半导体装置中,第1主端子以及第2主端子在板宽方向上横向排列配置。第1主端子和第2主端子由于电位不同,所以为了确保绝缘,必须在第1主端子与第2主端子之间确保规定的沿面距离。因此,难以使第1主端子以及第2主端子在上述板宽方向上靠近、降低电感。
此外,在这种半导体装置中,在向封固树脂体之外突出的突出部分,母线等被连接于主端子的板面。因而,优选的是以容易进行与外部的连接的方式配置主端子。
本发明的目的在于,提供能够降低电感并且提高与外部的连接性的半导体装置。
本发明的一实施方式的半导体装置,具备:
至少一个半导体元件,在一面侧具有第1主电极,在与一面相反的背面侧具有第2主电极;
第1导电部件及第2导电部件,是将半导体元件夹着而配置的导电部件,第1导电部件配置在一面侧并与第1主电极连接,第2导电部件配置在背面侧并与第2主电极连接;
绝缘部件,将导电部件各自的至少一部分以及半导体元件一体地覆盖而保护;以及
第1主端子及第2主端子,是与导电部件相连且向绝缘部件之外延伸设置的主端子,第1主端子与第1导电部件相连,第2主端子与第2导电部件相连,
主端子中,作为向绝缘部件之外突出的突出部分而具有对置部和多个非对置部,对置部以使流通主电流时产生的磁通相互抵消的方式配置,是第1主端子以及第2主端子的板面彼此分离且对置的部分,多个非对置部是第1主端子以及第2主端子各自中板面不对置的部分。
根据该半导体装置,在对置部,第1主端子以及第2主端子的板面彼此分离且对置。通过分离而确保规定的绝缘,通过板面彼此的对置而能够与以往相比降低电感。
此外,在突出部分,在第1主端子及第2主端子分别设有局部性非对置部。在第1主端子的非对置部,第1主端子的板面不与第2主端子的板面对置。在第2主端子的非对置部,第2主端子的板面不与第1主端子的板面对置。因此,在非对置部,容易将母线等与主端子的板面进行连接。因而,能够提高主端子与外部的连接性。
附图说明
关于本发明的上述目的及其他目的、特征及优点,参照附图并通过下述的详细记载会更加明确。
图1是表示应用第1实施方式的半导体装置的电力变换装置的概略结构的图。
图2是表示半导体装置的立体图。
图3是表示半导体装置的立体图。
图4是表示半导体装置的立体图。
图5是表示主端子及端子覆盖部的配置的平面图。
图6是沿图5的VI-VI线的剖面图。
图7是沿图5的VII-VII线的剖面图。
图8是沿图5的VIII-VIII线的剖面图。
图9是沿图5的IX-IX线的剖面图。
图10是表示第1变形例的平面图。
图11是表示第2变形例的平面图。
图12是表示第3变形例的平面图。
图13是表示第4变形例的平面图。
图14是表示第5变形例的平面图。
图15是表示第6变形例的平面图,对应于图9。
图16是表示间隙与主电路电感的关系的磁场解析结果的图。
图17是表示第7变形例的剖面图,对应于图7。
图18是表示成型时的效果的图。
图19是表示第8变形例的平面图。
图20是考虑了电感的半导体装置的等价电路图。
图21是表示主电流的流动的图。
图22是表示第2实施方式的半导体装置的剖面图,对应于图9。
图23是表示第3实施方式中上臂侧的半导体装置的平面图,对应于图10。
图24是表示第3实施方式中下臂侧的半导体装置的平面图,对应于图10。
图25是表示上臂与下臂的连接状态的图。
图26是表示第4实施方式的半导体装置的平面图,对应于图5。
图27是表示第5实施方式的半导体装置的立体图。
图28是表示第9变形例的剖面图,对应于图8。
具体实施方式
参照附图说明多个实施方式。在多个实施方式中,对于在功能及/或构造上对应的部分附加同一参照标记。以下,将开关元件的厚度方向表示为Z方向,将与Z方向正交的一个方向表示为X方向。此外,将与Z方向以及X方向这两个方向正交的方向表示为Y方向。只要没有特别声明,就将沿着由上述X方向及Y方向规定的XY面的形状作为平面形状。
(第1实施方式)
(电力变换装置的概略结构)
图1所示的电力变换装置1例如被搭载于电动汽车或混合动力汽车。电力变换装置1将从搭载于车辆的直流电源2供给的直流电压变换为三相交流,并向三相交流方式的马达3输出。马达3作为车辆的行驶驱动源发挥功能。电力变换装置1还能够将由马达3发出的电力变换为直流而向直流电源2充电。这样,电力变换装置1实现双向的电力变换。
电力变换装置1具有平滑电容器4和作为电力变换器的逆变器5。平滑电容器4的正极侧端子与直流电源2的高电位侧电极即正极连接,负极侧端子与直流电源2的低电位侧电极即负极连接。逆变器5将输入的直流电变换为规定频率的三相交流,并向马达3输出。逆变器5将由马达3发出的交流电变换为直流电。
逆变器5具备三相的上下臂电路。各相的上下臂电路在正极侧的电源线即高电位电源线6与负极侧的电源线即低电位电源线7之间串联连接两个臂而得到。在各相的上下臂电路中,上臂与下臂的连接点被连接于向马达3的输出线8。
本实施方式中,作为构成各臂的半导体元件,采用绝缘栅双极型晶体管(以下,表示为IGBT)。半导体装置10具备并联连接的两个IGBT30。对于各个IGBT30,反并联地连接有续流用的二极管即FWD35。一个臂具有并联连接的两个IGBT30。图1所示的标记31是IGBT30的栅极电极。并联连接的两个IGBT30通过未图示的共通的驱动器以相同定时进行驱动。换言之,两个IGBT30的栅极电极31相互电连接于相同的驱动器。
此外,作为IGBT30,采用n沟道型。在上臂,IGBT30的集电极电极32连接于高电位电源线6。在下臂,IGBT30的发射极电极33连接于低电位电源线7。并且,上臂中的IGBT30的发射极电极33与下臂中的IGBT30的集电极电极32相互连接。
电力变换装置1除了上述的平滑电容器4及逆变器5以外,可以还具备将从直流电源2供给的直流电压升压的升压变换器、将构成逆变器5、升压变换器的半导体元件进行驱动的驱动电路等。
(半导体装置的概略结构)
如图2~图9所示,半导体装置10具备封固树脂体20、IGBT30、热沉40、接头(terminal)50、主端子60、端子覆盖部70以及信号端子80。
封固树脂体20例如由环氧类树脂构成。封固树脂体20例如通过传递模塑法成型。如图2~图4以及图6所示,封固树脂体20在Z方向上具有一面21和与一面21相反的背面22。一面21及背面22例如为平坦面。封固树脂体20具有将一面21和背面22相连的侧面。本实施方式中,封固树脂体20的平面形状大致为矩形。
作为半导体元件的IGBT30设置于Si、SiC、GaN等半导体衬底(半导体芯片)。如图5及图6所示,半导体装置10具备两个IGBT30。两个IGBT30相互并联连接。以下,为了进行区分,将IGBT30的一个也表示为IGBT30A,将另一个也表示为IGBT30B。本实施方式中,FWD35与IGBT30一体地形成。即,作为IGBT30,采用RC(Reverse Conducting)-IGBT。
IGBT30以在Z方向上流动主电流的方式呈纵型构造。虽省略了图示,但IGBT30具有上述的栅极电极31。栅极电极31呈沟槽构造。此外,IGBT30在自身的厚度方向即Z方向上在一面侧具有集电极电极32,在与一面相反的背面侧具有发射极电极33。集电极电极32还兼做FWD35的阴极电极,发射极电极33还兼做FWD35的阳极电极。集电极电极32相当于第1主电极,发射极电极33相当于第2主电极。
两个IGBT30相互呈大致相同的平面形状,具体而言平面形状大致为矩形,并且相互具有大致相同的大小和大致相同的厚度。IGBT30A、30B相互为相同结构。IGBT30A、30B各自的集电极电极32在Z方向上为相同侧,各自的发射极电极33配置成在Z方向上为相同侧。IGBT30A、30B在Z方向上位于大致相同的高度,并且在X方向上横向排列配置。
IGBT30在形成有发射极电极33的背面具有作为信号用的电极的焊盘34。焊盘34形成在与发射极电极33不同的位置。焊盘34与发射极电极33电分离。焊盘34在Y方向上形成在与发射极电极33的形成区域相反侧的端部。
本实施方式中,IGBT30分别具有5个焊盘34。具体而言,5个焊盘34用于栅极电极、检测发射极电极33的电位的开尔文发射极、电流读出、检测IGBT30的温度的温度传感器(感温二极管)的阳极电位、该温度传感器的阴极电位。5个焊盘34在平面大致矩形的IGBT30中集中形成于Y方向的一端侧,并且在X方向上排列形成。
热沉40是在Z方向上夹着IGBT30而配置的导电部件。热沉40起到将IGBT30的热向半导体装置10的外部散热的功能,并且还起到作为主电极的布线的功能。因此,为了确保热传导性及电传导性,至少用金属材料形成。热沉40在从Z方向的投影视中以将两个IGBT30包含在内的方式设置。热沉40以X方向为长度方向而平面形状呈大致矩形。热沉40的厚度大致一定,其板厚方向与Z方向大致平行。
热沉40夹着IGBT30而成对地设置。半导体装置10中,作为一对热沉40,具有在IGBT30的集电极电极32侧配置的热沉40C、和在发射极电极33侧配置的热沉40E。热沉40C相当于第1导电部件,热沉40E相当于第2导电部件。热沉40C、40E在从Z方向的投影视中相互大致一致。热沉40C在Z方向上具有IGBT30侧的连接面41C和与连接面41C相反的散热面42C。热沉40E在Z方向上具有IGBT30侧的连接面41E和与连接面41E相反的散热面42E。散热面42C相当于第1散热面,散热面42E相当于第2散热面。
在热沉40C的连接面41C,IGBT30A、30B的集电极电极32分别单独地经由焊料90而连接。热沉40C的大部分被封固树脂体20覆盖。热沉40C的散热面42C从封固树脂体20露出。散热面42C与一面21大致共面。热沉40C的表面中的除了与焊料90的连接部、散热面42C、以及主端子60的相连部分以外的部分被封固树脂体20覆盖。
接头50介于IGBT30与热沉40E之间。接头50按每个IGBT30A、30B而设置。接头50由于位于IGBT30的发射极电极33与热沉40E的热传导、电传导路线的中途,从而为了确保热传导性及电传导性而至少用金属材料形成。接头50与对应的IGBT30的发射极电极33对置配置,经由焊料91而与发射极电极33连接。
在热沉40E的连接面41E,IGBT30A、30B的发射极电极33分别单独地经由焊料92而被电连接。具体而言,发射极电极33和热沉40E经由焊料91、接头50以及焊料92而被电连接。热沉40E也大部分被封固树脂体20覆盖。热沉40E的散热面42E从封固树脂体20露出。散热面42E与背面22大致共面。热沉40E的表面中的除了与焊料92的连接部、散热面42E、以及后述的主端子60的相连部分以外的部分被封固树脂体20覆盖。
主端子60是用于将半导体装置10和外部设备电连接的外部连接端子中的流动主电流的端子。主端子60在封固树脂体20的内部与对应的热沉40相连。主端子60从对应的热沉40延伸设置,如图5、图7~图9所示,从封固树脂体20的一个侧面23向外部突出。主端子60在封固树脂体20的内外延伸设置。主端子60具有向封固树脂体20之外突出的部分即突出部61。
主端子60是与IGBT30的主电极电连接的端子。半导体装置10中,作为主端子60,具有与集电极电极32电连接的主端子60C和与发射极电极33电连接的主端子60E。主端子60C相当于第1主端子,主端子60E相当于第2主端子。主端子60C也称为集电极端子,主端子60E也称为发射极端子。
主端子60C与热沉40C相连。主端子60C从热沉40C向Y方向延伸设置,从封固树脂体20的侧面23向外部突出。主端子60E与热沉40E相连。主端子60E从热沉40E向与主端子60E相同的方向延伸设置,从与主端子60C相同的侧面23向外部突出。
本实施方式中,如图8及图9所示,主端子60C、60E与对应的热沉40C、40E的侧面43C、43E分别相连。侧面43C是热沉40C的侧面中的侧面23侧的面。侧面43E是热沉40E的侧面中的侧面23侧的面。主端子60C、60E在Y方向上相互相同的一侧与热沉40C、40E相连。主端子60C、60E的全长在大致相同的方向上延伸设置。
此外,通过加工同一金属板,将主端子60与对应的热沉40一体地设置。主端子60C相比于热沉40C而言厚度较薄,与热沉40C的连接面41C大致共面地相连。主端子60E相比于热沉40E而言厚度较薄,与热沉40E的连接面41E大致共面地相连。在突出部61,主端子60C、60E的板厚方向与Z方向大致一致。主端子60的板厚大致一定,主端子60C、60E大致为相同板厚。
端子覆盖部70用树脂材料形成,将主端子60中的突出部61的一部分覆盖。主端子60及端子覆盖部70的详细情况后述。
信号端子80经由键合线93而与对应的IGBT30的焊盘34电连接。信号端子80在封固树脂体20的内部被与键合线93连接,从封固树脂体20的侧面,详细而言从与侧面23相反的侧面24向外部突出。与IGBT30分别对应的信号端子80在Y方向上延伸设置。
在以上那样构成的半导体装置10中,在热沉40C、40E之间、即主端子60C、60E之间,并联连接有两个IGBT30。
此外,通过封固树脂体20,IGBT30(30A、30B)、热沉40各自的一部分、接头50、主端子60各自的一部分、以及信号端子80的一部分被一体地封固。即,构成一个臂的要素被封固。因此,半导体装置10也称为1in1封装。封固树脂体20将热沉40C、40E的至少一部分以及IGBT30A、30B一体地覆盖而保护。封固树脂体20相当于绝缘部件。
此外,热沉40C的散热面42C与封固树脂体20的一面21大致共面。此外,热沉40E的散热面42E与封固树脂体20的背面22大致共面。半导体装置10呈散热面42C、42E都从封固树脂体20露出的两面散热构造。这样的半导体装置10例如能够将热沉40与封固树脂体20一起切削加工而形成。此外,还能够通过使散热面42C、42E与将封固树脂体20成型的模具的型腔壁面相接触地将封固树脂体20成型来形成。
(主端子及端子覆盖部的详细情况)
如上述那样,半导体装置10中,作为主端子60,具有与热沉40C相连的主端子60C和与热沉40E相连的主端子60E。如图5、图7~图9所示,主端子60中,作为突出部61,具有主端子60C、60E的板面彼此分离地对置的部分即对置部62。所谓板面,是主端子60各自的板厚方向的面。对置部62是在Z方向的投影视中相互重合的部分,所以也称重叠部(重合部)。此外,也称层叠部。
对置部62相比于主端子60的弯曲部而言靠突出前端侧设置。通过弯曲部,对置部62中的主端子60C、60E的对置距离短于热沉40C、40E的对置距离即连接面41C、41E间的距离。在主端子60的突出部61,对置部62占主要部分。作为其余部分的突出部61的一部分被设为主端子60C、60E各自的板面不对置的部分即非对置部63C、63E。
在对置部62,主端子60C、60E以使流动主电流时分别产生的磁通相互抵消的方式配置。为了提高磁通抵消的效果,可以配置成使主电流的朝向大致反向。即,可以使以对应的热沉40为基准的延伸设置的朝向在对置部62中大致一致。
非对置部63C是主端子60C中的突出部61的一部分。在非对置部63C,主端子60C的板面不与主端子60E的板面对置。非对置部63E是主端子60E中的突出部61的一部分。在非对置部63E,主端子60E的板面不与主端子60C的板面对置。非对置部63C相当于第1非对置部,非对置部63E相当于第2非对置部。非对置部63C、63E也称非重合部、非层叠部。这样,主端子60中,作为突出部61而具有对置部62和非对置部63C、63E。
在本实施方式中,在具有弯曲部的主端子60E,比弯曲部靠突出前端侧的部分被设为突出部61。主端子60E的突出部61不具有弯曲部地在Y方向上延伸设置,呈板厚方向与Z方向大致一致的平板状。即,板厚大致均匀。并且,如图5所示,被设为从平面大致矩形中缺失了四角的一个的形状。此外,主端子60C的突出部61也与主端子60E同样地呈板厚方向与Z方向大致一致的平板状。即,板厚大致均匀。并且,被设为从平面大致矩形中缺失了四角的一个的形状。
在突出部61,主端子60C、60E的板厚方向相互一致。由此,在对置部62,在板厚方向上主端子60C、60E的板面对置。在对置部62,主端子60C、60E间的间隙在整个区域中大致一定。如图8所示,主端子60C、60E在封固树脂体20的内部也隔着封固树脂体20而对置。
主端子60C具有缺口部64C,主端子60E具有缺口部64E。缺口部64C相当于第1缺口部,缺口部64E相当于第2缺口部。缺口部64C在与主端子60的板厚方向及延伸设置方向正交的板宽方向即X方向上设置在主端子60C的一端侧。缺口部64E在主端子60E中设置在与缺口部64C相反的端部。突出部61的突出长度在主端子60C、60E中大致相等。缺口部64C、64E设置在突出部61的突出前端。缺口部64C、64E呈大致圆弧形状。
主端子60C、60E的突出部61相对于穿过IGBT30的元件中心的中心线CL线对称配置。元件中心是IGBT30整体的中心。本实施方式的情况下,由于具有两个IGBT30A、30B,所以是IGBT30A、30B的排列方向上的中心间的中央位置。另外,在IGBT30为一个的情况下,是IGBT30的中心。中心线是与板宽方向正交且穿过元件中心的假想线。
如图2~图5、图9所示,突出部61中的从侧面23起向Y方向为规定范围的部分、具体而言是到缺口部64C、64E为止的部分全部被设为对置部62。另一方面,从缺口部64C、64E到突出前端的部分包括对置部62以及非对置部63C、63E。
在突出前端侧,在X方向上,在非对置部63C、63E之间设有对置部62。在突出部61,在作为板宽方向的X方向中央,从侧面23到突出前端被设为对置部62。在突出部61的X方向两端,从侧面23到中途被设为对置部62,从中途到突出前端被设为非对置部63C、63E。
非对置部63C在Z方向上相比于非对置部63E而言配置在从热沉40E的散热面42E远离的位置。非对置部63E相比于非对置部63C而言配置在从热沉40C的散热面42C远离的位置。
端子覆盖部70在对置部62将主端子60C、60E的至少一部分覆盖。端子覆盖部70与封固树脂体20相连。封固树脂体20相当于第1树脂部,端子覆盖部70相当于第2树脂部。端子覆盖部70如图7~图9所示,至少具有夹层部71。
本实施方式中,端子覆盖部70除了夹层部71以外还具有背面覆盖部72、73。此外,端子覆盖部70与封固树脂体20用相同材料一体成型。封固树脂体20和端子覆盖部70是一体成型物。
夹层部71在对置部62处配置在主端子60C、60E的对置面间。对置面是板面中的相互面对的面。在本实施方式中,在对置部62,在对置区域的整个区域配置有夹层部71。即,在对置区域的整个区域填充有树脂。
背面覆盖部72、73在对置部62将主端子60的与对置面相反的背面覆盖。背面覆盖部72将主端子60C的背面覆盖,背面覆盖部73将主端子60E的背面覆盖。
端子覆盖部70将对置部62整体覆盖。端子覆盖部70在对置部62处还覆盖将对置面与背面相连的端面。端子覆盖部70为了使非对置部63C、63E露出而呈从平面大致矩形将四角的两个切掉了的形状,换言之呈大致凸形状。通过端子覆盖部70的缺口部74,非对置部63C、63E能够与外部连接地露出。缺口部74沿着缺口部64C、64E呈大致圆弧形状。端子覆盖部70还覆盖缺口部64C、64E的端面。此外,还覆盖突出前端面。因此,在端子覆盖部70侧的端部,非对置部63C、63E的露出部分也呈大致圆弧形状。
端子覆盖部70的厚度比封固树脂体20的厚度薄。背面覆盖部72的表面在Z方向上不是与一面21大致共面,而是位于向背面22侧偏移了的位置。同样,背面覆盖部73的表面在Z方向上不是与背面22大致共面,而是位于向一面21侧偏移了的位置。此外,端子覆盖部70的X方向的长度即宽度比封固树脂体20的宽度窄。端子覆盖部70也设置成相对于中心线CL线对称。
(半导体装置的效果)
如上所述,主端子60中,作为突出部61而具有对置部62。在对置部62,主端子60C、60E以使流动主电流时产生的磁通相互抵消的方式配置。在对置部62,主端子60C、60E的板面彼此分离并对置。这样,由于采用分离配置、即具有规定的间隙的配置,所以能够确保主端子60C、60E间的绝缘。此外,由于板面彼此对置,所以与以往相比能够提高磁通抵消的效果,降低电感。
此外,在突出部61,不是在整个区域使板面彼此对置,而是在主端子60C、60E分别局部地设置非对置部63C、63E。主端子60C中的非对置部63C的板面不与主端子60E的板面对置。主端子60E中的非对置部63E的板面不与主端子60C的板面对置。这样,在非对置部63C、63E没有主端子60C、60E的层叠,所以容易将母线等与主端子60的板面连接。例如,能够在板面的相同侧连接母线。因而,能够提高主端子60与外部的连接性。
以上,根据本实施方式的半导体装置10,能够降低电感并且提高与外部的连接性。
如图10所示的第1变形例那样,也可以通过贯通孔65设置非对置部63C、63E。该情况下,在Z方向的投影视中,将非对置部63C、63E包围而存在对方侧的主端子60。此外,如图11所示的第2变形例那样,也可以通过将主端子60C、60E在板宽方向上错开配置而设置非对置部63C、63E。该情况下,非对置部63C、63E从侧面23一直设置到突出前端。在图10及图11中,为了方便,仅图示了封固树脂体20和主端子60。
相对于此,在本实施方式中,通过缺口部64C、64E而设有非对置部63C、63E。非对置部63C、63E设置在主端子60C、60E的端部。因而,与第1变形例相比,能够提高与外部的连接性。此外,在将非对置部63C、63E设置在相同位置的情况下,与第1变形例相比,能够在X方向及Y方向上使体积小型化。此外,与第2变形例相比,将非对置部63C、63E局部地设置,相应地,能够增大对置部62。因而,能够降低电感。
如图12所示的第3变形例那样,也可以在板宽方向的相同侧设置缺口部64C、64E。该情况下,将缺口部64C、64E在延伸设置方向即Y方向上设置在不重合的位置。如图13所示的第4变形例那样,也可以在突出前端且不是板宽方向的端部的位置设置缺口部64C、64E。在图12及图13中,为了方便,仅图示了封固树脂体20和主端子60。
相对于此,在本实施方式中,主端子60C、60E从封固树脂体20的相同侧面23沿相同方向延伸设置,在板宽方向上,缺口部64C设置在主端子60C的一端侧,缺口部64E在主端子60E中设置在与缺口部64C相反的端部。由于能够将缺口部64C、64E在延伸设置方向上设置在大致相同的位置,所以与第3变形例相比,能够降低电感并且使Y方向的体积小型化。此外,在将非对置部63C、63E设置在相同位置的情况下,与第4变形例相比能够使X方向的体积小型化。
如图14所示的第5变形例那样,也可以将缺口部64C、64E设置在板宽方向的两端,并且设置在延伸设置中途。在图14中,为了方便,仅图示了封固树脂体20和主端子60。
相对于此,在本实施方式中,将缺口部64C、64E设置在板宽方向的两端并且设置在突出前端。因而,与第5变形例相比,能够降低电感并且使Y方向的体积小型化。
在本实施方式中,非对置部63C、63E相对于IGBT30的中心线CL线对称配置。因而,还能够使包括热沉40C及主端子60C的第1零件和包括热沉40E及主端子60E的第2零件共通化。即,还能够削减零件个数。
如图15所示的第6变形例那样,也可以不通过树脂覆盖主端子60的突出部61,而是在对置部62使空气(气体)介于主端子60C、60E的对置面间。该情况下,为了主端子60C、60E间的绝缘,在对置面间确保规定的间隙(空间距离)。根据使用的电压区域,图15所示的结构也能够适用。图15对应于图9。
相对于此,在本实施方式中,与封固树脂体20相连而设有端子覆盖部70。端子覆盖部70具有在主端子60C、60E之间配置的夹层部71。这样,成为在对置面间填充有树脂的层间绝缘而不是空间绝缘,从而利用树脂的绝缘能力,与第6变形例相比能够使主端子60C、60E的对置面靠近。因而,能够进一步降低电感。
特别是,在本实施方式中,端子覆盖部70不仅覆盖对置面间,还覆盖对置面的相反的背面。即,端子覆盖部70将对置部62整体与封固树脂体20的侧面23一起覆盖。
在这样的结构下,例如,如图7所示,非对置部63C、63E的沿面距离由长度d1、d2、d3的和决定。d1是从非对置部63C到背面覆盖部73的表面的Z方向的长度。d2是背面覆盖部73的X方向的长度即宽度。d3是从背面覆盖部73的表面到非对置部63E的Z方向的长度。即使长度d2较长,也由于是将对置部62覆盖的部分,所以对电感的影响小。因此,容易通过长度d2获得沿面距离。
此外,例如,如图9所示,非对置部63E与热沉40C的散热面42C的沿面距离由长度d5、d6、d7、d8的和决定。d5是从非对置部63E到背面覆盖部72的表面的Z方向的长度。d6是从缺口部74到侧面23的Y方向的最短长度。d7是从背面覆盖部72的表面到一面21的Z方向的长度。长度d8是从侧面23到散热面42C的X方向的最短长度。长度d6、d8由于是将主端子60C、60E的对置部位覆盖的部分,所以即使长度d6、d8较长,对电感的影响也较小。因此,容易通过长度d6、d8获得沿面距离。虽然说明省略,但关于非对置部63C与热沉40E的散热面42E的沿面距离也是同样的。
图16表示构成主电路的上下臂电路的一方的臂的电感、具体而言是主端子60C、60E间的电感的磁场解析结果。此时,将主端子在板宽方向上横向排列配置的结构作为比较例。图16中,将比较例的结果用空白圆圈表示,将本实施方式所示的结构的结果用空白三角表示。主电路是包括平滑电容器4和上下臂电路的电路。
在配置上,在比较例中,主端子的对置面的间隙大致为零(0)。根据本实施方式的结构,与比较例相比,从图16也可明确到,能够大幅降低主电路的电感。此外,明确到,在对置部62,主端子60C、60E间的间隙越小,越能够有效降低主电路的电感。
本实施方式中,端子覆盖部70的厚度比封固树脂体20的厚度薄。由此,能够确保热沉40C、40E的散热面42C、42E与非对置部63C、63E的沿面距离,并且降低端子覆盖部70的树脂量。
如图17所示的第7变形例那样,也可以使端子覆盖部70的厚度与封固树脂体20的厚度大致相等。由此,能够获得非对置部63C、63E间的沿面距离。具体而言,能够使上述Z方向的长度d1、d3较长。由此,能够缩短X方向的长度d2,从而能够缩小对置部62,进而缩小主端子60的占有面积。
本实施方式中,端子覆盖部70与封固树脂体20一体成型。由于将端子覆盖部70与封固树脂体20通过同一工序形成,所以能够简化制造工序。如本实施方式那样,在板宽方向的两端设有非对置部63C、63E的结构下,如图18所示,能够将两端的非对置部63C、63E分别通过成型用的上模100及下模101夹持。由此,能够使对置部62的间隙即绝缘距离稳定。
本实施方式中,集电极侧的主端子60C的非对置部63C相比于发射极侧的主端子60E的非对置部63E而言,在Z方向上配置在从发射极侧的热沉40E的散热面42E远离的位置。同样地,非对置部63E相比于非对置部63C而言,在Z方向上配置在从集电极侧的热沉40C的散热面42C远离的位置。由此,能够获得散热面42C、42E与主端子60之间的沿面距离。
本实施方式中,如图5所示,缺口部64C、64E呈大致圆弧形状。此外,端子覆盖部70的缺口部74也呈沿着缺口部64C、64E的大致圆弧形状。因而,在非对置部63C、63E的露出部分,通过摩擦搅拌接合、螺栓紧固等圆弧状的连接将未图示的母线进行连接的情况下,能够使从连接部到端子覆盖部70的端部(缺口部74)的距离在弧的全长中大致相等。由此,能够抑制应力在端子覆盖部70的端部局部地升高。例如能够使传热距离均等。从连接部到端子覆盖部70的距离考虑热及紧固的应力而决定。
非对置部63C、63E的露出部分的平面形状不限于上述例子。如图19所示的第8变形例那样,还能够采用平面大致矩形状。例如,对于使摩擦搅拌接合、激光焊接呈线状进行的情况是有效的。该情况下,优选以使从平面矩形状的连接部66C到端子覆盖部70的端部(缺口部74)的距离均等的方式设置非对置部63C、63E。图19中,使X方向的距离dx和Y方向的距离dy大致相等。
图20是考虑了主电路布线的电感的半导体装置10的等价电路图。标记66C表示主端子60C的非对置部63C中的母线的连接部,标记66E表示主端子60E的非对置部63E中的母线的连接部。标记Lc1表示连接部66C与IGBT30A的集电极电极之间的布线的电感。标记Lc2表示连接部66C与IGBT30B的集电极电极之间的布线的电感。标记Le1表示连接部66E与IGBT30A的发射极电极之间的布线的电感。标记Le2表示连接部66E与IGBT30B的发射极电极之间的布线的电感。
图21表示本实施方式的半导体装置10中主电流的流动。虚线箭头表示IGBT30A侧的主电流的流动,单点划线的箭头表示IGBT30B侧的主电流的流动。如上所述,本实施方式中,IGBT30A、30B在主端子60的板宽方向即X方向上排列配置。并且,相对于IGBT30的中心线CL,非对置部63C、63E线对称配置。因而,IGBT30A、30B的主电流相对于中心线CL线对称地流动。即,IGBT30A侧的主电路电感(=Lc1+Le1)与IGBT30B侧的主电路电感(=Lc2+Le2)大致相等。这样,通过使主电路电感一致,能够抑制FWD35导通时的电流不平衡。
(第2实施方式)
本实施方式能够参照先前实施方式。因此,关于与先前实施方式中示出的半导体装置10共通的部分的说明省略。
本实施方式的半导体装置10如图22所示,具有端子覆盖部70A。图22对应于图9。端子覆盖部70A的基本结构与先前实施方式中示出的端子覆盖部70相同。因此,对于对应的要素的标记,在末尾附加了A。端子覆盖部70A具有夹层部71A和背面覆盖部72A、73A。
端子覆盖部70A与封固树脂体20独立地设置。封固树脂体20是一次成型体,端子覆盖部70A是二次成型体。端子覆盖部70A在封固树脂体20的成型后形成。半导体装置10被二次封固。这以外的结构与先前实施方式相同。
这样,在采用作为二次成型体的端子覆盖部70A的情况下,也能够实现与先前实施方式同样的效果。
另外,作为端子覆盖部70A的材料,也能够使用与封固树脂体20不同的材料。在使用的电压区域高的情况下,可以使用相比于封固树脂体20而言绝缘特性良好的材料。
此外,也可以使用相比于封固树脂体20而言杨氏模量更小的材料。由此,在成型时树脂容易向主端子60C、60E间的对置面间流入。因而,在对置部62能够使主端子60C、60E的对置面彼此进一步靠近,降低电感。
还能够与变形例所示的结构相组合。
(第3实施方式)
本实施方式能够参照先前实施方式。因此,关于与先前实施方式中示出的半导体装置10共通的部分的说明省略。
本实施方式中,缺口部64C、64E的至少一方设有多个。也可以采用这样的结构。
例如,图23所示的半导体装置10A构成上下臂电路的上臂。半导体装置10A具有两个缺口部64C和一个缺口部64E。缺口部64C在主端子60C中设置在平面大致矩形状的四角中的突出前端侧的两个部位。缺口部64E在主端子60E中设置在突出前端的中央部分。这以外的结构与先前实施方式(第1实施方式)相同。
图24所示的半导体装置10B构成上下臂电路的下臂。半导体装置10B具有两个缺口部64E和一个缺口部64C。缺口部64E在主端子60E中设置在平面大致矩形状的四角中的突出前端侧的两个部位。缺口部64C在主端子60C中设置在突出前端的中央部分。这以外的结构与先前实施方式(第1实施方式)相同。半导体装置10A、10B除了非对置部63C、63E以及缺口部64C、64E不同的点以外,为相同结构。图24及图25对应于图10,为了方便,仅图示了封固树脂体20和主端子60。
并且,通过将半导体装置10A、10B如图25所示那样连接,构成上下臂电路。将上臂侧的半导体装置10A的非对置部63E与下臂侧的半导体装置10B的非对置部63C通过母线等分别连接。半导体装置10A的非对置部63C在上下臂电路中作为高电位侧端子即P端子发挥功能。使半导体装置10B的非对置部63E作为低电位侧端子即N端子发挥功能。半导体装置10A的非对置部63E和半导体装置10B的非对置部63C作为输出端子即O端子发挥功能。
半导体装置10A、10B隔着冷却器在Z方向上层叠配置。该层叠构造中,半导体装置10A的非对置部63E与半导体装置10B的非对置部63C对置。因而,能够缩短外部连接间距离。由此,能够降低主电路的电感。
这样,通过将缺口部64C、64E的至少一方设置多个,还能够降低电感。此外,还能够提高连接的自由度。
还能够与第2实施方式所示的结构、变形例所示的结构相组合。
(第4实施方式)
本实施方式能够参照先前实施方式。因此,关于与先前实施方式中示出的半导体装置10共通的部分的说明省略。
图26中,虚线箭头表示IGBT30A侧的发射极电流的流动,单点划线的箭头表示IGBT30B侧的发射极电流的流动。本实施方式中,IGBT30A、30B也在主端子60的板宽方向即X方向上排列配置。并且,主端子60E的非对置部63E配置在IGBT30的中心线CL上。这以外的结构与先前实施方式(第1实施方式)相同。图26中,为了方便,仅图示了被封固树脂体20覆盖的部分中的IGBT30。
通过上述配置,IGBT30A、30B的发射极电流相对于中心线CL线对称地流动。即,IGBT30A侧的电感Le1和IGBT30B侧的电感Le2大致相等。由此,能够抑制IGBT30A的栅极电压Vge和IGBT30B的栅极电压Vge变得不平衡。因而,能够抑制IGBT30A、30B的导通定时的偏差,进而抑制IGBT30A、30B的导通时的电流不平衡。
还能够与第2实施方式所示的结构、变形例所示的结构相组合。
(第5实施方式)
本实施方式能够参照先前实施方式。因此,关于与先前实施方式中示出的半导体装置10共通的部分的说明省略。
如图27所示,本实施方式的半导体装置10仅具有一个IGBT30。图27所示的端子覆盖部70与封固树脂体20一体成型。端子覆盖部70与封固树脂体20厚度大致相同。这以外的结构与先前实施方式(第1实施方式)相同。这样的半导体装置10也能够实现与先前实施方式同样的效果。
还能够与第2实施方式所示的结构、变形例所示的结构相组合。
本发明依据实施方式进行了记载,但应理解的是本发明不限于该实施方式及构造。本发明也包含各种各样的变形例及均等范围内的变形。除此以外,各种各样的组合及形态、进而在它们中仅包含一要素、其以上或其以下的其他组合及形态也落入本发明的范畴及思想范围。
示出了将半导体装置10、10A、10B应用于逆变器5的例子,但不限于此。例如还能够应用于升压变换器。此外,还能够应用于逆变器5及升压变换器双方。
例示了与IGBT30一体地形成FWD35的例子,但不限于此。也可以将FWD35设为其他芯片。
作为半导体元件而例示了IGBT30的例子,但不限于此。例如还能够采用MOSFET。
作为两面散热构造的半导体装置10,例示了具备接头50的例子,但不限于此。也可以是不具备接头50的结构。例如,也可以代替接头50而在热沉40E设置朝向发射极电极33突出的凸部。
此外,示出了散热面42C、42E从封固树脂体20露出的例子,但也可以是不从封固树脂体20露出的结构。例如也可以如图28所示的第9变形例那样,通过绝缘部件94将散热面42C、42E完全覆盖。图28中,作为绝缘部件94,将绝缘片向散热面42C、42E以及封固树脂体20粘贴。绝缘片例如能够采用相对于环氧、硅等有机母材而言较多地含有氮化硼(BN)等无机高热传导填料的材料。除了绝缘片以外,还能够采用由SiN等构成的无机基板。此外,也可以在使绝缘部件94贴合于散热面42C、42E的状态下将封固树脂体20成型。
示出了并联连接有两个IGBT30的例子,但不限于此。还能够应用于将三个以上的IGBT30并联连接的结构。
关于主端子60C、60E,例示了突出部61为平板状的例子,但不限于此。例如,也可以相对于对置部62使非对置部63C、63E弯曲。通过至少一方的弯曲,在Z方向上,可以使非对置部63C、63E的相同侧的板面为共面的位置关系。进而,也可以是,通过采用异型条,使非对置部63C、63E的至少一方比对置部62的主端子60的板厚更厚,由此成为上述的共面关系。
作为端子覆盖部70、70A,还能够采用仅具有夹层部71、71A的结构。
- 晶体、结晶性氧化物半导体、包含结晶性氧化物半导体的半导体膜、包含晶体和/或半导体膜的半导体装置以及包含半导体装置的系统
- 半导体光发射装置的制造方法、半导体光发射装置、半导体装置的制造方法、半导体装置、一种装置的制造方法、以及一种装置