特開 2024-117194 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117194

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20240822BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20240822BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

H01L23/48 Q

H01L21/60 321V

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023138

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 教文

(57)【要約】

【課題】半導体チップの主電極に接続されたリードフレームによる当該主電極に対する損傷を低減する。
【解決手段】リードフレーム１３ａは、平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる端子側面Ｐを有し、端子側面Ｐが電極側面を向いて出力電極１２ｂに接合される主電極接合部１３ａ１と、主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐに形成され、端子側面Ｐから出力電極１２ｂに対して上方に延伸する第１立ち上がり部１３ａ２とを有する。接合部材１４ｂは、出力電極１２ｂと主電極接合部１３ａ１とを接合する。この際、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔している。このため、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、加熱した半導体チップ１２の出力電極１２ｂからの熱の影響が低下し、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長が低減される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

おもて面に設けられた上面電極を有し、前記上面電極は平面視で前記上面電極の外周を取り囲む側面に含まれる第１電極側面を含み、前記第１電極側面は前記上面電極の中央から最短距離で所定の長さ、離隔している半導体チップと、
平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる第１端子側面を有し、前記第１端子側面が前記第１電極側面を向いて前記上面電極に接合される接合部と、前記接合部の前記第１端子側面に形成され、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸する立ち上がり部とを有するリードフレームと、
前記上面電極と前記接合部と接合する接合材と、
を備え、
前記立ち上がり部が形成された前記第１端子側面は、前記上面電極の前記中央から前記所定の長さの４０％以上、前記第１電極側面側に離隔している、
半導体装置。

【請求項2】

前記所定の長さの４０％は、４ｍｍである、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記上面電極は平面視で長方形状を成し、前記第１電極側面は短辺であり、
前記リードフレームの前記接合部は平面視で長方形状を成し、前記第１端子側面は短辺である、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記リードフレームの前記立ち上がり部は、側面視で、前記半導体チップに含まれる、前記上面電極の前記第１電極側面に面するチップ側面から前記半導体チップの耐電圧値に必要な絶縁距離以上、離隔して、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸する、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記リードフレームの前記立ち上がり部は、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に階段状を成して延伸している、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記リードフレームの前記立ち上がり部は、前記接合部の上面に対して所定の傾斜角度で傾斜して前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸している、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記傾斜角度は、１３０度以上、１４０度以下である、
請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記リードフレームの前記立ち上がり部が形成された前記第１端子側面は、前記半導体チップの外縁に設けられた配線構造部よりも前記中央側に寄って設けられている、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記接合材は、前記半導体チップの前記配線構造部よりも内側に配置されている、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記リードフレームの前記立ち上がり部の前記第１端子側面に平行な幅は、前記第１端子側面の幅よりも狭い、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記リードフレームの前記接合部の四隅の角部は平面視でＲ面取りされている、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項12】

おもて面に設けられた上面電極と平面視で前記おもて面の外周を取り囲む側面に含まれる第１電極側面とを有する半導体チップと、
平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる第１端子側面を含み、前記第１端子側面が前記第１電極側面を向いて前記上面電極に接合される接合部と、前記接合部の前記第１端子側面に形成され、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸する立ち上がり部とを有するリードフレームと、
前記上面電極と前記接合部と接合する接合材と、
を備え、
前記立ち上がり部は、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に階段状を成して延伸している、
半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

コネクタは、半導体チップのゲート電極にはんだを介して接合される電極接合部と電極接合部の端部から立ち上がる第１連結部と配線パターンにはんだを介して接合される基板接合部と基板接合部の端部から立ち上がる第２連結部とを含んでいる。このコネクタの電極接合部及び基板接合部の接合面はゲート電極及び配線パターンの被接合面に対して傾斜している（例えば、特許文献１を参照）。半導体チップと基板電極とを、半導体チップ及び基板電極との間を挟んで接合する上部配線のそれぞれ接合箇所から立ち上がり部分が傾斜している（例えば、特許文献２を参照）。半導体素子の上面電極に電気的に接続される金属配線板は、上面電極に接続される接合部と接合部の端部に接続されて、半導体素子の上面と離れる方向に延伸する立ち上がり部とを有する（例えば、特許文献３を参照）。

【0003】

また、所望の領域にめっき領域が形成された導電板を半導体素子にはんだにより接合することで、はんだと半導体素子との角度が鈍角になるように形成される（例えば、特許文献４を参照）。パワーモジュールは、一端が半導体チップのおもて面に接続され、他端が絶縁基板に接続される異方性な熱伝導率を備えるグラファイトブレードを含んでいる（例えば、特許文献５を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１５／０５９８８２号

【特許文献2】国際公開第２０１７－１８３５８０号

【特許文献3】特開２０１８－０９８２８３号公報

【特許文献4】特開２００３－３３２３９３号公報

【特許文献5】特開２０１９－０７１３９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、半導体チップの主電極に接続されたリードフレームによる当該主電極に対する損傷が低減された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】

本発明の一観点によれば、おもて面に設けられた上面電極を有し、前記上面電極は平面視で前記上面電極の外周を取り囲む側面に含まれる第１電極側面を含み、前記第１電極側面は前記上面電極の中央から最短距離で所定の長さ、離隔している半導体チップと、平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる第１端子側面を有し、前記第１端子側面が前記第１電極側面を向いて前記上面電極に接合される接合部と、前記接合部の前記第１端子側面に形成され、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸する立ち上がり部とを有するリードフレームと、前記上面電極と前記接合部と接合する接合材と、を備え、前記立ち上がり部が形成された前記第１端子側面は、前記上面電極の前記中央から前記所定の長さの４０％以上、前記第１電極側面側に離隔している、半導体装置が提供される。

【0007】

前記所定の長さの４０％は、４ｍｍであってよい。
前記上面電極は平面視で長方形状を成し、前記第１電極側面は短辺であり、前記リードフレームの前記接合部は平面視で長方形状を成し、前記第１端子側面は短辺であってよい。
前記リードフレームの前記立ち上がり部は、側面視で、前記半導体チップに含まれる、前記上面電極の前記第１電極側面に面するチップ側面から前記半導体チップの耐電圧値に必要な絶縁距離以上、離隔して、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸してよい。

【0008】

前記リードフレームの前記立ち上がり部は、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に階段状を成して延伸してよい。
前記リードフレームの前記立ち上がり部は、前記接合部の上面に対して所定の傾斜角度で傾斜して前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸してよい。

【0009】

前記傾斜角度は、１３０度以上、１４０度以下であってよい。
前記リードフレームの前記立ち上がり部が形成された前記第１端子側面は、前記半導体チップの外縁に設けられた配線構造部よりも前記中央側に寄って設けられてよい。
前記接合材は、前記半導体チップの前記配線構造部よりも内側に配置されてよい。

【0010】

前記リードフレームの前記立ち上がり部の前記第１端子側面に平行な幅は、前記第１端子側面の幅よりも狭くてよい。
前記リードフレームの前記接合部の四隅の角部は平面視でＲ面取りされてよい。

【0011】

また、本発明の一観点によれば、おもて面に設けられた上面電極と平面視で前記おもて面の外周を取り囲む側面に含まれる第１電極側面とを有する半導体チップと、平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる第１端子側面を含み、前記第１端子側面が前記第１電極側面を向いて前記上面電極に接合される接合部と、前記接合部の前記第１端子側面に形成され、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に延伸する立ち上がり部とを有するリードフレームと、前記上面電極と前記接合部と接合する接合材と、を備え、前記立ち上がり部は、前記第１端子側面から前記上面電極に対して上方に階段状を成して延伸している、半導体装置が提供される。

【0012】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。

【発明の効果】

【0013】

開示の技術によれば、半導体チップの主電極に接続されたリードフレームによる当該主電極に対する損傷が低減されて、半導体装置の信頼性の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施の形態の半導体装置の平面図である。

【図2】第１の実施の形態の半導体装置の側面図である。

【図3】第１の実施の形態の半導体装置の断面図である。

【図4】第１の実施の形態の半導体装置の裏面図である。

【図5】第１の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの平面図である。

【図6】第１の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。

【図7】参考例の半導体チップに対するリードフレームの接合を説明する図である。

【図8】第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップの出力電極を説明する図である。

【図9】第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップに接合されるリードフレームを説明する図である。

【図10】第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップの出力電極の中央からの距離に対する温度及び歪みを説明するグラフである。

【図11】第２の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。

【図12】第３の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図の半導体装置１において、上側（＋Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「上」とは、図の半導体装置１において、上側（＋Ｚ方向）の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図の半導体装置１において、下側（－Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「下」とは、図の半導体装置１において、下側（－Ｚ方向）の方向を表す。必要に応じて他の図面でも上記と同様の方向性を意味する。「高位」とは、図の半導体装置１において、上側（＋Ｚ方向）の位置を表す。同様に、「低位」とは、図の半導体装置１において、下側（－Ｚ方向）の位置を表す。「おもて面」、「上面」、「上」と「裏面」、「下面」、「下」と「側面」とは、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。また、以下の説明において「主成分」とは、８０ｖｏｌ％以上含む場合を表す。また、「略同一」とは、±１０％以内の範囲であればよい。また、「垂直」並びに「直交」、「平行」とは、±１０°以内の範囲であればよい。

【0016】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の半導体装置１について図１～図４を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図２は、第１の実施の形態の半導体装置の側面図である。また、図３は、第１の実施の形態の半導体装置の断面図であり、図４は、第１の実施の形態の半導体装置の裏面図である。なお、図１は、封止部材２７の図示を省略している。図２は、図１においてＹ－Ｚ面をＸ方向に見た側面図である。図３は、図１の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図である。図４は、図１の半導体装置１を側壁２１ａ，２１ｃの中心を通る中心線で回転させた裏面側の図である。

【0017】

半導体装置１は、半導体モジュール２と冷却装置３とを含む。半導体モジュール２は、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを収納するケース２０とを含んでいる。半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは冷却装置３に一列に配置されている。このような冷却装置３にケース２０が配置されて、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃがケース２０に収納される。ケース２０に収納された半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは封止部材２７により封止されている。なお、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、いずれも同様の構成を成している。半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、区別しない場合には、半導体ユニット１０として説明する。半導体ユニット１０の詳細については後述する。

【0018】

まず、ケース２０は、外枠２１と第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとＵ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃと制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとを含んでいる。

【0019】

外枠２１は、平面視で矩形状を成しており、四方が側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄにより囲まれている。なお、側壁２１ａ，２１ｃは、外枠２１の長辺であって、側壁２１ｂ，２１ｄは、外枠２１の短辺である。また、平面視で、側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの接続箇所である角部は、必ずしも直角でなくてもよい。このような接続箇所は、例えば、図１に示されるように、Ｒ面取りされていてよい。外枠２１（側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の裏面は同一平面を成して、Ｘ－Ｙ平面に平行を成してよい。

【0020】

外枠２１のおもて面の角部に外枠２１を貫通する取り付け孔２１ｉがそれぞれ形成されている。なお、この取り付け孔２１ｉは、外枠２１のおもて面よりも下位に形成されていてよい。また、外枠２１の側壁２１ａ，２１ｃ側にさらに外枠２１を貫通する取り付け孔２１ｉがそれぞれ形成されてよい。

【0021】

外枠２１は、おもて面の±Ｙ方向の中央に側壁２１ａ，２１ｃ（±Ｘ方向）に沿って、ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇを含んでいる。ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇは外枠２１のおもて面がそれぞれ平面視で矩形状に画定され、開口されている。ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇには、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞれ収納される。したがって、ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇのサイズは、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが収納できるサイズであってよい。

【0022】

外枠２１は、平面視で、おもて面の側壁２１ａ側に側壁２１ａ（±Ｘ方向）に沿って、第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備えている。第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、正極側入力端子（Ｐ端子）であってよい。また、第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、負極側入力端子（Ｎ端子）であってよい。

【0023】

さらに、外枠２１は、おもて面の側壁２１ｃ側に側壁２１ｃ（±Ｘ方向）に沿って、Ｕ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃとをそれぞれ備えている。この際、第１接続端子２２ａ及び第２接続端子２３ａとＵ相出力端子２４ａとは、ユニット収納部２１ｅを挟んで設けられている。第１接続端子２２ｂ及び第２接続端子２３ｂとＶ相出力端子２４ｂとは、ユニット収納部２１ｆを挟んで設けられている。第１接続端子２２ｃ及び第２接続端子２３ｃとＷ相出力端子２４ｃとは、ユニット収納部２１ｇを挟んで設けられている。

【0024】

なお、外枠２１のおもて面は、第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃの開口の下方（－Ｚ方向）に、当該開口に対向したナットが収納されている。また、同様に、外枠２１のおもて面は、Ｕ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃとの開口の下方（－Ｚ方向）に、当該開口に対向したナットが収納されている。さらに、平面視で、外枠２１のおもて面のユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇと第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの間に制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃがそれぞれ設けられている。ここでは、制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、それぞれ、ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇごとに２つに分かれて設けられてよい。

【0025】

このような外枠２１は、第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとＵ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃと制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとを含み、熱可塑性樹脂を用いて射出成形により一体成形される。これにより、ケース２０が構成される。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリアミド樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂である。

【0026】

また、第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとＵ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃと制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を主成分とする合金である。第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとＵ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃと制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとの表面に対して、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金である。めっき処理された第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃとＵ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃと制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとは、耐食性が向上する。なお、以下では、第１接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを特に区別しない場合には、第１接続端子２２と表す。第２接続端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃについても同様に第２接続端子２３と表し、Ｕ相出力端子２４ａとＶ相出力端子２４ｂとＷ相出力端子２４ｃとについても同様に出力端子２４と表す。

【0027】

封止部材２７は、熱硬化性樹脂であってよい。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、ポリエステル樹脂である。好ましくは、エポキシ樹脂である。さらに、封止部材２７は、フィラーが添加されていてもよい。フィラーは、絶縁性で高熱伝導を有するセラミックスでよい。

【0028】

冷却装置３は、冷媒を内部に流入する流入口３３ａと内部を流通した冷媒を外部に流出する流出口３３ｂとを備えている。冷却装置３、半導体ユニット１０からの熱を冷媒を介して流出することで、半導体ユニット１０を冷却する。ここで用いられる冷媒は、例えば、水、不凍液（エチレングリコール水溶液）、ロングライフクーラントが用いられる。また、冷却装置３は、ポンプと放熱装置（ラジエータ）とを備えてよい。ポンプは、冷却装置３の流入口３３ａに冷媒を流入し、流出口３３ｂから流出した冷媒を再び流入口３３ａに流入して冷媒を循環させる。放熱装置は、冷却装置３から流出された冷媒を受け付けて、半導体ユニット１０の熱が伝導された冷媒の熱を外部に放熱させる。

【0029】

このような冷却装置３は、天板３１と、天板３１の裏面に環状に接続された側壁３２と、天板３１に対向し、側壁３２の裏面に接続された冷却底板３３と、を有している。天板３１は、平面視で長辺及び短辺で四方が囲まれた矩形状を成し、四隅に締結孔３０ｅがそれぞれ形成されている。平面視で天板３１の角部は、Ｒ面取りされていてよい。天板３１のおもて面には、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが±Ｘ方向に沿って接合されている。側壁３２は、天板３１の裏面に環状を成して連続して形成されている。半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが配置されている領域に対応する天板３１の裏面の領域に複数の放熱フィン３４が形成されている。

【0030】

冷却底板３３は、平板状を成し、平面視で、天板３１と同一の形状を成している。すなわち、冷却底板３３は、平面視で長辺３０ａ，３０ｃ及び短辺３０ｂ，３０ｄで四方が囲まれた矩形状を成し、四隅に天板３１に対応した締結孔３０ｅがそれぞれ形成されている。また、冷却底板３３の角部もまたＲ面取りされていてもよい。また、冷却底板３３は、おもて面及び底面３３ｄが平行を成している。冷却底板３３の底面３３ｄは、段差がなく平坦面であって、同一平面を成している。さらに、冷却底板３３の底面３３ｄと天板３１のおもて面も、平行であってよい。冷却底板３３の底面３３ｄは、冷媒が流入し、流出される流入口３３ａ及び流出口３３ｂがそれぞれ形成されている。なお、冷却底板３３の底面３３ｄの流入口３３ａ及び流出口３３ｂを囲んで流入口３３ａ及び流出口３３ｂの周囲にシール領域３３ａ１，３３ｂ１が設けられている。流入口３３ａ及び流出口３３ｂには、流入口３３ａ及び流出口３３ｂの周りを取り囲むシール領域３３ａ１，３３ｂ１に環状のゴムパッキンを介して、配水ヘッドが取り付けられる。配水ヘッドには、ポンプに接続された配水管が取り付けられる。

【0031】

次に、半導体ユニット１０について図５及び図６を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの平面図であり、図６は、第１の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。なお、図５では、半導体ユニット１０に対して、ケース２０が含まれる第１接続端子２２と第２接続端子２３と出力端子２４とが接続されている場合を示している。図６は、図５の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図である。

【0032】

半導体ユニット１０は、絶縁回路基板１１と半導体チップ１２とリードフレーム１３ａ，１３ｂとを含んでいる。半導体チップ１２は接合部材１４ａを介して絶縁回路基板１１に接合されている。リードフレーム１３ａ，１３ｂは半導体チップ１２に接合部材１４ｂを介して接合されている。

【0033】

絶縁回路基板１１は、絶縁板１１ａと配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３と金属板１１ｃとを含んでいる。絶縁板１１ａ及び金属板１１ｃは、平面視で矩形状である。また、絶縁板１１ａ及び金属板１１ｃは、角部がＲ面取り、Ｃ面取りされていてよい。金属板１１ｃのサイズは、平面視で、絶縁板１１ａのサイズより小さく、絶縁板１１ａの内側に形成されている。

【0034】

絶縁板１１ａは、絶縁性を備え、熱伝導性に優れた材質により構成されている。このような絶縁板１１ａは、セラミックスまたは絶縁樹脂により構成されてよい。セラミックスは、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコンである。絶縁樹脂は、例えば、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板である。

【0035】

配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３は、絶縁板１１ａのおもて面に形成されている。配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を主成分とする合金である。配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３の表面に対して、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金である。めっき処理された配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３は、耐食性が向上する。

【0036】

配線板１１ｂ１は、絶縁板１１ａのおもて面の＋Ｘ方向の辺側の半分の領域であって、－Ｙ方向の辺から＋Ｙ方向の辺に至る全体を占めている。配線板１１ｂ２は、絶縁板１１ａのおもて面の－Ｘ方向側の半分を占めている。さらに、配線板１１ｂ２は、＋Ｙ方向の辺から－Ｙ方向の辺に向かって、－Ｙ方向の辺に対して隙間を空けて形成されている。配線板１１ｂ３は、絶縁板１１ａのおもて面の配線板１１ｂ１，１１ｂ２で囲まれた領域を占めている。

【0037】

このような配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３は、以下のようにして絶縁板１１ａのおもて面に形成される。絶縁板１１ａのおもて面に金属板を形成し、この金属板に対してエッチング等の処理を行って所定形状の配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３が得られる。または、あらかじめ金属板から切り出した配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３を絶縁板１１ａのおもて面に圧着させてもよい。なお、配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３は一例である。必要に応じて、配線板１１ｂの個数、形状、大きさ、位置を適宜選択してもよい。

【0038】

金属板１１ｃは、絶縁板１１ａの裏面に形成されている。金属板１１ｃは、矩形状を成している。金属板１１ｃの平面視の面積は、絶縁板１１ａの面積よりも小さく、配線板１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３が形成されている領域の面積よりも広い。金属板１１ｃの角部は、Ｒ面取り、Ｃ面取りされていてもよい。金属板１１ｃは、絶縁板１１ａのサイズより小さく、絶縁板１１ａの縁部を除いた全面に形成されている。金属板１１ｃは、熱伝導性に優れた金属を主成分として構成されている。金属は、例えば、銅、アルミニウムまたは、少なくともこれらの一種を含む合金である金属板１１ｃの表面に対して、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金である。めっき処理された金属板１１ｃは、耐食性が向上する。

【0039】

このような構成を有する絶縁回路基板１１として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板、樹脂絶縁基板を用いてもよい。絶縁回路基板１１は、冷却装置３の天板３１のおもて面に接合部材（図示を省略）を介して取り付けてもよい。半導体チップ１２で発生した熱を配線板１１ｂ１，１１ｂ２、絶縁板１１ａ及び金属板１１ｃを介して、冷却装置３に伝導させて放熱することができる。

【0040】

接合部材１４ａ，１４ｂは、はんだ、ろう材、または、金属焼結体である。はんだは、鉛フリーはんだが用いられる。鉛フリーはんだは、例えば、錫、銀、銅、亜鉛、アンチモン、インジウム、ビスマスの少なくとも２つを含む合金を主成分とする。さらに、はんだには、添加物が含まれてもよい。添加物は、例えば、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンで挙げられる。はんだは、添加物が含まれることで、濡れ性、光沢、結合強度が向上し、信頼性の向上を図ることができる。ろう材は、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金、ジルコニウム合金、シリコン合金の少なくともいずれかを主成分とする。絶縁回路基板１１は冷却装置３に、このような接合部材を用いたろう付け加工で接合してよい。金属焼結体は、例えば、銀及び銀合金を主成分とする。または、接合部材は、サーマルインターフェースマテリアルであってよい。サーマルインターフェースマテリアルは、例えば、エラストマーシート、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）ゴム、ゲル、フェイズチェンジ材等を含む接着材である。このようなろう材またはサーマルインターフェースマテリアルを介して冷却装置３に取り付けることで、半導体ユニット１０の放熱性を向上させることができる。

【0041】

半導体チップ１２は、シリコン構成されるパワーデバイス素子を含んでいる。パワーデバイス素子は、ＲＣ（Reverse-Conducting）－ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってよい。ＲＣ－ＩＧＢＴは、スイッチング素子であるＩＧＢＴとダイオード素子であるＦＷＤ（Free Wheeling Diode）との機能を合わせ持つ。

【0042】

このような半導体チップ１２のおもて面は平面視で矩形状を成し、当該おもて面には制御電極１２ａ（ゲート電極）及び上面電極である出力電極１２ｂ（主電極：ソース電極）を備えている（図７（Ａ）も参照）。ここでは、制御電極１２ａが半導体チップ１２のおもて面の短辺側に形成されている場合を例示している。

【0043】

制御電極１２ａは、半導体チップ１２のおもて面の一方の短辺側に、当該一方の短辺に沿って複数設けられている。制御電極１２ａには制御信号が入力される。出力電極１２ｂは、平面視で矩形状を成している。なお、出力電極１２ｂのおもて面は、図７（Ａ）で説明するように、平面視で、電極側面１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３，１２ｂ４で四方が囲まれている。出力電極１２ｂにおいて、電極側面１２ｂ１，１２ｂ３は長辺に対応し、電極側面１２ｂ２，１２ｂ４は短辺に対応する。また、電極側面１２ｂ２，１２ｂ４の長手方向の位置をそれぞれ位置Ｅ１，Ｅ２で表す。

【0044】

出力電極１２ｂは、半導体チップ１２のおもて面の他方の短辺側であって、制御電極１２ａに隣接して設けられている。出力電極１２ｂの中央を中央Ｃとすると、中央Ｃは、電極側面１２ｂ２，１２ｂ４（位置Ｅ１，Ｅ２）の間の真ん中に位置する。中央Ｃから位置Ｅ１（電極側面１２ｂ２）までの最短距離は、例えば、距離Ｄとする。なお、同様に、中央Ｃから位置Ｅ２（電極側面１２ｂ４）までの最短距離も距離Ｄとなる。

【0045】

出力電極１２ｂは、さらに、電極領域１２ｃと配線構造部１２ｄとを含む。電極領域１２ｃは、半導体チップ１２から電流が出力される領域である。電極領域１２ｃにはめっき層が形成されていてよく、また、電極領域１２ｃにはゲートランナを含んでよい。配線構造部１２ｄは、出力電極１２ｂの上面において、電極領域１２ｃの外周を連続して取り囲んで設けられる。また、半導体チップ１２の裏面には符号を省略する入力電極（主電極：コレクタ電極）を備えている。

【0046】

なお、半導体チップ１２は、ＲＣ－ＩＧＢＴに代わり、一組のスイッチング素子及びダイオード素子をそれぞれに用いてもよい。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子を含む半導体チップ１２のおもて面には制御電極（ゲート電極）及び出力電極（主電極：ソース電極、または、エミッタ電極）を備えている。半導体チップ１２の裏面には入力電極（主電極：ドレイン電極、または、コレクタ電極）を備えている。ダイオード素子を含む半導体チップ１２は、例えば、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰｉＮ（Ｐ-intrinsic-Ｎ）ダイオードをＦＷＤとして用いてよい。このような半導体チップ１２のおもて面には入力電極（主電極：アノード電極）を備えている。半導体チップ１２の裏面には出力電極（主電極：カソード電極）を備えている。

【0047】

また、半導体チップ１２は、ＲＣ－ＩＧＢＴに代わり、炭化シリコンにより構成されるパワーＭＯＳＦＥＴを用いてよい。パワーＭＯＳＦＥＴのボディダイオードが、ＲＣ－ＩＧＢＴのＦＷＤと同様の機能を果たしてよい。このような半導体チップ１２のおもて面には制御電極（ゲート電極）及び出力電極（主電極：ソース電極）を備えている。また、半導体チップ１２の裏面には入力電極（主電極：ドレイン電極）を備えている。

【0048】

半導体チップ１２は、その裏面側が所定の配線板１１ｂ２，１１ｂ１上に接合部材１４ａを介して接合される。接合部材１４ａは、はんだ、または、金属焼結体である。はんだは、鉛フリーはんだが用いられる。鉛フリーはんだは、例えば、錫、銀、銅、亜鉛、アンチモン、インジウム、ビスマスの少なくとも２つを含む合金を主成分とする。さらに、はんだには、添加物が含まれてもよい。添加物は、例えば、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンである。はんだは、添加物が含まれることで、濡れ性、光沢、結合強度が向上し、信頼性の向上を図ることができる。金属焼結体で用いられる金属は、例えば、銀及び銀合金である。

【0049】

リードフレーム１３ａ，１３ｂは、半導体チップ１２及び配線板１１ｂ２，１１ｂ３の間を電気的に接続して配線している。半導体ユニット１０は、１相分のインバータ回路を構成する装置であってよい。リードフレーム１３ａは、（配線板１１ｂ２上の）半導体チップ１２の出力電極と１２ｂと配線板１１ｂ３とを直接接続している。リードフレーム１３ｂは、（配線板１１ｂ１上の）半導体チップ１２の出力電極１２ｂと配線板１１ｂ２との間を接続している。

【0050】

また、リードフレーム１３ａは、主電極接合部１３ａ１と第１立ち上がり部１３ａ２と連係部１３ａ３と第２立ち上がり部１３ａ４と配線接合部１３ａ５とを含んでいる。なお、リードフレーム１３ａは平板状を成し、後述するように金属を主成分としている。リードフレーム１３ａの厚さは、例えば、０．４５ｍｍ以上、０．５５ｍｍ以下であって、０．５ｍｍであってよい。リードフレーム１３ａの（±Ｘ方向の）厚さは全体的に略均一である。リードフレーム１３ａのうち、少なくとも、第１立ち上がり部１３ａ２と連係部１３ａ３と第２立ち上がり部１３ａ４との±Ｘ方向の幅は略均一であってよい。配線接合部１３ａ５の同方向の幅は、第１立ち上がり部１３ａ２と連係部１３ａ３と第２立ち上がり部１３ａ４との同方向の幅と同一、または、大きくてよい。

【0051】

主電極接合部１３ａ１は、平面視でおもて面が矩形状を成し、おもて面の四方を端子側面で順に囲まれている。４つの端子側面は、主電極接合部１３ａ１の短辺に対応する端子側面Ｐを含んでいる。主電極接合部１３ａ１は、当該端子側面Ｐが半導体チップ１２の短辺のチップ側面を向いて出力電極１２ｂに接合部材１４ｂを介して接合している。

【0052】

さらに、主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの長さの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔している。例えば、出力電極１２ｂの電極側面１２ｂ２，１２ｂ４（位置Ｅ１，Ｅ２）の間の長さが２０ｍｍ程度である場合には、距離Ｄは１０ｍｍ程度となる。したがって、主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから４ｍｍ以上、電極側面１２ｂ２側に離隔することになる。さらに、主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの配線構造部１２ｄよりも内側（中央Ｃ側）に位置してよい。

【0053】

第１立ち上がり部１３ａ２は、主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐに一体的に接合されて、端子側面Ｐから主電極接合部１３ａ１に対して上方に延伸している。本実施の形態では、第１立ち上がり部１３ａ２は主電極接合部１３ａ１に対して略直交している。第１立ち上がり部１３ａ２の（±Ｚ方向の）高さは、所定の長さとする。また、第１立ち上がり部１３ａ２の主電極接合部１３ａ１に対する接続箇所（角部）の外側は、半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面から所定の距離Ｌ、離隔している。距離Ｌは、例えば、１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。これにより、リードフレーム１３ａと半導体チップ１２との耐電圧値に必要な沿面距離が維持される。

【0054】

連係部１３ａ３は、第１立ち上がり部１３ａ２の＋Ｚ方向の上端部に一体的に接続されて、絶縁回路基板１１のおもて面に平行を成して、平面視で、配線板１１ｂ３まで（－Ｙ方向に）延伸している。

【0055】

第２立ち上がり部１３ａ４は、連係部１３ａ３の配線板１１ｂ３側（－Ｙ方向）の端部に一体的に接続されて、配線板１１ｂ３（－Ｚ方向）に延伸している。配線接合部１３ａ５は、例えば、平面視で矩形状を成し、配線板１１ｂ３に接合されている。配線接合部１３ａ５の配線板１１ｂ２側の端部と、連係部１３ａ３の配線板１１ｂ３側（－Ｙ方向）の端部とが第２立ち上がり部１３ａ４により一体的に接続されている。この際、第２立ち上がり部１３ａ４は配線接合部１３ａ５に対して略直交している。

【0056】

なお、詳細な説明は省略するものの、リードフレーム１３ｂも、リードフレーム１３ａと同様に、主電極接合部と第１立ち上がり部と連係部と第２立ち上がり部と配線接合部とを含んでよい。リードフレーム１３ｂもまた、主電極接合部は、リードフレーム１３ａと同様に、主電極接合部の端子側面は、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの長さの４０％以上、電極側面１２ｂ２（位置Ｅ１）側に離隔している。また、リードフレーム１３ｂでも、第１立ち上がり部は、主電極接合部の出力電極１２ｂの短辺側の端子側面Ｐに接続されている。リードフレーム１３ｂの連係部は、平面視で、第１立ち上がり部から配線板１１ｂ２に延伸している。

【0057】

このような半導体ユニット１０がユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇに収納される。第１接続端子２２のユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ内に延伸している内端部は、配線板１１ｂ１に直接接続される。第２接続端子２３のユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ内に延伸している内端部は、配線板１１ｂ３に直接接続される。出力端子２４のユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ内に延伸している内端部は、配線板１１ｂ２に直接接続される。なお、第１接続端子２２と第２接続端子２３と出力端子２４とは、配線板１１ｂ１，１１ｂ３，１１ｂ２に対して、既述の接合部材により接合してよい。または、第１接続端子２２と第２接続端子２３と出力端子２４は、配線板１１ｂ１，１１ｂ３，１１ｂ２に対して、例えば、レーザ溶接、超音波による溶接により直接接合されてもよい。また、ユニット収納部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇに収納された半導体チップ１２の制御電極が制御端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとワイヤ２６により直接接続される。ワイヤ２６は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金により構成されてよい。

【0058】

このようなリードフレーム１３ａ，１３ｂは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。また、リードフレーム１３ａ，１３ｂの表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金である。めっき処理された金属板１１ｃは、耐食性が向上する。

【0059】

リードフレーム１３ａ，１３ｂは、配線板１１ｂ３，１１ｂ２に対して、既述の接合部材（図示を省略）により接合されてよい。接合部材は、既述のはんだまたは焼結体であってよい。または、リードフレーム１３ａ，１３ｂは、配線板１１ｂ３，１１ｂ２に対して、例えば、レーザ溶接、超音波による溶接により直接接合されてもよい。リードフレーム１３ａ，１３ｂは、半導体チップ１２の出力電極に接合部材１４ｂを介して接合される。接合部材１４ｂは、接合部材１４ａと同様の材質により構成されている。

【0060】

ここで、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐが、本実施の形態の場合よりも、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃの近くに位置する場合について、図７を用いて説明する。図７は、参考例の半導体チップに対するリードフレームの接合を説明する図である。なお、図７（Ａ）は、半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面の温度分布を示している。図７（Ｂ）は、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐが、本実施の形態の場合よりも、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃの近くに位置する場合の断面図である。

【0061】

まず、動作中の半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面の温度分布について説明する。半導体チップ１２は、出力電極１２ｂから出力電流を出力する。この際、出力電極１２ｂは発熱する。図７（Ａ）は、この際の出力電極１２ｂのおもて面において、同じ温度の点の集まりを破線で結んで温度分布を示している。ここでは、温度ｔ１の範囲が一番高温であって、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４の範囲の順に温度が下がっていく。すなわち、半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面は中央Ｃの付近が最も高温となる。半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面は中央Ｃから配線構造部１２ｄに向かうに連れて（中央Ｃから出力電極１２ｂの外周に向かうに連れて）温度が下がっていくことが分かる。

【0062】

このような半導体チップ１２の出力電極１２ｂに配置されたリードフレーム１３ａについて説明する。この際、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐは、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃの近傍に位置する。第１立ち上がり部１３ａ２は、主電極接合部１３ａ１に対して略垂直に立ち上がっている。このため、リードフレーム１３ａの第１立ち上がり部１３ａ２は加熱されて垂直方向に沿って伸長する。

【0063】

また、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐは、例えば、出力電極１２ｂの温度ｔ１の範囲に位置する。リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐが出力電極１２ｂで最高温の領域に位置することで、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長量も増加する。このため、第１立ち上がり部１３ａ２（端子側面Ｐ）の直下の接合部材１４ｂにクラックが発生し、場合によっては、さらにその直下の出力電極１２ｂが損傷を受けてしまう場合がある。

【0064】

ここで、本実施の形態において、別の半導体チップを用いた場合について図８及び図９を用いて説明する。図８は、第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップの出力電極を説明する図である。図９は、第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップに接合されるリードフレームを説明する図である。なお、図８（Ａ）は、別の半導体チップ１２の平面図であり、図８（Ｂ）は別の半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面の温度分布を示している。図９（Ａ），（Ｂ）は、第１立ち上がり部１３ａ２が異なる箇所に接合されたリードフレーム１３ａ（主電極接合部１３ａ１）をそれぞれ示している。

【0065】

図８に示す半導体チップ１２のおもて面もまた平面視で矩形状を成し、当該おもて面には、既出の制御電極１２ａ及び出力電極１２ｂを備えている。但し、ここでは、制御電極１２ａが半導体チップ１２のおもて面の長辺側に形成されている。

【0066】

制御電極１２ａは、半導体チップ１２のおもて面の一方の長辺側に、当該一方の長辺に沿って複数設けられている。出力電極１２ｂは、平面視で矩形状を成し、おもて面の四方を電極側面１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３，１２ｂ４でそれぞれ囲まれている。出力電極１２ｂにおいて、電極側面１２ｂ１，１２ｂ３は長辺に、電極側面１２ｂ２，１２ｂ４は短辺にそれぞれ対応する。出力電極１２ｂは、半導体チップ１２のおもて面の他方の長辺側であって、制御電極１２ａに隣接して設けられている。出力電極１２ｂの中央を中央Ｃとすると、中央Ｃは、電極側面１２ｂ１，１２ｂ３の間の真ん中であって、電極側面１２ｂ２，１２ｂ４の間の真ん中に位置する。

【0067】

出力電極１２ｂは、図７の場合と同様に、電極領域１２ｃと配線構造部１２ｄとをおもて面に含み、入力電極（図示を省略）を裏面に含む。図８に示す半導体チップ１２も出力電極１２ｂから出力電流を出力すると、出力電極１２ｂが発熱する。図８（Ｂ）に示されるように、半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面でもまた、温度が、中央Ｃからは配線構造部１２ｄに向かうに連れて、温度ｔ１から、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４と下がっていく。

【0068】

このため、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の第１立ち上がり部１３ａ２が接続される端子側面は、出力電極１２ｂの中央Ｃからできる限り離れていることを要する。また、第１立ち上がり部１３ａ２は、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の短辺側または長辺側の端子側面に接続される。なお、図９（Ａ）では、第１立ち上がり部１３ａ２を主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ１（図９（Ａ））、端子側面Ｐ２（図９（Ｂ））にそれぞれ接続している場合を例示している。

【0069】

次に、図６及び図８の場合における、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ（第１立ち上がり部１３ａ２の接続箇所）の半導体チップ１２の出力電極１２ｂのおもて面の中央Ｃからの距離に応じた温度並びに歪みについて、図１０を用いて説明する。図１０は、第１の実施の形態の半導体装置に含まれる別の半導体チップの出力電極の中央からの距離に対する温度及び歪みを説明するグラフである。

【0070】

なお、図１０（Ａ）は、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ（第１立ち上がり部１３ａ２の接続箇所）の半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃからの距離に応じた出力電極１２ｂの温度を表すグラフである。横軸は、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃから最短距離の電極側面までの距離に対する割合（％）を、縦軸はその位置での出力電極１２ｂのおもて面の温度をそれぞれ示している。但し、温度Ｔ２～Ｔ６は温度Ｔ１を基準として、５℃ずつ上昇している。

【0071】

また、図１０（Ｂ）は、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ（第１立ち上がり部１３ａ２の接続箇所）の半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃからの距離に応じた出力電極１２ｂの歪みを表すグラフである。横軸は、図１０（Ａ）と同様の距離に対する割合（％）を、縦軸はその位置での出力電極１２ｂのおもて面の歪み（％）をそれぞれ示している。但し、歪みＤ２～Ｄ６は、歪みＤ１を基準として、０．０２％ずつ上昇している。

【0072】

また、図１０（Ａ），（Ｂ）のグラフの凡例について、〇（白丸）は、図８の半導体チップ１２の出力電力が出力電力Ｐ１である場合を、●（黒丸）は、図８の半導体チップ１２の出力電力が出力電力Ｐ１よりも大きい出力電力Ｐ２である場合をそれぞれ示している。残りの凡例は、図６の半導体チップ１２の場合を示している。

【0073】

まず、図１０（Ａ）によれば、おおよそ、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃから離れるに連れて温度が低下している。また、図１０（Ｂ）によれば、いずれの場合も半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃから離れるに連れて歪みが低下している。これは温度の低下に応じて、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長量も低下し、その結果、第１立ち上がり部１３ａ２（主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ）の直下の出力電極１２ｂに対する歪みが低下したことが考えられる。図１０の結果を鑑みると、半導体チップ１２の出力電極１２ｂの中央Ｃからの距離が４０％以上となると温度並びに歪みの十分な低下が認められる。

【0074】

上記の半導体装置１は、半導体チップ１２とリードフレーム１３ａと接合部材１４ｂとを備えている。半導体チップ１２は、おもて面に設けられた出力電極１２ｂを有し、出力電極１２ｂは平面視で出力電極１２ｂの外周を取り囲む電極側面１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３，１２ｂ４に含まれる電極側面１２ｂ２を含み、電極側面１２ｂ２は出力電極の中央から最短距離で距離Ｄ、離隔している。リードフレーム１３ａは、平面視で外周を取り囲む端子側面に含まれる端子側面Ｐを有し、端子側面Ｐが電極側面１２ｂ２を向いて出力電極１２ｂに接合される主電極接合部１３ａ１と、第１立ち上がり部１３ａ２の端子側面Ｐに形成され、端子側面Ｐから出力電極１２ｂに対して上方に延伸する第１立ち上がり部１３ａ２とを有する。接合部材１４ｂは、出力電極１２ｂと主電極接合部１３ａ１とを接合する。この際、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔している。このため、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、加熱した半導体チップ１２の出力電極１２ｂからの熱の影響が低下し、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長が低減される。これにより、第１立ち上がり部１３ａ２（主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ）の直下の接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する応力が低減し、接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する損傷の発生も低減される。したがって、半導体装置１の信頼性の低下が抑制される。

【0075】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態の半導体装置は、図示を省略するものの、第１の実施の形態の半導体装置１と同様の構成を成している。但し、半導体ユニット１０に含まれるリードフレーム１３ａ，１３ｂが異なっている。以下では、このような半導体ユニット１０について図１１を用いて説明する。図１１は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。なお、図１１は、図５の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図に対応する。

【0076】

図１１に示される半導体ユニット１０のリードフレーム１３ａでは、第１立ち上がり部１３ａ２が主電極接合部１３ａ１に対して傾斜して延伸している。なお、この際の傾斜角度は角度αとする。

【0077】

既述の通り、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐに接続された第１立ち上がり部１３ａ２は、半導体チップ１２の発熱した出力電極１２ｂから加熱されて伸長する。第２の実施の形態では、第１立ち上がり部１３ａ２は傾斜しているため、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長方向も出力電極１２ｂに対して傾斜する。このため、付加された応力が、出力電極１２ｂの端子側面Ｐに対して、＋Ｙ方向及び－Ｚ方向にそれぞれ分解される。この際、第１立ち上がり部１３ａ２（端子側面Ｐ）の直下の接合部材１４ｂ並びに出力電極１２ｂには、－Ｚ方向の応力が付加される。したがって、第１立ち上がり部１３ａ２は傾斜することで、出力電極１２ｂに（－Ｚ方向に）付加される応力を低減することができる。

【0078】

出力電極１２ｂに対する第１立ち上がり部１３ａ２の伸長による応力を低減するために、角度αはより大きいことが望まれる。しかしながら、角度αが大きすぎる場合には、リードフレーム１３ａの±Ｙ方向の全体の長さが長くなってしまう。これは、半導体装置１のサイズの増大に繋がる。また、角度αが大きすぎる場合には、第１立ち上がり部１３ａ２が、半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面に接近してしまうおそれがある。第１の実施の形態で説明したように、第１立ち上がり部１３ａ２は半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面から距離Ｌ、離隔することを要する。このため、リードフレーム１３ａの±Ｙ方向の全体の長さが増加しない程度であって、沿面距離が維持されるように、例えば、角度αは、１３０度以上、１４０度以下であってよい。

【0079】

第１立ち上がり部１３ａ２は主電極接合部１３ａ１に対する接続箇所が傾斜していればよい。このため、第１立ち上がり部１３ａ２は必ずしも主電極接合部１３ａ１と連係部１３ａ３とを平坦に接続しなくてもよい。そこで、第１立ち上がり部１３ａ２は主電極接合部１３ａ１に対して、例えば、１４０°以上傾斜して、途中で屈曲して連係部１３ａ３に延伸してもよい。

【0080】

このような第２の実施の形態では、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔している。このため、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、加熱した半導体チップ１２の出力電極１２ｂからの熱の影響が低下し、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長が低減される。これにより、第１立ち上がり部１３ａ２（主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ）の直下の接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する応力が低減する。さらに、第１立ち上がり部１３ａ２は傾斜することで、出力電極１２ｂに付加される応力を低減することができる。このため、第１の実施の形態よりも、接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する損傷の発生も低減される。したがって、半導体装置１の信頼性の低下が抑制される。

【0081】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態の半導体装置も、図示を省略するものの、第１の実施の形態の半導体装置１と同様の構成を成している。但し、半導体ユニット１０に含まれるリードフレーム１３ａ，１３ｂが異なっている。以下では、このような半導体ユニット１０について図１２を用いて説明する。図１２は、第３の実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの断面図である。なお、図１２は、図５の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図に対応する。

【0082】

図１２に示される半導体ユニット１０のリードフレーム１３ａでは、第１立ち上がり部１３ａ２が図６の第１立ち上がり部１３ａ２よりも高さが短くなっている。このような第１立ち上がり部１３ａ２の上端部と第２立ち上がり部１３ａ４の上端部とを接続する連係部１３ａ３が段差を成している。

【0083】

既述の通り、リードフレーム１３ａの主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐに接続された第１立ち上がり部１３ａ２は、半導体チップ１２の発熱した出力電極１２ｂから加熱されて、伸長する。第３の実施の形態では、第１立ち上がり部１３ａ２は高さが低くなっており、図６の場合よりも体積が減少している。第１立ち上がり部１３ａ２は体積の減少に伴い、加熱による伸長量も減少する。したがって、加熱された第１立ち上がり部１３ａ２の伸長量が減少することで、出力電極１２ｂに付加される応力を低減することができる。

【0084】

また、この際、連係部１３ａ３が段差を成すことで、半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面に接近してしまうおそれがある。第１の実施の形態で説明したように、第１立ち上がり部１３ａ２並びに連係部１３ａ３は半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面から距離Ｌ、離隔させることを要する。第１立ち上がり部１３ａ２の高さは、できる限り低いことが望ましいため、第１立ち上がり部１３ａ２は、半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面から距離Ｌが維持できる高さであってよい。

【0085】

また、連係部１３ａ３は、半導体チップ１２の電極側面１２ｂ２側のチップ側面からの距離Ｌを維持しつつ、第１立ち上がり部１３ａ２と第２立ち上がり部１３ａ４とを接続すればよい。図１２の連係部１３ａ３の段差は一例であって、段差の個数、高さはこの場合に限らない。また、連係部１３ａ３は必ずしも段差を構成しなくてもよい。例えば、連係部１３ａ３は、第１立ち上がり部１３ａ２の上端部と第２立ち上がり部１３ａ４の上端部とを平坦を成して接続してもよい。

【0086】

このような第３の実施の形態では、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔している。このため、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐは、加熱した半導体チップ１２の出力電極１２ｂからの熱の影響が低下し、第１立ち上がり部１３ａ２の伸長が低減される。これにより、第１立ち上がり部１３ａ２（主電極接合部１３ａ１の端子側面Ｐ）の直下の接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する応力が低減する。さらに、第１立ち上がり部１３ａ２は高さが低く構成されることで、出力電極１２ｂに付加される応力を低減することができる。このため、第１の実施の形態よりも、接合部材１４ｂ並びに半導体チップ１２の出力電極１２ｂに対する損傷の発生も低減される。したがって、半導体装置１の信頼性の低下が抑制される。

【0087】

なお、第２，第３の実施の形態では、第１の実施の形態に対して適用している場合を説明している。第２，第３の実施の形態は、第１立ち上がり部１３ａ２が形成された端子側面Ｐが、出力電極１２ｂの中央Ｃから距離Ｄの４０％以上、電極側面１２ｂ２側に離隔していない場合にも適用できる。この場合でも、出力電極１２ｂに付加される応力を低減することができ、半導体装置１の信頼性の低下が抑制される。

【符号の説明】

【0088】

１ 半導体装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 半導体ユニット
１１ 絶縁回路基板
１１ａ 絶縁板
１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３ 配線板
１１ｃ 金属板
１２ 半導体チップ
１２ａ 制御電極
１２ｂ 出力電極（主電極・出力電極）
１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３，１２ｂ４ 電極側面
１２ｃ 電極領域
１２ｄ 配線構造部
１３ａ，１３ｂ リードフレーム
１３ａ１ 主電極接合部
１３ａ２ 第１立ち上がり部
１３ａ３ 連係部
１３ａ４ 第２立ち上がり部
１３ａ５ 配線接合部
１４ａ，１４ｂ 接合部材
２０ ケース
２１ 外枠
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 側壁
２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ ユニット収納部
２１ｉ 取り付け孔
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 第１接続端子
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 第２接続端子
２４ 出力端子
２４ａ Ｕ相出力端子
２４ｂ Ｖ相出力端子
２４ｃ Ｗ相出力端子
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 制御端子
２６ ワイヤ
２７ 封止部材
３０ａ，３０ｃ 長辺
３０ｂ，３０ｄ 短辺
３０ｅ 締結孔
３１ 天板
３２ 側壁
３３ 冷却底板
３３ａ 流入口
３３ａ１，３３ｂ１ シール領域
３３ｂ 流出口
３３ｄ 底面
３４ 放熱フィン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】