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(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】P2024174287
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】半導体装置、及び車両
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20241210BHJP
H01L 23/48 20060101ALI20241210BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
H01L25/04 C
H01L23/48 G
H02M7/48 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023092029
(22)【出願日】2023-06-05
(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】110004185
【氏名又は名称】インフォート弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100132067
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 喜雅
(72)【発明者】
【氏名】中村 翼
(72)【発明者】
【氏名】井上 大輔
(72)【発明者】
【氏名】井上 健吾
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770BA02
5H770DA03
5H770DA41
5H770PA21
5H770PA42
5H770QA01
5H770QA05
5H770QA08
(57)【要約】
【課題】沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置をより小型化する。
【解決手段】半導体装置（１）のケース部材（３００）における第１の主端子（３７０）の外方端子部（３７１）と第２の主端子（３５０）の外方端子部（３５１）とが第１の面（３０１）に所定の間隙で配置される端子配置部（３０６Ａ）は、第１の主端子の外方端子部と第２の主端子の外方端子部との間の、第１の面の平面視において第１の方向（Ｘ方向）とは異なる第２の方向（Ｙ方向）に延伸する凹部（３１０）であって、第２の方向における凹部の一方の端が、第１の主端子の外方端子部及び第２の主端子の外方端子部における回路板（２）が収容される収容部（３２０）に近い端部よりも収容部側に位置する凹部と、収容部に面した壁面（３０２）のうちの凹部の一方の端を第２の方向に延長した位置において収容部側に突出し、凹部と収容部とを隔てる突出部（３１２）と、を有する。
【選択図】図６
【解決手段】半導体装置（１）のケース部材（３００）における第１の主端子（３７０）の外方端子部（３７１）と第２の主端子（３５０）の外方端子部（３５１）とが第１の面（３０１）に所定の間隙で配置される端子配置部（３０６Ａ）は、第１の主端子の外方端子部と第２の主端子の外方端子部との間の、第１の面の平面視において第１の方向（Ｘ方向）とは異なる第２の方向（Ｙ方向）に延伸する凹部（３１０）であって、第２の方向における凹部の一方の端が、第１の主端子の外方端子部及び第２の主端子の外方端子部における回路板（２）が収容される収容部（３２０）に近い端部よりも収容部側に位置する凹部と、収容部に面した壁面（３０２）のうちの凹部の一方の端を第２の方向に延長した位置において収容部側に突出し、凹部と収容部とを隔てる突出部（３１２）と、を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
配線板上に半導体素子が配置された回路板と、
前記回路板が収容された収容部を有するケース部材と、
各々が前記ケース部材の端子配置部に露出した外方端子部と前記ケース部材の前記収容部内で前記回路板の導体と電気的に接続された内方端子部とを有する複数の主端子と、を備え、
前記ケース部材は、前記端子配置部の前記外方端子部が配置された第１の面の平面視において前記端子配置部と前記収容部とが隣接する形状であり、
前記複数の主端子は、前記ケース部材の前記第１の面の平面視における前記端子配置部と前記収容部との境界に沿った第１の方向に所定の間隙で前記外方端子部が配置された第１の主端子と第２の主端子とを含み、
前記ケース部材の前記端子配置部は、
前記第１の面における前記第１の主端子の前記外方端子部と前記第２の主端子の前記外方端子部との間に、前記第１の面から前記第１の面とは反対側の第２の面の方向に変位し、前記第１の面の平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する凹部であって、
前記第２の方向における前記凹部の一方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に位置し、
前記第２の方向における前記凹部の他方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部から遠い端部よりも前記収容部から遠方に位置する、前記凹部と、
前記収容部に面した壁面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置において前記収容部側に突出し、前記凹部と前記収容部とを隔てる突出部と、を有する、
半導体装置。
前記回路板が収容された収容部を有するケース部材と、
各々が前記ケース部材の端子配置部に露出した外方端子部と前記ケース部材の前記収容部内で前記回路板の導体と電気的に接続された内方端子部とを有する複数の主端子と、を備え、
前記ケース部材は、前記端子配置部の前記外方端子部が配置された第１の面の平面視において前記端子配置部と前記収容部とが隣接する形状であり、
前記複数の主端子は、前記ケース部材の前記第１の面の平面視における前記端子配置部と前記収容部との境界に沿った第１の方向に所定の間隙で前記外方端子部が配置された第１の主端子と第２の主端子とを含み、
前記ケース部材の前記端子配置部は、
前記第１の面における前記第１の主端子の前記外方端子部と前記第２の主端子の前記外方端子部との間に、前記第１の面から前記第１の面とは反対側の第２の面の方向に変位し、前記第１の面の平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する凹部であって、
前記第２の方向における前記凹部の一方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に位置し、
前記第２の方向における前記凹部の他方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部から遠い端部よりも前記収容部から遠方に位置する、前記凹部と、
前記収容部に面した壁面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置において前記収容部側に突出し、前記凹部と前記収容部とを隔てる突出部と、を有する、
半導体装置。
【請求項2】
前記ケース部材の前記端子配置部は、前記第１の面と前記収容部との間に、前記端子配置部と前記収容部との境界に沿って前記第１の面から前記第２の面とは反対の方向に突出する段差部を有し、
前記段差部は、前記外方端子部側を向いた面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置が前記収容部側に変位している、
請求項１に記載の半導体装置。
前記段差部は、前記外方端子部側を向いた面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置が前記収容部側に変位している、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記凹部は、前記第１の面の平面視における前記一方の端が前記段差部の前記外方端子部側を向いた面の位置に到達している、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記凹部は、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部から遠方となる第１の区間よりも前記第１の方向の距離が長くなる区間を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記端子配置部の前記第１の面は、前記第１の主端子の前記外方端子部が配置された領域と、前記第２の主端子の前記外方端子部が配置された領域とが、前記凹部により分離している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記端子配置部の前記第１の面は、前記第１の主端子の前記外方端子部が配置された領域と、前記第２の主端子の前記外方端子部が配置された領域とが、前記凹部の前記一方の端よりも前記収容部側に位置する領域を介して連続している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記凹部は、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部から遠方となる第１の区間よりも、前記第１の面からの深さが浅い区間を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記回路板は、前記半導体素子が前記配線板よりも前記端子配置部の前記第１の面に近い向きで前記収容部内に収容され、
前記ケース部材は、前記収容部に面した壁面のうちの前記突出部により前記収容部側に突出した部分の前記第２の面に近い端が、前記配線板の前記半導体素子が配置された面よりも前記第１の面側に位置する、
請求項１に記載の半導体装置。
前記ケース部材は、前記収容部に面した壁面のうちの前記突出部により前記収容部側に突出した部分の前記第２の面に近い端が、前記配線板の前記半導体素子が配置された面よりも前記第１の面側に位置する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記ケース部材は、前記収容部に面した壁面のうちの前記突出部により前記収容部側に突出した部分の突出量が、前記第１の面から前記第２の面に向かうにつれて小さくなる、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記回路板は、第１の入力端と、第２の入力端と、出力端とを有するインバータ回路が形成されており、
前記第１の主端子が前記インバータ回路の前記第１の入力端と電気的に接続され、前記第２の主端子が前記インバータ回路の前記第２の入力端と電気的に接続される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記第１の主端子が前記インバータ回路の前記第１の入力端と電気的に接続され、前記第２の主端子が前記インバータ回路の前記第２の入力端と電気的に接続される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記ケース部材は、前記収容部を挟んで前記第１の主端子及び前記第２の主端子が配置された前記端子配置部とは反対側に、前記出力端と電気的に接続される第３の主端子が配置された端子配置部を有する、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記ケース部材は、前記第１の面側及び前記第２の面側が開口した中空部を前記収容部とする概略環形状である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記配線板の前記半導体素子が配置された面とは反対側の面に熱的に接続される冷却器をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項14】
請求項１～１３のいずれかに記載の半導体装置を備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置、及び車両に関する。
【背景技術】
【0002】
インバータ装置等の電力変換装置に用いられる半導体装置は、半導体素子が搭載された配線板を収容するケースを備える。ケースは、絶縁性のケース部材と、半導体素子の電極と電気的に接続される複数の端子とを備える（例えば、特許文献１～４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平０１－１４４６６２号公報
【特許文献2】特開２００２－１６４５０３号公報
【特許文献3】特開２０１４－１８３１９６号公報
【特許文献4】特開平０９－２３２５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した半導体装置のケースでは、印加される電位が異なる２つの主端子の間の沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置をより小型化させることが難しい。
【0005】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置のより小型化を可能にすることを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る半導体装置は、配線板上に半導体素子が配置された回路板と、前記回路板が収容された収容部を有するケース部材と、各々が前記ケース部材の端子配置部に露出した外方端子部と前記ケース部材の前記収容部内で前記回路板の導体と電気的に接続された内方端子部とを有する複数の主端子と、を備え、前記ケース部材は、前記端子配置部の前記外方端子部が配置された第１の面の平面視において前記端子配置部と前記収容部とが隣接する形状であり、前記複数の主端子は、前記ケース部材の前記第１の面の平面視における前記端子配置部と前記収容部との境界に沿った第１の方向に所定の間隙で前記外方端子部が配置された第１の主端子と第２の主端子とを含み、前記ケース部材の前記端子配置部は、前記第１の面における前記第１の主端子の前記外方端子部と前記第２の主端子の前記外方端子部との間に、前記第１の面から前記第１の面とは反対側の第２の面の方向に変位し、前記第１の面の平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する凹部であって、前記第２の方向における前記凹部の一方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に位置し、前記第２の方向における前記凹部の他方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部から遠い端部よりも前記収容部から遠方に位置する、前記凹部と、前記収容部に面した壁面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置において前記収容部側に突出し、前記凹部と前記収容部とを隔てる突出部と、を有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置をより小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】一実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す上面図である。
【図5】一実施の形態に係るケースにおける外方端子部間の絶縁性を確保する方法の例を説明する斜視図である。
【図6】外方端子部間の凹部の形状の第１の例を示す上面図である。
【図7】外方端子部間の凹部の形状の第１の例を示す正面図である。
【図9】沿面距離を長くしたケースの従来例を示す斜視図である。
【図11】凹部の第１の変形例を説明する上面図である。
【図12】凹部の第２の変形例を説明する上面図である。
【図13】凹部の第３の変形例を説明する上面図である。
【図14】凹部の第４の変形例を説明する上面図である。
【図15】凹部の別の変形例を説明する側面断面図である。
【図16】凹部のさらに別の変形例を説明する正面図である。
【図17】本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、参照する各図におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、例示する半導体装置等における平面や方向を定義する目的で示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交し、右手系を成している。以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向をＸ方向と呼び、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と呼ぶ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向は、図示されるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の矢印（正負）の方向と関連付ける場合には、「正側」又は「負側」が付される。
【0010】
本明細書では、Ｚ方向を上下方向と呼ぶことがある。本明細書において、「上」や「上方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向正側であることを意図し、「下」や「下方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向負側であることを意図する。例えば、「部材Ａの上に部材Ｂが配置される」と記載されるとき、部材Ｂは、部材ＡからみてＺ方向正側に配置される。また、「部材Ａの上面」と記載されるとき、その面は、部材ＡにおけるＺ方向正側の端に位置し、Ｚ方向正側を向いた面である。本明細書において、「上面視」は、対象となる物品（例えば、半導体装置等）をＺ方向正側からみたときの平面視を意図する。本明細書において、「正面視」は、対象となる物品をＹ方向負側からみたときの平面視を意図する。本明細書において、「側面視」は、対象となる物品をＸ方向負側又はＸ方向正側からみたときの平面視を意図し、Ｘ方向負側からみたときの平面視を「左側面視」と呼び、Ｘ方向正側からみたときの平面視を「右側面視」と呼ぶこともある。これらの方向や面は、説明の便宜上用いる文言であり、半導体装置の取付姿勢等によっては、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、ケース部材における主端子の外方端子部が配置される面は、本明細書ではケース部材の上面と呼ぶが、これに限らず、ケース部材の下面、側面等と呼ばれてもよい。また、各図における縦横比や各部材同士の大小関係は、あくまで模式的に表されており、実際に製造される半導体装置等における関係とは必ずしも一致しない。説明の便宜上、各部材同士の大小関係を誇張して表現している場合も想定される。
【0011】
また、以下の説明で例示する半導体装置は、例えば、産業用又は電装用（例えば、車載用モータ）のインバータ装置等の電力変換装置に適用されるものであってよい。このため、以下の説明では、既知の半導体装置と同一の、又は類似した構成、機能、動作、製造方法等についての詳細な説明を省略する。
【0012】
図１は、一実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す上面図である。図２は、図１の半導体装置における１つの回路形成部の構成を拡大した上面図である。図３は、図２のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置の構成例を示す断面側面図である。図２の上面図には、図１の半導体装置においてＸ方向に並ぶ３つの回路形成部のうちの中央の回路形成部が示されている。図３の断面側面図は、図２のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置のうちのＡ－Ａ’線よりも左側の部分の右側面視を示している。なお、図１～図３では、半導体素子等を封止する封止材の図示を省略している。
【0013】
【0014】
例示した半導体装置１は、放熱ベース５の上面に３つの回路板２が配置されている。３つの回路板２は、実質的に同一の構成であり、配線板２００と、配線板２００の上面に配置された２つの半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂとを含む。なお、放熱ベース５の上面に配置する回路板２の数は、３つに限定されない。また、１つの配線板２００の上面に配置する半導体素子の数は、２つに限定されない。
【0015】
配線板２００は、絶縁基板２１０と、絶縁基板２１０の上面に設けられた導体パターン２２１～２２３と、絶縁基板２１０の下面に設けられた導体パターン２２４とを含む。配線板２００は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板やＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ）基板であり得る。配線板２００は、積層基板、絶縁回路基板等と呼ばれてもよい。
【0016】
絶縁基板２１０は、特定の基板に限定されない。絶縁基板２１０は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）との複合材料等のセラミックス材料によって形成されたセラミックス基板であってよい。絶縁基板２１０は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を成形した基板、ガラス繊維等の基材に絶縁樹脂を含侵させた基板、平板状の金属コアの表面を絶縁樹脂でコーティングした基板等であってもよい。
【0017】
絶縁基板２１０の上面に設けられた導体パターン２２１～２２３は、配線部品として機能するものであり、例えば、銅やアルミニウム等の金属板又は金属箔等によって形成される。絶縁基板２１０の上面に設けられた導体パターン２２１～２２３は、導体層、導体板、導電層、配線パターン等と呼ばれてもよい。以下の説明では、導体パターン２２１～２２３を区別する場合には、それぞれを、第１の導体パターン２２１、第２の導体パターン２２２、第３の導体パターン２２３、と記載する。
【0018】
配線板２００の上面に配置された２つの半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂは、それぞれ、例えば、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子と、ＩＧＢＴ素子に逆並列に接続されるＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子等のダイオード素子の機能とを一体化したＲＣ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）－ＩＧＢＴ素子で構成される。この種の半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂは、それぞれ、下面に第１の主電極（図示せず）が設けられ、上面に第２の主電極２８１及び制御電極（ゲート電極）２８２が設けられている。半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂのスイッチング素子がＩＧＢＴ素子である場合、下面側の第１の主電極がコレクタ電極と呼ばれ、上面側の第２の主電極２８１がエミッタ電極と呼ばれてもよい。また、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂのスイッチング素子及びダイオード素子を形成する基板は、シリコン基板に限らず、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板等であってもよい。
【0019】
図２の例では、半導体素子２８０Ａが第１の導体パターン２２１の上面に配置されており、半導体素子２８０Ｂが第２の導体パターン２２２の上面に配置されている。第１の導体パターン２２１は、半導体素子２８０Ａの下面に設けられた第１の主電極（図示せず）と接合材（図示せず）により接合されている。接合材は、はんだ等の周知の接合材であってよい。また、第２の導体パターン２２２は、半導体素子２８０Ｂの下面に設けられた第１の主電極（図示せず）と接合材（図示せず）により接合されている。
【0020】
半導体素子２８０Ａの下面に設けられた第１の主電極は、第１の導体パターン２２１を介して、ケース３に設けられた第１の主端子３７０と電気的に接続されている。第１の導体パターン２２１と第１の主端子３７０とは、例えば、はんだ等の周知の接合材（図示せず）により接合されている。半導体素子２８０Ａの上面に設けられた第２の主電極２８１は、配線部品６Ａを介して、第２の導体パターン２２２と電気的に接続されている。配線部品６Ａは、銅板等の導体板を折り曲げて形成したものであり、リード、リードフレーム等と呼ばれる。配線部品６Ａは、一部分がはんだ等の周知の接合材（図示せず）により半導体素子２８０Ａの第２の主電極２８１と接合され、別の一部分がはんだ等の周知の接合材（図示せず）により第２の導体パターン２２２と接合されている。また、半導体素子２８０Ａの上面に設けられた制御電極２８２は、ボンディングワイヤ（配線部品６Ｃ）により、ケース３に設けられた制御端子３９０と電気的に接続されている。
【0021】
半導体素子２８０Ｂの下面に設けられた第１の主電極は、第２の導体パターン２２２を介して、ケース３に設けられた第３の主端子３３０と電気的に接続されている。第２の導体パターン２２２と第３の主端子３３０とは、例えば、はんだ等の周知の接合材（図示せず）により接合されている。半導体素子２８０Ｂの上面に設けられた第２の主電極２８１は、配線部品６Ｂ及び第３の導体パターン２２３を介して、ケース３に設けられた第２の主端子３５０と電気的に接続されている。配線部品６Ｂは、銅板等の導体板を折り曲げて形成したものであり、リード、リードフレーム等と呼ばれる。配線部品６Ｂは、一部分がはんだ等の周知の接合材（図示せず）により半導体素子２８０Ｂの第２の主電極２８１と接合され、別の一部分がはんだ等の周知の接合材（図示せず）により第３の導体パターン２２３と接合されている。また、半導体素子２８０Ｂの上面に設けられた制御電極２８２は、ボンディングワイヤ（配線部品６Ｄ）により、ケース３に設けられた制御端子３９５と電気的に接続されている。
【0022】
なお、半導体装置１における２つの導電部材間を電気的に接続する方法は、上述した方法とは異なる方法であってもよい。例えば、配線板２００の第１の導体パターン２２１とケース３の第１の主端子３７０との電気的な接続、第２の導体パターン２２２と第３の主端子３３０との電気的な接続、及び第３の導体パターン２２３と第２の主端子３５０との電気的な接続は、それぞれ、レーザ溶接、又は超音波接合等によって行われてもよい。また、例えば、半導体素子２８０Ａの第２の主電極２８１に電気的に接続される配線部品６Ａ及び半導体素子２８０Ｂの第２の主電極２８１に電気的に接続される配線部品６Ｂは、いずれか一方又は両方が、ボンディングワイヤであってもよい。
【0023】
絶縁基板２１０の下面に設けられた導体パターン２２４は、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂが発した熱を放熱ベース５に伝導する熱伝導部材として機能するものであり、例えば、銅やアルミニウム等の金属板又は金属箔等によって形成される。放熱ベース５は、下方に配置される冷却器９（図３参照）の一部であってもよいし、冷却器９に取り付けられる、冷却器９とは別の熱伝導部材であってもよい。導体パターン２２４は、はんだ等の接合材（図示せず）によって放熱ベース５の上面に接合される。導体パターン２２４は、放熱層、放熱パターンと呼ばれてもよい。なお、本実施の形態の半導体装置１において、冷却器９は任意の構成である。
【0024】
ケース３は、放熱ベース５の上面に配置された回路板２及び配線部品６Ａ～６Ｄを収容可能な収容部３２０を有するケース部材３００と、上述した第１の主端子３７０、第２の主端子３５０、第３の主端子３３０、制御端子３９０、及び制御端子３９５と、を含む。この種のケース３は、インサート成形を利用した方法等の、周知の製造方法により製造される。
【0025】
図１～図３に例示したケース３のケース部材３００は、上端及び下端が開口した３つの収容部（中空部）３２０を有する概略環形状であり、１つの収容部３２０に１つの回路板２が収容される。上述した第１の主端子３７０、第２の主端子３５０、第３の主端子３３０、制御端子３９０、及び制御端子３９５の組は、ケース部材３００の収容部３２０に収容される回路板２毎に、ケース部材３００に設けられている。
【0026】
第１の主端子３７０、第２の主端子３５０、及び第３の主端子３３０は、それぞれ、ケース部材３００における端子配置部に露出した外方端子部と、ケース部材３００の収容部３２０内で回路板２の導体と電気的に接続された内方端子部とを有する。例えば、第２の主端子３５０は、図３に示したように、端子配置部３０６Ａの上面３０１に沿って配置された外方端子部３５１と、端子配置部３０６Ａの収容部３２０に面した壁面３０２から収容部３２０内に延伸する内方端子部３５２とを有する。外方端子部３５１と内方端子部３５２との間の中間部（図示せず）は、ケース部材３００（端子配置部３０６Ａ）内に埋設されている。外方端子部３５１は、端子配置部３０６Ａの上面３０１から上方に突出させた平板状の部分を上面３０１に沿うように折り曲げて上面３０１に配置されている。本実施の形態の半導体装置１における外方端子部３５１は、端子配置部３０６Ａの上面３０１に形成されたナット穴３０４内にナット７Ｂをはめ込んだ後、ナット穴３０４を覆うように折り曲げて上面３０１に沿わせている。外方端子部３５１には、ナット７Ｂのねじ穴と重なる開口３５３が形成されている。第２の主端子３５０の内方端子部３５２は、配線板２００の第３の導体パターン２２３と電気的に接続される。
【0027】
第１の主端子３７０は、外方端子部３７１及び内方端子部３７２を有し、外方端子部３７１と内方端子部３７２との間の中間部（図示せず）は、端子配置部３０６Ａ内に埋設されている。第１の主端子３７０の外方端子部３７１は、第２の主端子３５０の外方端子部３５１と所定の間隙で隣り合うように、端子配置部３０６Ａの上面３０１に沿って配置されている。第１の主端子３７０の外方端子部３７１は、端子配置部３０６Ａの上面３０１に形成されたナット穴（図示せず）にはめ込まれたナット７Ａ（図２参照）を覆っており、ナット７Ａのねじ穴と重なる開口３７３が形成されている。第１の主端子３７０の内方端子部３７２は、端子配置部３０６Ａの収容部３２０に面した壁面３０２から収容部３２０内に延伸し、配線板２００の第１の導体パターン２２１と電気的に接続される。
【0028】
第３の主端子３３０は、外方端子部３３１及び内方端子部３３２を有し、外方端子部３３１と内方端子部３３２との間の中間部（図示せず）は、収容部３２０を挟んで端子配置部３０６Ａとは反対側に位置する端子配置部３０６Ｂに埋設されている。第３の主端子３３０の外方端子部３３１は、端子配置部３０６Ｂの上面３０１に沿って配置されている。第３の主端子３３０の外方端子部３３１は、端子配置部３０６Ｂの上面３０１に形成されたナット穴３０５にはめ込まれたナット７Ｃを覆っており、ナット７Ｃのねじ穴と重なる開口３３３が形成されている。第３の主端子３３０の内方端子部３３２は、端子配置部３０６Ｂの収容部３２０に面した壁面３０３から収容部３２０内に延伸し、配線板２００の第２の導体パターン２２２と電気的に接続される。
【0029】
ケース３のナット穴にはめ込まれたナット７Ａ～７Ｃは、例えば、第１の主端子３７０、第２の主端子３５０、及び第３の主端子３３０のそれぞれを給電ケーブルの端子、バスバー等と接続するためのボルト８（図３参照）を螺合させることに利用される。
【0030】
制御端子３９０及び制御端子３９５は、それぞれ、ケース部材３００（端子配置部３０６Ｂ）の上面３０１から上方に延伸する外方端子部（図示せず）と、収容部３２０に面した壁面３０３から収容部３２０内に延伸する内方端子部（図示せず）とを有する。制御端子３９０及び制御端子３９５は、それぞれ、外方端子部と内方端子部との間の中間部が、ケース部材３００に埋設されている。制御端子３９０の数及び制御端子３９５の数は、図１及び図２に例示した５本に限定されない。制御端子３９０の数及び制御端子３９５の数は、例えば、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂの制御電極２８２の数等に応じて決定される。制御端子３９０及び制御端子３９５は、回路板２の動作を制御する制御回路（図示せず）に接続される。
【0031】
ケース３の収容部３２０には、回路板２、配線部品６Ａ～６Ｄ、並びにケース３の主端子及び制御端子の内方端子部等を封止する封止材（図示せず）が充填される。封止材は、例えば、エポキシ樹脂又はシリコーンゲル等である。ケース３の収容部３２０は、図１に例示したように回路板２毎に区分けをせずに（すなわち３つの別個の収容部にせずに）、１つの収容部として形成されていてもよい。
【0032】
ケース３のケース部材３００は、例えば、図１に示したように、上面視で外縁部に、上述した端子配置部３０６Ａ及び３０６Ｂとは別の、貫通穴３０７が形成されている複数の穴形成部を有する。ケース３は、例えば、貫通穴３０７に挿通したボルト（図示せず）を冷却器９の上面に形成されたねじ穴と螺合させることにより、冷却器９に取り付けられる。放熱ベース５は、例えば、ケース３のケース部材３００の下面に接着されており、ケース３を冷却器９に取り付けることにより冷却器９と接触する。放熱ベース５と冷却器９とは、例えば、サーマルグリスやサーマルコンパウンド等の熱伝導部材を介して密着されてもよい。また、放熱ベース５は、上面視においてケース３の貫通穴３０７と重なる位置に貫通穴を有する形状であってもよい。
【0033】
図１に例示した半導体装置１は、３つの単相インバータ回路を含み、例えば、三相インバータ装置を構成することができる。
【0034】
【0035】
図４には、インバータ装置１１の例として、電圧形の三相インバータ装置における回路構成の一例を示している。インバータ装置１１は、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）と、平滑コンデンサ１１０２と、制御回路１１０３とを含む。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、直流を交流に変換し、Ｕ相の交流として出力する。単相インバータ回路１１０１（Ｖ）は、直流を交流に変換し、Ｖ相の交流として出力する。単相インバータ回路１１０１（Ｗ）は、直流を交流に変換し、Ｗ相の交流として出力する。本明細書では三相交流における３つの相をＵ相、Ｖ相、Ｗ相と呼ぶが、他の呼び方であってもよい。
【0036】
インバータ装置１１は、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）と、平滑コンデンサ１１０２とが並列に接続されている。図４に等価回路で例示した、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）の各々の回路構成は、図２及び図３を参照して上述した、半導体装置１における１つの回路板２（１つの配線板２００と２つの半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂとの組）を用いて形成される回路と対応する。
【0037】
インバータ装置１１は、直流電源１２の正極を接続する第１の入力端ＩＮ（Ｐ）と、直流電源１２の負極を接続する第２の入力端ＩＮ（Ｎ）と、三相交流を出力する出力端ＯＵＴ（Ｕ）、ＯＵＴ（Ｖ）、ＯＵＴ（Ｗ）とを有する。第１の入力端ＩＮ（Ｐ）は、半導体装置１の第１の主端子３７０に接続され、第２の入力端ＩＮ（Ｎ）は、半導体装置１の第２の主端子３５０に接続される。出力端ＯＵＴ（Ｕ）、ＯＵＴ（Ｖ）、ＯＵＴ（Ｗ）は、半導体装置１の第３の主端子３３０に接続される。
【0038】
図４に例示した単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）の各々は、ハーフブリッジインバータ回路である。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、上アームと呼ばれることがある第１の入力端ＩＮ（Ｐ）と出力端ＯＵＴ（Ｕ）との間に接続された半導体素子２８０Ａにおけるスイッチング素子４１０（例えば、ＩＧＢＴ素子）のコレクタ電極が、第１の主端子３７０を介して第１の入力端ＩＮ（Ｐ）に接続される。また、単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、下アームと呼ばれることがある第２の入力端ＩＮ（Ｎ）と出力端ＯＵＴ（Ｕ）との間に接続された半導体素子２８０Ｂにおけるスイッチング素子４１２のエミッタ電極が、第２の主端子３５０を介して第２の入力端ＩＮ（Ｎ）に接続される。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）における上アームのスイッチング素子４１０のエミッタ電極と下アームのスイッチング素子４１２のコレクタ電極は、第３の主端子３３０を介して、三相交流におけるＵ相の交流を出力する出力端ＯＵＴ（Ｕ）に接続される。また、上アームのスイッチング素子４１０にはダイオード素子４１１が逆並列に接続されており、下アームのスイッチング素子４１２にはダイオード素子４１３が逆並列に接続されている。他の２つの単相インバータ回路１１０１（Ｖ）及び１１０１（Ｖ）は、それぞれ、上述した単相インバータ回路１１０１（Ｕ）における出力端ＯＵＴ（Ｕ）を、出力端ＯＵＴ（Ｖ）及びＯＵＴ（Ｖ）に置き換えた構成である。
【0039】
各単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）が出力する交流は、制御回路１１０３から、制御端子３９０を介して上アームのスイッチング素子４１０のゲート（半導体素子２８０Ａの制御電極２８２）に印加される制御信号、及び制御端子５９５を介して下アームのスイッチング素子４１２のゲート（半導体素子２８０Ｂの制御電極２８２）に印加される制御信号により、位相が互いに１２０度ずつずれるように制御される。インバータ装置１１の出力端ＯＵＴ（Ｕ）、ＯＵＴ（Ｖ）、ＯＵＴ（Ｗ）には、交流で動作する負荷（例えば、交流モータ）１３が接続される。
【0040】
なお、本実施の形態の半導体装置１を含むインバータ装置１１の回路構成は、図４に例示した回路構成に限定されない。また、本実施の形態の半導体装置１を含むインバータ装置１１の動作も特定の動作に限定されない。例えば、半導体装置１を含むインバータ装置１１は、３つの単相フルブリッジインバータ回路が並列に接続されるものであってもよい。
【0041】
更に、図４を参照して上述したインバータ装置１１は、本実施の形態に係る半導体装置１が適用される装置の例示に過ぎない。
【0042】
半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂのスイッチング素子４１０及び４１２は、上述したＩＧＢＴ素子に限らず、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成されてもよい。スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ素子の場合、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂの下面側の主電極がドレイン電極と呼ばれ、上面側の主電極２８１がソース電極と呼ばれてもよい。また、ダイオード素子４１１及び４１３は、例えば、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、ＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオード、ＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ ＰＮ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオード、ＰＮダイオード等で構成されてもよい。また、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂの上面に設けられる制御電極２８２は、ゲート電極と、補助電極とを含んでもよい。例えば、補助電極は、上面側の主電極と電気的に接続され、ゲート電位に対する基準電位となる補助エミッタ電極あるいは補助ソース電極であってよい。また、補助電極は、インバータ装置１１等に含まれることがある温度センス部と電気的に接続され、半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂの温度を測定する温度センス電極であってよい。半導体素子２８０Ａ及び２８０Ｂの上面に形成されたこれらの電極（第２の主電極２８１、並びにゲート電極及び補助電極を含む制御電極２８２）は、総じて上面電極と呼ばれてもよい。また、スイッチング素子４１０及び４１２、ダイオード素子４１１及び４１３を形成する基板は、シリコン基板に限らず、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板等であってもよい。
【0043】
また、図４を参照して上述した単相インバータ回路において１つの半導体素子に含まれるものとして説明されるスイッチング素子とダイオード素子とは、別個の半導体素子により提供されてもよい。例えば、上アームのスイッチング素子４１０とダイオード素子４１１とは、スイッチング素子４１０が形成された半導体素子と、ダイオード素子４１１が形成された半導体素子とにより提供されてもよい。半導体素子の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。配線板２００の上面側に設けられる配線部品としての導体パターンのレイアウトは、半導体素子の種類、形状、配置する数、配置箇所等に応じて変更される。
【0044】
本実施の形態に係る半導体装置１におけるケース３は、上述したように、第１の主端子３７０の外方端子部３７１と第２の主端子３５０の外方端子部３５１とが、ケース部材３００における単一の端子配置部３０６Ａの上面３０１のうちの、端子配置部３０６Ａと収容部３２０との境界に沿った第１の方向（Ｘ方向）に所定の間隙で配置されている。このように、印加される電圧の電位が異なる２つの外方端子部３５１及び３７１が近接して配置される場合、半導体装置１の小型化の観点では、これら２つの外方端子部３５１及び３７１の距離（間隙）を絶縁性が確保される範囲内でより短くすることが好ましい。
【0045】
図５は、一実施の形態に係るケースにおける外方端子部間の絶縁性を確保する方法の例を説明する斜視図である。図６は、外方端子部間の凹部の形状の第１の例を示す上面図である。図７は、外方端子部間の凹部の形状の第１の例を示す正面図である。図８は、図６のＢ－Ｂ’線で切断したケースにおける凹部の形状の第１の例を示す断面側面図である。図８の断面側面図は、図６のＢ－Ｂ’線で切断したケース３のうちのＢ－Ｂ’線よりも左側の部分の右側面視を示している。
【0046】
本実施の形態の半導体装置１に用いられるケース３は、図５～図８に例示したように、ケース部材３００における端子配置部３０６Ａの上面３０１のうちの第１の主端子３７０の外方端子部３７１と第２の主端子３５０の外方端子部３５１との間隙部分に凹部３１０が形成される。凹部３１０は、外方端子部３５１及び３７１が配置された上面３０１から下面３０８の方向に変位しており、上面視において２つの外方端子部３５１及び３７１が配置された第１の方向（Ｘ方向）とは異なる第２の方向（Ｙ方向）に延伸している。第２の方向における凹部３１０の一方の端は、外方端子部３５１及び３７１の収容部３２０に近い端部３５１ｂ及び３７１ｂの位置ＹＮよりも収容部３２０側に位置する。第２の方向における凹部３１０の他方の端は、外方端子部３５１及び３７１の収容部３２０から遠い端部３５１ｃ及び３７１ｃの位置ＹＦよりも収容部３２０から遠方に位置し、端子配置部３０６Ａの収容部３２０に面した壁面３０２とは反対側の面（図示せず）に到達している。図７及び図８に例示した下面３０８は、端子配置部３０６Ａにおける、外方端子部３５１及び３７１が配置された第１の面（上面３０１）とは反対側の第２の面の一例である。
【0047】
上述のように、収容部３２０内には回路板２等を封止する封止材が充填される。このため、凹部３１０は、収容部３２０に充填された封止材が凹部３１０内に流出しないよう、第２の方向における収容部３２０に近いほうの端が端子配置部３０６Ａによって収容部３２０から隔てられるように形成される。また、ケース部材３００の端子配置部３０６Ａは、外方端子部３５１及び３７１が配置された上面３０１と収容部３２０との間に、上面３０１から上方（すなわち下面とは反対の方向であるＺ方向正側）に突出する段差部３１１が形成されている。このような場合、外方端子部３５１及び３７１の収容部３２０に近い端部３５１ｂ及び３７１ｂ間の沿面距離は、例えば、凹部３１０の第１の壁面３１０ａ、底面３１０ｃ、第２の壁面３１０ｂに沿った第１の沿面距離（図７参照）と、凹部３１０の上端開口を迂回する第２の沿面距離（図６参照）の２通りがある。
【0048】
図７に例示した、凹部３１０に沿った第１の沿面距離は、外方端子部３５１及び３７１の互いに向かい合う側面３５１ａ及び３７１ａ内の各点の沿面距離と同一である。このため、凹部３１０の深さＤは、第１の沿面距離Ｇ＋２×Ｄ（Ｇは外方端子部３５１及び３７１の間隙）が外方端子部３５１及び３７１間の絶縁性を確保し得る値に設定される。また、凹部３１０を形成した場合、上述した凹部３１０の上端開口を迂回する第２の沿面距離（図６参照）も外方端子部３５１及び３７１間の絶縁性を確保し得る値に設定されることが望まれる。このため、本実施の形態のケース部材３００では、端子配置部３０６Ａの収容部３２０に面した壁面３０２のうちの凹部３１０を第２の方向に延長した位置に、端子配置部３０６Ａを収容部３２０側に突出させた突出部３１２を形成する。また、端子配置部３０６Ａの壁面３０２に部分的に突出部３１２を形成する場合、例えば、端子配置部３０６Ａの上面３０１における収容部３２０側の端に沿った段差部３１１を、第１の主端子３７０の外方端子部３７１と向かい合う側面３１１ａと、第２の主端子３５０の外方端子部３５１と向かい合う側面３１１ｅとの間に、収容部３２０側に変位した側面３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄを有するように形成する。これにより、端子配置部３０６Ａの凹部３１０と収容部３２０とが隔てられた状態で、第２の方向での、外方端子部３５１及び３７１の収容部３２０に近い端部３５１ｂ及び３７１ｂと、凹部３１０の一方の端との距離を長くすることができる。また、端子配置部３０６Ａの収容部３２０に面した壁面３０２に部分的に突出部３１２を形成することにより、例えば、外方端子部３５１及び３７１の収容部３２０に近い端部３５１ｂ及び３７１ｂから壁面３０２までの距離の増大を防ぐことができ、上面視における半導体装置１の大型化を防ぐことができる。
【0049】
ケース部材３００の端子配置部３０６Ａに上述した凹部３１０を形成する場合、第１の壁面３１０ａと第２の壁面３１０ｂとの距離（幅）Ｗは、外方端子部３５１の側面３５１ａと外方端子部３７１の側面３７１ａとの距離（間隙）Ｇよりも小さければよく、例えば、Ｗ＝１．５ｍｍ程度にすることができる。
【0050】
ケース部材３００の端子配置部３０６Ａに上述した凹部３１０が形成されている半導体装置１では、電位の異なる電圧が印加される主端子間の距離（間隙）Ｇを短くすることによる沿面距離の減少を抑制することができ、沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置１をより小型化することが可能となる。具体的には、特許文献４（特開平０９－２３２５１２号公報）のような隣り合う端子間に沿面距離に依存する絶縁性を十分に確保することが可能な程度に大きい空隙を有するものと比べて、沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置１をより小型化することが可能となる。
【0051】
また、上述した半導体装置１のケース３は、入力端であり得る第１の主端子３７０の外方端子部３７１及び第２の主端子３５０の外方端子部３５１と、出力端であり得る第３の主端子３３０の外方端子部３３１とを、上面視において回路板２が収容される収容部３２０を挟んだ位置関係になるように配置する。このため、本実施の形態に係る半導体装置１は、例えば、特許文献１（特開平０１－１４４６６２号公報）の３つの電極板、及び特許文献３（特開２０１４－１８３１９６号公報）の３つの外部配線接続用端子のように蓋体の上面に一方向に並べて配置する場合と比べて、上面視における平面形状（特に縦横比）の偏りを小さくすることができる。また、特許文献３のような蓋体における２つの外部配線接続用端子が配置された面が、その２つの外部配線用接続端子の側面が互いに向かい合っている位置でつながっている場合と比べて、沿面距離に依存する絶縁性を確保し得る外部配線接続用端子の間隙を短くすることができる。従って、本実施の形態の半導体装置１は、特許文献１や特許文献３の半導体装置と比べて、例えば、設置場所や設置する向きに関する自由度を高くすることができる。また、３つの電極板を蓋体の上面に一方向に並べて配置する場合と比べて、各主端子の外方端子部に給電ケーブルの端子やバスバー等を接続する作業が容易になる。
【0052】
更に、図５～図８を参照して上述したケース３の端子配置部３０６Ａは、凹部３１０の延伸方向（Ｙ方向）における一方の端を延長した位置に、収容部３２０側に突出した突出部３１２を有する。突出部３１２は、例えば、図８に示したように、下端３１２ｂが端子配置部３０６Ａの下面３０８よりも上方に位置するように形成する。このようにすると、例えば、端子配置部３０６Ａの下面３０８を含むケース部材３００の下面側から回路板２を収容部３２０内に収容するときに必要となる収容部３２０の寸法を増大させることなく、凹部３１０を迂回する第２の沿面距離を長くすることができる。このため、例えば、特許文献２（特開２００２－１６４５０３号公報）のような絶縁壁が設けられる凹部側に熱硬化性エポキシ樹脂が突出する構成と比べて、上面視における沿面距離を長くすることができ、沿面距離に依存する絶縁性を容易に確保することができる。
【0053】
【0054】
図９及び図１０に例示したケース３’の端子配置部３０６Ａ’は、上面３０１における第１の主端子３７０の外方端子部３７１と第２の主端子３５０の外方端子部３５１との間に、上述した凹部３１０の代わりに壁部３１９が形成されている。このような壁部３１９が形成されている場合、上面３０１からの壁部３１９の高さをＨとすると、壁部３１９を挟んで互いに向かい合う外方端子部３５１の側面３５１ａと外方端子部３７１の側面３７１ａとの沿面距離は、距離Ｇ＋２×Ｈとなる。このため、壁部３１９の高さＨを高くすることにより沿面距離を長くすることができる。
【0055】
しかしながら、図９及び図１０に例示した壁部３１９を有するケース３’は、端子配置部３０６Ａ’の下面３０８から壁部３１９の上端面までの距離（Ｚ方向の寸法）が長くなる。このため、ケース３’を用いた半導体装置は、本実施の形態に係る半導体装置１と比べて、設置場所や設置する向きに関する自由度が低くなる。また、第１の主端子３７０の外方端子部３７１及び第２の主端子３５０の外方端子部３５１に近接した壁部３１９を有することにより、例えば、これらの外方端子部に給電ケーブルの端子やバスバー等を接続する作業が難しくなることがある。更に、ケース３’を製造（形成）するときに、上面３０１から上方に延伸する薄い壁部３１９と対応する空間を有する金型内に加熱した絶縁樹脂を流し込むと、壁部３１９の部分にひずみやボイドが生じることがある。
【0056】
これに対し、本実施の形態のケース３は、凹部３１０により沿面距離を確保するので、壁部３１９を形成する場合と比べてＺ方向の寸法を小さくでき、設置場所や設置する向きに関する自由度を高くすることができる。また、第１の主端子３７０の外方端子部３７１及び第２の主端子３５０の外方端子部３５１に近接した壁部３１９がなくなることにより、外方端子部に給電ケーブルの端子やバスバー等を接続する作業が容易になる。更に、ケース３を製造したときのひずみやボイドの発生を抑制することができる。加えて、壁部３１９の代わりに凹部３１０を形成することにより、ケース部材３００の製造に要する絶縁材料の量を低減することができる。
【0057】
なお、本実施の形態に係るケース３の凹部３１０の形状は、図５～図８を参照して上述した形状に限定されない。凹部３１０の形状は、例えば、図１１～図１６を参照して以下に説明するような形状のいずれかであってもよいし、いくつかの形状が組み合わされたものであってもよい。
【0058】
図１１は、凹部の第１の変形例を説明する上面図である。図１２は、凹部の第２の変形例を説明する上面図である。図１３は、凹部の第３の変形例を説明する上面図である。図１４は、凹部の第４の変形例を説明する上面図である。図１５は、凹部の別の変形例を説明する側面断面図である。図１６は、凹部のさらに別の変形例を説明する正面図である。図１１～図１４は、それぞれ、ケース部材３００の端子配置部３０６Ａのうちの、凹部３１０の収容部３２０側の端部とその周辺のみを示している。図１５は、図６のＢ－Ｂ’線で切断したケース３のうちのＢ－Ｂ’線よりも左側の部分の右側面視と対応する。
【0059】
図１１及び図１２に例示したケース３の凹部３１０は、上面視における収容部３２０側の端部に、第１の主端子３７０の外方端子部３７１及び第２の主端子３５０の外方端子部３５１の収容部３２０に近い端３７１ｂ及び３５１ｂの位置ＹＮよりも収容部３２０から遠い部分の幅Ｗ１よりも幅が広くなっている区間を有する。図１１に例示した凹部３１０の端部は、上面視における凹部３１０の延伸方向（Ｙ方向）で見た幅Ｗ１の区間の端から収容部３２０側に向かって連続的に幅が広くなって最大幅Ｗ２になっている。図１２に例示した凹部３１０の端部は、上面視における凹部３１０の延伸方向（Ｙ方向）で見た幅Ｗ１の区間の端において、幅Ｗ１から最大幅Ｗ２に変動している。このように、凹部３１０における収容部３２０側の端部に、互いに向かい合う第１の主端子３７０の外方端子部３７１と第２の主端子３５０の外方端子部３５１との間を通る区間の幅Ｗ１よりも広くなる区間を設けることにより、外方端子部３５１と外方端子部３７１との間の凹部３１０を迂回する第２の沿面距離を更に長くすることができる。
【0060】
図５及び図６、並びに図１１及び図１２に例示したケース３の凹部３１０は、収容部３２０側の端部が段差部３１１の側面３１１ｂ～３１１ｄに到達している。言い換えると、上述したケース３の端子配置部３０６Ａにおける外方端子部３７１が配置された上面３０１と外方端子部３５１が配置された上面３０１とは、凹部３１０により分離されている。しかしながら、凹部３１０は、例えば、図１３に示したように、収容部３２０側の端部が段差部３１１の側面３１１ｂ～３１１ｄに到達していなくてもよい。図１３に例示した凹部３１０は、上面視における収容部３２０側の端部の幅Ｗ２が、互いに向かい合う第１の主端子３７０の外方端子部３７１と第２の主端子３５０の外方端子部３５１との間を通る区間の幅Ｗ１よりも広い。そのため、凹部３１０の収容部３２０側の端部が段差部３１１の側面３１１ｂ～３１１ｄに到達していない場合でも、凹部３１０を迂回する第２の沿面距離を長くすることができる。
【0061】
また、外方端子部３５１と外方端子部３７１との凹部３１０を迂回する第２の沿面距離を長くする場合、例えば、図１４に示すように、段差部３１１における収容部３２０側に突出させる部分の上面視での形状を矩形波状にしてもよい。図１４には、端子配置部３０６Ａにおける外方端子部３７１が配置された上面３０１と外方端子部３５１が配置された上面３０１とが段差部３１１の矩形波状の部位に沿って連続している例を示しているが、２つの上面３０１は凹部３１０により分離していてもよい。また、段差部３１１における矩形波状の部位は、例えば、側面３１１ｂが凹部３１０の第１の壁面３１０ａを延長した面であり、側面３１１ｄが凹部３１０の第２の壁面３１０ｂを延長した面であってもよい。更に、図示は省略するが、段差部３１１における収容部３２０側に突出させる部分の上面視での形状は、他の形状、例えば、三角波状や円弧状であってもよい。
【0062】
図１５には、互いに向かい合う外方端子部３５１の側面３５１ａと外方端子部３７１の側面３７１ａとの間を通る区間の深さＤ１と、当該区間よりも収容部３２０側の区間の深さＤ２との関係がＤ１＞Ｄ２である凹部３１０を例示している。深さＤ１は、図７を参照して上述した凹部３１０の第１の壁面３１０ａ、底面３１０ｃ、及び第２の壁面３１０ｂに沿った第１の沿面距離と関連付けられる深さＤと対応する。一方、凹部３１０の延伸方向における外方端子部３５１及び外方端子部３７１の収容部３２０側の端部の位置ＹＮよりも収容部３２０では、図６等を参照して上述したように、端子配置部３０６Ａの凹部３１０を迂回する第２の沿面距離が外方端子部３５１及び３７１間の絶縁性と関連付けられる。このため、凹部３１０の延伸方向における位置ＹＮよりも収容部３２０側の区間の凹部３１０の深さＤ２は、位置ＹＮよりも収容部３２０から遠方の区間の深さＤ１と同一でなくてもよい。図１５に例示したようにＤ１＞Ｄ２（＞０）となる凹部３１０を形成すると、例えば、凹部３１０が形成された部分におけるケース部材３００（端子配置部３０６Ａ）の変形を抑制することができる。なお、凹部３１０は、例えば、外方端子部３５１及び外方端子部３７１における収容部３２０から遠方の端部の位置ＹＦよりも更に収容部３２０から遠方となる区間の深さを、位置ＹＮよりも収容部３２０側と同様に第１の沿面距離と関連付けられる深さＤ１より小さくしてもよい。
【0063】
また、図１５に例示したケース３では、端子配置部３０６Ａの壁面３０２のうちの収容部３２０側に突出する突出部３１２は、突出部３１２の下端が壁面３０２と鈍角で接するように、上下方向（Ｚ方向）に対して角度θだけ傾いた傾斜面３１２ｃを含んでいる。図８に例示したケース３の突出部３１２は、下端３１２ｂと壁面３０３とが直角で接している。このため、収容部３２０内に封止材を充填する際に、突出部３１２の下端３１２ｂと壁面３０２との接続部分に充填不良（ボイド）が生じる可能性がある。これに対し、図１５に例示したケース３では、突出部３１２の下端部分と壁面３０２とが鈍角で接続するので、収容部３２０内に封止材を注入した際に突出部３１２の傾斜面３１２ｃと壁面３０２との接続部分に充填不良（ボイド）が生じることを抑制できる。なお、傾斜面３１２ｃの角度θは、特定の角度に限定されない。また、突出部３１２の傾斜面３１２ｃは、上端から下端までの全体にわたっていてもよい。また、突出部３１２は、例えば、収容部３２０側に凸の曲面状の面で構成されてもよい。
【0064】
更に、凹部３１０は、上端（開口端）から底面３１０ｃまで単一の幅である形状に限定されない。例えば、凹部３１０は、図１６に示したように、上端から深さＤ３までは幅Ｗ１であり、深さＤ３から深さＤ４までは幅Ｗ３（＜Ｗ１）となる形状であってもよい。この種の凹部３１０の幅は、２通りに限らず、３通り以上であってもよい。
【0065】
上述した実施の形態の半導体装置１は、特定の用途に限定されないが、冷却器９を備えた半導体装置１は、特に、高温度の環境下で使用することに適している。例えば、上述した実施の形態の半導体装置１は、車載用モータのインバータ装置等の電力変換装置に適用され得る。図１７を参照して、本発明に係る半導体装置１が適用された車両について説明する。
【0066】
図１７は、本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。図１７に示す車両１５０１は、例えば、４つの車輪１５０２を備えた四輪車で構成される。車両１５０１は、例えば、モータ等によって車輪を駆動させる電気自動車、モータの他に内燃機関の動力を用いたハイブリッド車であってもよい。また、半導体装置１を適用する車両は、四輪車に限らず、二輪車や鉄道車両等であってもよい。
【0067】
車両１５０１は、車輪１５０２に動力を付与する駆動部１５０３と、駆動部１５０３を制御する制御装置１５０４と、を備える。駆動部１５０３は、例えば、エンジン、モータ、エンジンとモータのハイブリッドの少なくとも１つで構成されてよい。
【0068】
制御装置１５０４は、駆動部１５０３の制御（例えば、電力制御）を実施する。制御装置１５０４は、上述した実施の形態の冷却器９を含む半導体装置１を備える。半導体装置１は、駆動部１５０３に対する電力制御を実施するように構成され得る。
【0069】
本発明に係る半導体装置１の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【0070】
以下、上述した実施の形態における特徴点を整理する。
【0071】
上述した実施の形態に係る半導体装置は、配線板上に半導体素子が配置された回路板と、前記回路板が収容された収容部を有するケース部材と、各々が前記ケース部材の端子配置部に露出した外方端子部と前記ケース部材の前記収容部内で前記回路板の導体と電気的に接続された内方端子部とを有する複数の主端子と、を備え、
前記ケース部材は、前記端子配置部の前記外方端子部が配置された第１の面の平面視において前記端子配置部と前記収容部とが隣接する形状であり、
前記複数の主端子は、前記ケース部材の前記第１の面の平面視における前記端子配置部と前記収容部との境界に沿った第１の方向に所定の間隙で前記外方端子部が配置された第１の主端子と第２の主端子とを含み、
前記ケース部材の前記端子配置部は、
前記第１の面における前記第１の主端子の前記外方端子部と前記第２の主端子の前記外方端子部との間に、前記第１の面から前記第１の面とは反対側の第２の面の方向に変位し、前記第１の面の平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する凹部であって、前記第２の方向における前記凹部の一方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に位置し、前記第２の方向における前記凹部の他方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部から遠い端部よりも前記収容部から遠方に位置する、前記凹部と、
前記収容部に面した壁面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置において前記収容部側に突出し、前記凹部と前記収容部とを隔てる突出部と、を有する。
前記ケース部材は、前記端子配置部の前記外方端子部が配置された第１の面の平面視において前記端子配置部と前記収容部とが隣接する形状であり、
前記複数の主端子は、前記ケース部材の前記第１の面の平面視における前記端子配置部と前記収容部との境界に沿った第１の方向に所定の間隙で前記外方端子部が配置された第１の主端子と第２の主端子とを含み、
前記ケース部材の前記端子配置部は、
前記第１の面における前記第１の主端子の前記外方端子部と前記第２の主端子の前記外方端子部との間に、前記第１の面から前記第１の面とは反対側の第２の面の方向に変位し、前記第１の面の平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する凹部であって、前記第２の方向における前記凹部の一方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に位置し、前記第２の方向における前記凹部の他方の端が、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部から遠い端部よりも前記収容部から遠方に位置する、前記凹部と、
前記収容部に面した壁面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置において前記収容部側に突出し、前記凹部と前記収容部とを隔てる突出部と、を有する。
【0072】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記ケース部材の前記端子配置部は、前記第１の面と前記収容部との間に、前記端子配置部と前記収容部との境界に沿って前記第１の面から前記第２の面とは反対の方向に突出する段差部を有し、前記段差部は、前記外方端子部側を向いた面のうちの前記凹部の前記一方の端を前記第２の方向に延長した位置が前記収容部側に変位している。
【0073】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記凹部は、前記第１の面の平面視における前記一方の端が前記段差部の前記外方端子部側を向いた面の位置に到達している。
【0074】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記凹部は、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部から遠方となる第１の区間よりも前記第１の方向の距離が長くなる区間を有する。
【0075】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記端子配置部の前記第１の面は、前記第１の主端子の前記外方端子部が配置された領域と、前記第２の主端子の前記外方端子部が配置された領域とが、前記凹部により分離している。
【0076】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記端子配置部の前記第１の面は、前記第１の主端子の前記外方端子部が配置された領域と、前記第２の主端子の前記外方端子部が配置された領域とが、前記凹部の前記一方の端よりも前記収容部側に位置する領域を介して連続している。
【0077】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記凹部は、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部側に、前記第１の主端子の前記外方端子部及び前記第２の主端子の前記外方端子部の前記収容部に近い端部よりも前記収容部から遠方となる第１の区間よりも、前記第１の面からの深さが浅い区間を有する。
【0078】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記回路板は、前記半導体素子が前記配線板よりも前記端子配置部の前記第１の面に近い向きで前記収容部内に収容され、前記ケース部材は、前記収容部に面した壁面のうちの前記突出部により前記収容部側に突出した部分の前記第２の面に近い端が、前記配線板の前記半導体素子が配置された面よりも前記第１の面側に位置する。
【0079】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記ケース部材は、前記収容部に面した壁面のうちの前記突出部により前記収容部側に突出した部分の突出量が、前記第１の面から前記第２の面に向かうにつれて小さくなる。
【0080】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記回路板は、第１の入力端と、第２の入力端と、出力端とを有するインバータ回路が形成されており、前記第１の主端子が前記インバータ回路の前記第１の入力端と電気的に接続され、前記第２の主端子が前記インバータ回路の前記第２の入力端と電気的に接続される。
【0081】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記ケース部材は、前記収容部を挟んで前記第１の主端子及び前記第２の主端子が配置された前記端子配置部とは反対側に、前記出力端と電気的に接続される第３の主端子が配置された端子配置部を有する。
【0082】
上記実施の形態に係る半導体装置において、前記ケース部材は、前記第１の面側及び前記第２の面側が開口した中空部を前記収容部とする概略環形状である。
【0083】
上記実施の形態に係る半導体装置は、前記配線板の前記半導体素子が配置された面とは反対側の面に熱的に接続される冷却器をさらに備える。
【0084】
上述の実施の形態に係る車両は、上記実施の形態に係る半導体装置を備える。
【産業上の利用可能性】
【0085】
以上説明したように、本発明は、沿面距離に依存する絶縁性を確保しつつ半導体装置をより小型化することができるという効果を有し、特に、電力変換装置として用いられる産業用又は電装用の半導体装置、及び車両に有用である。
【符号の説明】
【0086】
１ 半導体装置
２ 回路板
２００ 配線板
２１０ 絶縁基板
２２１～２２４ 導体パターン
２８０Ａ、２８０Ｂ 半導体素子
３ ケース
３００ ケース部材
３０１ 上面
３０２、３０３ 壁面
３０４、３０５ ナット穴
３０６Ａ、３０６Ｂ 端子配置部
３０８ 下面
３１０ 凹部
３１１ 段差部
３１２ 突出部
３２０ 収容部
３３０、３５０、３７０ 主端子
３３１、３５１、３７１ 外方端子部
３３２、３５２、３７２ 内方端子部
３９０、３９５ 制御端子
４１０、４１２ スイッチング素子
４１１、４１３ ダイオード素子
５ 放熱ベース
６Ａ～６Ｄ 配線部品
７Ａ～７Ｃ ナット
８ ボルト
９ 冷却器
１１ インバータ装置
１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、１１０１（Ｗ） 単相インバータ回路
１１０２ 平滑コンデンサ
１１０３ 制御回路
１５０１ 車両
１５０２ 車輪
１５０３ 駆動部
１５０４ 制御装置
２ 回路板
２００ 配線板
２１０ 絶縁基板
２２１～２２４ 導体パターン
２８０Ａ、２８０Ｂ 半導体素子
３ ケース
３００ ケース部材
３０１ 上面
３０２、３０３ 壁面
３０４、３０５ ナット穴
３０６Ａ、３０６Ｂ 端子配置部
３０８ 下面
３１０ 凹部
３１１ 段差部
３１２ 突出部
３２０ 収容部
３３０、３５０、３７０ 主端子
３３１、３５１、３７１ 外方端子部
３３２、３５２、３７２ 内方端子部
３９０、３９５ 制御端子
４１０、４１２ スイッチング素子
４１１、４１３ ダイオード素子
５ 放熱ベース
６Ａ～６Ｄ 配線部品
７Ａ～７Ｃ ナット
８ ボルト
９ 冷却器
１１ インバータ装置
１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、１１０１（Ｗ） 単相インバータ回路
１１０２ 平滑コンデンサ
１１０３ 制御回路
１５０１ 車両
１５０２ 車輪
１５０３ 駆動部
１５０４ 制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】