特許 7172847 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20221109BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20221109BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/48 G

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019092427

(22)【出願日】2019-05-15

(65)【公開番号】P2020188164

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川島 崇功

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５３０７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３０８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４７０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６３７４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４６０３９４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、
その全体が前記上側導電板と前記中間導電板との間に位置しており、前記上側導電板と前記中間導電板とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子と、
その全体が前記中間導電板と前記下側導電板との間に位置しており、前記中間導電板と前記下側導電板とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子と、
を備え、
前記上側導電板の面積と前記下側導電板の面積との一方は、前記中間導電板の面積よりも小さく、
前記上側導電板の面積と前記下側導電板の面積との他方は、前記中間導電板の面積よりも大きい、
半導体装置。

【請求項2】

積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、
前記上側導電板と前記中間導電板との間に位置しており、前記上側導電板と前記中間導電板とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子と、
前記中間導電板と前記下側導電板との間に位置しており、前記中間導電板と前記下側導電板とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子と、
を備え、
前記上側導電板の面積と前記下側導電板の面積との一方は、前記中間導電板の面積よりも小さく、
前記上側導電板の面積と前記下側導電板の面積との他方は、前記中間導電板の面積よりも大きく、
前記上側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも大きく、前記下側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも小さい、
半導体装置。

【請求項3】

前記第１半導体素子と前記第２半導体素子の各々は、第１主電極と、前記第１主電極よりも面積の大きい第２主電極とを有し、
前記第１半導体素子は、前記第１主電極において前記上側導電板に接続されているとともに、前記第２主電極において前記中間導電板に接続されており、
前記第２半導体素子は、前記第１主電極において前記中間導電板に接続されているとともに、前記第２主電極において前記下側導電板に接続されている、請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記上側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも小さく、前記下側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも大きい、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記上側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも大きく、前記下側導電板の面積は、前記中間導電板の面積よりも小さい、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子を封止するとともに、前記上側導電板、前記中間導電板及び前記下側導電板を一体に保持する封止体をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項7】

積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、
その全体が前記上側導電板と前記中間導電板との間に位置しており、前記上側導電板と前記中間導電板とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子と、
その全体が前記中間導電板と前記下側導電板との間に位置しており、前記中間導電板と前記下側導電板とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子と、
を備え、
前記上側導電板、前記中間導電板及び前記下側導電板をそれらに平行な平面へ投影したときに、当該平面上に少なくとも第１領域、第２領域及び第３領域が画定され、
前記第１領域は、前記上側導電板と、前記中間導電板と、前記下側導電板との三つが投影される領域であり、
前記第２領域は、前記上側導電板と前記下側導電板との一方と、前記中間導電板との二つのみが投影される領域であり、
前記第３領域は、前記上側導電板と前記下側導電板との他方のみが投影される領域である、
半導体装置。

【請求項8】

前記上側導電板、前記中間導電板及び前記下側導電板のうちの少なくとも二つは、面積が互いに等しい、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子を封止するとともに、前記上側導電板、前記中間導電板及び前記下側導電板を一体に保持する封止体をさらに備える、請求項７又は８に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、上側導電板と中間導電板との間に位置する第１半導体素子と、中間導電板と下側導電板との間に位置する第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止するとともに、上側導電板、中間導電板及び下側導電板を一体に保持する封止体とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－３６０４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した半導体装置を製造するときは、半導体素子を介して三つの導電板を接合する必要がある。このとき、半導体装置を精度よく製造するためには、例えば治具を用いて、三つの導電板を正しく位置決めする必要がある。しかしながら、その後に取り外す必要があることも考えると、積層配置された三つの導電板を、単一の治具で保持することは難しい。従って、二以上に分割可能な治具を用いることが考えられるが、単一の治具と比較して、そのような複数の治具の使用は寸法精度の低下を招くおそれがある。

【0005】

本明細書は、三以上の導電板が積層された半導体装置において、精度よく製造し得る構造を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する技術は、半導体装置に具現化される。この半導体装置は、積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、上側導電板と中間導電板との間に位置しており、上側導電板と中間導電板とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子と、中間導電板と下側導電板との間に位置しており、中間導電板と下側導電板とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子とを備える。上側導電板の面積と下側導電板の面積との一方は、中間導電板の面積よりも小さい。上側導電板の面積と下側導電板の面積との他方は、中間導電板の面積よりも大きい。

【0007】

上記した半導体装置では、三つの導電板の面積が、それらの積層方向に沿って徐々に大きく（又は、小さく）なっている。このような構造によると、半導体装置を製造するときに、積層配置された三つの導電板を、単一の治具によって同じ方向から保持することができる。単一の治具を用いることによって、半導体装置を精度よく製造することができる。

【0008】

ここで、本明細書における導電板の面積（即ち、上側導電板、中間導電板、下側導電板の各面積）とは、当該導電板の垂直視における面積を意味する。言い換えると、導電板の面積とは、当該導電板をそれに平行な平面へ投影したときの投影面積を意味する。

【0009】

本明細書が開示する技術は、次の半導体装置にも具現化される。この半導体装置は、積層配置された上側導電板、中間導電板及び下側導電板と、上側導電板と中間導電板との間に位置しており、上側導電板と中間導電板とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子と、中間導電板と下側導電板との間に位置しており、中間導電板と下側導電板とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子とを備える。この半導体装置では、上側導電板、中間導電板及び下側導電板をそれらに平行な平面へ投影したときに、当該平面上に少なくとも第１領域、第２領域及び第３領域が画定される。第１領域は、上側導電板と、中間導電板と、下側導電板との三つが投影される領域である。第２領域は、上側導電板と下側導電板との一方と、中間導電板との二つのみが投影される領域である。そして、第３領域は、上側導電板と下側導電板との他方のみが投影される領域である。

【0010】

上記した構造においても、半導体装置を製造するときに、積層配置された三つの導電板を、単一の治具によって同じ方向から保持することができる。単一の治具を用いることによって、半導体装置を精度よく製造することができる。この場合、三つの導電板の面積は、互い同じであってもよいし、互いに異なってもよい。例えば、半導体装置内の予想される温度分布を考慮して、各々の導電板の面積を適宜定めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例の半導体装置１０の外観を示す。

【図2】図１中のＩＩ－ＩＩ線における断面図を示す。

【図3】図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図を示す。

【図4】実施例の半導体装置１０の回路構造を示す。

【図5】三つの導電板１６、２０、１８をそれらに平行な平面に投影した投影領域Ｐ１６、Ｐ２０、Ｐ１８を示す。図中の投影領域Ｐ１６は上側導電板１６の投影領域を示し、投影領域Ｐ２０は中間導電板２０の投影領域を示し、投影領域Ｐ１８は下側導電板１８の投影領域を示す。

【図6】半導体素子１２、１４を介して積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を単一の治具９０によって保持する様子を示す。

【図7】成形型９２を用いて封止体３０を成形する様子を示す図。

【図8】一変形例の半導体装置１０Ａの構成を模式的に示す断面図であって、図２に示す断面図に対応する。

【図9】一変形例の半導体装置１０Ｂの構成を模式的に示す断面図であって、図２に示す断面図に対応する。

【図10】図９に示す半導体装置１０Ｂに採用された三つの導電板１６、１８、２０の形状を示す。図１０（ａ）は、上側導電板１６を垂直視（平面視）した図であり、図１０（ｂ）は、中間導電板２０を垂直視（平面視）した図であり、図１０（ｃ）は、下側導電板１８を垂直視（平面視）した図である。

【図11】図９に示す半導体装置１０Ｂに関して、三つの導電板１６、２０、１８をそれらに平行な平面に投影した投影領域Ｐ１６、Ｐ２０、Ｐ１８を示す。図中の投影領域Ｐ１６は上側導電板１６の投影領域を示し、投影領域Ｐ２０は中間導電板２０の投影領域を示し、投影領域Ｐ１８は下側導電板１８の投影領域を示す。

【図12】図９に示す半導体装置１０Ｂに関して、半導体素子１２、１４を介して積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を単一の治具９０によって保持する様子を示す。

【図13】一変形例の半導体装置１０Ｃの構成を模式的に示す断面図であって、図２に示す断面図に対応する。

【図14】関連技術の参考例１の半導体装置１００の外観を示す。

【図15】図１４中のＸＶ－ＸＶ線における断面図を示す。

【図16】図１４中のＸＶＩ－ＸＶＩ線における断面図を示す。

【図17】参考例１の半導体装置１００の回路構造を示す。

【図18】参考例１の半導体装置１００の特性をコンピュータシミュレーションで計算した結果を示す。

【図19】参考例１に関する一変形例の半導体装置１００Ａの構成を模式的に示す断面図である。

【図20】参考例１に関する他の一変形例の半導体装置１００Ｂの構成を模式的に示す断面図である。

【図21】参考例１に関する一変形例の半導体装置１００Ｃの構成を模式的に示す断面図である。

【図22】関連技術の参考例２の半導体装置２００の外観を示す。

【図23】図２２中のＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線における断面図を示す。

【図24】図２２中のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線における断面図を示す。

【図25】参考例２の半導体装置２００の回路構造を示す。

【図26】参考例２に関する一変形例の半導体装置２００Ａの構成を模式的に示す断面図である。

【図27】参考例２に関する一変形例の半導体装置２００Ｂの構成を模式的に示す断面図である。

【図28】参考例２に関する一変形例の半導体装置２００Ｃの構成を模式的に示す断面図である。

【図29】参考例２に関する一変形例の半導体装置２００Ｄの構成を模式的に示す断面図である。

【図30】参考例２に関する一変形例の半導体装置２００Ｅの構成を模式的に示す断面図である。

【図31】関連技術の参考例３の半導体装置３００の外観を示す。

【図32】図３１中のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線における断面図を示す。

【図33】図３１中のＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ線における断面図を示す。

【図34】参考例３の半導体装置３００の回路構造を示す。

【図35】参考例３に関する一変形例の半導体装置３００’の構成を模式的に示す断面図である。

【図36】参考例３に関する一変形例の半導体装置３００’’の構成を模式的に示す断面図である。

【図37】参考例３に関する他の一変形例の半導体装置３００Ａの構成を模式的に示す断面図であって、図３２の断面図に対応する。

【図38】参考例３に関する前記他の変形例の半導体装置３００Ａの構成を模式的に示す断面図であって、図３３の断面図に対応する。

【図39】図３７、３８に示す変形例の半導体装置３００Ａの回路構造を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本技術の一実施形態において、第１半導体素子と第２半導体素子の各々は、第１主電極と、第１主電極よりも面積の大きい第２主電極とを有してもよい。第１半導体素子は、第１主電極において上側導電板に接続されているとともに、第２主電極において中間導電板に接続されていてもよい。そして、第２半導体素子は、第１主電極において中間導電板に接続されているとともに、第２主電極において下側導電板に接続されていてもよい。即ち、第１半導体素子と第２半導体素子の各々において、第１主電極は、第２主電極に対して反対側に位置してもよい。

【0013】

第２主電極の面積が、第１主電極の面積よりも大きい場合、各々の半導体素子では、第１主電極よりも第２主電極を介して、より多く熱が放出される。従って、第２主電極に接続される導電板の面積を、第１主電極に接続される導電板の面積よりも大きくして、第２主電極に接続される導電板の放熱性を高めることが考えられる。この観点に基づいて、上記した実施形態では、上側導電板の面積が、中間導電板の面積よりも小さくてもよく、下側導電板の面積が、中間導電板の面積よりも大きくてもよい。

【0014】

あるいは、第２主電極の面積が、第１主電極の面積よりも大きい場合、第１主電極における放熱性は、第２主電極における放熱性よりも劣るとも言える。従って、各々の半導体素子が通電によって発熱したときに、第１主電極における温度が、第２主電極における温度よりも高くなり得る。このような温度差を抑制するためには、第１主電極に接続される導電板の面積を、第２主電極に接続される導電板の面積よりも大きくして、第１主電極に接続される導電板の放熱性を高めることが考えられる。この観点に基づくと、上記した実施形態では、上側導電板の面積が、中間導電板の面積よりも大きくてもよく、下側導電板の面積が、中間導電板の面積よりも小さくてもよい。

【0015】

本技術の一実施形態において、第１半導体素子と第２半導体素子の各々は、第１主電極の周縁に沿って枠状に設けられた保護膜をさらに有してもよい。このような構成であると、保護膜の近辺では、線膨張係数が異なる複数の異種材料が集まることで、熱変形に起因する歪が局所的に増大しやすい。このような歪の増大を抑制するためには、第１主電極の温度上昇を抑制することが有効であり、そのためには、第１主電極に接続される導電板の放熱性を高めることが考えられる。この点に関して、上側導電板の面積が中間導電板の面積よりも大きく、下側導電板の面積が中間導電板の面積よりも小さいと、第１主電極の温度上昇を効果的に抑制することができる。

【0016】

本技術の一実施形態において、上側導電板と下側導電板との間では、面積の小さい方の厚みが、面積の大きい方の厚みよりも大きくてもよい。このような構成によると、上側導電板と下側導電板との間で熱容量の差が小さくなり、第１半導体素子と第２半導体素子の間で生じ得る温度差を低減することができる。

【0017】

本技術の一実施形態において、半導体装置は、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止するとともに、上側導電板、中間導電板及び下側導電板を一体に保持する封止体をさらに備えてもよい。

【実施例】

【0018】

図１－図５を参照して、実施例の半導体装置１０を説明する。本実施例の半導体装置１０は、例えば電気自動車の電力制御装置に採用され、コンバータやインバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。なお、本明細書における電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。

【0019】

半導体装置１０は、複数の半導体素子１２、１４と、複数の導電板１６、１８、２０と、封止体３０とを備える。封止体３０は、複数の半導体素子１２、１４を封止するとともに、複数の導電板１６、１８、２０を一体に保持している。封止体３０は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体３０は、例えばエポキシ樹脂といった、封止用の樹脂材料で構成されている。

【0020】

封止体３０は、概して板形状を有しており、上面３０ａ、下面３０ｂ、第１端面３０ｃ、第２端面３０ｄ、第１側面３０ｅ及び第２側面３０ｆを有する。上面３０ａと下面３０ｂは、互いに反対側に位置しており、第１端面３０ｃ、第２端面３０ｄ、第１側面３０ｅ及び第２側面３０ｆの各々は、上面３０ａと下面３０ｂとの間に広がっている。そして、第１端面３０ｃと第２端面３０ｄとが互いに反対側に位置し、第１側面３０ｅと第２側面３０ｆとが互いに反対側に位置する。

【0021】

複数の半導体素子１２、１４は、第１半導体素子１２と、第２半導体素子１４とを含む。第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、パワー半導体素子であって、互いに同一の構造を有する。各々の半導体素子１２、１４は、半導体基板１２ａ、１４ａ、第１主電極１２ｂ、１４ｂ、第２主電極１２ｃ、１４ｃ及び複数の信号電極１２ｄ、１４ｄを備える。半導体基板１２ａ、１４ａは、特に限定されないが、シリコン基板、炭化シリコン基板又は窒化物半導体基板であってもよい。

【0022】

第１主電極１２ｂ、１４ｂは、半導体基板１２ａ、１４ａの表面に位置しており、第２主電極１２ｃ、１４ｃは、半導体基板１２ａ、１４ａの裏面に位置している。第１主電極１２ｂ、１４ｂと第２主電極１２ｃ、１４ｃは、半導体基板１２ａ、１４ａを介して互いに電気的に接続される。特に限定されないが、各々の半導体素子１２、１４は、スイッチング素子であり、第１主電極１２ｂ、１４ｂと第２主電極１２ｃ、１４ｃとの間を、選択的に導通及び遮断することができる。複数の信号電極１２ｄ、１４ｄは、第１主電極１２ｂ、１４ｂと同じく、半導体基板１２ａ、１４ａの第１の表面に位置している。各々の信号電極１２ｄ、１４ｄは、第１主電極１２ｂ、１４ｂ及び第２主電極１２ｃ、１４ｃよりも十分に小さい。但し、半導体基板１２ａ、１４ａの表面には、第１主電極１２ｂ、１４ｂと複数の信号電極１２ｄ、１４ｄとの両者が位置するので、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積は、第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積よりも小さい。第１主電極１２ｂ、１４ｂ、第２主電極１２ｃ、１４ｃ及び信号電極１２ｄ、１４ｄは、アルミニウム、ニッケル又は金といった、一又は複数種類の金属を用いて構成されることができる。

【0023】

一例ではあるが、図４に示すように、本実施例における各々の半導体素子１２、１４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードとが一体化されたＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴである。第１主電極１２ｂ、１４ｂは、ＩＧＢＴのエミッタ及びダイオードのアノードに接続されており、第２主電極１２ｃ、１４ｃは、ＩＧＢＴのコレクタ及びダイオードのカソードに接続されている。そして、複数の信号電極１２ｄ、１４ｄの一つは、ＩＧＢＴのゲートに接続されている。なお、他の実施形態として、第１半導体素子１２及び／又は第２半導体素子１４は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であってもよい。この場合、第１主電極１２ｂ、１４ｂは、ＭＯＳＦＥＴのソースに接続され、第２主電極１２ｃ、１４ｃは、ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される。そして、複数の信号電極１２ｄ、１４ｄの一つは、ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続される。

【0024】

複数の導電板１６、１８、２０は、上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８を含む。各々の導電板１６、２０、１８は、少なくとも部分的に導電性を有する板状の部材である。三つの導電板１６、２０、１８は積層配置されており、それらの間に複数の半導体素子１２、１４が配置されている。即ち、第１半導体素子１２は、上側導電板１６と中間導電板２０との間に位置しており、上側導電板１６と中間導電板２０とのそれぞれに電気的に接続されている。第２半導体素子１４は、中間導電板２０と下側導電板１８との間に位置しており、中間導電板２０と下側導電板１８とのそれぞれに電気的に接続されている。なお、上側導電板１６と中間導電板２０との間には、二以上の第１半導体素子１２が設けられてもよい。この場合、二以上の第１半導体素子１２は、同じ種類（即ち、同じ構造）の半導体素子であってもよいし、互いに異なる種類（即ち、異なる構造）の半導体素子であってもよい。同様に、中間導電板２０と下側導電板１８との間には、二以上の同じ種類又は異なる種類の第２半導体素子１４が設けられてもよい。

【0025】

上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８は、導電性を有する板状部材であり、少なくとも一部が導体で構成されている。一例ではあるが、本実施例における各々の導電板１６、２０、１８は、金属板であって、銅で構成されている。上側導電板１６は、第１導体スペーサ１３を介して、第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂと電気的に接続されている。中間導電板２０は、第１半導体素子１２の第２主電極１２ｃと電気的に接続されている。特に限定されないが、上側導電板１６と第１導体スペーサ１３との間、第１導体スペーサ１３と第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂとの間、及び、第１半導体素子１２の第２主電極１２ｃと中間導電板２０との間は、導電性を有する接合層５０、５２、５４（例えば、はんだ層）を介して互いに接合されている。

【0026】

中間導電板２０はさらに、第２導体スペーサ１５を介して、第２半導体素子１４の第１主電極１４ｂとも電気的に接続されている。そして、下側導電板１８は、第２半導体素子１４の第２主電極１４ｃと電気的に接続されている。特に限定されないが、中間導電板２０と第２導体スペーサ１５との間、第２導体スペーサ１５と第２半導体素子１４の第１主電極１４ｂとの間、及び、第２半導体素子１４の第２主電極１４ｃと下側導電板１８との間は、導電性を有する接合層６０、６２、６４（例えば、はんだ層）を介して互いに接合されている。

【0027】

上側導電板１６は、封止体３０の上面３０ａにおいて外部に露出されている。これにより、上側導電板１６は、半導体装置１０において電気回路の一部を構成するだけでなく、半導体素子１２、１４の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。同様に、下側導電板１８は、封止体３０の下面３０ｂにおいて外部に露出されている。従って、下側導電板１８もまた、半導体装置１０において電気回路の一部を構成するだけでなく、半導体素子１２、１４の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。

【0028】

半導体装置１０は、複数の電力端子３２、３４、３６と、複数の信号端子４０、４２とを備える。これらの端子３２、３４、３６、４０、４２は、特に限定されないが、銅といった金属で構成されている。複数の電力端子３２、３４、３６は、封止体３０の第２端面３０ｄから突出している。複数の信号端子４０、４２は、封止体３０の第１端面３０ｃから突出している。但し、これらの端子３２、３４、３６、４０、４２の位置や形状といった具体的な構造は、特に限定されない。

【0029】

複数の電力端子３２、３４、３６には、第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６が含まれる。第１電力端子３２は、封止体３０の内部において、上側導電板１６と電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂは、上側導電板１６を介して第１電力端子３２と電気的に接続されている。特に限定されないが、第１電力端子３２は、上側導電板１６と一体に形成されてもよい。

【0030】

第２電力端子３４は、封止体３０の内部において、中間導電板２０と電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２の第２主電極１２ｃ、及び、第２半導体素子１４の第１主電極１２ｂは、中間導電板２０を介して第２電力端子３４と電気的に接続されている。特に限定されないが、第２電力端子３４は、中間導電板２０と一体に形成されてもよい。第３電力端子３６は、封止体３０の内部において、下側導電板１８と電気的に接続されている。これにより、第２半導体素子１４の第２主電極１４ｃは、下側導電板１８を介して第３電力端子３６と電気的に接続されている。特に限定されないが、第３電力端子３６は、下側導電板１８と一体に形成されてもよい。

【0031】

複数の信号端子４０、４２には、複数の第１信号端子４０と複数の第２信号端子４２が含まれる。複数の第１信号端子４０は、封止体３０の内部において、第１半導体素子１２の複数の信号電極１２ｄとそれぞれ電気的に接続されている。特に限定されないが、第１信号端子４０と信号電極１２ｄとの間は、導電性を有する接合層５６（例えば、はんだ層）を介して互いに接合されている。同様に、複数の第２信号端子４２は、封止体３０の内部において、第２半導体素子１４の複数の信号電極１４ｄとそれぞれ電気的に接続されている。特に限定されないが、第２信号端子４２と信号電極１４ｄとの間は、導電性を有する接合層６６（例えば、はんだ層）を介して互いに接合されている。

【0032】

本実施例の半導体装置１０を製造するときは、半導体素子１２、１４を介して、三つの導電板１６、２０、１８を接合する必要がある。このとき、半導体装置１０を精度よく製造するためには、三つの導電板１６、２０、１８を正しく位置決めする必要がある。しかしながら、その後に取り外す必要があることも考えると、積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を、単一の治具で保持することは難しい。従って、二以上に分割可能な治具を用いることが考えられるが、単一の治具と比較して、そのような複数の治具の使用は寸法精度の低下を招くおそれがある。

【0033】

この問題に関して、本実施例の半導体装置１０では、上側導電板１６の面積が、中間導電板２０の面積よりも小さくなっており、下側導電板１８の面積が、中間導電板２０の面積よりも大きくなっている。即ち、三つの導電板１６、２０、１８の面積が、それらの積層方向に沿って、徐々に大きく（又は、小さく）なっている。従って、図５に示すように、三つの導電板１６、２０、１８をそれらに平行な平面へ投影すると、当該平面上には第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３が画定される。第１領域Ｒ１は、上側導電板１６と、中間導電板２０と、下側導電板１８との三つが投影される領域である。第２領域Ｒ２は、下側導電板１８と中間導電板２０との二つのみが投影される領域である。そして、第３領域Ｒ３は、下側導電板１８のみが投影される領域である。

【0034】

上記した構造によると、図６に示すように、積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を、単一の治具９０によって同じ方向から保持することができる。単一の治具９０を用いることによって、半導体装置１０を精度よく製造することができる。加えて、図７に示すように、半導体装置１０を製造するときは、成形型９２を用いて封止体３０の成形（インサート成形）が行われる。このとき、三つの導電板１６、２０、１８の面積が、それらの積層方向に沿って徐々に大きく（又は、小さく）なっていると、封止体３０の材料（例えば、樹脂）が成形型９２内をスームズに流動しやすく、ボイドといった欠陥の発生を抑制することができる。

【0035】

本実施例の半導体装置１０では、各々の半導体素子１２、１４が第１主電極１２ｂ、１４ｂと第２主電極１２ｃ、１４ｃとを有し、第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積が、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積よりも大きい。第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積が、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積よりも大きいと、各々の半導体素子１２、１４では、第１主電極１２ｂ、１４ｂよりも第２主電極１２ｃ、１４ｃを介して、より多く熱が放出される。従って、第２主電極１２ｃ、１４ｃに接続される導電板１８、２０の面積を、第１主電極１２ｂ、１４ｂに接続される導電板１６、２０の面積よりも大きくして、第２主電極１２ｃ、１４ｃに接続される導電板１８、２０の放熱性を高めることが考えられる。この観点に基づいて、本実施例の半導体装置１０では、上側導電板１６の面積が、中間導電板２０の面積よりも小さく、かつ、下側導電板１８の面積が、中間導電板２０の面積よりも大きくなっている。

【0036】

図８は、一変形例の半導体装置１０Ａを示す。図８に示すように、この半導体装置１０Ａでは、下側導電板１８の面積が、中間導電板２０の面積よりも小さく、上側導電板１６の面積が、中間導電板２０の面積よりも大きい。この変形例においても、三つの導電板１６、２０、１８の面積が、それらの積層方向に沿って徐々に大きく（又は、小さく）なっている。従って、この半導体装置１０Ａを製造するときも、積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を、単一の治具９０によって同じ方向から保持し易く、半導体装置１０Ａを精度よく製造することができる。

【0037】

各々の半導体素子１２、１４では、第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積が、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積よりも大きいので、第１主電極１２ｂ、１４ｂにおける放熱性は、第２主電極１２ｃ、１４ｃにおける放熱性よりも劣る。従って、各々の半導体素子１２、１４が通電によって発熱したときに、第１主電極１２ｂ、１４ｂにおける温度は、第２主電極１２ｃ、１４ｃにおける温度よりも高くなり得る。このような温度差を抑制するためには、第１主電極１２ｂ、１４ｂに接続される導電板１６、２０の面積を、第２主電極１２ｃ、１４ｃに接続される導電板２０、１８の面積よりも大きくして、第１主電極１２ｂ、１４ｂに接続される導電板１６、２０の放熱性を高めることが考えられる。この観点に基づいて、本変形例の半導体装置１０Ａでは、上側導電板１６の面積が、中間導電板２０の面積よりも大きくなっており、下側導電板１８の面積が、中間導電板２０の面積よりも小さくなっている。

【0038】

図８に示す変形例の半導体装置１０Ａでは、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４の各々が、第１主電極１２ｂ、１４ｂの周縁に沿って枠状に設けられた保護膜（図示省略）をさらに有してもよい。このような構成であると、保護膜の近辺では、線膨張係数が異なる複数の異種材料が集まることによって、熱変形に起因する歪が局所的に増大しやすいことが知られている。このような歪の増大を抑制するためには、第１主電極１２ｂ、１４ｂの温度上昇を抑制することが有効であり、そのためには、第１主電極１２ｂ、１４ｂに接続される導電板１６、２０の放熱性を高めることが考えられる。この点に関して、上側導電板１６の面積が中間導電板２０の面積よりも大きく、下側導電板１８の面積が中間導電板２０の面積よりも小さいと、第１主電極１２ｂ、１４ｂの温度上昇を効果的に抑制することができる。

【0039】

図９、図１０は、他の一変形例の半導体装置１０Ｂを示す。図９に示すように、この半導体装置１０Ｂでは、三つの導電板１６、２０、１８の面積が、ほぼ等しくなっている。しかしながら、図１０に示すように、三つの導電板１６、２０、１８は、互いに異なる形状を有している。即ち、上側導電板１６は、概して矩形状を有しているが、四つの角は面取りされている。中間導電板２０も、概して矩形状を有しているが、対角に位置する二つの角のみが面取りされている。そして、下側導電板１８は、概して矩形状を有しており、その角部は面取りされていない。

【0040】

上記した構造においても、図１１に示すように、三つの導電板１６、２０、１８をそれらに平行な平面へ投影すると、当該平面上には第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３が画定される。第１領域Ｒ１は、上側導電板１６と、中間導電板２０と、下側導電板１８との三つが投影される領域である。第２領域Ｒ２は、下側導電板１８と中間導電板２０との二つのみが投影される領域である。そして、第３領域Ｒ３は、下側導電板１８のみが投影される領域である。従って、本変形例の構造においても、図１２に示すように、積層配置された三つの導電板１６、２０、１８を、単一の治具９０によって同じ方向から保持することができる。単一の治具９０を用いることによって、半導体装置１０を精度よく製造することができる。

【0041】

なお、下側導電板１８を単一の治具９０で安定して保持するためには、第３領域Ｒ３内に位置する三つの点を頂点として、下側導電板１８の重心位置を取り囲む三角形が描けるとよい。同様に、中間導電板２０を単一の治具９０で安定して保持するためには、第２領域Ｒ２内に位置する三つの点を頂点として、中間導電板２０の重心位置を取り囲む三角形が描けるとよい。但し、治具９０は、例えば吸着機構やクランプ機構を有してもよく、この場合、そのような限定は必ずしも必要とされない。

【0042】

図１３は、他の一変形例の半導体装置１０Ｃを示す。図１２に示すように、この半導体装置１０Ｃでは、面積の小さい上側導電板１６の厚みが、面積の大きい下側導電板１８の厚みよりも大きくなっている。このように、上側導電板１６と下側導電板１８との間で、面積の小さい方の厚みが、面積の大きい方の厚みよりも大きいと、上側導電板１６と下側導電板１８との間で熱容量の差が小さくなる。これにより、二つの導電板１６、１８の間で放熱性の差も小さくなるので、例えば、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との間で生じ得る温度差を低減することができる。

【0043】

（関連技術の参考例１）
図１４－図２１を参照して、関連技術の参考例１について説明する。なお、上述した実施例の半導体装置１０と共通又は対応する構成要素については、同一の符号を付すことによって重複する説明を適宜省略する。図１４－図１７に示すように、参考例１の半導体装置１００もまた、積層配置された上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８と、上側導電板１６と中間導電板２０との間に位置しており、上側導電板１６と中間導電板２０とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子１２と、中間導電板２０と下側導電板１８との間に位置しており、中間導電板２０と下側導電板１８とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４を封止するとともに、上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８を一体に保持する封止体３０と、を備える。

【0044】

参考例１の半導体装置１００は、上述した実施例の半導体装置１０と同様に、コンバータやインバータといった電力変換回路に組み込まれ、電流を導通及び遮断するスイッチング回路を構成することができる。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４に電流が流れると、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４がそれぞれ発熱する。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４が発熱すると、それらに隣接する三つの導電板１６、１８、２０の温度も上昇して、各々の導電板１６、１８、２０には熱膨張が生じる。特に、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との間に位置する中間導電板２０は、上側導電板１６及び下側導電板１８よりも高温となりやすい。この場合、中間導電板２０には、上側導電板１６及び下側導電板１８よりも大きな熱膨張が生じこととなり、その結果、半導体装置１００内に生じる歪を局所的に増大させるおそれがある。

【0045】

そのことから、参考例１の半導体装置１００では、中間導電板２０の厚みＴ２０が、上側導電板１６の厚みＴ１６及び下側導電板１８の厚みＴ１８よりも、小さくなっている（図１５参照）。中間導電板２０の厚みＴ２０が比較的に小さいことにより、中間導電板２０に生じ得る熱膨張力は比較的に小さくなる。前述したように、中間導電板２０の熱膨張力とは、中間導電板２０が熱膨張するときに、中間導電板２０から他の部材（例えば、隣接する接合層５４、６０）に作用する力を意味する。中間導電板２０に生じる熱膨張力が小さいことから、中間導電板２０の熱膨張は、隣接する他の部材（例えば、封止体３０）によって有意に抑制される。これにより、半導体装置１００の内部（特に、接合層５４、６０）で生じる局所的な歪を低減することができる。

【0046】

加えて、中間導電板２０の厚みＴ２０が小さいほど、第１半導体素子１２から下側導電板１８までの距離は短くなる。これにより、第１半導体素子１２から下側導電板１８までの熱抵抗が小さくなって、第１半導体素子１２の熱が下側導電板１８からも効果的に放熱される。同様に、中間導電板２０の厚みＴ２０が小さいほど、第２半導体素子１４から上側導電板１６までの距離は短くなる。これにより、第２半導体素子１４から上側導電板１６までの熱抵抗が小さくなって、第２半導体素子１４の熱が上側導電板１６からも効果的に放熱される。従って、中間導電板２０の厚みＴ２０が小さいほど、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の温度上昇が抑制される。

【0047】

参考例１の半導体装置１００では、特に限定されないが、上側導電板１６の厚みＴ１６が、下側導電板１８の厚みＴ１８よりも大きい。この点に関して、各々の半導体素子１２、１４では、第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積が、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積よりも大きい。従って、各々の半導体素子１２、１４では、第１主電極１２ｂ、１４ｂよりも第２主電極１２ｃ、１４ｃを介して、より多く熱が放出される。言い換えると、第１主電極１２ｂ、１４ｂにおける放熱性は、第２主電極１２ｃ、１４ｃにおける放熱性よりも劣る。この不均等な放熱性を改善するためには、第１主電極１２ｂに接続された上側導電板１６の厚みＴ１６を、第２主電極１２ｃに接続された下側導電板１８の厚みＴ１８よりも大きくすることが有効である。このような構成によると、上側導電板１６が比較的に大きな熱容量を有することで、第１主電極１２ｂからの放熱が促進されることになり、第１主電極１２ｂにおける放熱性が改善される。

【0048】

図１８は、上記の知見を確認するために、本発明者らによって実施されたコンピュータシミュレーションの結果である。このコンピュータシミュレーションでは、三つの導電板１６、２０、１８の各厚みＴ１６、Ｔ２０、Ｔ１８を、それぞれ０．５ｍｍ～２．０ｍｍの間で変更しながら、各サンプルについて（即ち、厚みＴ１６、Ｔ２０、Ｔ１８の各組合せについて）、半導体装置１００の熱抵抗（℃／Ｗ）と最大歪を計算した。その結果、図５に示すように、中間導電板２０の厚みＴ２０が０．５ｍｍであり、上側導電板１６の厚みＴ１６が２．０ｍｍであり、下側導電板１８の厚みＴ１８が１．５ｍｍのときに、半導体装置１００内に生じる最大歪が最小となることが確認された。また、中間導電板２０の厚みＴ２０が０．５±０．１ｍｍであり、上側導電板１６の厚みＴ１６が２．０ｍｍであり、下側導電板１８の厚みＴ１８が１．５±０．１ｍｍの範囲内であると、半導体装置１００内に生じる最大歪が十分に低減されることが確認された。

【0049】

図１９は、一変形例の半導体装置１００Ａを示す。図１９に示すように、上側導電板１６の厚みＴ１６と、下側導電板１８の厚みＴ１８は、互いに等しくてもよい。この変形例においても、中間導電板２０の厚みＴ２０が、上側導電板１６の厚みＴ１６及び下側導電板１８の厚みＴ１８よりも小さいことから、中間導電板２０の熱膨張が抑制されることによって、半導体装置１００Ａ内の局所的な歪が低減される。

【0050】

図２０は、一変形例の半導体装置１００Ｂを示す。図２０に示すように、中間導電板２０の面積は、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積よりも小さくてもよい。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の熱は、上側導電板１６及び下側導電板１８を介して外部へ放出される。これに対して、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との間に位置する中間導電板２０は、封止体３０の内部に位置しており、そこには第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の熱が蓄積されやすい。そのことから、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積を大きくし、中間導電板２０の面積を小さくすることで、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の温度上昇を効果的に抑制することができる。

【0051】

図２１は、一変形例の半導体装置１００Ｃを示す。図２１に示すように、中間導電板２０の面積は、上側導電板１６の面積及び／又は下側導電板１８の面積よりも大きくてもよい。このような構成によると、上側導電板１６と下側導電板１８の間に位置する中間導電板２０が、上側導電板１６と下側導電板１８との間から部分的に突出する。従って、例えば半導体装置１００Ｃを製造するときに、中間導電板２０を上側導電板１６及び／又は下側導電板１８と共に、共通の治具によって支持しやすい。なお、上側導電板１６の面積と下側導電板１８の面積は、互いに等しくてもよいし、互いに異なってもよい。

【0052】

（関連技術の参考例２）
図２２－図３０を参照して、関連技術の参考例２について説明する。なお、上述した実施例の半導体装置１０と共通又は対応する構成要素については、同一の符号を付すことによって重複する説明を適宜省略する。図２２－図２５に示すように、参考例２の半導体装置２００もまた、積層配置された上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８と、上側導電板１６と中間導電板２０との間に位置しており、上側導電板１６と中間導電板２０とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子１２と、中間導電板２０と下側導電板１８との間に位置しており、中間導電板２０と下側導電板１８とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４を封止するとともに、上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８を一体に保持する封止体３０と、を備える。

【0053】

参考例２の半導体装置２００では、上側導電板１６及び下側導電板１８と同様に、中間導電板２０も封止体３０の側面３０ｅ、３０ｆにおいて外部に露出されており、放熱板として機能することができる。図２３に示すように、中間導電板２０は、封止体３０の内部で第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４に接合された本体部２０ａと、封止体３０の側面３０ｅ、３０ｆから外部に露出された露出部２０ｂとを有する。そして、中間導電板２０の露出部２０ｂにおける厚みＴｂは、中間導電板２０の本体部２０ａにおける厚みＴａと等しいか、それよりも大きい。

【0054】

参考例２の半導体装置２００もまた、コンバータやインバータといった電力変換回路に組み込まれ、電流を導通及び遮断するスイッチング回路を構成することができる。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４に電流が流れると、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４がそれぞれ発熱する。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４が発熱すると、それらに隣接する三つの導電板１６、１８、２０の温度も上昇して、各々の導電板１６、１８、２０には熱膨張が生じる。特に、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との間に位置する中間導電板２０は、上側導電板１６及び下側導電板１８よりも高温となりやすい。

【0055】

そのことから、参考例２の半導体装置２００では、中間導電板２０が封止体３０の側面３０ｅ、３０ｆにおいて外部に露出されており、中間導電板２０の熱が外部へ放出されやすい。これにより、中間導電板２０の温度上昇が有意に抑制される。特に、中間導電板２０の露出部２０ｂに接するよう冷却器を配置することで、中間導電板２０の温度上昇が抑制するとともに、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の両者を効率的に冷却することができる。

【0056】

図２６は、参考例２に係る一変形例の半導体装置２００Ａを示す。図２６に示すように、中間導電板２０の露出部２０ｂにおける厚みＴｂは、中間導電板２０の本体部２０ａにおける厚みＴａよりも、十分に大きくしてもよい。この場合、露出部２０ｂにおける厚みＴｂは、本体部２０ａにおける厚みＴａの二倍以上であってもよい。このような構成によると、中間導電板２０の温度上昇をさらに抑制することができる。加えて、中間導電板２０の形状は、三つの導電板１６、１８、２０の積層方向（図５の上下方向）において対称であってもよい。このような構成によると、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との温度差を小さくすることができる。中間導電板２０の温度上昇をさらに抑制することができる。

【0057】

図２７は、参考例２に係る他の一変形例の半導体装置２００Ｂを示す。図２７に示すように、中間導電板２０の露出部２０ｂは、封止体３０の上面３０ａ（又は下面３０ｂ）において外部に露出されてもよい。即ち、中間導電板２０の露出部２０ｂは、上側導電板１６及び／又は下側導電板１８と共に、封止体３０の同じ表面から露出されていてもよい。このような構成によると、封止体３０の上面３０ａ又は下面３０ｂに沿って冷却器を配置することにより、中間導電板２０と上側導電板１６／又は下側導電板１８とを同時に冷却することができる。

【0058】

図２８は、参考例２に係る他の一変形例の半導体装置２００Ｃを示す。図２８に示すように、中間導電板２０の露出部２０ｂは、封止体３０の上面３０ａ及び下面３０ｂの両方において外部に露出されてもよい。このような構成によると、封止体３０の上面３０ａ及び下面３０ｂのそれぞれに冷却器を配置することにより、中間導電板２０を二つの冷却器によって効率よく冷却することができる。

【0059】

図２９は、参考例２に係る他の一変形例の半導体装置２００Ｄを示す。図２９に示すように、中間導電板２０の露出部２０ｂは、封止体３０の側面３０ｅ、３０ｆ、上面３０ａ及び下面３０ｂのそれぞれにおいて外部に露出されてもよい。このような構成によると、中間導電板２０が広く外部へ露出されるので、中間導電板２０からより多くの熱を外部へ放出することができる。

【0060】

図３０は、参考例２に係る他の一変形例の半導体装置２００Ｅを示す。図３０に示すように、封止体３０は、中間導電板２０によって、第１封止体３０Ｘと第２封止体３０Ｙとに分割されていてもよい。第１封止体３０Ｘは、上側導電板１６と中間導電板２０との間に充填されており、第１半導体素子１２を封止している。第２封止体３０Ｙは、中間導電板２０と下側導電板１８との間に充填されており、第２半導体素子１４を封止している。この半導体装置２００Ｅにおいても、中間導電板２０は、封止体３０の内部で第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４に接合された本体部２０ａと、封止体３０の表面から外部に露出された露出部２０ｂを有している。そして、中間導電板２０の露出部２０ｂにおける厚みＴｂは、中間導電板２０の本体部２０ａにおける厚みＴａと等しいか、又は当該厚みＴａよりも大きくなっている。

【0061】

（関連技術の参考例３）
図３１－図３９を参照して、関連技術の参考例３について説明する。なお、上述した実施例の半導体装置１０と共通又は対応する構成要素については、同一の符号を付すことによって重複する説明を適宜省略する。図３１－図３４に示すように、参考例２の半導体装置３００もまた、積層配置された上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８と、上側導電板１６と中間導電板２０との間に位置しており、上側導電板１６と中間導電板２０とのそれぞれに電気的に接続された第１半導体素子１２と、中間導電板２０と下側導電板１８との間に位置しており、中間導電板２０と下側導電板１８とのそれぞれに電気的に接続された第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４を封止するとともに、上側導電板１６、中間導電板２０及び下側導電板１８を一体に保持する封止体３０と、を備える。

【0062】

上側導電板１６と下側導電板１８は金属板であり、例えば銅といった金属で構成されている。上側導電板１６は、接合層５２を介して、第１半導体素子１２の第２主電極１２ｃに接合されている。接合層５２は、例えばはんだ層であって、上側導電板１６と第１半導体素子１２との間を電気的に、かつ熱的に接続する。上側導電板１６は、封止体３０の上面３０ａに露出している。従って、上側導電板１６は、第１半導体素子１２に接続された電気回路の一部を構成するだけでなく、第１半導体素子１２の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。下側導電板１８は、接合層６２を介して、第２半導体素子１４の第２主電極１４ｃに接合されている。この接合層６２も、例えばはんだ層であって、下側導電板１８と第２半導体素子１４との間を電気的に、かつ熱的に接続する。下側導電板１８は、封止体３０の下面３０ｂに露出している。従って、下側導電板１８は、第２半導体素子１４に接続された電気回路の一部を構成するだけでなく、第２半導体素子１４の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。

【0063】

中間導電板２０は、絶縁体基板２２と、第１金属層２４と、第２金属層２６とを含む積層構造を有する。絶縁体基板２２は、絶縁体で構成された基板であり、例えばセラミック基板であってもよい。第１金属層２４は、例えば銅といった金属で構成されており、絶縁体基板２２の上面に設けられている。第２金属層２６も、例えば銅といった金属で構成されており、絶縁体基板２２の下面に設けられている。第１金属層２４は、第１半導体素子１２と電気的に接続されており、第２金属層２６は、第２半導体素子１４と電気的に接続されている。中間導電板２０は、特に限定されないが、ＤＢＣ（Direct Bonded Cupper）基板、ＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）、ＡＭＣ（Active Metal Brazed Cupper）基板であってもよい。

【0064】

中間導電板２０の第１金属層２４は、第１主回路部２４ａと、複数の第１信号回路部２４ｂとを有する。第１主回路部２４ａと複数の第１信号回路部２４ｂは、互いに分離されており、互いに電気的に絶縁されている。第１主回路部２４ａは、接合層５０を介して、第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂに接合されている。接合層５０は、例えばはんだ層であって、第１主回路部２４ａと第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂとの間を電気的に、かつ熱的に接続している。複数の第１信号回路部２４ｂは、接合層５４を介して、第１半導体素子１２の複数の信号電極１２ｄにそれぞれ接合されている。これらの接合層５４も、例えばはんだ層であって、複数の第１信号回路部２４ｂと第１半導体素子１２の複数の信号電極１２ｄとの間を電気的に、かつ熱的に接続している。

【0065】

同様に、中間導電板２０の第２金属層２６は、第２主回路部２６ａと、複数の第２信号回路部２６ｂとを有する。第２主回路部２６ａと複数の第２信号回路部２６ｂは、互いに分離されており、互いに電気的に絶縁されている。を有する第２主回路部２６ａは、接合層６０を介して、第２半導体素子１４の第１主電極１４ｂに接合されている。接合層６０は、例えばはんだ層であって、第２主回路部２６ａと第２半導体素子１４の第１主電極１４ｂとの間を電気的に、かつ熱的に接続している。複数の第２信号回路部２６ｂは、接合層６４を介して、第１半導体素子１２の複数の信号電極１２ｄにそれぞれ接合されている。これらの接合層６４も、例えばはんだ層であって、複数の第２信号回路部２６ｂと第２半導体素子１４の複数の信号電極１４ｄとの間を電気的に、かつ熱的に接続している。

【0066】

半導体装置３００は、複数の電力端子３２、３４、３６、３８と、複数の信号端子４０、４２とを備える。これらの端子３２、３４、３６、３８、４０、４２は、特に限定されないが、銅といった金属で構成されている。複数の電力端子３２、３４、３６、３８は、封止体３０の第２端面３０ｄから突出している。複数の信号端子４０、４２は、封止体３０の第１端面３０ｃから突出している。但し、これらの端子３２、３４、３６、３８、４０、４２の位置や形状といった具体的な構造は、特に限定されない。

【0067】

複数の電力端子３２、３４、３６、３８には、第１電力端子３２、第２電力端子３４、第３電力端子３６及び第４電力端子３８が含まれる。第１電力端子３２は、封止体３０の内部において、上側導電板１６と電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２の第２主電極１２ｃは、上側導電板１６を介して第１電力端子３２と電気的に接続されている。特に限定されないが、第１電力端子３２は、上側導電板１６と一体に形成されてもよい。第２電力端子３４は、封止体３０の内部において、中間導電板２０の第１金属層２４の第１主回路部２４ａと電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２の第１主電極１２ｂは、中間導電板２０の第１主回路部２４ａを介して、第２電力端子３４と電気的に接続されている。特に限定されないが、第２電力端子３４は、例えばはんだ層といった接合層５６を介して、第１主回路部２４ａに接合されてもよい。

【0068】

第３電力端子３６は、封止体３０の内部において、中間導電板２０の第２金属層２６の第２主回路部２６ａと電気的に接続されている。これにより、第２半導体素子１４の第１主電極１４ｂは、中間導電板２０の第２主回路部２６ａを介して、第３電力端子３６と電気的に接続されている。特に限定されないが、第３電力端子３６は、例えばはんだ層といった接合層６６を介して、第２主回路部２６ａに接合されてもよい。第４電力端子３８は、封止体３０の内部において、下側導電板１８と電気的に接続されている。これにより、第２半導体素子１４の第２主電極１４ｃは、下側導電板１８を介して第４電力端子３８と電気的に接続されている。特に限定されないが、第４電力端子３８は、下側導電板１８と一体に形成されてもよい。

【0069】

複数の信号端子４０、４２には、複数の第１信号端子４０と複数の第２信号端子４２が含まれる。複数の第１信号端子４０は、封止体３０の内部において、中間導電板２０の第１金属層２４の複数の第１信号回路部２４ｂとそれぞれ電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２の各々の信号電極１２ｄは、第１信号回路部２４ｂを介して、対応する一つの第１信号端子４０と電気的に接続されている。特に限定されないが、複数の第１信号端子４０は、例えばはんだ層といった接合層５８を介して、複数の第１信号回路部２４ｂとそれぞれ接合されてもよい。同様に、複数の第２信号端子４２は、封止体３０の内部において、中間導電板２０の第２金属層２６の複数の第２信号回路部２６ｂとそれぞれ電気的に接続されている。これにより、第２半導体素子１４の各々の信号電極１４ｄは、第２信号回路部２６ｂを介して、対応する一つの第２信号端子４２と電気的に接続されている。特に限定されないが、複数の第２信号端子４２についても、例えばはんだ層といった接合層６８を介して、複数の第２信号回路部２６ｂとそれぞれ接合されてもよい。

【0070】

以上の構成により、参考例３の半導体装置３００は、コンバータやインバータといった電力変換回路に組み込まれ、電流を導通及び遮断するスイッチング回路を構成することができる。このとき、第２電力端子３４と第４電力端子３８とを互いに接続すると、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４とを直列に接続することができる。あるいは、第１電力端子３２と第４電力端子３８とを互いに接続するとともに、第２電力端子３４と第３電力端子３６とを互いに接続すると、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４とを並列に接続することができる。

【0071】

第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４に電流が流れると、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４がそれぞれ発熱する。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４が発熱すると、それらに隣接する三つの導電板１６、１８、２０の温度も上昇して、各々の導電板１６、１８、２０には熱膨張が生じる。特に、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との間に位置する中間導電板２０は、上側導電板１６及び下側導電板１８よりも高温となりやすい。

【0072】

そのことから、参考例３の半導体装置３００では、上側導電板１６及び下側導電板１８が金属板であるのに対して、中間導電板２０は絶縁体基板２２を含む積層構造を有している。絶縁体基板２２は例えばセラミック基板であり、絶縁体基板２２を構成する材料は、第１金属層２４を構成する材料や第２金属層２６を構成する材料よりも線膨張係数が小さい。これにより、中間導電板２０の面内方向における線膨張係数は、上側導電板１６の面内方向における線膨張係数及び下側導電板１８の面内方向における線膨張係数よりも小さくなっている。従って、中間導電板２０の温度が、上側導電板１６の温度及び下側導電板１８の温度よりも高温となったときでも、三つの導電板１６、１８、２０に不均一な熱膨張が生じることが抑制される。

【0073】

ここで、中間導電板２０は、絶縁体基板２２を含む積層構造に限定されず、その構造や材料は適宜変更することができる。上側導電板１６及び下側導電板１８もまた、金属板に限定されず、その構造や材料は適宜変更することができる。中間導電板２０の面内方向における線膨張係数が、上側導電板１６の面内方向における線膨張係数及び下側導電板１８の面内方向における線膨張係数よりも小さくなる限りにおいて、三つの導電板１６、１８、２０の構造や材料は、様々に変更することができる。

【0074】

参考例３の半導体装置３００では、中間導電板２０の面積が、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積よりも小さい。言い換えると、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積は、中間導電板２０の面積より大きい。前述したように、上側導電板１６及び下側導電板１８は、封止体３０の上面３０ａ又は下面３０ｂに露出しており、放熱板として機能する。そのことから、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積が大きいと、各々の半導体素子１２、１４の熱が、上側導電板１６及び下側導電板１８を介して半導体装置３００の外部へ効率よく放出される。しかしながら、図３００に示すように、参考例３に係る一変形例の半導体装置３００’では、中間導電板２０の面積が、上側導電板１６の面積及び下側導電板１８の面積よりも大きくてもよい。このような構成によると、中間導電板２０の熱容量が大きくなるので、中間導電板２０の温度上昇を抑制することができる。

【0075】

参考例３の半導体装置３００では、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との両方が、第１主電極１２ｂ、１４ｂにおいて、中間導電板２０と電気的に接続されており、第２主電極１２ｃ、１４ｃにおいて、上側導電板１６又は下側導電板１８と電気的に接続されている。前述したように、第２主電極１２ｃ、１４ｃの面積は、第１主電極１２ｂ、１４ｂの面積よりも大きい。従って、各々の半導体素子１２、１４は、第１主電極１２ｂ、１４ｂよりも第２主電極１２ｃ、１４ｃを介して、より多く熱を外部へ放出する。そして、中間導電板２０は、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との両者から熱を受け取るので、その温度が上昇し易い。そのことから、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４との両方が、放熱量の少ない第１主電極１２ｂ、１４ｂにおいて中間導電板２０に接続されていると、中間導電板２０の温度上昇を抑制することができる。なお、図３６に示す他の一変形例の半導体装置３００’’のように、第２半導体素子１４（又は第１半導体素子１２）のみが、第１主電極１２ｂ、１４ｂにおいて中間導電板２０に接続されていてもよい。

【0076】

図３７－図３９を参照して、参考例３に係る一変形例の半導体装置３００Ａを説明する。この変形例の半導体装置３００Ａは、二つの継手部材７０をさらに備えており、この点において上述した参考例３の半導体装置３００と相違する。また、本変形例の半導体装置３００Ａは、第２電力端子３４を有しておらず、この点においても参考例３の半導体装置３００と相違する。本変形例の半導体装置３００Ａの他の構成については、参考例３の半導体装置３００と共通又は対応している。従って、図３７－図３９では、参考例３の半導体装置３００と共通又は対応する構成に同一の符号が付されており、ここでは重複する説明を省略する。

【0077】

各々の継手部材７０は、封止体３０の内部に位置しており、金属といった導電体で構成されている。継手部材７０の一端は、中間導電板２０の第１金属層２４の第１主回路部２４ａに接続されている。継手部材７０の他端は、下側導電板１８に接続されている。これにより、中間導電板２０の第１主回路部２４ａが、各々の継手部材７０を介して、下側導電板１８に電気的に接続されている。このような構成によると、図３９に示すように、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４を、封止体３０の内部で直列に接続することができる。従って、第２電力端子３４が省略されている。なお、第２電力端子３４に代えて、第４電力端子３８を省略してもよい。

【0078】

本変形例の半導体装置３００Ａは、二つの継手部材７０を備えるが、継手部材７０の数は二つに限定されない。半導体装置３００Ａは、単一の、又は三つ以上の継手部材７０を備えてもよい。また、継手部材７０による接続箇所を変更することによって、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４を、封止体３０の内部で並列に接続してもよい。

【0079】

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0080】

１０：半導体装置
１２：第１半導体素子
１４：第２半導体素子
１６：上側導電板
１８：下側導電板
２０；中間導電板
３０：封止体
３２、３４、３６：電力端子
４０、４２：信号端子
９０：治具
９２：成形型

【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】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】