特許 7403671 半導体装置、電力変換装置、および移動体

(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】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】半導体装置、電力変換装置、および移動体

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20231215BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20231215BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/28 K

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022546769

(86)(22)【出願日】2020-09-02

(86)【国際出願番号】 JP2020033217

(87)【国際公開番号】W WO2022049660

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】廣中 陽一

(72)【発明者】

【氏名】柳本 辰則

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４６１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２９３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７７０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７１３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０６８９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２４３７１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース板と、
前記ベース板上に設けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けられた半導体チップと、
前記絶縁基板および前記半導体チップを内包するように前記ベース板に取り付けられ、互いに篏合された第１樹脂ケースおよび第２樹脂ケースと、
前記絶縁基板および前記半導体チップを封止する封止材と、
を備え、
前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、比較トラッキング指数が異なる樹脂材料で構成され、
前記絶縁基板上に設けられ、かつ前記第１樹脂ケースに固定された電極端子をさらに備え、
前記第２樹脂ケースは、前記ベース板に直接取り付けられ、
前記第１樹脂ケースは、前記第２樹脂ケースを介して前記ベース板に固定され、
前記第１樹脂ケースの前記比較トラッキング指数は、前記第２樹脂ケースの前記比較トラッキング指数よりも高い、半導体装置。

【請求項2】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、凹凸構造で篏合し、
前記封止材は、前記凹凸構造の少なくとも一部を充填する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースの少なくとも一方における表面絶縁に必要な沿面距離および空間距離は、前記第１樹脂ケースまたは前記第２樹脂ケースのみで充足する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記電極端子が固定された前記第１樹脂ケースは、前記電極端子が固定された位置を含む予め定められた第１部位と、当該第１部位以外の第２部位とを有し、
前記第１部位および前記第２部位は、異なる樹脂材料で構成される、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記電極端子は、前記第１樹脂ケースにインサート成形で固定されている、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記絶縁基板と前記電極端子とは超音波接合で接合されている、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、絶縁性接着剤で固定されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、ガラス転移温度が１００℃以上の樹脂材料で構成される、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記絶縁基板および前記電極端子は、超音波接合されている、請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、スナップフィットで篏合されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第１樹脂ケースおよび前記第２樹脂ケースは、二色成形で構成される、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体で構成される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、かつ入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、
を備える、電力変換装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の電力変換装置を備える、移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置、半導体装置を適用した電力変換装置、および電力変換装置を適用した移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力用半導体装置では、ＳｉＣ（炭化珪素）などのワイドバンドギャップ半導体の実用化が進展していることに伴って、高耐熱化の要求が高まっている。一方、厳しい環境下で使用される電力用半導体装置では、当該電力用半導体装置の表面における絶縁を確保する部位について、例えばＪＩＳ Ｃ ６０６６４－１（ＩＥＣ６０６６４－１）などで要求された規格に基づいて、比較トラッキング指数（ＣＴＩ：Comparative Tracking Index）が高い材料が必要とされることが多い。従って、電力用半導体装置を構成する筐体ケースに用いられる樹脂材料は、当該電力用半導体装置内部を保護するための機械的強度などの機械物性を有した上で、高耐熱性と高い比較トラッキング指数とを両立することが重要となっている。

【0003】

従来、高耐熱性および高い機械的強度を有し、耐トラッキング性に優れたＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂の成形品で構成されたパワー半導体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１４７９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に、樹脂材料の耐熱性を高めるためには、樹脂材料のガラス転移温度（Ｔｇ）を高める必要があるが、ガラス転移温度を高めるとそれに背反して耐トラッキング性が低下する。すなわち、ガラス転移温度と耐トラッキング性とはトレードオフの関係がある。例えば、芳香族系の架橋ユニットにより架橋点数を増やしてガラス転移温度を高めると、芳香族環が増加して炭化しやすくなり、耐トラッキング性が低下する。

【0006】

また、樹脂に水酸化マグネシウム、他のポリマー、および添加剤を加えることによって耐クラッキング性を改良することが検討されている。しかし、例えば、優れた耐クラッキング性を得るためには、高い水酸化マグネシウム含有量が必要となり、そうすると樹脂組成物の機械的強度およびその他の物性が著しく低下する欠点があることも知られている。

【0007】

これらの理由により、樹脂本来の機械物性を損なわずに高耐熱性と高い比較トラッキング指数とを両立した樹脂材料の開発は技術的に難しく、対応している材料は高価かつ選択肢が非常に限られている。従って、市場要求に基づくこの限定的な樹脂材料（筐体ケースに用いられる樹脂材料）の選定が、半導体装置のコストの増加の一因となっている。

【0008】

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、コストを低減することが可能な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】

【0009】

上記の課題を解決するために、本開示による半導体装置は、ベース板と、ベース板上に設けられた絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた半導体チップと、絶縁基板および半導体チップを内包するようにベース板に取り付けられ、互いに篏合された第１樹脂ケースおよび第２樹脂ケースと、絶縁基板および半導体チップを封止する封止材とを備え、第１樹脂ケースおよび第２樹脂ケースは、比較トラッキング指数が異なる樹脂材料で構成され、絶縁基板上に設けられ、かつ第１樹脂ケースに固定された電極端子をさらに備え、第２樹脂ケースは、ベース板に直接取り付けられ、第１樹脂ケースは、第２樹脂ケースを介してベース板に固定され、第１樹脂ケースの比較トラッキング指数は、第２樹脂ケースの比較トラッキング指数よりも高い。

【発明の効果】

【0010】

本開示によると、半導体装置は、第１樹脂ケースおよび第２樹脂ケースは比較トラッキング指数が異なる樹脂材料で構成されるため、コストを低減することが可能となる。

【0011】

本開示の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図2】実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【図3】実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図4】実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図5】実施の形態２による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図6】実施の形態３による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図7】実施の形態４による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図8】実施の形態５による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【図9】実施の形態１～５による半導体装置を適用した電力変換装置の構成の一例を示す図である。

【図10】実施の形態６による電力変換装置を移動体に適用した一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。

【0014】

図１に示すように、ベース板１上には、絶縁基板３が設けられている。ベース板１は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、またはＭｇＳｉＣなど、熱伝導性の良い金属からなる。

【0015】

絶縁基板３は、セラミック基板４と、セラミック基板４の上面（紙面上側の面）に形成された上面電極パターン５と、セラミック基板４の下面（紙面下側の面）に形成された下面電極パターン６とを有している。セラミック基板４は、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、または酸化アルミニウムなどからなる。上面電極パターン５および下面電極パターン６は、例えば、銅またはアルミニウムからなる。

【0016】

ベース板１と絶縁基板３の下面電極パターン６とは、接合材２で接合されている。接合材２は、例えば、はんだ、ろう材、焼結銀、または液相拡散材料などからなる。

【0017】

絶縁基板３の上面電極パターン５上には、半導体チップ８および電極端子１０，１１が設けられている。半導体チップ８は、接合材７を介して上面電極パターン５に電気的に接続されている。半導体チップ８は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、またはＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）などからなる。接合材７は、例えば、はんだ、ろう材、焼結銀、または液相拡散材料などからなる。

【0018】

電極端子１０，１１は、上面電極パターン５に電気的に接続されている。電極端子１０，１１は、例えば、銅またはアルミニウムからなる。

【0019】

半導体チップ８と上面電極パターン５とは、金属ワイヤ９で電気的に接続されている。金属ワイヤ９は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金などからなる。

【0020】

第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３は、絶縁基板３および半導体チップ８を内包するようにベース板１に取り付けられ、互いに篏合されている。具体的には、第２樹脂ケース１３は、ベース板１の端部に、半導体装置の側壁の一部を構成するように設けられている。第１樹脂ケース１２は、少なくとも第２樹脂ケース１３の側面および上面を覆い、かつ半導体装置の内部全体を覆うように設けられている。第１樹脂ケース１２には電極端子１０，１１が固定されており、電極端子１０，１１の端部は第１樹脂ケース１２から外部に露出している。

【0021】

第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３は、互いに異なる樹脂材料からなり、例えば、ＰＰＳ（Polyphenylenesulfide）、ＰＰＡ（Polyphthalamide）、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、ＰＥＳ（Polyethersulfone）、ＰＡ（Polyamide）、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）、またはＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）などの樹脂材料からなる。

【0022】

第１樹脂ケース１２の比較トラッキング指数は、第２樹脂ケース１３の比較トラッキング指数よりも高い。第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３の比較トラッキング指数（ＣＴＩ）は、１００以上であり、好ましくは４００≦ＣＴＩ＜６００、より好ましくは６００≦ＣＴＩであってもよい。

【0023】

第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１００℃以上であり、好ましくは１５０℃≦Ｔｇ、より好ましくは１７５℃≦Ｔｇであってもよい。

【0024】

半導体装置の表面絶縁に必要な沿面距離および空間距離は、第１樹脂ケース１２のみで充足している。第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３は、接着剤で接着されてもよく、スナップフィットで接合されてもよく、あるいは二色成形で形成されてもよい。

【0025】

封止材１４は、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３と、ベース板１とで囲まれた半導体装置内部において、半導体チップ８、絶縁基板３、および金属ワイヤ９を封止する。封止材１４は、例えば、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂などの絶縁材料からなる。

【0026】

＜製造方法＞
図２は、実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【0027】

ステップＳ１において、ベース板１上に絶縁基板３を接合材２で接合する。そして、絶縁基板３上に半導体チップ８を接合材７で接合する。

【0028】

ステップＳ２において、半導体チップ８と絶縁基板３の上面電極パターン５とを金属ワイヤ９でワイヤボンディングする。

【0029】

ステップＳ３において、ベース板１の端部に第２樹脂ケース１３を取り付ける。

【0030】

ステップＳ４において、絶縁基板３の上面電極パターン５上に電極端子１０，１１を接合する。

【0031】

ステップＳ５において、第２樹脂ケース１３に第１樹脂ケース１２を嵌合する。

【0032】

ステップＳ６において、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３と、ベース板１とで囲まれた半導体装置内部において、半導体チップ８、絶縁基板３、および金属ワイヤ９を封止するように封止材１４を充填する。

【0033】

＜作用効果＞
例えば、太陽光発電、風力発電、および電鉄用途などの厳しい環境下で使用される半導体装置は、半導体装置表面の絶縁担保が必要な部位において、例えばＪＩＳ Ｃ ６０６６４－１（ＩＥＣ６０６６４－１）などで要求される規格に基づいて、材料の比較トラッキング指数、使用する電圧実効値、および使用環境の汚染度によって決定される、遵守すべき最小沿面距離および空間距離を満たす必要がある。

【0034】

実施の形態１では、沿面距離および空間距離を確保するために最低限必要となる部分（第１樹脂ケース１２）のみに、高い比較トラッキング指数と高耐熱とを両立したコストがかかる樹脂材料を用いることによって、第２樹脂ケース１３については比較トラッキング指数の数値によらず材料を選定することができるため、安価な樹脂材料を選択することが可能となる。これにより、半導体装置を構成する材料コストを削減することができる。

【0035】

第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とをスナップフィットで接合する構成とすることによって、接着剤などで第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とを接着することが不要となる。これにより、半導体装置およびケースの製造スループットを向上させることができる。

【0036】

第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とを二色成形で形成することによって、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３の組み立て工程が不要となる。これにより、半導体装置およびケースの製造スループットを向上させることができるとともに、材料コストのさらなる低減につながる。

【0037】

第２樹脂ケース１３は、比較トラッキング指数の数値によらず材料選定することができるため、耐熱性、他材料との密着性、および機械的強度などの機能をさらに向上させることが可能な材料を選定することができる。これにより、ケース設計の自由度、および半導体装置の信頼性をより高めることができる。

【0038】

第２樹脂ケース１３を共通部材として、第１樹脂ケース１２の構造のみを変更することによって、要求される絶縁耐圧が異なる場合であっても柔軟に対応することができる。例えば、図３に示すように、第１樹脂ケース１２の側面に凹凸を設けて沿面距離を長くすることができる。このように、半導体装置の設計工数の低減および標準化によって、半導体装置のコスト低減が可能となる。

【0039】

なお、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３の形状は、図１，３に示す形状に限るものではない。例えば、図１，２に示すように第１樹脂ケース１２が第２樹脂ケース１３を覆うような形状であってもよく、図４に示すように第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とが上下段に分かれて互い違い嵌合する形状であってもよく、これら以外の形状であってもよい。

【0040】

＜実施の形態２＞
＜構成＞
図５は、実施の形態２による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図５に示すように、実施の形態２による半導体装置は、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３が凹凸構造で篏合していることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１で説明した半導体装置の構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

【0041】

第１樹脂ケース１２は凹形状であり、第２樹脂ケース１３は凸形状であり、第１樹脂ケース１２が第２樹脂ケース１３を覆うように嵌合している。なお、第１樹脂ケース１２を凸形状とし、第２樹脂ケース１３を凹形状としてもよい。

【0042】

封止材１４は、第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とが嵌合している部分の高さまで充填されており、嵌合している凹凸部の一部の隙間を充填している。これにより、第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とが封止材１４で接着される。なお、封止材１４は、凹凸部の全ての隙間を充填してもよい。

【0043】

＜作用効果＞
一般的に、樹脂ケース同士を接合するためには、接着剤を用いて接着する必要がある。しかし、実施の形態２によれば、新たな工程（接着剤を用いて接着する工程）を追加することなく、第１樹脂ケース１２と第２樹脂ケース１３とを接着することができるため、接着に要する加工および材料のコストを低減することが可能となる。

【0044】

＜実施の形態３＞
＜構成＞
図６は、実施の形態３による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図６に示すように、実施の形態３による半導体装置は、第１樹脂ケースが、電極端子１０，１１の周囲の部位に相当する第１樹脂ケース１５（電極端子１０，１１を固定している位置を含む予め定められた第１部位）と、それ以外の部位に相当する第１樹脂ケース１６（第２部位）とを有し、第１樹脂ケース１５および第１樹脂ケース１６が異なる樹脂材料で構成されていることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

【0045】

第１樹脂ケース１２において、第１樹脂ケース１５の方が第１樹脂ケース１６よりもガラス転移温度（Ｔｇ）が高い。半導体装置の表面絶縁に必要な沿面距離および空間距離は、第１樹脂ケース１６のみで充足している。

【0046】

第１樹脂ケース１５および第１樹脂ケース１６は、異なる樹脂材料の二色成形によって形成されてもよい。また、第１樹脂ケース１６および第２樹脂ケース１３は、異なる樹脂材料の二色成形によって形成されてもよい。これら２つの二色形成は、いずれか一方でもよく、両方でもよい。

【0047】

なお、上記では、第１樹脂ケースが第１樹脂ケース１５および第１樹脂ケース１６を有する場合について説明したが、これに限るものではない。第２樹脂ケース１３が、電極端子１０，１１の周囲の部位と、それ以外の部位（第２部位）とを有する構成としてもよい。

【0048】

＜作用効果＞
耐熱性が要求される電極端子１０，１１の周囲の部位のみを耐熱性が高い樹脂とすることによって、半導体装置の材料コストをさらに低減することができる。また、二色形成を採用することによって、半導体装置およびケースの製造スループットを向上させることができる。

【0049】

電極端子１０，１１の周囲の部位に高靭性および高強度の樹脂材料を選定することによって、電極端子１０，１１の曲げ加工、および電極端子１０，１１に対してバスバーを取り付ける時に生じる応力への耐性を向上させることができ、ケース割れのリスクを低減することができる。また、半導体装置およびケースの製造スループットを向上させることができる。

【0050】

＜実施の形態４＞
＜構成＞
図７は、実施の形態４による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図７に示すように、実施の形態４による半導体装置は、電極端子１０，１１が第２樹脂ケース１３にインサート成形で固定されていることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

【0051】

図７の例では、電極端子１０，１１が第２樹脂ケース１３にインサート成形で固定されているが、これに限るものではない。例えば、電極端子１０，１１は第１樹脂ケース１２にインサート成形で固定されてもよい。

【0052】

半導体チップ８は、例えば、ＳｉＣまたはＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体である。また、半導体チップ８は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなどのいずれかの組み合わせであってもよい。

【0053】

電極端子１０，１１は、絶縁基板３の上面電極パターン５と超音波接合（超音波溶接）で接合されている。

【0054】

＜作用効果＞
電極端子１０，１１を第２樹脂ケース１３にインサート成形することによって、電極端子１０，１１と絶縁基板３とを予め固定することができる。これにより、電極端子１０，１１と絶縁基板３とを別々に組み合わせた場合と比較して、位置のバラツキを低減することができる。

【0055】

電極端子１０，１１と絶縁基板３との接合方法として超音波接合（超音波溶接）を用いる場合、電極端子１０，１１と絶縁基板３との位置合わせを精度良く行うことは重要であり、電極端子１０，１１と絶縁基板３とを別々に組み合わせる場合は、固定治具を用いた位置決め工程が必要となる。実施の形態４によれば、半導体装置の製造工程中に第２樹脂ケース１３による電極端子１０，１１の位置の固定が可能となり、治具を用いた位置決めは必要ない。これにより、半導体装置の製造工程における工数を増やすことなく超音波接合を用いることができる。

【0056】

なお、従来では、電極端子と絶縁基板との接合方法としてはんだ接合が主に用いられているが、超音波接合を用いることによって、はんだ接合と比較して例えば下記（Ａ）～（Ｄ）のような多くの利点が得られる。
（Ａ）はんだなどの低融点材料を用いないため、電極端子と絶縁基板との接合部を高耐熱化することができる。
（Ｂ）超音波接合は、金属同士の固相拡散であるため接合強度が強く、接合部の信頼性および品質の向上が可能となる。
（Ｃ）接合部の信頼性が向上することに伴って、接合に要する面積を小さくすることができる。これにより、半導体装置の設計の自由度が向上する。
（Ｄ）はんだ接合では、フラックス残渣除去のために接合後の洗浄工程が必要である。一方、超音波接合では、接合部の洗浄が不要となり、半導体装置の製造スループットが向上する。

【0057】

高温を放熱するワイドバンドギャップ半導体チップを半導体チップ８として用いることによって、半導体装置の大電流化および高温動作化が可能となり、半導体装置の省エネルギー化に寄与することができる。また、Ｔｇ≧１００℃（より好ましくは１７５℃）の高耐熱の第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３を用い、電極端子１０，１１と絶縁基板３との接合に超音波接合を用いることによって半導体装置の耐熱性が向上し、さらなる半導体装置の大電流化、高温動作化、および省エネルギー化が可能となる。

【0058】

＜実施の形態５＞
＜構成＞
図８は、実施の形態５による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図８に示すように、実施の形態５による半導体装置は、第１樹脂ケース１２および第２樹脂ケース１３が絶縁性接着剤で固定されていることを特徴とする。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

【0059】

＜作用効果＞
設計上、第２樹脂ケース１３が半導体装置の表面絶縁における沿面距離の最短経路になり得るような構造であっても、経路の途中に絶縁性材料を介在させることによって絶縁性を確保することができる。これにより、さらにケース設計の自由度を向上させることができる。

【0060】

＜実施の形態６＞
実施の形態６は、上述した実施の形態１～５による半導体装置を電力変換装置に適用したものである。実施の形態１～５による半導体装置の適用は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下では、三相のインバータに実施の形態１～５による半導体装置を適用した場合について説明する。

【0061】

図９は、実施の形態６による電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。

【0062】

図９に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、および負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、および蓄電池で構成してもよく、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成してもよい。また、電源１００は、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成してもよい。

【0063】

電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００との間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図９に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路２０３と、駆動回路２０３を制御する制御信号を駆動回路２０３に出力する制御回路２０４とを備えている。主変換回路２０１は、半導体装置２０２を有する。半導体装置２０２は、実施の形態１～５による半導体装置に相当する。

【0064】

負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自転車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または空調機器向けの電動機として用いられる。

【0065】

以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードとを備えており、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、実施の形態６による主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子には、上述した実施の形態１～５のいずれかによる半導体装置を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続された上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。

【0066】

駆動回路２０３は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０４からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。

【0067】

制御回路２０４は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、駆動回路２０３に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路２０３は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。

【0068】

実施の形態６による電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子として実施の形態１～５による半導体装置を適用するため、電力変換装置のコストの低減および省エネルギー化が可能となる。

【0069】

実施の形態６では、２レベルの三相インバータに実施の形態１～５による半導体装置を適用する例を説明したが、実施の形態１～５による半導体装置の適用は、これに限るものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。実施の形態６では、２レベルの電力変換装置を一例として説明したが、３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であってもよく、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに実施の形態１～５による半導体装置を適用してもよい。また、直流負荷などに電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに実施の形態１～５による半導体装置を適用することも可能である。

【0070】

また、実施の形態１～５による半導体装置を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定するものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理機、または非接触給電システムの電源装置として用いることができ、さらには太陽光発電システムまたは蓄電システムなどのパワーコンディショナーとして用いることもできる。

【0071】

＜実施の形態７＞
図１０は、実施の形態６による電力変換装置を移動体に適用した一例を示す図である。図１０に示すように、移動体４００は、実施の形態６で説明した電力変換装置２００を搭載している。

【0072】

実施の形態７によれば、移動体のコスト低減および省エネルギー化が可能となる。

【0073】

なお、本開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【0074】

本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が想定され得るものと解される。

【符号の説明】

【0075】

１ ベース板、２ 接合材、３ 絶縁基板、４ セラミック基板、５ 上面電極パターン、６ 下面電極パターン、７ 接合材、８ 半導体チップ、９ 金属ワイヤ、１０ 電極端子、１１ 電極端子、１２ 第１樹脂ケース、１３ 第２樹脂ケース、１４ 封止材、１５ 第１樹脂ケース、１６ 第１樹脂ケース、１７ 絶縁性接着剤、１００ 電源、２００ 電力変換装置、２０１ 主変換回路、２０２ 半導体装置、２０３ 駆動回路、２０４ 制御回路、３００ 負荷、４００ 移動体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】