特許 7669984 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】2025-04-21

(45)【発行日】2025-04-30

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20250422BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20250422BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20250422BHJP

【ＦＩ】

H01L23/48 P

H01L25/04 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022098596

(22)【出願日】2022-06-20

(65)【公開番号】P2024000071

(43)【公開日】2024-01-05

【審査請求日】2024-06-10

(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】100109612

【弁理士】

【氏名又は名称】倉谷 泰孝

(74)【代理人】

【識別番号】100116643

【弁理士】

【氏名又は名称】伊達 研郎

(74)【代理人】

【識別番号】100184022

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 美保

(72)【発明者】

【氏名】鹿野 武敏

(72)【発明者】

【氏名】西原 孝太郎

(72)【発明者】

【氏名】新井 規由

(72)【発明者】

【氏名】曽根田 真也

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０８９６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０１－１１６４２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－２８８４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２７８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３３７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３９７７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３３３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４３４２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記突起は、前記電極端子の前記接触部に設けられる第３の突起を含み、
前記開口部は、前記第３の突起が係合する凹部を有する半導体装置。

【請求項2】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記開口部は、
前記開口部の底部から前記モールド樹脂の外周に向かって断面積が同一に形成されたストレート部と、
前記ストレート部から前記モールド樹脂の外周に向かって断面積が大きくなるようテーパ状に形成されたテーパ部と、
を有する半導体装置。

【請求項3】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記電極端子は、前記接触部に貫通穴を有する半導体装置。

【請求項4】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記電極端子は、前記電極端子の幅方向における前記接触部の断面が、前記電極に向かって凸反り形状である半導体装置。

【請求項5】

前記電極端子の前記接触部の幅方向の両端と前記電極との間に段差部をさらに備えた請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記電極端子は、前記電極端子の延伸方向の上方または下方に反った形状である半導体装置。

【請求項7】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記電極は、第１の貫通穴を有し、
前記電極端子は、前記接触部に前記第１の貫通穴と連通する第２の貫通穴を有し、
前記モールド樹脂は、前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を貫通する貫通突起をさらに備えた半導体装置。

【請求項8】

半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップに電気的に接続され、前記モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、
前記電極を覆うとともに前記電極と電気的に接触する接触部と、前記接触部を囲むように形成されるとともに前記開口部の側面および前記接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、前記接触部のある接触端部と前記接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え
前記電極端子は前記接触部と前記開放端部との間に凸部を有し、
前記モールド樹脂は、前記凸部と係合する段差状突起を有する半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電極端子を電極に後付けするトランスファーモールド型パワーモジュール等の半導体装置に関する発明である。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のリードフレームがモールド樹脂に封止されたパワー半導体チップと電気的に接続され、さらに上記パワー半導体チップと共にモールド樹脂によって封止してなる筐体から複数の上記リードフレームが筐体の外部に突出したパワー半導体装置が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１６５２８１号公報（段落００３１－００３４、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

トランスファー型パワーモジュール（ＴＰＭ：Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｅｄ―Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を生産する際、電極の位置は上記トランスファー型パワーモジュールの金型の内部に固定される。モジュールの電極位置が変更になるとトランスファーモールド型パワーモジュールの形状変更が必要になる。このため、金型および当該金型に対応した電極を作成するためのフレームの形状および製造プロセス全体の変更などが発生し、当該変更に伴うコストなど発生することが問題であった。

【0005】

本開示は、上述のような問題を解決するためになされたもので、パワーモジュールの電極端子を電極から分離し、分離した電極端子を電極に精度よく後付けすることにより、モジュールの電極位置の変更を容易にする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】

本開示に係る半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを内包するモールド樹脂と、半導体チップに電気的に接続され、モールド樹脂に設けられた開口部に露出する電極と、電極を覆うとともに電極と電気的に接触する接触部と、接触部を囲むように形成されるとともに開口部の側面および接触部との間に設けられた複数の突起と、を有し、接触部のある接触端部と接触端部とは異なる端部である開放端部と有する電極端子と、を備え、突起は、電極端子の接触部に設けられる第３の突起を含み、開口部は、第３の突起が係合する凹部を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る半導体装置によれば、モジュールの電極位置が変更になっても当該変更に伴うコスト等の発生を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る半導体装置の斜視図である。

【図2】実施の形態１に係る半導体装置の電極端子を拡大した平面図である

【図3】実施の形態１に係る半導体装置における電極端子の変形例である。

【図4】実施の形態１に係る半導体装置における電極端子の変形例である。

【図5】実施の形態１に係る半導体装置における電極端子の変形例である。

【図6】実施の形態１に係る半導体装置における電極端子の変形例である。

【図7】実施の形態１に係る半導体装置における電極端子の変形例である。。

【図8】実施の形態１に係る電極端子の接合部分を示す図である。

【図9】実施の形態１に係る電極端子の接合部分を示す図である。

【図10】実施の形態１において開口部を封止剤により封止した図である。

【図11】実施の形態２に係る半導体装置の電極端子を拡大した図である。

【図12】実施の形態２に係る電極端子の変形例を示す図である。

【図13】実施の形態３に係る半導体装置の開口部の断面を示す図である。

【図14】実施の形態４に係る電極端子を示す図である。

【図15】実施の形態４に係る電極端子を拡大した図である。

【図16】実施の形態４に係る電極端子を拡大した図である。

【図17】実施の形態５に係る電極端子を拡大した図である

【図18】実施の形態５に係る電極端子の開口部の断面を示す図である。

【図19】実施の形態６に係る電極端子を拡大した図である。

【図20】実施の形態６に係る電極端子の開口部の断面を示す図である。

【図21】実施の形態６に係る電極端子の変形例である。

【図22】実施の形態６に係る電極端子の変形例である。

【図23】実施の形態６に係る電極端子の変形例である。

【図24】実施の形態７に係る電極端子を拡大した図である。

【図25】実施の形態８に係る半導体装置を示す図である

【図26】実施の形態９にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１．
実施の形態１に係る半導体装置を図１により説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置の斜視図である。実施の形態１に係る半導体装置１はトランスファーモールド型モジュールである。トランスファーモールド型モジュールは、例えば、半導体チップおよび当該半導体チップに接続される電極を金型内に固定し、当該金型の内部にモールド樹脂を流し込み硬化させることにより形成されるモジュールを指す。

【0011】

図１に示すように、半導体装置１は図示しない半導体チップと、半導体チップを内包するモールド樹脂２と、モールド樹脂２に一部内包されるとともに一部がモールド樹脂２の開口部５に露出する電極３と、電極３と分離されるとともに、はんだ接合、ＵＳ接合、あるいはＡｇ接合などの金属接合等により電極３に接合される電極端子４とを含む。また、図示しないが半導体チップは、電極３と電気的に接続されている。

【0012】

モールド樹脂２は、例えば、６つの平面を有する直方体であり、複数の矩形開口部５を有する。開口部５はモールド樹脂２の上面において対向する１組の辺にそれぞれ設けられている。開口部５は、モールド樹脂２の上面および、当該上面に隣接し上記辺を含む側面にそれぞれ開放した形状となっている。

【0013】

開口部５は、本実施例では２つ設けられているが、例えば、開口部が２つ以上設けられていてもよい。また、開口部５はモールド樹脂２の任意の位置に設けられていてもよい。また、開口部５は、図１に示すようにモジュールの上部から見た平面視で矩形の形状をしていてもよいが、電極端子４の形状に合わせて半円形、多角形等の形状に変更してもよい。

【0014】

開口部５は底面６を有する。底面６は、例えば、モールド樹脂２の上面と平行な面を有するとともにモールド樹脂２の上面と底面との間に位置する。底面６には、半導体チップと電気的に接続した電極が露出している。言い換えれば、開口部５は半導体モジュール１の電極３の部分に段差を設け電極３を局部的に露出している。

【0015】

開口部５は、底面６からモールド樹脂２の外側へ向かう方向に電極３と平行な面における断面積が大きくなるようなテーパ形状をしていてもよい。または、開口部５は底面６からモールド樹脂２の外側へ向かう方向に電極３と平行な面における断面積が一定となるようなストレート形状でもよい。

【0016】

電極端子４は、電極３を覆うとともに開口部５の内部に位置し電極３と接触する接触部９に複数の突起７および８を備えている。図１では、モールド樹脂２に設けられた２つの開口部５にそれぞれ電極端子４が同様に接続されている。ここで、突起７を第１の突起、突起８を第２の突起とする。ただし、ここでいう第１および第２の記載は構成の機能的な優先順位等を示すものでなく、単に、突起という構成を区別するためのものである。電極端子４について図２を用いてさらに詳しく説明する。図１に示すように、電極端子４は電極３と接する側とは異なる端部にねじ締穴１０を備えている。

【0017】

図２は、実施の形態１に係る半導体装置１の開口部５および開口部５に露出する電極３と接続される電極端子４を拡大した平面図である。図２に示すように、電極端子４は、電極３を覆うとともに電極３と電気的に接触する接触部９を有する。また、電極端子４は、接触部９のある接触端部１１と接触端部１１とは異なる端部である開放端部１２とを有する。複数の第１の突起７は接触部９を囲むように形成されるとともに開口部５の側面１３および接触部９との間に設けられる。また、複数の第１の突起７は、電極端子４の幅方向で接触部９の両端にそれぞれ設けられる。

【0018】

電極端子４は、接触部９において接触端部１１に第２の突起８を備える。図２では第１の突起７を、電極端子４の幅方向の両端にそれぞれ２つ設け、第２の突起８を接触端部１１に１つ設けた例を示しているが、第１の突起７および第２の突起８の個数はこれに限らない。例えば、第２の突起８を設けず、第１の突起７を電極端子４の幅方向の両端にそれぞれ１つ設けることにより電極端子４の周囲のクリアランスを確保してもよい。第１の突起７および第２の突起８により開口部５の側面１３および接触部９との間のクリアランスが１０μｍ以上のクリアランスを確保することができる。

【0019】

このように、電極端子４に第１の突起７および第２の突起８を設けることで、開口部５の側面１３と突起を有する電極端子４による外形整合により電極端子４の電極３との接合位置を精度良く位置決めし実装することができる。また、接合材となるはんだなどの側面這い上がりが可能になる。

【0020】

また、図２に示すように、半導体装置装置１を上位のシステムへ接続するため電極端子４の開放端部１２にねじ締穴１０（貫通孔）を有する。半導体装置１を上位のシステムへ開放端部１２により接続する方法としては、ネジ締め以外にも、ＵＳ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）接合、溶接、接合材による接合などねじ締穴１０がないパターンもあり得る。

【0021】

図３は、実施の形態１に係る電極端子４の変形例を示したものである。図３は、図２に示したネジ締め穴１０を省略したものである。半導体装置装置１を上位のシステムへ開放端部１２をＵＳ接合、溶接、接合材による接合をする場合は電極端子４を図３のように構成する。この場合、図２に示したねじ締穴１０を省略することができ電極端子４の製造プロセスを簡略化できる。

【0022】

図４は、実施の形態１に係る電極端子４の変形例を示したものである。図４に示すように電極端子１４は当該電極端子１４の延伸する面において開放端部１２が接触部９における電極端子とは異なる方向に延伸している。電極端子の三次元での位置（ｘ、ｙ、ｚ）が決まることで上位のシステムへ接続する開放端部１２の位置精度が確保できるため、例えば、長方形の電極端子４とは異なる形状、及びさまざまなサイズの電極端子を自由にレイアウトが可能である。

【0023】

図５は、実施の形態１に係る電極端子４の変形例を示したものである。図５に示すように、電極端子１４は接触部９において貫通孔１６を有してもよい。なお、貫通孔１６は１つに限らず複数設けてもよい。また、貫通孔１６の形状は円形に限らず、矩形形状、二次曲線で規定される形状でも構わない。貫通孔１６を設けることで、電極端子１４と電極３とのはんだなどの接合剤による接合性を向上させるとともに、接合有無のチェックが可能になる。

【0024】

図６および図７は、実施の形態１に係る電極端子の変形例を示したものである。より詳細には、図６は図４に示す電極端子１４の開放端部１２の側を上方に屈曲させたものである。図６は、図４における半導体装置１を、接触部９における電極端子１４の延伸方向についてモールド樹脂２の外側から半導体装置１を見た図である。

【0025】

図７は、図６に示した電極端子１４をモールド樹脂２の上面よりも上方でかつ電極３を覆うように電極端子１４をさらに屈曲させた変形例を示したものである。図７は、屈曲した電極端子１４を見やすくするため、電極３の辺うち、接触部９における電極端子１４の延伸方向と平行な辺における断面を示したものである。具体的には、図６は、図２におけるＡ－Ａ´断面に対応する断面を示している。

【0026】

図７では、電極端子１４は２か所の屈曲部１５を有することにより開放端１２が９接触部の上面に位置している。図７に示すように屈曲部１５は電極端子１５の接触部９と開放端部１２との間に２か所設けられ、それぞれの屈曲部１５が約９０°屈曲することで開放端１２が９接触部の上面に位置するよう構成される。屈曲部１５の例はこれに限らず、開放端１２が９接触部の下面に位置するように屈曲させてもよい。

【0027】

図６および図７のように電極端子１４を任意の方向に屈曲させることで、電極端子１４の開放端子１２の自由なレイアウトが可能であり、トランスファーモールド型パワーモジュール上面に電極端子の取り付け部を配置することも可能である。

【0028】

トランスファー型パワーモジュールは、一般的な使い方として同種のモジュールを複数連結させた連結モジュールとして使う場合があるが、金型で成形されるため端子の位置、サイズは固定されるため自由なレイアウトが難しいためモジュールの電極位置が変更になるとトランスファーモールド型パワーモジュールの形状を変更が必要になり、金型、フレームの形状を変更し製造プロセス全体をみなすなど制約がある。

【0029】

本実施例によれば、パワーモジュールの電極端子を電極から分離し、分離した電極端子を電極に精度よく後付けすることにより、モジュールの電極位置の変更を容易にする半導体装置を提供することが可能となる。

【0030】

図８および図９は、実施の形態１に係る電極端子４の接合部分を示すものである。図８に示すように、電極端子４を電極３に接合する際にはんだ、または、溶剤等の接着剤１７で接着したものである。接着剤１７は、第１の突起７および第２の突起８と開口部５の側面１３との間でかつ電極３の表面に逃げ出す。電極端子４は、ＵＳ接合などの金属接合することも可能であるが、はんだ、導電性接着剤などによる接合では、開口部５の側面１３と電極端子４との間に突起によるクリアランスができるため、溶剤等のガス成分の排出が容易にできる。また、電極端子４の側面に接合材のフィレットなどの形成ができることで接合強度向上を図ることが可能である。端子接合の品質チェックにおいては、電極端子４と電極３との搭載位置ずれなどは、自動外観にて、第１の突起７および第２の突起８の箇所の位置をチェックすればよい。これにより、認識性が向上し判定も容易になるため半導体装置製造の工数低減が図れる。

【0031】

図１０は、実施の形態１の変形例として開口部５を封止剤２０により封止した図である。電極端子４を電極３に接合した後、開口部５にゲル、あるいは樹脂などの封止剤２０により埋没させる。これにより、電極端子４の電極３との接合部を外部と絶縁することができ、さらに品質、機能面の向上が図れる。また、電極端子４の沿面、空間絶縁を保った製品設計が容易になる。

【0032】

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２に係る半導体装置を示す図である。より詳細には、図１１は、実施の形態２に係る半導体装置の電極端子２１を拡大したものである。図１１において実施の形態１に対応する構成については同一の符号で示している。図１１に示すように実施の形態２に係る電極端子２１は、接触部９において電極端子２１の幅方向の両端に第３の突起２２を有する。

【0033】

開口部５の側面１３のうち、上記第３の突起に対応する位置に凹部２３を有する。すなわち、開口部５は接触部９の電極端子２１の幅方向の両端の側に凹部２３を有している。そして、第３の突起２２と凹部２３とは係合している。

【0034】

開口部５に第３の突起２２と係合する凹部２３を有するため、電極端子２１の電極３への位置決めの精度がさらに向上する。実施の形態２では第３の突起２２および凹部２３は矩形の形状であるが、この形状に限ったものではない。また、第３の突起２２の大きさを凹部２３よりも小さく形成することにより電極端子２１の開口部５への挿入がさらにスムーズになり生産性が向上する。

【0035】

図１２は、実施の形態２に係る電極端子の変形例を示す図である。図１２は、図１１に示す電極端子２１にさらに、実施の形態１で説明した第１の突起７および第２の突起８を備えたものである。より詳細には、図１２に示す電極端子２６は、接触部９において、電極端子２６の幅方向の両端それぞれに第１の突起７を有し、さらに、電極端子２６の接触端部１１に第２の突起８を有する。本開示では、接触部９に第１の突起７が２か所、第２の突起８が１か所設けられている例を示しているが、突起の個数はこれ以上でもよい。

【0036】

凹部２３に係合する第３の突起２２に加え、開口部５の側面１３と接触部９との間に第１の突起７および第２の突起８を有することによって、電極端子２６の電極３への位置決めの精度がさらに向上する。

【0037】

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３に係る半導体装置の開口部の断面を示すものである。より詳細には、図２に示す半導体装置のＢ－Ｂ´の断面に対応した図である。ただし、図２に示す開口部５の形状が図１３では異なっている。なお、実施の形態３に示す構成において実施の形態１または２と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0038】

図１３に示すように、開口部２８は、開口部２８の底部３１から樹脂モールド２の外側へ向かう方向に開口部２８の断面が一定であるストレート部２９と、ストレート部２９からモールド樹脂２の外側へ向かう方向に開口部２８の断面が大きくなるテーパ部３０とを備える。ここで、開口部２８の断面とは電極３および電極端子４と平行な面を指す。

【0039】

ストレート部２８の深さは、例えば、電極３の厚みよりも大きい。ここで、ストレート部２８の深さとは電極３または電極端子４の厚み方向における底部３１からの距離である。トランスファーモールド型パワーモジュール開口部は通常の金型成形上抜き角が発生するため、当該上抜き角がテーパ部３０に対応している。

【0040】

なお、ストレート部２８の深さは、例えば、１ｍｍ程度とすることができる。また、テーパ部３０の垂直方向に対する角度は、例えば、１０°と設定することができる。また、端子電極４とストレート部２８との間隔は０～５μｍ程度とすることもできる。このように、開口部２８に、ストレート部２９およびテーパ部３０を設けることにより、電極端子４の第１の突起７、第２の突起８および第３の突起２２による開口部２８への位置決め精度を向上させることができる。

【0041】

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４に係る電極端子を示す図である。図１４に示すように、電極端子はフラット形状、すなわち同一平面上に形成されているのではなく、電極端子の延伸方向の上方または下方に反った形状である。すなわち、電極端子３２は、電極端子の延伸方向に対し下に凸となるように湾曲している。一方、電極端子３３は、電極端子３３の延伸方向に対し上に凸となるように湾曲している。なお、ここでいう上とは、各電極端子３２、３３が電極３に設置された際の、電極３とは異なる側を指す。なお、実施の形態４で示す構成において実施の形態１～３と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0042】

また、図１４には示していないが、電極端子３２、３３は電極端子の幅方向について下に凸の形状となるように反った形状をしている。すなわち、電極端子３２、３３は、電極端子の幅方向において、少なくとも接触部９の断面が、電極３に向かって凸反り形状である。なお、上記凸反り形状は接触部９の部分だけでなく電極端子３２、３３の延伸方向全体に渡っていてもよい。電極端子３２、３３の断面形状については後述の図１６で説明する。

【0043】

図１４に示すように電極端子をフラット形状だけでなくあらかじめ反らせたもの（凸、凹）を電極３に接合することで、接合点におけるヒューズの効果を得ることができる。例えば、モジュールが設備などに設置された状態で何らかの原因によりモジュール内部がショートした場合、電極端子３２、３３が高温になり電極端子３２、３３を接合したはんだが溶融する。これにより、あらかじめ曲げて反らせておいた電極端子３２、３３の反発により電極端子３２、３３自体が跳ね上がり、電極３との接合状態が解消することで電気的に電極３と電極端子３２、３３とが断線する。電極端子３２、３３に厚みとしては、例えば、０．４ｍｍ～２ｍｍとすることができる。

【0044】

図１５および図１６は、実施の形態４に係る電極端子を拡大した図である。図１６は、実施の形態４に係る半導体装置の開口部の断面を示すものである。より詳細には、図２に示す半導体装置のＢ－Ｂ´の断面に対応した図である。図１５および図１６では、電極端子として、電極端子の延伸方向に対し下に凸となるように湾曲した電極端子３２を示すが、これに限らず電極端子の延伸方向に対し上に凸となるように湾曲した電極端子３３であってもよい。

【0045】

図１５および図１６に示すように、電極端子３２の接触部９の幅方向の両端と電極３との間に段差部３４が設けられている。段差部３４は、例えば、第１の突起７と電極３４との間に設置され、電極端子３２の延伸方向に長い矩形の厚みを有する形状である。段差部３４は、モールド樹脂２と同一の素材であっても、電極等に使用される導体で構成されてもよい。このように、開口部５の内部、すなわち、電極端子３２の幅方向の両端と電極３とのに段差部３４を設けることにより電極端子３２と電極３にあらかじめクリアランスを確保でき、ショート時に積極的に端子がはずれ易い、すなわち、断線され易いように構成することができる。なお、段差部３４の厚みは０．０５ｍｍ～１．００ｍｍとすることができる。

【0046】

実施の形態５．
図１７は、実施の形態５に係る電極端子３５を示す図である。図１８は、図１７におけるＣ－Ｃ´断面に対応した図である。すなわち、図１８は、モールド樹脂２、開口部５および電極端子３５の断面を示す図である。図１７および図１８に示すように、電極端子３５は、電極端子３５の接触部９と開放端部１２との間に凸部３６を有する。なお、実施の形態５に示す構成において実施の形態１～４と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0047】

また、図１８に示すようにモールド樹脂２は、凸部３６と係合する段差状突起３７を有する。電極端子３５の凸部３６は電極端子の折り曲げにて形成する。電極端子３５に凸部３６を設け、凸部３６と係合する段差状突起３７ことで電極端子の位置決めを行う。段差状突起３７は、例えば、モールド樹脂の一部を電極３の端部に沿って上に凸の形状で形成するため精度が高い。これにより、電極端子３５の電極３への位置決め精度がさらに向上する。

【0048】

実施の形態６．
図１９および図２０は実施の形態６に係る電極端子３８を示す図である。図２０は、図１９の断面Ｄ－Ｄ´に対応したモールド樹脂２、開口部５および電極端子３８の断面を示したものである。実施の形態６では、電極および電極端子に貫通穴を有する点及び、当該貫通穴を貫通する貫通突起が設けられている点がこれまでの実施例とは異なっている。なお、実施の形態６に示す構成において実施の形態１～５と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0049】

図２０に示すように、電極３は、電極端子３８の接触部９に接する位置に貫通穴４１を有する。また、電極端子３８は、貫通穴４１に対応する位置に貫通穴４０を有する。すなわち、貫通穴４０および貫通穴４１は電極３または電極端子３８の厚み方向に連通している。ここで、貫通穴４１を第１の貫通穴４１、貫通穴４０を第２の貫通穴４０とも表す。樹脂モールド２は貫通穴４０および貫通穴４１を貫通する貫通突起４２が一体的に形成されている。これにより、電極端子３８の電極３に対する位置決め精度がさらに向上する。

【0050】

図１９および図２０に示すように、貫通穴４０および４１と当該貫通穴を貫通する貫通突起４２はそれぞれ２か所に設けられる例を示しているが、これに限らず任意の個数設けてもよい。例えば、貫通穴およびこれに対応する貫通突起を２か所以上設けることにより、電極端子３８の電極３の上でのずれ、特に電極端子３８の平面内での電極端子の回転を抑止することができ、電極端子３８の電極３に対する位置決め精度がさらに向上する。

【0051】

図２１は、実施の形態６に係る貫通穴および貫通突起の変形例である。図１９および図２０では貫通穴４０、４１およびこれらに対応する貫通突起４２は円形である構成を示しているが、図２１に示すように、電極端子３８に設けられる貫通穴４３およびこれに対応する貫通突起４４は矩形でもよい。なお、図示しないが、この場合電極３に設けられる貫通穴も矩形であることが望ましい。

【0052】

図２２および図２３は、実施の形態６に係る電極端子の変形例である。図２２および２３は図１９および図２１においてそれぞれ、第１の突起７および第２の突起８を省略したものである。それ以外の構成については、同符号は同一の構成を示している。すなわち、図２２においては、第１の突起７および第２の突起８を有さない電極端子４７が、電極３に接合されている。そして、電極端子４７は円形の貫通穴４１を有している。

【0053】

また、図２３においては、第１の突起７および第２の突起８を有さない電極端子４８が、電極３に接合されている。そして、電極端子４８は矩形の貫通穴４３を有している。図２２および図２３において、貫通穴４１、４３に対応する電極３の貫通穴およびモールド樹脂２に一体的に設けられる貫通突起の形状については図１９～図２０の構成と同様なため説明を省略する。

【0054】

図２２および図２３に示すように、第１の突起７および第２の突起８を省略することにより、電極端子４７、４８の位置決め精度を担保するとともに、電極端子４７、４８の製造プロセスが簡略化し、半導体装置の製造コストを低減できる。

【0055】

実施の形態７．
図２４は実施の形態７に係る電極端子５０を拡大した図である。図２４に示すように電極端子５０は、図２における第１の突起７および第２の突起８を省略するとともに、モールド樹脂２の開口部５の側面１３と電極端子５０の接触部９との間に、モールド樹脂２と一体に形成された複数の突起５１を備えたものである。なお、実施の形態７に示す構成において実施の形態１～６と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0056】

図２４に示すように、電極端子５０を電極３に接合する際の位置決め精度をモールド樹脂２に設けることによって、電極端子５０に突起を設けた場合と同様の位置決め精度を確保できる。また、突起を有さない電極端子を利用することができる。突起５１の開口部５と端子電極５０との間の距離は、例えば、１０μｍとすることができる。

【0057】

実施の形態８．
図２５は、実施の形態８に係る半導体装置を示す図である。図２５に示すように、複数の半導体装置としてのトランスファーモールド型パワーモジュールを連結して利用する際の構成を示している。なお、実施の形態８に示す構成において実施の形態１～７と同符号のものは同一の構成を示すため説明を省略する。

【0058】

複数の半導体装置１は、電極端子の開放端部がそれぞれ接続された連結電極端子５２によって、電気的に互いに接続されている。連結電極端子５２はねじ締穴１０を有しており上位のシステムと電気的に接続される。このように構成することにより、トランスファーモールド型パワーモジュールの容量を増加することができる。なお、図２５では、３つの半導体装置１の一方が並列に接続された例を示しているが、これに限らず３つ以上の半導体装置を並列に接続しても構わない。

【0059】

実施の形態１～８では、半導体装置がトランスファーモールド型モジュールである例を説明したが、これに限らず例えば、ケース型モジュール構造に対しても適応可能である。

【0060】

実施の形態９．
本実施の形態は、上述した実施の形態１～８にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明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、実施の形態９として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。

【0061】

図２６は、実施の形態９にかか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２６に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００を有する。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、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、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することとしてもよい。

【0063】

電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００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２６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を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。

【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、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、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を備えており（図示せず）、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、本実施の形態にかかる主変換回路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から構成することができる。

【0066】

主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードは、上述した実施の形態１～８のいずれかに相当する半導体装置２０２によって構成する。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。

【0067】

また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体装置２０２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、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。

【0068】

具体的には、後述する制御回路２０３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。

【0069】

制御回路２０３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。

【0070】

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、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、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又はオフ信号を駆動信号として出力する。

【0071】

本実施の形態に係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還流ダイオードとして実施の形態１～８にかかる半導体装置を適用するため、モジュールの電極位置が変更になっても当該変更に伴うコスト等の発生を回避することができる。

【0072】

本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。

【0073】

また、本発明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されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。

【0074】

以上説明した図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当する構成を示したものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。また、本開示は、開示の範囲内において開示内容を自由に組み合わせることや、適宜、変形、省略することが可能である。また、以上のように本開示の実施の形態について説明したが、本開示はこれらの実施の形態に限るものではない。

【符号の説明】

【0075】

半導体装置１、モールド樹脂２、電極３、電極端子４、開口部５、底面６、第１の突起７、第２の突起８、接触部９、ネジ締め穴１０、接触端部１１、開放端部１２、開口部の側面１３、電極端子１４、屈曲部１５、貫通孔１６、接着剤１７、封止剤２０、電極端子、第３の突起２２、凹部２３、端子電極２６、開口部２８、ストレート部２９、テーパ部３０、底部３１、電極端子３２ ３３、段差部３４、電極端子３５、凸部３６、段差状突起３７、電極端子３８ ３９、貫通穴４０ ４１、貫通突起４２、貫通穴４３、貫通突起４４、電極端子４７ ４８ ５０、連結電極端子５２、電源１００、電力変換装置２００、主変換回路２０１、半導体装置２０２、制御回路２０３、負荷３００

【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】