半導体装置
【課題】複数の半導体素子を有して構成される回路を樹脂により一体化するに際し、樹脂の膨張収縮に応じて半導体素子に作用する応力の影響を抑制する。
【解決手段】半導体素子４を載置し、ベースプレート９の基準面Ｒに接着される複数の素子基板７と、基準面Ｒに沿って複数の素子基板７の周囲を囲むケース部材２とを備え、ケース内空間に素子基板７と半導体素子４とを覆う高さまでモールド樹脂３が充填される半導体装置１００であって、ケース内空間を区画壁１２によって複数のモールド空間１１に区画する区画部材１を備える。区画壁１２は、基準面に当接すると共に基準面Ｒからの高さＨ６がモールド樹脂３の充填高さＨ５よりも高くなるように構成される。複数のモールド空間１１のそれぞれに少なくとも１つの素子基板７が収容されている。
【解決手段】半導体素子４を載置し、ベースプレート９の基準面Ｒに接着される複数の素子基板７と、基準面Ｒに沿って複数の素子基板７の周囲を囲むケース部材２とを備え、ケース内空間に素子基板７と半導体素子４とを覆う高さまでモールド樹脂３が充填される半導体装置１００であって、ケース内空間を区画壁１２によって複数のモールド空間１１に区画する区画部材１を備える。区画壁１２は、基準面に当接すると共に基準面Ｒからの高さＨ６がモールド樹脂３の充填高さＨ５よりも高くなるように構成される。複数のモールド空間１１のそれぞれに少なくとも１つの素子基板７が収容されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を実装した複数の素子基板をヒートシンク上に搭載し、これらの素子基板を囲むケース部材の内側にモールド樹脂が充填される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に利用される交流モータや交流発電機など、直流電源との間で電力をやりとりして動作する回転電機は、直流と交流との間で電力変換するインバータを介して当該直流電源と接続される場合が多い。このようなインバータは、パワースイッチング素子（電力系スイッチング素子）やパワー整流素子（電力系整流素子）と称される半導体素子を用いて構成される。このような半導体素子は、比較的大容量の電流を流すことが可能であり、半導体素子の内部抵抗と電流との積に応じた発熱量も多くなる。このため、このようなインバータでは、半導体素子はヒートシンクを備えて実装されることが多い。また、一般的な構成のインバータは、上段アームのスイッチング素子と下段アームのスイッチング素子とのペアを１レッグとして、３レッグのブリッジ回路により構成される。これら６つのスイッチング素子は、互いに近傍に配置されることが好ましく、上述したヒートシンクと合わせて１つのユニットとして構成されることも多い。そのようなユニットにおいて、スイッチング素子を良好に固定し、使用中における異物の混入等からも保護するためにしばしば、特開２０１０−２６７６８５号公報（特許文献１）に例示されるように、半導体素子を収容する外装ケース内に樹脂が充填される（第３段落、図１（ｂ）等。）。そして、半導体素子が外装ケース内に封入された半導体装置が構成される。
【０００３】
外装ケース内に充填される樹脂は、高い温度で溶融した状態で充填され、冷えて固まることによって半導体素子を固定する。樹脂が固まる速度は、外装ケース内の場所によって異なるため、樹脂の状態に応じた粘性の違いにより、半導体素子や半導体素子が搭載された基板に応力が印加される。また、硬化後においても、温度変化によって樹脂が膨張や収縮することによって応力が生じることもある。このような応力によって、半導体素子と基板との接合力や接着力、あるいは基板とヒートシンクとの接合力や接着力を弱めてしまう可能性がある。基板とヒートシンクとは、特開２００５−２６８５１４号公報（特許文献２）に記載されているように、シートを介して接着される場合がある（図１等）。この場合、シートの接着界面に作用する応力によって接着力が低下してしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６７６８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景に鑑みて、複数の半導体素子を有して構成される回路を樹脂により一体化するに際し、樹脂の膨張収縮に応じて半導体素子に作用する応力の影響を抑制することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みた本発明に係る半導体装置の特徴構成は、
ヒートシンクとなるベースプレートと、
一方の面が半導体素子を載置する載置面であり、他方の面が前記ベースプレートの基準面に接着される接着面である複数の素子基板と、
前記基準面に当接すると共に前記基準面に沿って複数の前記素子基板の周囲を囲むケース部材と、を備え、
前記基準面を底部とし前記ケース部材を周壁部として形成されるケース内空間に、前記素子基板と前記半導体素子とを覆う高さまでモールド樹脂が充填される半導体装置であって、
前記ケース内空間を区画壁によって複数のモールド空間に区画する区画部材を備え、
前記区画壁は、前記基準面に当接すると共に前記基準面からの高さが前記モールド樹脂の充填高さよりも高くなるように構成され、
前記複数のモールド空間のそれぞれに少なくとも１つの前記素子基板が収容されている点にある。
【０００７】
区画部材を用いて、ケース内空間が複数のモールド空間に分割して区画されることにより、各モールド空間の体積や、基準面に直交する方向に見た基準面視における平面形状の面積が、ケース内空間に比べて小さくなる。溶融した状態でモールド空間に充填されたモールド樹脂が固まる際に、応力が作用する範囲は区画部材によって分断され、応力の及ぶ範囲は各モールド空間内に留まることになる。従って、モールド樹脂の粘性の違いによって生じる応力が抑制される。同様に、硬化後に、温度変化によってモールド樹脂が膨張や収縮することによって生じる応力も、各モールド空間内に限定されるから、区画部材を用いてケース内空間を分割しない場合に比べて、応力は抑制される。その結果、複数の半導体素子を有して構成される回路をモールド樹脂により一体化するに際し、モールド樹脂の膨張収縮に応じて半導体素子に作用する応力の影響を抑制することが可能となる。
【０００８】
ここで、前記区画部材は、複数の前記モールド空間のそれぞれに１つの前記素子基板を収容するように形成されていると好適である。基準面視における平面形状が各素子基板に応じた大きさとなり、モールド空間の体積も各素子基板に応じた大きさとなるので、半導体素子に影響する応力を最大限に抑制することが可能となる。
【０００９】
モールド空間に充填されたモールド樹脂は、区画部材と接する周辺部から硬化し、モールド空間の重心近くが最も遅く硬化する。従って、基準面視での平面形状における素子基板の重心と、モールド空間との重心とが近くになるように、モールド空間内に素子基板が配置されるとよい。本発明に係る半導体装置は、１つの好適な態様として、前記基準面に直交する方向に見た基準面視における前記素子基板と前記モールド空間との平面形状が、同方向且つ前記モールド空間の方が大きい相似形状であり、それぞれの前記素子基板が、それぞれの前記モールド空間の中央に配置されている構成とすることができる。
【００１０】
特許文献２を例として提示したように、ヒートシンクとなるベースプレートと、素子基板の接着面とは、絶縁を兼ねたシート状部材によって接着される場合がある。この場合、半導体素子を搭載した素子基板と区画部材とは、ベースプレートに対してほぼ同時に押圧されることによって、ベースプレートに接着される。この際、ベースプレートの基準面に対して直交する方向からの押圧力によって、シート状部材には基準面に沿った力も働くことになる。この力によって、素子基板の端部や区画部材の端部において、シート状部材にボイドと称される空隙が生じる可能性がある。素子基板の端部においてボイドが生じると、熱伝導性のよい銅などの金属によって構成されることの多いベースプレートと、素子基板との間の絶縁性が低下してしまう。
【００１１】
そこで、本発明に係る半導体装置は、１つの態様として、前記基準面と前記素子基板との間に、熱と押圧力とによって両者を接着するシート状部材を備え、前記区画部材は、前記区画壁と前記素子基板との隙間が前記シート状部材の厚さ以下となるように形成されていると好適である。区画壁と素子基板との隙間がシート状部材の厚さ以下であると、素子基板の端部においては、シート状部材にボイドが生じにくくなる。区画壁の端部においては、ボイドが生じる可能性があるが、このボイドと素子基板との間には、シート状部材よりも遙かに厚みのある区画壁が存在するので、ボイドによる絶縁性の低下は抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体装置により構成されるインバータの一例を示す模式的回路図
【図２】ＩＧＢＴモジュールの構成例を模式的に示す斜視図
【図３】半導体装置の構成例を模式的に示す分解斜視図
【図４】半導体装置の模式的な上面図及び断面図
【図５】区画部材を用いない半導体装置のモールド樹脂による応力を模式的に示す図
【図６】区画部材の端部において樹脂シートに生じるボイドを模式的に示す図
【図７】素子基板の端部において樹脂シートに生じるボイドを模式的に示す図
【図８】区画部材の模式的な上面図
【図９】区画部材の他の構成例を模式的に示す上面図
【図１０】ケース部材と区画部材とによりモールド空間を形成する例を模式的に示す上面図
【図１１】複数の素子基板を収めるモールド空間の一例を模式的に示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を利用して本発明に係る半導体装置の実施形態を説明する。このような半導体装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動力源となる回転電機を駆動する駆動装置に利用されるインバータに適用される。図１に示すように、回転電機３０は、３相交流により動作する交流電動機であり、必要に応じて電動機としても発電機としても動作する。インバータ３１は、正極Ｐ及び負極Ｎの直流電力と交流電力との間で電力変換を行う。
【００１４】
インバータ３１は、上段アーム３３及び下段アーム３４からなる一対のスイッチング素子４１の直列回路により構成される１回線のレッグ３２を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応して３回線有したブリッジ回路として構成され、直流電力と３相交流との間で電力変換を行う。本実施形態では、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）４１を用いる例を示している。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ４１の他に、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のパワートランジスタを用いることができる。また、各スイッチング素子４１には、それぞれフリーホイールダイオード４２が並列接続されている（以下、適宜単にダイオード４２と称する。）。
【００１５】
本実施形態においては、各アーム３３，３４が１つのＩＧＢＴモジュール１０として構成されている。図２に示すように、ＩＧＢＴモジュール１０は、セラミックや導電性のある金属を素子基板７とした素子基板アッセンブリとして構成されている。本実施形態では、素子基板７は、銅により構成されており、大電流により発熱するＩＧＢＴ４１やダイオード４２のヒートスプレッダとしても機能する。素子基板７の図示上面側は、ＩＧＢＴ４１やダイオード４２が載置される載置面Ａであり、図示下面側は、後述するように放熱フィンなどを有するヒートシンクに接着される接着面Ｂである。載置面Ａには、不図示の素子配置領域が形成され、この素子配置領域にＩＧＢＴ４１やダイオード４２が例えば半田付けにより実装される。尚、図２における符号５は、電極部材６を接続するためのパッドである。
【００１６】
本実施形態において、ＩＧＢＴ４１は、図示上面側にエミッタ電極及びゲート電極を備え、図示下面側にコレクタ電極を備えている。また、ダイオード４２は、図示上面側にアノード電極を備え、図示下面側にカソード電極を備えている。半田付けにより素子基板７に実装されたＩＧＢＴ４１の下面のコレクタ電極は、銅製の素子基板７と導通する。同様に、素子基板７に実装されたダイオード４２のカソード電極も、銅製の素子基板７と導通する。つまり、ＩＧＢＴ４１のコレクタ電極とダイオード４２のカソード電極とは、素子基板７を介して図１の回路図に示すように電気的に接続される。
【００１７】
また、ＩＧＢＴ４１の上面側に形成されたエミッタ電極とダイオード４２の上面側に形成されたアノード電極とは、図２に示すように第１電極部材６１（電極部材６）を介して導通する。即ち、ＩＧＢＴ４１のエミッタ電極とダイオード４２のアノード電極とは、図１の回路図に示すように電気的に接続される。素子基板７に設けられたパッド５に接続された第２電極部材６２（電極部材６）は、素子基板７と導通する。即ち、第２電極部材６２は、ＩＧＢＴ４１のコレクタ電極及びダイオード４２のカソード電極と導通する。
【００１８】
そして、各ＩＧＢＴモジュール１０の電極部材６を不図示のバスバーなどの電流容量の大きい導体で接続することによって、図１に示すようなインバータ３１の回路が構成される。上述したように、各アーム３３，３４のエミッタ側には第１電極部材６１が設けられ、コレクタ側には第２電極部材６２が設けられる。複数のアームの電極部材６（６１，６２）をバスバーによって接続することによって、各レッグが構成される。また、各アーム３３，３４（各レッグ３２）は、直流の正極Ｐ及び負極Ｎとも、電極部材６及び不図示のバスバーを介して接続される。同様に、各レッグと回転電機３０の各ステータコイルとも、電極部材６及び不図示のバスバーを介して接続される。バスバーについては図示を省略するが、このようにして、図１の回路図に例示したインバータ３１が、図３及び図４に示すようなインバータユニット１００（半導体装置）として構成される。尚、ＩＧＢＴ４１及びダイオード４２は、本発明の半導体素子４に相当する。
【００１９】
一方、図２に示すように、ＩＧＢＴ４１には、信号端子４５が設けられている。この信号端子４５にはＩＧＢＴ４１のゲート端子も含まれる。ゲート端子に入力されるゲート駆動信号の電流は、コレクタ−エミッタ間を流れる電流に比べて非常に小さいため、端子もコレクタやエミッタに比べて小規模に形成されている。また、信号の伝送にも大きな電流容量は必要ないため、バスバーなどではなく、不図示の金属細線等によるワイヤーボンディングによってゲート駆動信号を生成する制御回路と接続される。尚、ＩＧＢＴ４１には、過電流や温度上昇などを検出する診断回路を備えているものもあり、そのような診断回路の結果も信号端子４５を介して伝送される。図２において複数の信号端子４５を例示しているのは、このためである。
【００２０】
インバータユニット１００は、図３及び図４に示すように、放熱フィン９１を有してヒートシンクとして機能するベースプレート９と、樹脂シート（接着性のシート状部材）８と、素子基板アッセンブリとしての複数のＩＧＢＴモジュール１０と、素子基板７（素子基板アッセンブリ）を囲うケース部材２と、ケース部材２により形成されるケース内空間を複数のモールド空間１１に区画する区画部材１と、を備えて構成される。モールド樹脂３は、素子基板アッセンブリ（ＩＧＢＴモジュール１０）、つまり、素子基板７と半導体素子４とを覆う高さまで充填される。モールド樹脂３は、例えばエポキシ樹脂である。また、区画部材１及びケース部材２は、各種プラスチックなどの樹脂材料により形成されている。ベースプレート９は、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００２１】
放熱フィン９１は、ベースプレート９の一方の面（図示下面側）に対してほぼ垂直に設けられた、所定の厚さの複数の板状部によって形成されている。ベースプレート９の他方の面（図示上面側）には、絶縁性の樹脂シート８が貼り付けられる。樹脂シート８は、電気的絶縁性、熱伝導性、接着性を備える樹脂素材により形成されている。樹脂シート８は、例えば、エポキシとアルミナフィラーとの混合材料に形成されており、その厚みは１５０〜２００μｍ程度である。樹脂シート８の上に、ＩＧＢＴモジュール１０と区画部材１とが配置され、半導体素子４に応力が掛からないように、素子基板７と区画部材１とがほぼ均等な圧力でほぼ同時にベースプレート９に押しつけられる。例えば、素子基板７の載置面Ａと、区画部材１の上面Ｃとに接触する治具によりベースプレート９に押しつけられ、押圧力により素子基板７の接着面Ｂと区画部材１の接着面Ｄとが、ベースプレート９に接着される。
【００２２】
ベースプレート９の基準面Ｒに当接したケース部材２は、基準面Ｒに沿って複数の素子基板７（素子基板アッセンブリ）の周囲を囲んでいる。つまり、ベースプレート９の基準面Ｒを底部とし、基準面Ｒに当接するケース部材２を周壁部として、ケース内空間が形成される。本実施形態では、このケース内空間の中に区画部材１が備えられ、区画部材１によって、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割される。図３及び図４に示すように、区画部材１は、区画壁１２を有して構成されており、この区画壁１２によってケース内空間が複数のモールド空間１１に区画される。
【００２３】
各モールド空間１１は、ベースプレート９の基準面Ｒあるいは基準面Ｒ上に貼られた樹脂シート８を底部とし、区画壁１２を周壁部として形成される。そして、各モールド空間１１には、少なくとも１つのＩＧＢＴモジュール１０が収容されている。モールド樹脂３は、各モールド空間１１において、それぞれのモールド空間１１に収容された素子基板７及び当該素子基板７に搭載された半導体素子４を覆う高さまで充填される。この際、電極部材６は、不図示のバスバーとの接続を確保するために、完全に覆われることなく、電極上面を露出する形態で封入される。また、充填されるモールド樹脂３が各モールド空間１１から溢れ出ることがないように、区画壁１２はモールド樹脂３の充填高さよりも高くなるように構成されている。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、樹脂シート８の厚みを樹脂シート厚Ｈ１とし、素子基板７の厚みを基板厚Ｈ２とし、半導体素子４の厚みをチップ厚Ｈ３とする。モールド樹脂３の充填高さＨ５は、樹脂シート厚Ｈ１と基板厚Ｈ２とチップ厚Ｈ３との和Ｈ４よりも大きい値となるように設定されている。一方、基準面Ｒから電極部材６の上面までの高さである電極上面高さＨ６は、モールド樹脂３が充填された後も、電極上面を露出させるために、充填高さＨ５よりも大きい。また、区画壁１２の基準面Ｒからの高さである区画壁高さＨ７は、上述したように、モールド樹脂３が各モールド空間１１から溢れ出ることがないように、充填高さＨ５よりも高く設定されている。尚、区画壁高さＨ７と電極上面高さＨ６とは何れの方が高くてもよいが、不図示のバスバーによる配線を容易にする上では、区画壁高さＨ７よりも電極上面高さＨ６の方が大きいほうが好ましい。
【００２５】
尚、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７（素子基板アッセンブリ、ＩＧＢＴモジュール１０）が収容されている。換言すれば、区画部材１は、複数のモールド空間１１のそれぞれに１つの素子基板７を収容するように形成されている。区画部材１を用いて、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割して区画されることにより、各モールド空間１１の体積や、基準面Ｒに直交する方向に見た基準面視における平面形状の面積は、ケース内空間に比べて小さくなる。さらに、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７が収容されていると、基準面視における平面形状が各素子基板７に応じた大きさとなり、モールド空間１１の体積も各素子基板７に応じた大きさとなる。このように構成すれば、溶融した状態でモールド空間１１に充填されたモールド樹脂３が固まる際に、粘性の違いによって生じる応力が作用する範囲は区画部材１によって分断された各モールド空間１１の中に留まる。従って、モールド樹脂３の粘性の違いによって生じる応力が抑制される。
【００２６】
図５は、区画部材１を用いて複数のモールド空間１１に区画することなく、ケース内空間にモールド樹脂３を充填した場合の模式的な応力Ｆ２を破線で示している。図４には、１つのモールド空間１１における模式的な応力Ｆ１を破線で示している。図４及び図５の比較により明らかなように、モールド樹脂３が流動可能な範囲が、ケース内空間に比べて狭いモールド空間１１では、モールド樹脂３の膨張や収縮に伴う応力Ｆ１が、ケース内空間全体において生じる応力Ｆ２に比べて小さくなる。その結果、複数の半導体素子４を有して構成される回路をモールド樹脂３により一体化するに際し、モールド樹脂３の膨張収縮に応じて半導体素子４に作用する応力の影響を抑制することが可能となる。
【００２７】
さらに本実施形態においては、素子基板７の外形がほぼ矩形であり、区画部材１によって区画されるモールド空間１１の基準面視の平面形状も矩形である。具体的には、基準面視における素子基板７とモールド空間１１との平面形状は、同方向且つモールド空間１１の平面形状の方が大きい相似形状である。図２に示すように、素子基板７の外形は、角部は面取りされているが、ほぼＸ７：Ｙ７の比率の長方形である。また、図４に示すように、モールド空間１１の平面形状は、ほぼＸ１：Ｙ１の比率の長方形である。素子基板７の外形と、モールド空間１１の平面形状は、「Ｘ７：Ｙ７≒Ｘ１：Ｙ１」を満たす相似形状である。また、それぞれ、「Ｘ７＜Ｘ１，Ｙ７＜Ｙ１」を満たし、素子基板７の外形に比べて、モールド空間１１の平面形状の方が大きい。そして、それぞれの素子基板７は、それぞれのモールド空間１１の中央に配置されている。モールド空間１１に充填されたモールド樹脂３は、区画部材１と接する周辺部から硬化し、モールド空間１１の重心近くが最も遅く硬化する。従って、基準面視における素子基板７の重心と、モールド空間１１との重心とが近くになるように、モールド空間１１のほぼ中央に素子基板７が配置されるとよい。
【００２８】
また、本実施形態においては、区画部材１の区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１が、樹脂シート８の厚さ（樹脂シート厚Ｈ１）以下となるように、モールド空間１１が形成されると共にその中に素子基板７が配置される。上述したように、半導体素子４を搭載した素子基板７と区画部材１とは、樹脂シート８を介してベースプレート９に対して押圧されることによって基準面Ｒに接着される。この際、図６及び図７に中抜き矢印で示すような基準面Ｒに対して直交する方向からの押圧力によって、樹脂シート８には基準面Ｒに沿った力も働くことになる。この力によって、素子基板７の端部や区画部材１の端部において、樹脂シート８にボイド（空隙）８０が生じる可能性がある。図７に示すように、素子基板７の端部においてボイド８０が生じると、その部分において樹脂シート８が薄くなる。よって、多くの場合熱伝導性のよい金属によって構成されるベースプレート９と、素子基板７との間の絶縁性が低下してしまう。
【００２９】
一方、区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１が樹脂シート厚Ｈ１以下であると、図６に示すように、素子基板７の端部においては、樹脂シート８にボイド８０が生じにくくなる。ボイド８０は、基準面Ｒに沿った力が開放される区画壁１２の端部において生じることになる。上述したように、樹脂シート厚は１５０〜２００μｍであり、極薄である。このため、モールド空間１１の外側において区画壁１２の端部に生じるボイド８０と素子基板７との間には、樹脂シート８よりも遙かに厚みのある区画壁１２が存在することになる。従って、区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１を樹脂シート厚Ｈ１以下とすると、ボイド８０による絶縁性の低下が抑制される。あるいは、樹脂シート８の材料特性と押圧力とからボイド８０の大きさを想定し、ボイド８０を形成できない、あるいはボイド８０を維持できない程度の隙間Ｇ１を設定してもよい。
【００３０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、図８に代表されるように、基準面Ｒに沿って素子基板７を囲む外周壁１５と、外周壁１５の間を結ぶ仕切り壁１７とによって区画壁１２が構成される例を用いて説明した。しかし、区画壁１２の形状は、この形態に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、ケース部材２を外周壁１５として利用し、区画部材１は、仕切り壁１７のみを区画壁１２として構成されていてもよい。
【００３１】
（２）上記実施形態においては、ケース内空間の中に区画部材１が備えられ、区画部材１によって、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割される例を示した。つまり、ベースプレート９の基準面Ｒに沿って複数の素子基板７の周囲を周壁部として囲み、基準面Ｒを底部としてケース内空間を形成するケース部材２と、ケース内空間を区画する区画部材１との２つの部材を有するインバータユニット（半導体装置）１００を例示した。しかし、区画部材１の外周壁１５は、別実施形態（１）において例示したように、ケース部材２を利用することも可能である。従って、図１０に示すように、ケース部材２と区画部材１とが一体化して形成されて、１つの部材によってケース内空間及びモールド空間１１が形成されてもよい。
【００３２】
（３）上記、各実施形態においては、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７が収容される場合を例示した。しかし、モールド空間１１は、少なくとも１つの素子基板７を収容し、且つケース内空間よりも狭い空間であればよい。ケース内空間よりも狭い空間に対してモールド樹脂３を充填することによって、モールド樹脂３の硬化や、硬化後の膨張収縮による応力は抑制される。従って、例えば、図１１に示すように、１つのモールド空間１１に２つの素子基板７が収容されるように、区画部材１が形成されていてもよい。尚、図視は省略するが、当然ながら、１つのモールド空間１１に３つ以上の素子基板７が収容されていてもよい。また。各モールド空間１１に同じ数の素子基板７が収容される必要もなく、モールド空間１１ごとに異なる数の素子基板７が収容されていてもよい。
【００３３】
（４）上記、各実施形態においては、素子基板７が接着性及び絶縁性を有する樹脂シート８を介してベースプレート９に接着される例を用いて説明した。しかし、素子基板７は、必ずしも樹脂シート８を介して接着される必要はない。素子基板７が電気的絶縁性を有するセラミック基板などの絶縁基板で構成されている場合には、接着剤によりベースプレート９に接着されてもよい。また、そのような絶縁基板により構成された素子基板７の裏面（ベースプレート９の側）に銅箔等のランドを設け、当該ランドとベースプレート９とを半田付け等によって接着（接合・溶接）してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ヒートシンク上に半導体素子を実装した複数の素子基板を搭載し、これらの素子基板を囲むケース部材の内側にモールド樹脂が充填される半導体装置に適用することができる。例えば、本発明は、半導体としてスイッチング素子や整流素子を備えたインバータやコンバータ、整流回路に適用することができる。また、半導体として、各種コンピュータシステムの中核となるプロセッサを備えた大規模高速演算回路に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ ：区画部材
２ ：ケース部材
３ ：モールド樹脂
４ ：半導体素子
７ ：素子基板
８ ：樹脂シート（シート状部材）
９ ：ベースプレート
１０ ：ＩＧＢＴモジュール、素子基板アッセンブリ
１１ ：モールド空間
１２ ：区画壁
１５ ：外周壁（区画壁）
１７ ：仕切り壁（区画壁）
４１ ：スイッチング素子（半導体素子）
４２ ：フリーホイールダイオード（半導体素子）
１００ ：インバータユニット（半導体装置）
Ｇ１ ：隙間
Ｈ１ ：樹脂シート厚
Ｒ ：基準面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を実装した複数の素子基板をヒートシンク上に搭載し、これらの素子基板を囲むケース部材の内側にモールド樹脂が充填される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に利用される交流モータや交流発電機など、直流電源との間で電力をやりとりして動作する回転電機は、直流と交流との間で電力変換するインバータを介して当該直流電源と接続される場合が多い。このようなインバータは、パワースイッチング素子（電力系スイッチング素子）やパワー整流素子（電力系整流素子）と称される半導体素子を用いて構成される。このような半導体素子は、比較的大容量の電流を流すことが可能であり、半導体素子の内部抵抗と電流との積に応じた発熱量も多くなる。このため、このようなインバータでは、半導体素子はヒートシンクを備えて実装されることが多い。また、一般的な構成のインバータは、上段アームのスイッチング素子と下段アームのスイッチング素子とのペアを１レッグとして、３レッグのブリッジ回路により構成される。これら６つのスイッチング素子は、互いに近傍に配置されることが好ましく、上述したヒートシンクと合わせて１つのユニットとして構成されることも多い。そのようなユニットにおいて、スイッチング素子を良好に固定し、使用中における異物の混入等からも保護するためにしばしば、特開２０１０−２６７６８５号公報（特許文献１）に例示されるように、半導体素子を収容する外装ケース内に樹脂が充填される（第３段落、図１（ｂ）等。）。そして、半導体素子が外装ケース内に封入された半導体装置が構成される。
【０００３】
外装ケース内に充填される樹脂は、高い温度で溶融した状態で充填され、冷えて固まることによって半導体素子を固定する。樹脂が固まる速度は、外装ケース内の場所によって異なるため、樹脂の状態に応じた粘性の違いにより、半導体素子や半導体素子が搭載された基板に応力が印加される。また、硬化後においても、温度変化によって樹脂が膨張や収縮することによって応力が生じることもある。このような応力によって、半導体素子と基板との接合力や接着力、あるいは基板とヒートシンクとの接合力や接着力を弱めてしまう可能性がある。基板とヒートシンクとは、特開２００５−２６８５１４号公報（特許文献２）に記載されているように、シートを介して接着される場合がある（図１等）。この場合、シートの接着界面に作用する応力によって接着力が低下してしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６７６８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景に鑑みて、複数の半導体素子を有して構成される回路を樹脂により一体化するに際し、樹脂の膨張収縮に応じて半導体素子に作用する応力の影響を抑制することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みた本発明に係る半導体装置の特徴構成は、
ヒートシンクとなるベースプレートと、
一方の面が半導体素子を載置する載置面であり、他方の面が前記ベースプレートの基準面に接着される接着面である複数の素子基板と、
前記基準面に当接すると共に前記基準面に沿って複数の前記素子基板の周囲を囲むケース部材と、を備え、
前記基準面を底部とし前記ケース部材を周壁部として形成されるケース内空間に、前記素子基板と前記半導体素子とを覆う高さまでモールド樹脂が充填される半導体装置であって、
前記ケース内空間を区画壁によって複数のモールド空間に区画する区画部材を備え、
前記区画壁は、前記基準面に当接すると共に前記基準面からの高さが前記モールド樹脂の充填高さよりも高くなるように構成され、
前記複数のモールド空間のそれぞれに少なくとも１つの前記素子基板が収容されている点にある。
【０００７】
区画部材を用いて、ケース内空間が複数のモールド空間に分割して区画されることにより、各モールド空間の体積や、基準面に直交する方向に見た基準面視における平面形状の面積が、ケース内空間に比べて小さくなる。溶融した状態でモールド空間に充填されたモールド樹脂が固まる際に、応力が作用する範囲は区画部材によって分断され、応力の及ぶ範囲は各モールド空間内に留まることになる。従って、モールド樹脂の粘性の違いによって生じる応力が抑制される。同様に、硬化後に、温度変化によってモールド樹脂が膨張や収縮することによって生じる応力も、各モールド空間内に限定されるから、区画部材を用いてケース内空間を分割しない場合に比べて、応力は抑制される。その結果、複数の半導体素子を有して構成される回路をモールド樹脂により一体化するに際し、モールド樹脂の膨張収縮に応じて半導体素子に作用する応力の影響を抑制することが可能となる。
【０００８】
ここで、前記区画部材は、複数の前記モールド空間のそれぞれに１つの前記素子基板を収容するように形成されていると好適である。基準面視における平面形状が各素子基板に応じた大きさとなり、モールド空間の体積も各素子基板に応じた大きさとなるので、半導体素子に影響する応力を最大限に抑制することが可能となる。
【０００９】
モールド空間に充填されたモールド樹脂は、区画部材と接する周辺部から硬化し、モールド空間の重心近くが最も遅く硬化する。従って、基準面視での平面形状における素子基板の重心と、モールド空間との重心とが近くになるように、モールド空間内に素子基板が配置されるとよい。本発明に係る半導体装置は、１つの好適な態様として、前記基準面に直交する方向に見た基準面視における前記素子基板と前記モールド空間との平面形状が、同方向且つ前記モールド空間の方が大きい相似形状であり、それぞれの前記素子基板が、それぞれの前記モールド空間の中央に配置されている構成とすることができる。
【００１０】
特許文献２を例として提示したように、ヒートシンクとなるベースプレートと、素子基板の接着面とは、絶縁を兼ねたシート状部材によって接着される場合がある。この場合、半導体素子を搭載した素子基板と区画部材とは、ベースプレートに対してほぼ同時に押圧されることによって、ベースプレートに接着される。この際、ベースプレートの基準面に対して直交する方向からの押圧力によって、シート状部材には基準面に沿った力も働くことになる。この力によって、素子基板の端部や区画部材の端部において、シート状部材にボイドと称される空隙が生じる可能性がある。素子基板の端部においてボイドが生じると、熱伝導性のよい銅などの金属によって構成されることの多いベースプレートと、素子基板との間の絶縁性が低下してしまう。
【００１１】
そこで、本発明に係る半導体装置は、１つの態様として、前記基準面と前記素子基板との間に、熱と押圧力とによって両者を接着するシート状部材を備え、前記区画部材は、前記区画壁と前記素子基板との隙間が前記シート状部材の厚さ以下となるように形成されていると好適である。区画壁と素子基板との隙間がシート状部材の厚さ以下であると、素子基板の端部においては、シート状部材にボイドが生じにくくなる。区画壁の端部においては、ボイドが生じる可能性があるが、このボイドと素子基板との間には、シート状部材よりも遙かに厚みのある区画壁が存在するので、ボイドによる絶縁性の低下は抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体装置により構成されるインバータの一例を示す模式的回路図
【図２】ＩＧＢＴモジュールの構成例を模式的に示す斜視図
【図３】半導体装置の構成例を模式的に示す分解斜視図
【図４】半導体装置の模式的な上面図及び断面図
【図５】区画部材を用いない半導体装置のモールド樹脂による応力を模式的に示す図
【図６】区画部材の端部において樹脂シートに生じるボイドを模式的に示す図
【図７】素子基板の端部において樹脂シートに生じるボイドを模式的に示す図
【図８】区画部材の模式的な上面図
【図９】区画部材の他の構成例を模式的に示す上面図
【図１０】ケース部材と区画部材とによりモールド空間を形成する例を模式的に示す上面図
【図１１】複数の素子基板を収めるモールド空間の一例を模式的に示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を利用して本発明に係る半導体装置の実施形態を説明する。このような半導体装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動力源となる回転電機を駆動する駆動装置に利用されるインバータに適用される。図１に示すように、回転電機３０は、３相交流により動作する交流電動機であり、必要に応じて電動機としても発電機としても動作する。インバータ３１は、正極Ｐ及び負極Ｎの直流電力と交流電力との間で電力変換を行う。
【００１４】
インバータ３１は、上段アーム３３及び下段アーム３４からなる一対のスイッチング素子４１の直列回路により構成される１回線のレッグ３２を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応して３回線有したブリッジ回路として構成され、直流電力と３相交流との間で電力変換を行う。本実施形態では、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）４１を用いる例を示している。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ４１の他に、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のパワートランジスタを用いることができる。また、各スイッチング素子４１には、それぞれフリーホイールダイオード４２が並列接続されている（以下、適宜単にダイオード４２と称する。）。
【００１５】
本実施形態においては、各アーム３３，３４が１つのＩＧＢＴモジュール１０として構成されている。図２に示すように、ＩＧＢＴモジュール１０は、セラミックや導電性のある金属を素子基板７とした素子基板アッセンブリとして構成されている。本実施形態では、素子基板７は、銅により構成されており、大電流により発熱するＩＧＢＴ４１やダイオード４２のヒートスプレッダとしても機能する。素子基板７の図示上面側は、ＩＧＢＴ４１やダイオード４２が載置される載置面Ａであり、図示下面側は、後述するように放熱フィンなどを有するヒートシンクに接着される接着面Ｂである。載置面Ａには、不図示の素子配置領域が形成され、この素子配置領域にＩＧＢＴ４１やダイオード４２が例えば半田付けにより実装される。尚、図２における符号５は、電極部材６を接続するためのパッドである。
【００１６】
本実施形態において、ＩＧＢＴ４１は、図示上面側にエミッタ電極及びゲート電極を備え、図示下面側にコレクタ電極を備えている。また、ダイオード４２は、図示上面側にアノード電極を備え、図示下面側にカソード電極を備えている。半田付けにより素子基板７に実装されたＩＧＢＴ４１の下面のコレクタ電極は、銅製の素子基板７と導通する。同様に、素子基板７に実装されたダイオード４２のカソード電極も、銅製の素子基板７と導通する。つまり、ＩＧＢＴ４１のコレクタ電極とダイオード４２のカソード電極とは、素子基板７を介して図１の回路図に示すように電気的に接続される。
【００１７】
また、ＩＧＢＴ４１の上面側に形成されたエミッタ電極とダイオード４２の上面側に形成されたアノード電極とは、図２に示すように第１電極部材６１（電極部材６）を介して導通する。即ち、ＩＧＢＴ４１のエミッタ電極とダイオード４２のアノード電極とは、図１の回路図に示すように電気的に接続される。素子基板７に設けられたパッド５に接続された第２電極部材６２（電極部材６）は、素子基板７と導通する。即ち、第２電極部材６２は、ＩＧＢＴ４１のコレクタ電極及びダイオード４２のカソード電極と導通する。
【００１８】
そして、各ＩＧＢＴモジュール１０の電極部材６を不図示のバスバーなどの電流容量の大きい導体で接続することによって、図１に示すようなインバータ３１の回路が構成される。上述したように、各アーム３３，３４のエミッタ側には第１電極部材６１が設けられ、コレクタ側には第２電極部材６２が設けられる。複数のアームの電極部材６（６１，６２）をバスバーによって接続することによって、各レッグが構成される。また、各アーム３３，３４（各レッグ３２）は、直流の正極Ｐ及び負極Ｎとも、電極部材６及び不図示のバスバーを介して接続される。同様に、各レッグと回転電機３０の各ステータコイルとも、電極部材６及び不図示のバスバーを介して接続される。バスバーについては図示を省略するが、このようにして、図１の回路図に例示したインバータ３１が、図３及び図４に示すようなインバータユニット１００（半導体装置）として構成される。尚、ＩＧＢＴ４１及びダイオード４２は、本発明の半導体素子４に相当する。
【００１９】
一方、図２に示すように、ＩＧＢＴ４１には、信号端子４５が設けられている。この信号端子４５にはＩＧＢＴ４１のゲート端子も含まれる。ゲート端子に入力されるゲート駆動信号の電流は、コレクタ−エミッタ間を流れる電流に比べて非常に小さいため、端子もコレクタやエミッタに比べて小規模に形成されている。また、信号の伝送にも大きな電流容量は必要ないため、バスバーなどではなく、不図示の金属細線等によるワイヤーボンディングによってゲート駆動信号を生成する制御回路と接続される。尚、ＩＧＢＴ４１には、過電流や温度上昇などを検出する診断回路を備えているものもあり、そのような診断回路の結果も信号端子４５を介して伝送される。図２において複数の信号端子４５を例示しているのは、このためである。
【００２０】
インバータユニット１００は、図３及び図４に示すように、放熱フィン９１を有してヒートシンクとして機能するベースプレート９と、樹脂シート（接着性のシート状部材）８と、素子基板アッセンブリとしての複数のＩＧＢＴモジュール１０と、素子基板７（素子基板アッセンブリ）を囲うケース部材２と、ケース部材２により形成されるケース内空間を複数のモールド空間１１に区画する区画部材１と、を備えて構成される。モールド樹脂３は、素子基板アッセンブリ（ＩＧＢＴモジュール１０）、つまり、素子基板７と半導体素子４とを覆う高さまで充填される。モールド樹脂３は、例えばエポキシ樹脂である。また、区画部材１及びケース部材２は、各種プラスチックなどの樹脂材料により形成されている。ベースプレート９は、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００２１】
放熱フィン９１は、ベースプレート９の一方の面（図示下面側）に対してほぼ垂直に設けられた、所定の厚さの複数の板状部によって形成されている。ベースプレート９の他方の面（図示上面側）には、絶縁性の樹脂シート８が貼り付けられる。樹脂シート８は、電気的絶縁性、熱伝導性、接着性を備える樹脂素材により形成されている。樹脂シート８は、例えば、エポキシとアルミナフィラーとの混合材料に形成されており、その厚みは１５０〜２００μｍ程度である。樹脂シート８の上に、ＩＧＢＴモジュール１０と区画部材１とが配置され、半導体素子４に応力が掛からないように、素子基板７と区画部材１とがほぼ均等な圧力でほぼ同時にベースプレート９に押しつけられる。例えば、素子基板７の載置面Ａと、区画部材１の上面Ｃとに接触する治具によりベースプレート９に押しつけられ、押圧力により素子基板７の接着面Ｂと区画部材１の接着面Ｄとが、ベースプレート９に接着される。
【００２２】
ベースプレート９の基準面Ｒに当接したケース部材２は、基準面Ｒに沿って複数の素子基板７（素子基板アッセンブリ）の周囲を囲んでいる。つまり、ベースプレート９の基準面Ｒを底部とし、基準面Ｒに当接するケース部材２を周壁部として、ケース内空間が形成される。本実施形態では、このケース内空間の中に区画部材１が備えられ、区画部材１によって、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割される。図３及び図４に示すように、区画部材１は、区画壁１２を有して構成されており、この区画壁１２によってケース内空間が複数のモールド空間１１に区画される。
【００２３】
各モールド空間１１は、ベースプレート９の基準面Ｒあるいは基準面Ｒ上に貼られた樹脂シート８を底部とし、区画壁１２を周壁部として形成される。そして、各モールド空間１１には、少なくとも１つのＩＧＢＴモジュール１０が収容されている。モールド樹脂３は、各モールド空間１１において、それぞれのモールド空間１１に収容された素子基板７及び当該素子基板７に搭載された半導体素子４を覆う高さまで充填される。この際、電極部材６は、不図示のバスバーとの接続を確保するために、完全に覆われることなく、電極上面を露出する形態で封入される。また、充填されるモールド樹脂３が各モールド空間１１から溢れ出ることがないように、区画壁１２はモールド樹脂３の充填高さよりも高くなるように構成されている。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、樹脂シート８の厚みを樹脂シート厚Ｈ１とし、素子基板７の厚みを基板厚Ｈ２とし、半導体素子４の厚みをチップ厚Ｈ３とする。モールド樹脂３の充填高さＨ５は、樹脂シート厚Ｈ１と基板厚Ｈ２とチップ厚Ｈ３との和Ｈ４よりも大きい値となるように設定されている。一方、基準面Ｒから電極部材６の上面までの高さである電極上面高さＨ６は、モールド樹脂３が充填された後も、電極上面を露出させるために、充填高さＨ５よりも大きい。また、区画壁１２の基準面Ｒからの高さである区画壁高さＨ７は、上述したように、モールド樹脂３が各モールド空間１１から溢れ出ることがないように、充填高さＨ５よりも高く設定されている。尚、区画壁高さＨ７と電極上面高さＨ６とは何れの方が高くてもよいが、不図示のバスバーによる配線を容易にする上では、区画壁高さＨ７よりも電極上面高さＨ６の方が大きいほうが好ましい。
【００２５】
尚、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７（素子基板アッセンブリ、ＩＧＢＴモジュール１０）が収容されている。換言すれば、区画部材１は、複数のモールド空間１１のそれぞれに１つの素子基板７を収容するように形成されている。区画部材１を用いて、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割して区画されることにより、各モールド空間１１の体積や、基準面Ｒに直交する方向に見た基準面視における平面形状の面積は、ケース内空間に比べて小さくなる。さらに、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７が収容されていると、基準面視における平面形状が各素子基板７に応じた大きさとなり、モールド空間１１の体積も各素子基板７に応じた大きさとなる。このように構成すれば、溶融した状態でモールド空間１１に充填されたモールド樹脂３が固まる際に、粘性の違いによって生じる応力が作用する範囲は区画部材１によって分断された各モールド空間１１の中に留まる。従って、モールド樹脂３の粘性の違いによって生じる応力が抑制される。
【００２６】
図５は、区画部材１を用いて複数のモールド空間１１に区画することなく、ケース内空間にモールド樹脂３を充填した場合の模式的な応力Ｆ２を破線で示している。図４には、１つのモールド空間１１における模式的な応力Ｆ１を破線で示している。図４及び図５の比較により明らかなように、モールド樹脂３が流動可能な範囲が、ケース内空間に比べて狭いモールド空間１１では、モールド樹脂３の膨張や収縮に伴う応力Ｆ１が、ケース内空間全体において生じる応力Ｆ２に比べて小さくなる。その結果、複数の半導体素子４を有して構成される回路をモールド樹脂３により一体化するに際し、モールド樹脂３の膨張収縮に応じて半導体素子４に作用する応力の影響を抑制することが可能となる。
【００２７】
さらに本実施形態においては、素子基板７の外形がほぼ矩形であり、区画部材１によって区画されるモールド空間１１の基準面視の平面形状も矩形である。具体的には、基準面視における素子基板７とモールド空間１１との平面形状は、同方向且つモールド空間１１の平面形状の方が大きい相似形状である。図２に示すように、素子基板７の外形は、角部は面取りされているが、ほぼＸ７：Ｙ７の比率の長方形である。また、図４に示すように、モールド空間１１の平面形状は、ほぼＸ１：Ｙ１の比率の長方形である。素子基板７の外形と、モールド空間１１の平面形状は、「Ｘ７：Ｙ７≒Ｘ１：Ｙ１」を満たす相似形状である。また、それぞれ、「Ｘ７＜Ｘ１，Ｙ７＜Ｙ１」を満たし、素子基板７の外形に比べて、モールド空間１１の平面形状の方が大きい。そして、それぞれの素子基板７は、それぞれのモールド空間１１の中央に配置されている。モールド空間１１に充填されたモールド樹脂３は、区画部材１と接する周辺部から硬化し、モールド空間１１の重心近くが最も遅く硬化する。従って、基準面視における素子基板７の重心と、モールド空間１１との重心とが近くになるように、モールド空間１１のほぼ中央に素子基板７が配置されるとよい。
【００２８】
また、本実施形態においては、区画部材１の区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１が、樹脂シート８の厚さ（樹脂シート厚Ｈ１）以下となるように、モールド空間１１が形成されると共にその中に素子基板７が配置される。上述したように、半導体素子４を搭載した素子基板７と区画部材１とは、樹脂シート８を介してベースプレート９に対して押圧されることによって基準面Ｒに接着される。この際、図６及び図７に中抜き矢印で示すような基準面Ｒに対して直交する方向からの押圧力によって、樹脂シート８には基準面Ｒに沿った力も働くことになる。この力によって、素子基板７の端部や区画部材１の端部において、樹脂シート８にボイド（空隙）８０が生じる可能性がある。図７に示すように、素子基板７の端部においてボイド８０が生じると、その部分において樹脂シート８が薄くなる。よって、多くの場合熱伝導性のよい金属によって構成されるベースプレート９と、素子基板７との間の絶縁性が低下してしまう。
【００２９】
一方、区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１が樹脂シート厚Ｈ１以下であると、図６に示すように、素子基板７の端部においては、樹脂シート８にボイド８０が生じにくくなる。ボイド８０は、基準面Ｒに沿った力が開放される区画壁１２の端部において生じることになる。上述したように、樹脂シート厚は１５０〜２００μｍであり、極薄である。このため、モールド空間１１の外側において区画壁１２の端部に生じるボイド８０と素子基板７との間には、樹脂シート８よりも遙かに厚みのある区画壁１２が存在することになる。従って、区画壁１２と素子基板７との隙間Ｇ１を樹脂シート厚Ｈ１以下とすると、ボイド８０による絶縁性の低下が抑制される。あるいは、樹脂シート８の材料特性と押圧力とからボイド８０の大きさを想定し、ボイド８０を形成できない、あるいはボイド８０を維持できない程度の隙間Ｇ１を設定してもよい。
【００３０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、図８に代表されるように、基準面Ｒに沿って素子基板７を囲む外周壁１５と、外周壁１５の間を結ぶ仕切り壁１７とによって区画壁１２が構成される例を用いて説明した。しかし、区画壁１２の形状は、この形態に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、ケース部材２を外周壁１５として利用し、区画部材１は、仕切り壁１７のみを区画壁１２として構成されていてもよい。
【００３１】
（２）上記実施形態においては、ケース内空間の中に区画部材１が備えられ、区画部材１によって、ケース内空間が複数のモールド空間１１に分割される例を示した。つまり、ベースプレート９の基準面Ｒに沿って複数の素子基板７の周囲を周壁部として囲み、基準面Ｒを底部としてケース内空間を形成するケース部材２と、ケース内空間を区画する区画部材１との２つの部材を有するインバータユニット（半導体装置）１００を例示した。しかし、区画部材１の外周壁１５は、別実施形態（１）において例示したように、ケース部材２を利用することも可能である。従って、図１０に示すように、ケース部材２と区画部材１とが一体化して形成されて、１つの部材によってケース内空間及びモールド空間１１が形成されてもよい。
【００３２】
（３）上記、各実施形態においては、１つのモールド空間１１に１つの素子基板７が収容される場合を例示した。しかし、モールド空間１１は、少なくとも１つの素子基板７を収容し、且つケース内空間よりも狭い空間であればよい。ケース内空間よりも狭い空間に対してモールド樹脂３を充填することによって、モールド樹脂３の硬化や、硬化後の膨張収縮による応力は抑制される。従って、例えば、図１１に示すように、１つのモールド空間１１に２つの素子基板７が収容されるように、区画部材１が形成されていてもよい。尚、図視は省略するが、当然ながら、１つのモールド空間１１に３つ以上の素子基板７が収容されていてもよい。また。各モールド空間１１に同じ数の素子基板７が収容される必要もなく、モールド空間１１ごとに異なる数の素子基板７が収容されていてもよい。
【００３３】
（４）上記、各実施形態においては、素子基板７が接着性及び絶縁性を有する樹脂シート８を介してベースプレート９に接着される例を用いて説明した。しかし、素子基板７は、必ずしも樹脂シート８を介して接着される必要はない。素子基板７が電気的絶縁性を有するセラミック基板などの絶縁基板で構成されている場合には、接着剤によりベースプレート９に接着されてもよい。また、そのような絶縁基板により構成された素子基板７の裏面（ベースプレート９の側）に銅箔等のランドを設け、当該ランドとベースプレート９とを半田付け等によって接着（接合・溶接）してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ヒートシンク上に半導体素子を実装した複数の素子基板を搭載し、これらの素子基板を囲むケース部材の内側にモールド樹脂が充填される半導体装置に適用することができる。例えば、本発明は、半導体としてスイッチング素子や整流素子を備えたインバータやコンバータ、整流回路に適用することができる。また、半導体として、各種コンピュータシステムの中核となるプロセッサを備えた大規模高速演算回路に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ ：区画部材
２ ：ケース部材
３ ：モールド樹脂
４ ：半導体素子
７ ：素子基板
８ ：樹脂シート（シート状部材）
９ ：ベースプレート
１０ ：ＩＧＢＴモジュール、素子基板アッセンブリ
１１ ：モールド空間
１２ ：区画壁
１５ ：外周壁（区画壁）
１７ ：仕切り壁（区画壁）
４１ ：スイッチング素子（半導体素子）
４２ ：フリーホイールダイオード（半導体素子）
１００ ：インバータユニット（半導体装置）
Ｇ１ ：隙間
Ｈ１ ：樹脂シート厚
Ｒ ：基準面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクとなるベースプレートと、
一方の面が半導体素子を載置する載置面であり、他方の面が前記ベースプレートの基準面に接着される接着面である複数の素子基板と、
前記基準面に当接すると共に前記基準面に沿って複数の前記素子基板の周囲を囲むケース部材と、を備え、
前記基準面を底部とし前記ケース部材を周壁部として形成されるケース内空間に、前記素子基板と前記半導体素子とを覆う高さまでモールド樹脂が充填される半導体装置であって、
前記ケース内空間を区画壁によって複数のモールド空間に区画する区画部材を備え、
前記区画壁は、前記基準面に当接すると共に前記基準面からの高さが前記モールド樹脂の充填高さよりも高くなるように構成され、
前記複数のモールド空間のそれぞれに少なくとも１つの前記素子基板が収容されている半導体装置。
【請求項２】
前記区画部材は、複数の前記モールド空間のそれぞれに１つの前記素子基板を収容するように形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基準面に直交する方向に見た基準面視における前記素子基板と前記モールド空間との平面形状は、同方向且つ前記モールド空間の方が大きい相似形状であり、それぞれの前記素子基板は、それぞれの前記モールド空間の中央に配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基準面と前記素子基板との間に、熱と押圧力とによって両者を接着するシート状部材を備え、前記区画部材は、前記区画壁と前記素子基板との隙間が前記シート状部材の厚さ以下となるように形成されている請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項１】
ヒートシンクとなるベースプレートと、
一方の面が半導体素子を載置する載置面であり、他方の面が前記ベースプレートの基準面に接着される接着面である複数の素子基板と、
前記基準面に当接すると共に前記基準面に沿って複数の前記素子基板の周囲を囲むケース部材と、を備え、
前記基準面を底部とし前記ケース部材を周壁部として形成されるケース内空間に、前記素子基板と前記半導体素子とを覆う高さまでモールド樹脂が充填される半導体装置であって、
前記ケース内空間を区画壁によって複数のモールド空間に区画する区画部材を備え、
前記区画壁は、前記基準面に当接すると共に前記基準面からの高さが前記モールド樹脂の充填高さよりも高くなるように構成され、
前記複数のモールド空間のそれぞれに少なくとも１つの前記素子基板が収容されている半導体装置。
【請求項２】
前記区画部材は、複数の前記モールド空間のそれぞれに１つの前記素子基板を収容するように形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基準面に直交する方向に見た基準面視における前記素子基板と前記モールド空間との平面形状は、同方向且つ前記モールド空間の方が大きい相似形状であり、それぞれの前記素子基板は、それぞれの前記モールド空間の中央に配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基準面と前記素子基板との間に、熱と押圧力とによって両者を接着するシート状部材を備え、前記区画部材は、前記区画壁と前記素子基板との隙間が前記シート状部材の厚さ以下となるように形成されている請求項２又は３に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５１３４２（Ｐ２０１２−１５１３４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７６０（Ｐ２０１１−９７６０）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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