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JP6742540B2 - 半導体装置及び電力変換装置 - Google Patents

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JP6742540B2
JP6742540B2 JP2019559457A JP2019559457A JP6742540B2 JP 6742540 B2 JP6742540 B2 JP 6742540B2 JP 2019559457 A JP2019559457 A JP 2019559457A JP 2019559457 A JP2019559457 A JP 2019559457A JP 6742540 B2 JP6742540 B2 JP 6742540B2
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semiconductor
electronic circuit
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井本　裕児
裕児 井本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

本発明は、金属電極を樹脂によって封止する半導体装置と、それを備える電力変換装置に関する。
金属電極等を樹脂によって封止するケース型またはトランスファー型のパワーモジュールでは、高信頼性及び大電流に対応するために、半導体素子または回路面と、金属電極とを直接接続する構造がトレンドとなっている。本構造では、半導体素子と金属電極との接続信頼性は高いものの、半導体素子、それが搭載される回路面、及び、金属電極の線膨張係数差により、冷熱環境下において信頼性を低下させる熱応力が発生する。
このような熱応力の影響を低減する技術が様々に提案されている。例えば特許文献１の技術では、金属電極のエッジ部の形状を、Ｃ面取り形状やＲ形状としている。このような構成によれば、金属電極の側部に集中しやすい熱応力を緩和して、樹脂におけるクラックの発生を低減することが可能となっている。
特開平２−２４０９５５号公報
上記のような構造において、さらに大電流化、及び、低インダクタンス化を進めていくためには、金属電極を厚くすること、及び、半導体素子に近づけていくことなどの変更が必要である。しかしながら、半導体素子またはセラミックスなどの絶縁基板の線膨張係数（例えば４ｐｐｍ／Ｋ）と、金属電極の線膨張係数（例えば銅である場合には１７ｐｐｍ／Ｋ）との差が比較的大きいので、上記のような変更を行うと、樹脂が金属電極から受ける応力が比較的大きくなる。このため、特許文献１の技術のように、エッジ部の形状をＣ面取り形状やＲ形状としても、樹脂におけるクラックの発生を抑制することができず、しかもそのクラックが望ましくない箇所に発生することがあるという問題があった。
また、封止樹脂の線膨張係数を金属電極の線膨張係数に近づければ、金属電極周囲の樹脂クラックを低減することはできるが、封止樹脂と絶縁基板との線膨張係数の差が大きくなる。このため、封止樹脂が絶縁基板から剥離して、半導体装置の信頼性が低下するという問題が発生する。さらに、封止樹脂にシリコーン可撓化材を添加すれば、応力に対する封止樹脂の耐性を高めることができるが、封止樹脂が高価になるという問題が発生する。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、クラックが樹脂の望ましくない箇所に発生することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、半導体素子を含む電子回路と、前記電子回路と直接接続された金属電極と、前記電子回路と前記金属電極とを封止する樹脂とを備え、前記金属電極の前記電子回路と対面する側と逆側の面の端縁部分は鋭角形状を有し、前記金属電極の前記電子回路と対面する面の端縁部分は円弧形状または鈍角形状を有する。
本発明によれば、金属電極の電子回路と対面する側と逆側の面の端縁部分は鋭角形状を有し、金属電極の電子回路と対面する面の端縁部分は円弧形状または鈍角形状を有する。このような構成によれば、クラックが樹脂の望ましくない箇所に発生することを抑制することができる。
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、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。
関連半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態６に係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。
＜関連半導体装置＞
まず、本発明の実施の形態に係る半導体装置について説明する前に、これと関連する半導体装置（以下、「関連半導体装置」と記す）について説明する。
図１は、関連半導体装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、ベース板１上に、絶縁基板２が配設されている。絶縁基板２には、回路パターンなどの金属部材２ａが設けられている。半導体素子４は、はんだ３ａなどの接合材によって絶縁基板２の金属部材２ａと接合されている。金属電極５は、はんだ３ｂなどの接合材によって半導体素子４と接合されている。封止樹脂６は、半導体素子４と金属電極５とを封止する。
ここで、金属電極５の上面の端縁部分５ａ、及び、金属電極５の下面の端縁部分５ｂはいずれも、Ｒ形状を有している。このような構成によれば、金属電極５の側面が封止樹脂６に付与する応力の集中を緩和することが可能となっている。
しかしながら、大電流化、及び、低インダクタンス化を進めた半導体装置では、図１の構成であっても、封止樹脂６におけるクラックの発生を抑制することができない場合がある。しかもそのクラックが望ましくない箇所、例えば半導体素子４の周辺箇所などに発生することがあり、半導体装置の信頼性が低下することがあるという問題があった。これに対して、本実施の形態に係る半導体装置では、このような問題を解決することが可能となっている。
＜実施の形態１＞
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態１に係る構成要素のうち、関連半導体措置の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付して説明する。
図２の半導体装置は、ベース板１と、絶縁基板２と、はんだ３ａ，３ｂと、半導体素子４と、金属電極５と、樹脂である封止樹脂６とを備える。この半導体装置は、例えば、民生機器、電気自動車もしくは電車などのモータを制御するインバータ、または、回生用のコンバータなどに使用される。
ベース板１上には、絶縁基板２が配設されている。ベース板１は例えば銅（Ｃｕ）を含み、絶縁基板２は例えばセラミックスを含む。絶縁基板２は、ベース板１と一体化されずにベース板１に搭載されてもよいし、ベース板１と一体化されてもよい。また、ベース板１の裏面は平坦な面ではなく、ピンフィンなどの冷却器が一体化された面であってもよい。
絶縁基板２には、回路パターンなどの金属部材２ａが設けられている。半導体素子４は、はんだ３ａなどの接合材によって絶縁基板２の金属部材２ａと接合されている。
なお、電子回路７は、ベース板１、絶縁基板２、はんだ３ａ，３ｂ、及び、半導体素子４を含む回路であり、金属電極５と直接接続されている。
金属電極５は、半導体素子４の上方に配設され、はんだ３ｂを介して半導体素子４と電気的に接続されている。金属電極５は例えば電極端子であり、銅、アルミニウム、その他の金属材料の少なくとも１つを含む。なお、回路パターンと半導体素子４との間の接合、及び、半導体素子４と金属電極５との間の接合は、はんだ接合に限ったものではない。例えば、これらの接合は、銀（Ａｇ）接合であってもよい。
本実施の形態１では、金属電極５の上面は、電子回路７と対面する側と逆側の面であり、金属電極５の下面は、電子回路７と対面する面である。そして、金属電極５の上面の端縁部分５ａは、鋭角形状を有し、金属電極５の下面の端縁部分５ｂは、鈍角形状であるＣ面取り形状を有している。なお、金属電極５の端縁部分５ｂは、Ｃ面取り形状の代わりに、円弧形状であるＲ形状を有してもよい。
封止樹脂６は、電子回路７と金属電極５とを封止する。これにより、半導体素子４及び金属電極５の周囲には封止樹脂６が充填される。
＜実施の形態１のまとめ＞
温度サイクルまたはパワーサイクルによって金属電極５が加熱または発熱すると、金属電極５は膨張するが、線膨張係数が低い半導体素子４及び絶縁基板２に接している封止樹脂６はこれらに拘束される。このため、封止樹脂６は、金属電極５から応力を受けることになる。この際、封止樹脂６は、鈍角形状を有する端縁部分５ｂから集中的に応力を受けにくく、鋭角形状を有する端縁部分５ａから集中的に応力を受やすくなっている。
このため、封止樹脂６にクラックが発生しても、端縁部分５ａを起点とする、電子回路７から比較的遠いクラック８が、優先的に発生することになる。端縁部分５ａを起点とするクラック８が発生した後は、封止樹脂６が金属電極５から受ける応力が減少するので、電子回路７の近くでクラックが発生することを抑制することができる。
このように本実施の形態１に係る半導体装置によれば、クラックが発生する箇所をコントロールすることができ、クラックが半導体素子４の周辺箇所などの、望ましくない箇所及び方向に発生することを抑制することができる。
この結果、半導体素子４の割れなどを抑制することができ、冷熱環境下における半導体装置の信頼性及び寿命を高めることができる。また、封止樹脂６に対する特別な特性の調整、及び、金属電極５の端面に応力緩和を目的としたコーティングの追加などが不要となり、コストアップを抑制することができる。さらに、金属電極５は、順送金型のステージの設計を変更することで加工対象の形状を容易に変更することが可能なプレス加工で形成することができるため、製品の追加コストを抑制することができる。加えて、信頼性に必要な最小限の部位のみに以上のような対策を行えば十分であり、信頼性に影響する可能性のある樹脂物性やアセンブリー工程での設計パラメータを厳格に管理する必要がなくなるので、管理コストアップの抑制や不良率の抑制も期待できる。
なお、上述した半導体素子４は、珪素（Ｓｉ）から構成されてもよいし、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体から構成されてもよい。特に、ワイドバンドギャップ半導体は高温耐性を有するので、半導体装置の半導体素子４がワイドバンドギャップ半導体から構成される構成において、上述のように冷熱環境下における信頼性を高める効果は特に有効である。また、半導体素子４は、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＳＢＤ、ＰＮダイオードなどであってもよい。
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。以下、本実施の形態２に係る構成要素のうち、以上の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
図３の半導体装置は、ベース板１と、絶縁基板２と、はんだ３ａ，３ｂと、半導体素子４と、金属電極５と、樹脂である封止樹脂６と、回路要素であるワイヤ９とを備える。
ワイヤ９は、例えばアルミニウムワイヤであり、半導体素子４と接続されている。金属電極５は、ワイヤ９の側方、かつ、半導体素子４の上方に配設されており、ワイヤ９と、半導体素子４及びはんだ３ｂを介して電気的に接続されている。
電子回路７は、ベース板１、絶縁基板２、はんだ３ａ，３ｂ、半導体素子４、及び、ワイヤ９を含む回路であり、金属電極５と直接接続されている。封止樹脂６は、電子回路７と金属電極５とを封止する。
本実施の形態２では、金属電極５のワイヤ９と対面する側の逆側の部分である側部５ｃは、鋭角形状を有し、金属電極５のワイヤ９と対面する部分である側部５ｄは、円弧形状であるＲ形状を有している。なお、側部５ｄは、Ｃ面取り形状、または、後述する実施の形態３のようにプレス時の曲げ加工で造形した略Ｒ形状であってもよい。また、図３では、側部５ｃの厚み方向の中央部が鋭角形状を有しているが、実施の形態１（図２）のように、金属電極５の上面の端縁部分が鋭角形状を有してもよい。
＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２に係る半導体装置によれば、実施の形態１と同様に、側部５ｃを起点とする、ワイヤ９から比較的遠いクラック８を優先的に発生することができる。このため、クラックがワイヤ９の周辺箇所などの、望ましくない箇所に発生することを抑制することができる。この結果、ワイヤ９の断線を抑制することができ、半導体装置の信頼性及び寿命を高めることができる。
＜実施の形態３＞
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。以下、本実施の形態３に係る構成要素のうち、以上の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
図４の半導体装置では、図２の金属電極５の端部５ｅ側の部分（端部５ｅ近傍の部分）が、上方に向かって折り曲げられた形状を有している。つまり、金属電極５の端部５ｅ近傍の部分が、上方に持ち上がる形状を有している。これにより、下側の端縁部分５ｂは、プレス時の曲げ加工で造形した略Ｒ形状を有している。なお、以上のような形状は、例えば平板の金属電極をプレスによって折り曲げることで形成することができる。ただしこれに限ったものではなく、上記形状は、切削加工などの機械加工により金属電極の中央部５ｆを薄くすることによっても形成することができる。
＜実施の形態３のまとめ＞
以上のような本実施の形態３に係る半導体装置によれば、クラック８が発生しやすい上側の端縁部分５ａを、実施の形態１よりも半導体素子４から遠ざけることができるので、クラックが発生する箇所をより効果的にコントロールすることができ、半導体装置の信頼性及び寿命をより高めることができる。また一般的に、はんだ付け工程などの製品組み立て時に発生する応力によって、金属電極５の図４の奥行き方向の延在を妨げるような曲げ応力が発生することがある。これに対して本実施の形態３によれば、図４の形状によって、当該曲げ応力に対する強度を向上させることができるので、金属電極５の変形を抑制することができ、製品品質を高めることができる。
＜実施の形態４＞
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の金属電極５の概略構成を示す平面図である。以下、本実施の形態４に係る構成要素のうち、以上の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
図５に示すように本実施の形態４では、金属電極５は突起部５ｇを有し、突起部５ｇの先端が向く方向以外の方向に半導体素子４及びワイヤ９を含む電子回路７が配設されている。なお、図５では、突起部５ｇの形状は略三角形状であるが、矢印形状などであってもよい。また、図５では、金属電極５の平面方向に突起部５ｇの先端は向けられており、平面視において半導体素子４及びワイヤ９を挟む位置のそれぞれに突起部５ｇが設けられているが、これに限ったものではない。例えば、突起部５ｇは、優先的にクラック８を発生させたい箇所に設けられればよい。
＜実施の形態４のまとめ＞
以上のような本実施の形態４によれば、クラックが発生する箇所をより効果的にコントロールすることができる。また、クラックの発生を分散することができ、各クラックのサイズを小さくすることができる。
＜実施の形態５＞
図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の金属電極５の概略構成を示す平面図である。以下、本実施の形態５に係る構成要素のうち、以上の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
図６に示すように本実施の形態５では、金属電極５のワイヤ９と対面する側と逆側の部分である側部５ｃが、金属電極５のワイヤ９と対面する部分である側部５ｄよりも半導体素子４に近づくように、金属電極５が半導体素子４に対して傾斜されている。
＜実施の形態５のまとめ＞
金属電極５の半導体素子４に近い側部５ｃは、金属電極５と半導体素子４との線膨張係数の差の影響が比較的大きく、金属電極５の半導体素子４から遠い側部５ｄは、金属電極５と半導体素子４との線膨張係数の差の影響が比較的小さい。このため、封止樹脂６が金属電極５の側部５ｃから受ける応力は、封止樹脂６が金属電極５の側部５ｄから受ける応力よりも大きくなるので、側部５ｃを起点とする、ワイヤ９から比較的遠いクラック８を優先的に発生することができる。したがって、クラックが発生する箇所を効果的にコントロールすることができる。
なお、以上では本実施の形態５を実施の形態２に適用する構成について説明したが、それ以外の実施の形態１，３，４などに適用してもよいし、図７に示すように、関連半導体装置に適用してもよい。
＜実施の形態６＞
本発明の実施の形態６に係る電力変換装置は、実施の形態１〜５のいずれかに係る半導体装置を有する主変換回路を備えた電力変換装置である。以上で説明した半導体装置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、本実施の形態６として、三相のインバータに、実施の形態１〜５のいずれかに係る半導体装置を適用した場合について説明する。
図８は、本実施の形態６に係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。
図８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は種々の電源で構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成されてもよいし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。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されてもよい。
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８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。
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。
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には種々の構成があるが、本実施の形態６に係る主変換回路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及び各還流ダイオードの少なくともいずれか１つには、上述した実施の形態１〜５のいずれかに係る半導体装置が適用された半導体モジュール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。
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、駆動回路は半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール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。具体的には、駆動回路は、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。
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、制御回路２０３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、制御回路２０３は、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（Pulse Width Modulation）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、制御回路２０３は、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。
以上のような本実施の形態６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及び還流ダイオードの少なくともいずれか１つとして、実施の形態１〜５に係る半導体装置を適用するため、クラックが樹脂の望ましくない箇所に発生することを抑制することができる。
以上で説明した本実施の形態６では、２レベルの三相インバータに、実施の形態１〜５のいずれかに係る半導体装置を適用する例を説明したが、本実施の形態６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６では、実施の形態１〜５のいずれかに係る半導体装置は、２レベルの電力変換装置であるとしたが、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上記半導体装置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コンバータに上記半導体装置を適用することも可能である。
また、本実施の形態６に係る電力変換装置は、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。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、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。
本発明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、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
４ 半導体素子、５ 金属電極、５ａ，５ｂ 端縁部分、５ｃ，５ｄ 側部、５ｅ 端部、５ｇ 突起部、６ 封止樹脂、７ 電子回路、９ ワイヤ。

Claims (9)

  1. 半導体素子を含む電子回路と、
    前記電子回路と直接接続された金属電極と、
    前記電子回路と前記金属電極とを封止する樹脂と
    を備え、
    前記金属電極の前記電子回路と対面する側と逆側の面の端縁部分は鋭角形状を有し、前記金属電極の前記電子回路と対面する面の端縁部分は円弧形状または鈍角形状を有する、半導体装置。
  2. 半導体素子及び回路要素を含む電子回路と、
    前記電子回路と直接接続された金属電極と、
    前記電子回路と前記金属電極とを封止する樹脂と
    を備え、
    前記金属電極の前記回路要素と対面する側と逆側の部分は鋭角形状を有し、前記金属電極の前記回路要素と対面する部分は円弧形状または鈍角形状を有する、半導体装置。
  3. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記回路要素はワイヤを含む、半導体装置。
  4. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記金属電極の端部側の部分は、上方に向かって折り曲げられた形状を有する、半導体装置。
  5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記金属電極は突起部を有し、
    前記突起部の先端が向く方向以外の方向に前記電子回路が配設されている、半導体装置。
  6. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記金属電極は、前記回路要素の側方、かつ、前記半導体素子の上方に配設され、
    前記金属電極の前記回路要素と対面する側と逆側の部分が、前記金属電極の前記回路要素と対面する部分よりも前記半導体素子に近づくように、前記金属電極が前記半導体素子に対して傾斜されている、半導体装置。
  7. 請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、半導体装置。
  8. 半導体素子を用いる半導体装置であって、
    前記半導体素子及び回路要素を含む電子回路と、
    前記電子回路と直接接続され、前記電子回路の側方、かつ、前記半導体素子の上方に配設された金属電極と、
    前記電子回路と前記金属電極とを封止する樹脂と
    を備え、
    前記金属電極の前記回路要素と対面する側と逆側の部分が、前記金属電極の前記回路要素と対面する部分よりも前記半導体素子に近づくように、前記金属電極が前記半導体素子に対して傾斜されている、半導体装置。
  9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と
    を備える、電力変換装置。
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Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6364351A (ja) * 1986-09-04 1988-03-22 Toshiba Corp リ−ドフレ−ム
JPH0447966Y2 (ja) * 1986-10-28 1992-11-12
JPS63151056A (ja) * 1986-12-16 1988-06-23 Matsushita Electronics Corp リ−ドフレ−ムの製造方法
JPS63232361A (ja) * 1987-03-20 1988-09-28 Hitachi Ltd リ−ドフレ−ム及び半導体装置
JPH02263459A (ja) * 1988-01-05 1990-10-26 Nec Corp 半導体装置
JPH02174149A (ja) * 1988-12-26 1990-07-05 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH02240955A (ja) 1989-03-15 1990-09-25 Matsushita Electron Corp 半導体装置用リードフレーム
JP2967110B2 (ja) * 1991-09-19 1999-10-25 富士通株式会社 リードフレーム及びその製造方法
US7256074B2 (en) * 2003-10-15 2007-08-14 Micron Technology, Inc. Methods for wafer-level packaging of microelectronic devices and microelectronic devices formed by such methods
US7208342B2 (en) * 2004-05-27 2007-04-24 Intel Corporation Package warpage control
US7755179B2 (en) * 2004-12-20 2010-07-13 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor package structure having enhanced thermal dissipation characteristics
JP4693136B2 (ja) * 2005-05-09 2011-06-01 日本インター株式会社 半導体装置の製造方法
JP4760585B2 (ja) * 2006-07-18 2011-08-31 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
WO2008081630A1 (ja) 2006-12-29 2008-07-10 Sanyo Electric Co., Ltd. 半導体装置およびその製造方法
JP2012084588A (ja) * 2010-10-07 2012-04-26 Toyota Industries Corp 電子部品における電極の接続構造
CN103477428B (zh) * 2011-05-13 2016-10-19 富士电机株式会社 半导体器件及其制造方法
JP5755533B2 (ja) * 2011-08-26 2015-07-29 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US9030022B2 (en) * 2011-10-24 2015-05-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Packages and methods for forming the same
JP5906418B2 (ja) 2012-06-15 2016-04-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
JP2014049733A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法
KR20150056531A (ko) * 2012-09-24 2015-05-26 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치
JP6018903B2 (ja) * 2012-12-17 2016-11-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 物理量センサ
US9064971B2 (en) * 2012-12-20 2015-06-23 Intel Corporation Methods of forming ultra thin package structures including low temperature solder and structures formed therby
JP5932680B2 (ja) * 2013-02-21 2016-06-08 株式会社東芝 半導体装置
JP5854011B2 (ja) * 2013-09-06 2016-02-09 トヨタ自動車株式会社 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
US9704813B2 (en) * 2013-11-26 2017-07-11 Mitsubishi Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device
US9355997B2 (en) * 2014-03-12 2016-05-31 Invensas Corporation Integrated circuit assemblies with reinforcement frames, and methods of manufacture
EP3128550B1 (en) * 2014-04-04 2020-11-04 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
JP6316412B2 (ja) 2014-05-20 2018-04-25 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
KR102164545B1 (ko) * 2014-09-11 2020-10-12 삼성전자 주식회사 반도체 패키지, 및 이를 포함하는 패키지 온 패키지 장치 및 모바일 장치
JP6385234B2 (ja) * 2014-10-16 2018-09-05 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2016127162A (ja) * 2015-01-05 2016-07-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP6421050B2 (ja) * 2015-02-09 2018-11-07 株式会社ジェイデバイス 半導体装置
JP6418126B2 (ja) * 2015-10-09 2018-11-07 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6613806B2 (ja) * 2015-10-23 2019-12-04 富士電機株式会社 半導体装置
CN108369927B (zh) * 2015-11-27 2021-06-11 三菱电机株式会社 电力用半导体装置
JP6626024B2 (ja) * 2017-02-28 2019-12-25 株式会社東芝 電圧変換装置
JP6610590B2 (ja) * 2017-03-21 2019-11-27 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法
US10083917B1 (en) * 2017-03-22 2018-09-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Power electronics assemblies and vehicles incorporating the same
JP7031172B2 (ja) * 2017-08-24 2022-03-08 富士電機株式会社 半導体装置

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