半導体装置
【課題】反り、クラック等の不具合の防止、実装の適正化および容易化、等を実現しうる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体チップ等を搭載した絶縁基板に接合された一方主面を有するベース板１２０と、ベース板１２０の一方主面と絶縁基板と半導体チップ等を覆うように且つベース板１２０の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂１４０とを含む。ベース板１２０の線膨張係数は銅のそれよりも低く、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下である。トランスファーモールド樹脂１４０は、ベース板１２０の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状１４２を有している。ベース板１２０は、トランスファーモールド樹脂１４０のえぐられた形状１４２によって露出している各部分に、取り付け穴１２２を有している。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体チップ等を搭載した絶縁基板に接合された一方主面を有するベース板１２０と、ベース板１２０の一方主面と絶縁基板と半導体チップ等を覆うように且つベース板１２０の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂１４０とを含む。ベース板１２０の線膨張係数は銅のそれよりも低く、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下である。トランスファーモールド樹脂１４０は、ベース板１２０の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状１４２を有している。ベース板１２０は、トランスファーモールド樹脂１４０のえぐられた形状１４２によって露出している各部分に、取り付け穴１２２を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特にパワー半導体装置に好適な構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜第１の従来技術＞
従来からケース型と呼ばれる半導体装置が知られている。このケース型では、Ｃｕベース板とケースで形成される箱体の中に半導体チップ（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードのペア）等が収容されている。より具体的には、この種の半導体装置は絶縁基板（両面に金属層が形成された絶縁性板状部材（窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナ等）で構成される）を有しており、当該絶縁基板の一方の面の金属層（配線パターンを成している）上に半導体チップおよび電極がはんだ付けされる。そして、絶縁基板は、他方の面の金属層によって、Ｃｕベース板とはんだ付けされる。その後、半導体チップ等の電気的接続が、アルミニウムワイヤ等の接続配線によって行われる。そして、ベース板とケースが接着剤で接着され、Ｃｕベース板とケースから成る箱体内に樹脂（例えば、シリコーンゲル、液状エポキシ樹脂）が注入され、これにより半導体チップ等が封止される。その後、ケース内部の上記電極に繋がる電極がケース外部に形成される。
【０００３】
この構造の場合、絶縁基板をＣｕベース板にはんだ付けした後の冷却工程において、Ｃｕベース板および絶縁基板が収縮する。なお、このような降温による収縮を降温時収縮と称することにする。かかる降温時収縮のため室温では、絶縁基板がＣｕベース板とは反対側へ向けて凸状に反り、絶縁基板の上側（すなわち半導体チップ等が搭載されている側）に引っ張り応力が働く。これは、Ｃｕベース板の線膨張係数（線膨張率とも称される）が、絶縁基板のそれに比べて大きいからである。具体的には、Ｃｕの線膨張係数が１７ｐｐｍ／℃であるのに対し、絶縁基板を構成する絶縁性板状部材の材料例である窒化アルミニウムの線膨張係数は５．７ｐｐｍ／℃である。また、絶縁性板状部材の他の材料例である窒化ケイ素およびアルミナの線膨張係数はそれぞれ３．２ｐｐｍ／℃および６．５ｐｐｍ／℃である。この反り量は絶縁基板およびＣｕベース板のサイズが大きいほど大きくなり、場合によっては絶縁基板にクラックが生じてしまう。
【０００４】
また、通電によって半導体チップが発熱すると、半導体チップと接続配線の線膨張係数の差に起因して、半導体チップと接続配線との接合部にクラックが生じる場合がある。そのようなクラックの発生は当該接合部の信頼性、換言すれば半導体装置の信頼性を低下させてしまう。接合部の信頼性向上のために、応力緩衝層等の複雑な構造を導入することが考えられる。しかし、構造の複雑化は、半導体チップの面積縮小によって半導体装置を小型化しようとする近年の要求に沿わないものである。
【０００５】
＜第２の従来技術＞
半導体チップと接続配線との接合部の信頼性は、トランスファーモールド型の半導体装置によって改善可能である。この種の半導体装置では、上記ケース型で用いられる液状エポキシ樹脂等に比べて線膨張係数が低い樹脂を用い、トランスファーモールド樹脂封止法によって半導体チップ等を封止する。トランスファーモールド型によれば、半導体チップ等の部品に対して大きな接着力が得られる。
【０００６】
例えば下記特許文献１に記載された半導体装置では、リードフレームの一方の面に半導体チップをはんだ付けし、該リードフレームの他方の面に絶縁基板がはんだ付けされる。その後、トランスファーモールド法によって、半導体チップ等がトランスファーモールド樹脂で封止される。
【０００７】
しかし、半導体装置が大型化するほど、トランスファーモールド樹脂の硬化収縮および降温時収縮によって、絶縁基板が反りやすくなる場合がある。かかる反りによって絶縁基板にクラックが生じると、場合によっては半導体装置の絶縁が確保できなくなってしまう。
【０００８】
また、トランスファーモールド型ではリードフレームのアウターリード部分が装置の端子となるが、アウターリード部分は半導体装置の側面から突出しているので、既存製品との代替が単純には行えない。
【０００９】
＜第３の従来技術＞
ところで、パワー半導体装置を実装する筐体に高熱伝導性グリスを塗布し、その上にパワー半導体装置を載せてネジ締めする場合がある。高熱伝導性グリスの熱伝導率は、グリスの中では比較的高いが、金属に比べると桁違いに低い。このため、高熱伝導性グリスが厚いと、パワー半導体装置の十分な放熱性が得られなくなる。
【００１０】
グリスの塗布厚さは、筐体と半導体装置との相対する表面の反り、うねり等を考慮して決められる。また、半導体装置を実装した後におけるグリスの厚さも、筐体と半導体装置との相対する表面の反りとうねりの和以上になる。かかる点に鑑み、半導体装置の反りを低減する構造が種々提案されている。
【００１１】
さらに、筐体と半導体装置との相対する両表面の反り、うねり等が大きすぎると、半導体装置を筐体にネジ締めした際に、半導体装置が反って絶縁基板にクラックが発生する場合がある。これに対しても種々の構造が提案されている。
【００１２】
例えば下記特許文献２に記載された構造では、部分モジュールのそれぞれのベースプレートが角領域に凹部を有しており、互いの凹部を突き合わせるようにして部分モジュールが隣接配置される。そして、凹部が突き合わされて成る長穴にネジを通し、当該ネジによって部分モジュールが筐体に固定される。この構造によれば、部分モジュールそれぞれの実装面積を小さくでき、反りやうねりの影響を抑えることができると考えられる。隣り合う部分モジュールでネジを共有するので、ネジの個数を減らせると考えられる。なお、このネジの共有化によれば、ｎ個の部分モジュールを固定するために必要なネジ止め箇所は｛２ｎ＋２｝箇所である。
【００１３】
しかし、隣接する部分モジュールを同じネジで固定するので、各部分モジュールの反り、うねり等および部分モジュールが実装される筐体の反り、うねり等によっては、同じネジ締め量であっても、各部分モジュールにかかる軸力が異なる場合がある。そのような場合、全ての部分モジュールを適正に実装できないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−１２９８２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
第１の従来技術（ケース型）によれば、上記のように、絶縁基板をＣｕベース板にはんだ付けした後の冷却工程において、絶縁基板が反る場合がある。この反り量は絶縁基板およびＣｕベース板のサイズが大きいほど大きくなり、場合によっては絶縁基板にクラックが発生しうる。
【００１６】
さらに、第１の従来技術によれば、上記のように、通電時の半導体チップの発熱によって、半導体チップと接続配線との接合部にクラックが生じる場合がある。そのようなクラックの発生は当該接合部の信頼性を低下させてしまう。接合部の信頼性向上のために応力緩衝層等の複雑な構造を導入することが考えられるが、それによれば半導体装置の小型化という要求に応えることが難しくなる。
【００１７】
また、第２の従来技術（トランスファーモールド型）によれば、上記のように、半導体チップと接続配線との接合部の信頼性を向上可能であるが、トランスファーモールド型でも絶縁基板が反る場合がある。すなわち上記のように、半導体装置の大型化に伴い、トランスファーモールド樹脂の硬化収縮および降温時収縮によって、絶縁基板が反る場合がある。かかる反りによって絶縁基板にクラックが生じると、場合によっては半導体装置の絶縁が確保できなくなってしまう。
【００１８】
さらに、第２の従来技術によれば、上記のように、リードフレームのアウターリード部分が半導体装置の側面から突出しているので、既存製品との代替が単純には行えない。
【００１９】
また、第３の従来技術（特許文献２の技術）によれば、上記のように、隣接する部分モジュールを同じネジで固定するので、各部分モジュールの反り、うねり等および部分モジュールが実装される筐体の反り、うねり等によっては、同じネジ締め量であっても、各部分モジュールにかかる軸力が異なる場合がある。そのような場合、全ての部分モジュールを適正に実装できないことになる。
【００２０】
本発明は、反り、クラック等の不具合の防止、実装の適正化および容易化、等を実現しうる技術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】
【００２１】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つの半導体チップおよび少なくとも１つの電極が搭載された一方主面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の他方主面に接合された一方主面を有するベース板と、前記ベース板の前記一方主面と前記絶縁基板と前記少なくとも１つの半導体チップと前記少なくとも１つの電極の接合端部とを覆うように且つ前記ベース板の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂とを含み、前記ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、前記トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下であり、前記トランスファーモールド樹脂は、前記ベース板の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状を有し、前記ベース板は、前記トランスファーモールド樹脂の前記えぐられた形状によって露出している各部分に当該ベース板を厚さ方向に貫通する取り付け穴を有していることを特徴とする、半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
上記の一態様によれば、ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下である。このため、各種の温度要因による反りを低減でき、その結果、絶縁基板のクラック、当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止できる。また、上記のベース板およびトランスファーモールド樹脂によれば、部材間の界面剥離を防止できる。
【００２３】
また、上記反り低減によればベース板と実装面との平行性が向上するので、熱伝導性グリスの厚さの適正化あるいはベース板と実装面の密着度合いの向上が図られ、良好な熱伝導効率、換言すれば良好な放熱性を得ることができる。これにより、適正な実装を実現できる。
【００２４】
また、上記反り低減によれば、２つの取り付け穴による２箇所の固定であっても、ベース板と実装面との間の平行性を得ることができ、これにより適正な実装を実現できる。また、固定具の数が少なくて済み、さらに固定具の個数削減は取り付け作業性の向上、固定具のコスト削減に繋がる。また、固定箇所が少ないことにより、ベース板のうねりが発生しにくく、この点においても適正な実装を実現できる。
【００２５】
また、ベース板の２つの取り付け穴は、相対する短辺中央部付近にそれぞれ設けられている、すなわちベース板の長手方向の両端に設けられている。一般に部材の寸法が大きいほど反り量が大きい点に鑑みると、当該２つの取り付け穴は好適な位置に設けられている。このため、ベース板と実装面との間の平行性を確保して、適正な実装を実現できる。
【００２６】
また、トランスファーモールド樹脂の部分的にえぐられた形状によって、ベース板の取り付け穴をトランスファーモールド樹脂から露出させている。このため、トランスファーモールド樹脂とベース板との接触面積、換言すればトランスファーモールド樹脂とベース板との間の接着力が大幅に減少するのを回避できる。
【００２７】
また、ベース板の取り付け穴は複数の半導体装置で共有しないので、複数の半導体装置で固定具を共有することによって各半導体装置にかかる軸力が異なるといった事態が発生しない。この点においても適正な実装を実現できる。
【００２８】
本発明の目的、特徴、局面、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】
【００２９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図２】図１中の２−２線における断面図である。
【図３】図１中の３−３線における断面図である。
【図４】ベース板の収縮を説明する断面図である。
【図５】ベース板の収縮によって絶縁基板にクラックが発生する様子を説明する模式図である。
【図６】トランスファーモールド樹脂の収縮を説明する断面図である。
【図７】トランスファーモールド樹脂の収縮によって絶縁基板にクラックが発生する様子を説明する模式図である。
【図８】実施の形態１に係る半導体装置の他の構造を例示する断面図である。
【図９】図８中の一点鎖線で囲んだ部分９の拡大図である。
【図１０】実施の形態２に係る半導体装置の回路構成を例示する回路図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図１２】実施の形態２に係る半導体装置の構造を例示する側面図である。
【図１３】比較用の半導体装置の回路構成を例示する回路図である。
【図１４】比較用の半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図１５】実施の形態２に係る半導体装置の他の回路構成を例示する回路図である。
【図１６】実施の形態３に係る半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１７】実施の形態３に係る半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１８】図１６中の一点鎖線で囲んだ部分１８の拡大図である。
【図１９】実施の形態４に係る樹脂厚さを説明する断面図である。
【図２０】実施の形態４に係る樹脂厚さを説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施の形態では例えばモーターの駆動制御に適用されるパワー半導体装置を例示するが、以下の説明はパワー半導体装置に限定されるものではない。
【００３１】
＜実施の形態１＞
図１に実施の形態１に係る半導体装置１００の構造を例示する上面図を示し、図１中の２−２線における断面図を図２に例示し、図１中の３−３線における断面図を図３に例示する。なお、以下では、図１を上面図と称するのに合わせて半導体装置１００についての上下方向を規定するものとする。この場合、図２および図３の上下方向がそのまま半導体装置１００についての上下方向に対応する。また、以下では、半導体装置１００の上下方向を厚さ方向と表現する場合もある。
【００３２】
半導体装置１００は絶縁基板１０２を含んでいる。絶縁基板１０２は、図示の例では、絶縁性板状部材１０４と、絶縁性板状部材１０４の一方主面（ここでは上主面）上に形成された金属層１０６と、絶縁性板状部材１０４の他方主面（ここでは下主面）上に形成された金属層１０８とを含んでいる。
【００３３】
上主面側の金属層１０６は平面視において所定の配線パターン（図示略）に形成されており、このため以下、当該金属層１０６を配線パターン１０６と称する場合もある。下主面側の金属層１０８の平面視形状は任意であり、当該金属層１０８は例えば所定の領域内に全面的に形成されている。絶縁性板状部材１０４は例えばセラミック（窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナが例示される）等の絶縁材料で構成され、金属層１０６，１０８は例えば銅等の金属材料で構成されている。
【００３４】
配線パターン１０６には、回路部品の例である半導体チップ１１０および電極１１２がはんだ１１４によって接合されている。すなわち、半導体チップ１１０および電極１１２が絶縁基板１０２の一方主面（ここでは上主面）上に搭載されている。半導体チップ１１０および電極１１２は所定の回路を構成するように所定の箇所にアルミニウムワイヤ等の接続配線１１６で接続されている。なお、半導体チップ１１０、電極１１２および接続配線１１６の数は図示の例に限定されるものではない。
【００３５】
ここでは、半導体チップ１１０にＩＧＢＴ等のパワー半導体素子が作り込まれている場合を例示する。半導体チップ１１０は、シリコン（Ｓｉ）を基板として構成されていてもよいし、シリコンよりもバンドキャップが広いワイドギャップ半導体（炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料等）を基板として構成されていてもよい。
【００３６】
ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高い、許容電流密度が高い等の特性において、パワー半導体素子に好適である。また、これらの特性によれば、シリコン基板を利用した場合に比べて、半導体チップ１１０を小型化することが可能であり、その結果、半導体装置１００を小型化することが可能である。なお、全ての半導体チップ１１０がワイドギャップ半導体の基板を利用していてもよいし、一部の半導体チップ１１０だけがワイドギャップ半導体の基板を利用していてもよい。
【００３７】
下主面側の金属層１０８には、ベース板１２０がはんだ１３０によって接合されている。すなわち、絶縁基板１０２の他方主面（ここでは下主面）とベース板１２０の一方主面（ここでは上主面）が接合されている。ここではベース板１２０の一方主面および他方主面（ここでは下主面）のいずれも平坦面（すなわち段差のない平面）とする。なお、ベース板１２０と絶縁基板１０２と半導体チップ１１０との積層方向が、半導体装置１００の上下方向（換言すれば厚さ方向）にあたる。
【００３８】
ベース板１２０は平面視において絶縁基板１０２を収容可能な寸法、形状を有しており、当該平面視において絶縁基板１０２はベース板１２０からはみ出さないように配置されている。ここではベース板１２０の平面視形状、すなわち主面の形状が長方形の場合を例示する。なお、以下では、ベース板１２０において主面の短辺に繋がっている側面（換言すれば、ベース板１２０の短手方向に延在する側面）を短側面と称し、主面の長辺に繋がっている側面（換言すれば、ベース板１２０の長手方向に延在する側面）を長側面と称する場合もある。
【００３９】
ベース板１２０は放熱板として機能するため、熱伝導性の高い材料で構成されている。例えば銅（Ｃｕ）、ＡｌＳｉＣ、ＣｕＭｏ等を採用可能であるが、後述のようにＣｕよりも線膨張係数が小さい材料、例えばＡｌＳｉＣ、ＣｕＭｏ等が好適である。
【００４０】
ベース板１２０は、図１および図３に例示するように、ベース板１２０を厚さ方向に貫通した取り付け穴１２２を２つ有している。換言すれば、各取り付け穴１２２は、ベース板１２０の両主面間に渡って当該主面に直交する方向に形成されている。取り付け穴１２２は、ボルトで半導体装置１００を実装場所（例えば所定の筐体、ヒートシンク等）に固定する際に、ボルトを通すために利用される。取り付け穴１２２はネジ溝を有していてもよいし、有していなくてもよい。なお、ボルトを固定具の一例として挙げるが、ネジ等の他の固定具を利用することも可能である。
【００４１】
２つの取り付け穴１２２は、ベース板１２０のうちで主面の相対する短辺の中央部付近（換言すれば相対する短側面の中央部付近）にそれぞれ設けられている。この場合、２つの取り付け穴１２２は、ベース板１２０の中心点を挟んでベース板１２０の長手方向に並んでいる。
【００４２】
絶縁基板１０２上の半導体チップ１１０等は、トランスファーモールド樹脂１４０で封止されている。より具体的には、トランスファーモールド樹脂１４０は、絶縁基板１０２と、半導体チップ１１０と、電極１１２の接合端部（絶縁基板１０２に接合されている側の端部）と、接続配線１１６とを覆っている。また、トランスファーモールド樹脂１４０は、ベース板１２０の上主面を覆っているが（但し取り付け穴１２２は露出している）、ベース板１４０の下主面を覆っていない（すなわち当該下主面は樹脂１４０から露出している）。なお、図示の例ではトランスファーモールド樹脂１４０はベース板１２０の上主面から側面（短側面および長側面）に及んでいるが、樹脂１４０がベース板の側面上に形成されていない形状を採用することも可能である。
【００４３】
ここで、電極１１２は絶縁基板１０２に直交する方向に伸びており、電極１１２の下部（すなわち接合端部）はトランスファーモールド樹脂１４０内に埋設され、電極１１２の上部はトランスファーモールド樹脂１４０の上面（絶縁基板１０２の上主面の上方に位置する面）から突出している。このため、第２の従来技術のようにアウターリードがトランスファーモールド樹脂の側面から突出した構造とは異なり、半導体装置１００はケース型の既存製品との代替が容易である。
【００４４】
トランスファーモールド樹脂１４０は上面視（換言すれば平面視。図１参照）においてベース板１２０を取り囲む略長方形をしているが、トランスファーモールド樹脂１４０は図１および図３に示すようにベース板１２０の取り付け穴１２２を塞がないように形成されている。より具体的には、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２の内部および上方と、ベース板１２０の上主面および短側面のうちで取り付け穴１２２付近の領域とを避けて形成されている。
【００４５】
このため、図１に例示するように、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２の付近において、取り付け穴１２２が露出するように、えぐられた形状を有している。当該えぐられた形状１４２はトランスファーモールド樹脂１４０の上面まで及んでいる。えぐられた形状１４２は、例えばトランスファーモールド樹脂１４０の成型金型の形状設計によって、形成可能である。
【００４６】
半導体装置１００は、ベース板１２０の下主面（換言すれば露出主面）を実装場所（例えば所定の筐体、ヒートシンク等）に向けて配置され、取り付け穴１２２に通したボルトによって実装場所に固定される。この際、ベース板１２０の露出主面と実装場所の表面（すなわち実装面）の一方または両方に熱伝導性グリスが塗布される。なお、半導体装置１００の発熱量が小さい場合は熱伝導性グリスの塗布を省略することも可能である。
【００４７】
ここで、ベース板１２０の材料について説明する。
【００４８】
図４に半導体装置１００の製造途中の構造の断面図を例示する。具体的には、半導体チップ１１０、ベース板１２０等が絶縁基板１０２にはんだ付けされた後の製造途中品（換言すれば中間体）９６が図４に例示されている。なお、図４は図３に対応する。
【００４９】
はんだ付け工程の後に冷却工程が行われるが、当該冷却工程において製造途中品９６のベース板１２０が収縮する。なお、このような降温による収縮を降温時収縮と称することにする。図４中の矢印１５０はベース板１２０の降温時収縮を模式的に表している。
【００５０】
ベース板１２０と絶縁基板１０２（より具体的には絶縁性板状部材１０４）とは線膨張係数が異なるので、ベース板１２０と絶縁基板１０２との接合体は温度（換言すれば熱）に対して、いわゆるバイメタル構造に似た挙動を示す。具体的には、ベース板１２０の方が絶縁性板状部材１０４よりも線膨張係数が高い場合、ベース板１２０の降温時収縮によって、図５の模式図に示すように当該ベース板１２０は絶縁基板１０２の側へ向けて凸状に反る。この反りによって、絶縁性板状部材１０４に引っ張り応力１５２が発生する。その結果、絶縁性板状部材１０４にクラック１５４が発生する場合がある。図５には、絶縁性板状部材１０４の上主面において、配線パターン１０６の最外周縁部付近で、クラック１５４が発生する場合を例示している。
【００５１】
この点に鑑みると、ベース板１２０は線膨張係数が、より低い材料で構成されることが好ましい。例えば、Ｃｕの線膨張係数は約１７ｐｐｍ／℃であり、ＡｌＳｉＣの線膨張係数は約７．５ｐｐｍ／℃であり、ＣｕＭｏの線膨張係数は約７．５ｐｐｍ／℃であるので、この例の中ではＣｕよりもＡｌＳｉＣおよびＣｕＭｏの方がベース板１２０の上記反りを低減することができる。これを一般化すると、従来からベース板に多用されてきたＣｕよりも線膨張係数が小さい材料でベース板１２０を構成することによって、絶縁基板１０２のクラック、さらには当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止することができる。特にベース板の大型化に伴ってその反りが大きくなるので、線膨張係数の小さいベース板１２０は大型化にも好適である。
【００５２】
ベース板１２０および絶縁基板１０２の反りは上記の製造工程における降温時収縮だけに拠らない。製造後の半導体装置１００においても、例えば通電による発熱および線膨張係数の違いによって、ベース板１２０および絶縁基板１０２が反る場合がある。しかし、線膨張係数の低いベース板１２０によれば、製造後においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
次に、トランスファーモールド樹脂１４０の材料について説明する。
【００５４】
下記の表１は、絶縁基板１０２（より具体的には絶縁性板状部材１０４）とトランスファーモールド樹脂１４０との界面における剥離、および、ベース板１２０とトランスファーモールド樹脂１４０との界面における剥離について、応力解析の結果をまとめたものである。表１では、ベース板１２０の材料としてＡｌＳｉＣおよびＣｕを例示し、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数として１０ｐｐｍ／℃、１３ｐｐｍ／℃および１６ｐｐｍ／℃を例示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１においてパーセントで記載された指標値は、界面剥離方向に働く応力の大きさを表している。より具体的には、界面剥離方向に働く応力の値（半導体装置１００の構造モデルを用いた解析から求めた）を、剥離が発生する限界応力（以下、剥離発生限界応力と称する場合もある）の値を１００％として相対的に表した値が、表１中の指標値である。例えば当該指標値が１００％の場合、剥離発生限界応力に相当する応力が界面に働き、剥離発生の可能性があることを示している。また、例えば１００％よりも大きい指標値は、剥離発生限界応力を超える応力によって剥離が発生することを示している。つまり、当該指標値が小さいほど、界面剥離の可能性が小さくなり、より好ましい。
【００５７】
表１によれば、上記２種類の界面のいずれにおいても、ＡｌＳｉＣ製のベース板１２０についての上記指標値の方が、Ｃｕ製のベース板１２０についての上記指標値に比べて小さいことが分かる。つまり、ＡｌＳｉＣ製のベース板１２０の方が、上記２種類の界面のいずれにおいても剥離を起こしにくい。表１の観点からも、ベース板１２０はＣｕよりもＡｌＳｉＣで構成されることが好ましいと言える。なお、ＣｕＭｏもＡｌＳｉＣと同様の傾向が得られた。
【００５８】
また、表１によれば、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数が小さいほど、上記指標値が小さく、上記２種類の界面のいずれにおいても剥離を起こしにくいことが分かる。さらに市場での冷熱疲労を模擬した試験（いわゆるヒートサイクル試験）の結果、特にトランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下の場合、上記２種類の界面のいずれにおいても応力を低減でき、界面剥離がほとんど発生しないことが確認された。
【００５９】
特に半導体チップ１１０がワイドギャップ半導体を基板として構成されている場合、半導体装置１００の構造は好適である。なぜならば、ワイドギャップ半導体製の半導体チップ１１０はシリコン製の半導体チップ１１０に比べて高温動作が可能だからである。より具体的には、そのような高温動作ではヒートサイクルの温度差が大きくなり、ベース板１２０とトランスファーモールド樹脂１４０との界面、絶縁基板１０２とトランスファーファーモールド樹脂１４０との界面等における応力が増大しやすいからである。
【００６０】
ここで、図６にトランスファーモールド後の製造途中品９８の構造の断面図を例示する。なお、図６は図４および図３に対応する。トランスファーモールド樹脂１４０は、硬化に伴って収縮するとともに、金型温度（例えば１７０〜１８０℃）から室温への冷却（降温）に伴って収縮する。図６中の矢印１６０は、トランスファーモールド樹脂１４０の当該収縮を模式的に表している。トランスファーモールド樹脂１４０の収縮は、図７の模式図に示すように、絶縁基板１０２をベース板１２０の側へ向けて凸状に反らせる原因となりうる。この反りによって絶縁性板状部材１０４に引っ張り応力１６２が発生し、その結果、絶縁性板状部材１０４のベース板側主面にクラック１６４が発生する場合がある。
【００６１】
しかし、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によれば、上記収縮１６０を抑えて絶縁性板状部材１０４の反りを低減することができる。その結果、絶縁基板１０２のクラック、さらには当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止することができる。特にトランスファーモールド樹脂による封止を採用した半導体装置では装置が大型化するほど上記の硬化収縮および降温時収縮が大きくなる点に鑑みると、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０は大型化にも好適である。
【００６２】
ベース板１２０および絶縁基板１０２の反りは上記の製造工程におけるトランスファーモールド樹脂１４０の硬化収縮および降温時収縮だけに拠らない。製造後の半導体装置１００においても、例えば通電による発熱および線膨張係数の違いによって、ベース板１２０および絶縁基板１０２が反る場合がある。しかし、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によれば、製造後においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
さて、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によって絶縁基板１０２の反りが低減されると、絶縁基板１０２と接合しているベース板１２０の反りも低減される。また、上記のようにベース板１２０自体の線膨張係数を小さくすることによって、ベース板１２０の反りを低減することができる。ベース板１２０の反りが低減することによって、ベース板１２０の下主面（すなわち露出主面）と実装面との平行性が向上する。このため、ベース板１２０の露出主面と実装面との間に設けられる熱伝導性グリスの厚さの面内ムラを低減することができる。したがって、均一で適正な厚さの熱伝導性グリスによって、良好な熱伝導効率を得ることができ、その結果、良好な放熱性を得ることができる。つまり、適正な実装を実現することができる。
【００６４】
なお、熱伝導性グリスを利用しない場合であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性の向上は、当該２つの面の密着度合いの向上をもたらす。このため、良好な放熱性を得ることができ、適正な実装を実現することができる。
【００６５】
一般に、ベース板の反りが大きい場合、ベース板の露出主面と実装面との間の平行性を得るために、多くのボルト等で固定することが行われる。これに対し、半導体装置１００によれば、ベース板１２０の反りが抑制されるので、２つの取り付け穴１２２による２箇所の固定であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性を確保することができる。つまり、適正な実装を実現することができる。したがって、ボルトの数が少なくて済み、さらにボルトの個数削減は取り付け作業性の向上、ボルトのコスト削減に繋がる。
【００６６】
また、一般に、固定箇所が多いほど、通電時の発熱によってベース板が膨張した場合に、ベース板にうねりが生じやすくなり、その結果、ベース板の露出主面と実装面との間の平行性が低下する。これに対し、半導体装置１００のベース板１２０は線膨張係数が低いことに加えて２箇所で固定されるので、ベース板１２０のうねりが発生しにくい。このため、使用時においても適正な実装状態を保持することができる。
【００６７】
また、ベース板１２０の２つの取り付け穴１２２は、相対する短辺中央部付近にそれぞれ設けられている、すなわちベース板１２０の長手方向の両端に設けられている。一般に部材の寸法が大きいほど反り量が大きい点に鑑みると、当該２つの取り付け穴１２２は、製造時に残留した反りおよび通電時の発熱で生じる反りに対抗するのに好適な位置に設けられている。このため、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性を確保して、適正な実装状態を実現することができる。
【００６８】
また、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２が露出するように設けられている。このため、ベース板１２０が取り付け穴１２２を有さない場合に比べてトランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０との接触面積（換言すれば接着面積）が減少することになる。しかし、トランスファーモールド樹脂１４０によれば、部分的にえぐられた形状１４２によって取り付け穴１２２を露出させているので、上記の接触面積の減少が抑えられている。したがって、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０と間の接着力の大幅低下を回避することができる。
【００６９】
また、ベース板１２０の取り付け穴１２２は複数の半導体装置１００で共有しないので、取り付けのボルトを複数の半導体装置１００を共有することがない。このため、隣接する部分モジュールを同じネジで固定する第３の従来技術（特許文献２の技術）のように各部分モジュールにかかる軸力が異なるといった事態が発生しない。この点においても適正な実装を実現することができる。
【００７０】
ところで、トランスファーモールド樹脂１４０の硬化収縮および降温時収縮によって絶縁基板１０２が下側に凸状に反ると、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近にクラック１６４が発生しやすい（図７参照）。これは、絶縁基板１０２の反りによって、絶縁性板状部材１０４と配線パターン１０８とによる引っ張り応力が、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近で最大になるからである。
【００７１】
そのようなクラック１６４を防止しうる構造を図８に例示する。なお、図８は図３に対応する。また、図８中の一点鎖線で囲んだ部分９の拡大図を図９に示す。図８および図９に例示の半導体装置１００Ｂは、上記半導体装置１００（図３等参照）において絶縁基板１０２を絶縁基板１０２Ｂに変更した構造を有している。半導体装置１００Ｂのその他の構造は基本的に上記半導体装置１００と同様である。
【００７２】
図８および図９に例示するように、絶縁基板１０２Ｂは、下主面側の金属層１０８が、上主面側の配線パターン１０６よりも外側へ（換言すれば、絶縁性板状部材１０４の縁の側へ）広がっている。このため、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近が、金属層１０８で覆われている。このため、下主面側（すなわちベース板１２０側）における引っ張り応力を緩和することができ、クラック１６４を防止することができる。
【００７３】
また、下主面側の金属層１０８の形成範囲の拡大によって、使用条件に含まれることが多い低温環境（例えば−４０℃）においても、クラックの発生を防止して、高い信頼性を得ることができる。
【００７４】
＜実施の形態２＞
図１０に実施の形態２に係る半導体装置２００の回路構成図を例示し、図１１および図１２に半導体装置２００の上面図および側面図を例示する。図１０に例示するように、半導体装置２００は３つの回路ユニット２０２を有しており、これらの回路ユニット２０２のそれぞれが実施の形態１に係る半導体装置１００で構成されている。なお、各回路ユニット２０２を、実施の形態１で例示した他の半導体装置１００Ｂ（図８および図９参照）で構成することも可能である。以下では半導体装置１００，１００Ｂを半導体ユニット１００，１００Ｂとそれぞれ称する場合もある。
【００７５】
まず図１０を参照して、半導体装置２００の回路例を説明する。上記のように半導体装置２００は３つの回路ユニット２０２を有している。ここでは３つの回路ユニット２０２が同じ回路構成である場合を例示するが、この例に限定されるものではない。また、半導体装置２００に含まれる回路ユニット２０２の数は２つまたは４つ以上であってもよい。
【００７６】
各回路ユニット２０２はＩＧＢＴ１７０，１７２とダイオード１７４，１７６を有している。ＩＧＢＴ１７０，１７２は高電位側端子Ｐ（Ｐ側端子とも称される）と低電位側端子Ｎ（Ｎ側端子とも称される）との間に直列接続されており、ダイオード１７４はＩＧＢＴ１７０に逆並列に接続されており、ダイオード１７６はＩＧＢＴ１７２に逆並列に接続されている。なお、ダイオード１７４，１７６は、いわゆるフリーホイールダイオードである。
【００７７】
より具体的には、ＩＧＢＴ１７０のコレクタは高電位側端子Ｐに接続され、ＩＧＢＴ１７０のエミッタはＩＧＢＴ１７２のコレクタに接続され、ＩＧＢＴ１７２のエミッタは低電位側端子Ｎに接続されている。さらに、ダイオード１７４のカソードはＩＧＢＴ１７０のコレクタに接続され、ダイオード１７４のアノードはＩＧＢＴ１７０のエミッタに接続されている。同様に、ダイオード１７６のカソードおよびアノードはＩＧＢＴ１７２のコレクタおよびエミッタにそれぞれ接続されている。高電位側ＩＧＢＴ１７０のエミッタ、換言すれば低電位側ＩＧＢＴ１７２のコレクタに出力端子が接続されている。なお、当該出力端子に対応して、上記端子Ｐ，Ｎを入力端子と称することにする。
【００７８】
図１０の例では、合計６個のＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングを独立に制御可能に構成されている。より具体的には、６個のＩＧＢＴ１７０，１７２間でゲート（換言すれば制御端子）どうしは接続されていない。このため、例えば３つの回路ユニット２０２の出力の位相が互いにずれるようにＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングを制御することによって、半導体装置２００は３相の出力（例えば３相交流）を出力可能である。図１０の例では、一の回路ユニット２０２がＵ相出力に割り当てられ、他の一の回路ユニット２０２がＶ相出力に割り当てられ、残余の一の回路ユニット２０２がＷ相出力に割り当てられている。
【００７９】
なお、半導体装置２００は不図示の要素、例えばゲート駆動回路、保護回路等を内蔵してもよい。
【００８０】
上記のように半導体装置２００では３つの回路ユニット２０２のそれぞれが、実施の形態１に係る半導体装置１００（すなわち半導体ユニット１００）で構成されている。すなわち、半導体装置２００は３つの半導体ユニット１００を有している。
【００８１】
図１１および図１２の例では、３つの半導体ユニット１００は、トランスファーモールド樹脂１４０の長側面どうしが相対するように、一方向（図１１および図１２では横方向）に整列している。また、図１１に例示されるように、３つの半導体ユニット１００は、トランスファーモールド樹脂１４０の短側面が同一平面上に載るように、整列している。また、図１２に例示されるように、３つの半導体ユニット１００は、ベース板１２０の露出主面が同一平面Ｓ上に載るように、整列している。隣接する半導体ユニット１００は例えば相対する長側面において接着剤で固定されている。
【００８２】
上記のように整列した３つの半導体ユニット１００は、外部ケース２１２内に収容されており、外部ケース２１２と一体化している。３つの半導体ユニット１００は例えば接着剤で外部ケース２１２に固定されている。但し、図１２に示すように、外部ケース２１２は各半導体ユニット１００のベース板１２０の露出主面を覆っておらず、しかも外部ケース２１２は各半導体ユニット１００のベース板１２０の露出主面が実装面（図１２の平面Ｓを参照）に接触するのを妨げない形状をしている。
【００８３】
なお、図１１および図１２では外部ケース２１２を簡略に図示しており、外部ケース２１２の形状は図１１および図１２の例に限定されるものではない。また、図１２には外部ケース２１２内においてトランスファーモールド樹脂１４０上に隙間が在る場合を例示しているが、トランスファーモールド樹脂１４０の上面がケース２１２の内面に接触していても構わない。
【００８４】
図１１に例示するように、外部ケース２１２は上面に電極２１４および取り付け穴２１６を有している。なお、図１２では電極２１４等の図示を省略している。
【００８５】
電極２１４は、半導体ユニット１００の電極１１２（図１等参照）に対応して設けられており、ケース内部で電極１１２に接続された部材によって、あるいは、電極１１２のうちでケース外部に突出した部分によって構成されている。なお、ケース２１２の上面に不図示の他の電極、例えば上記端子Ｐ，Ｎ（図１０参照）が設けられていてもよい。
【００８６】
外部ケース２１２の取り付け穴２１６は、半導体ユニット１００の取り付け穴１２２（図１等参照）に対応して設けられている。すなわち、各半導体ユニット１００に対して２つの取り付け穴２１６が設けられている。対応する取り付け穴２１６，１２２は同心状に位置している。このため、同心状に並んだ２つの取り付け穴２１６，１２２に渡ってボルトを挿入することにより、当該ボルトで半導体装置２００を実装場所に固定することができる。
【００８７】
ここで、図１３および図１４に、上記半導体装置２００と比較するための半導体装置２００Ｚについて、回路構成図および上面図を例示する。半導体装置２００Ｚの全体の回路構成は上記半導体装置２００のそれと同じであるが、比較用半導体装置２００Ｚでは３つの回路ユニット２０２が単一の半導体ユニット１００Ｚ内に作り込まれている。より具体的には、半導体ユニット１００Ｚでは、単一のベース板１２０Ｚ上に単一の絶縁基板（図示略。絶縁基板１０２に相当）が接合されており、当該単一の絶縁基板上に回路部品が搭載されており、回路部品および単一の絶縁基板がトランスファーモールド樹脂１４０Ｚで封止されている。なお、比較のため、半導体装置２００Ｚ，２００で外部ケース２１２は同じものとする。
【００８８】
図１４と図１１の比較から分かるように、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚは、上記半導体装置２００の３つのベース板１２０の存在領域の全体に渡る寸法および形状を有している。また、単一のベース板１２０Ｚは、ケース２１２の６つの取り付け穴２１６に対応して、６つの取り付け穴（図示略。ベース板１２０の取り付け穴１２２に相当）を有しているものとする。
【００８９】
この場合、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚの露出主面（すなわち実装面に相対する下主面）の面積は、上記半導体装置２００の３つのベース板１２０の露出主面の合計面積に略等しい。換言すれば、上記半導体装置２００の各ベース板１２０の露出主面の面積は、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚの露出主面の面積の略１／３である。このため、小さいベース板１２０によれば、比較用の単一のベース板１２０Ｚに比べて、反り量を小さくすることができる。
【００９０】
また、上記のように各ベース板１２０は２つの取り付け穴１２２を利用して２箇所で固定されるのに対して、比較用の単一のベース板１２０Ｚは６箇所で固定される。このため、半導体ユニット１００ごとに設けられたベース板１２０の方が、固定による露出主面のうねりを小さくすることができる。
【００９１】
これらの結果、３つに分割された半導体ユニット１００を有する半導体装置２００によれば、ベース板１２０の露出主面と実装面との高い平行性を得ることができる。このため、ベース板１２０と実装面との間に設けられる熱伝導性グリスの厚さムラを低減することができる。したがって、均一で適正な厚さの熱伝導性グリスによって、良好な熱伝導効率、換言すれば良好な放熱性を得ることができる。つまり、適正な実装を実現することができる。熱伝導性グリスを利用しない場合であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面と高い密着度合いによって、良好な放熱性が得られ、適正な実装を実現することができる。
【００９２】
なお、半導体ユニット１００について実施の形態１で説明した他の各種効果は、半導体装置２００においても得られる。
【００９３】
図１５に実施の形態２に係る他の半導体装置２００Ｂの回路構成図を例示する。この半導体装置２００Ｂは基本的に上記半導体装置２００と同様の回路構成および装置構造を有しているが、各回路ユニット２０２の出力が同位相になるようにＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングが制御される。かかる同相出力に鑑み、上記半導体装置２００の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれも、本半導体装置２００Ｂでは出力端子Ａと称することにする。
【００９４】
より具体的に図１５の例では、各回路ユニット２０２のＩＧＢＴ１７０のゲートが共通に接続されている。このため合計３つのＩＧＢＴ１７０に同じゲート信号が入力され、これにより合計３つのＩＧＢＴ１７０は同じゲートタイミングで制御される。同様に、各回路ユニット２０２のＩＧＢＴ１７２のゲートが共通に接続されており、これにより合計３つのＩＧＢＴ１７２は同じゲートタイミングで制御される。
【００９５】
なお、ＩＧＢＴ１７０の相互接続は、外部ケース２１２の外部で実現されていてもよいし、あるいは、外部ケース２１２の内部で実現されていてもよい。ＩＧＢＴ１７２の相互接続についても同様である。
【００９６】
半導体装置２００Ｂによれば、３つの回路ユニット２０２が入力端子Ｐ，Ｎ間に並列接続されており、これらのユニット２０２は同相で出力動作を行う。したがって、回路ユニット２０２を１つだけ利用する構成に比べて大容量の装置を提供することができる。
【００９７】
また、半導体装置２００Ｂは上記半導体装置２００と同様の構造（図１１および図１２参照）を有するので、上記半導体装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、並列接続する回路ユニット２０２、換言すれば半導体ユニット１００の個数は３つに限定されるものではない。また、半導体ユニット１００Ｂを採用することも可能である。
【００９９】
＜実施の形態３＞
図１６および図１７に実施の形態３に係る半導体装置１００Ｃの構造を例示する断面図を示す。図１６は図２に対応し、図１７は図３に対応する。また、図１６中の一点鎖線で囲んだ部分１８の拡大図を図１８に示す。図１６〜図１８に例示の半導体装置１００Ｃは、実施の形態１で例示した半導体装置１００（図２、図３等参照）においてベース板１２０をベース板１２０Ｃに変更した構造を有している。半導体装置１００Ｃのその他の構造は基本的に上記半導体装置１００と同様である。
【０１００】
ベース板１２０Ｃは上記ベース板１２０と同様の材料で構成されているが、ベース板１２０Ｃの上主面（すなわち絶縁基板１０２の側の主面）が段差を有している点で上記ベース板１２０と異なる。なお、ベース板１２０Ｃの下主面（すなわち露出主面）は上記ベース板１２０と同様に、段差のない平坦面である。
【０１０１】
具体的には、ベース板１２０Ｃの上主面は絶縁基板１０２との接合範囲にあたる接合領域１２４と、接合領域１２４の周辺の領域１２６とを含んでおり、周辺領域１２６が接合領域１２４よりも当該ベース板１２０Ｃの下主面の側に位置している。換言すれば、周辺領域１２６が接合領域１２４よりも後退している。このため、ベース板１２０Ｃでは接合領域１２４下の部分に比べて周辺領域１２６下の部分が薄い。なお、図１６〜図１８の例では両領域１２４，１２６の境界部分が傾斜面になっているが、当該境界部分は例えば垂直面であっても構わない。
【０１０２】
ここで、半導体装置１００Ｃ，１００のいずれにおいても、絶縁基板１０２の下主面側の金属層１０８は絶縁性板状部材１０４の縁まで到達していない。このため、絶縁性板状部材１０４のうちで周辺部分はベース板１２０，１２０Ｃと接合しておらず、絶縁性板状部材１０４の当該周辺部分とベース板１２０，１２０Ｃとの間に隙間が存在している。当該隙間はベース板１２０Ｃの採用によって広げることができ、そのようにして広く開いた隙間によれば当該隙間内にトランスファーモールド樹脂１４０が廻り込みやすくなる。すなわち、絶縁基板１０２下にトランスファーモールド樹脂１４０をより確実に充填することができる。樹脂１４０の未充填箇所は応力集中の原因となりうるので、確実な樹脂充填によって、そのような応力集中を防ぐことができる。その結果、応力集中によるクラックを防ぐことができる。
【０１０３】
また、上記隙間の拡大によって、絶縁基板１０２下に充填されるトランスファーモールド樹脂１４０の量が増加する。これにより、トランスファーモールド樹脂１４０が硬化および冷却（降温）によって収縮する際に、絶縁基板１０２の周辺部分を下側、すなわちベース板１２０Ｃの側へ引っ張る力が増加する。かかる力の増加によれば、絶縁基板１０２上のトランスファーモールド樹脂１４０が収縮するのに伴って絶縁基板１０２がベース板１２０Ｃの側へ凸状に反るのを低減することができる。その結果、絶縁基板１０２のクラックを防ぐことができる。
【０１０４】
なお、半導体装置１００について実施の形態１で説明した他の各種効果は、半導体装置１００Ｃにおいても得られる。また、ベース板１２０Ｃは半導体装置１００Ｂ（図８および図９参照）に適用することも可能である。また、ベース板１２０Ｃを採用した半導体装置１００Ｃ等を半導体ユニットとして半導体装置２００，２００Ｂを構成することも可能である。
【０１０５】
＜実施の形態４＞
実施の形態４ではトランスファーモールド樹脂１４０の厚さ、特に絶縁基板１０２上の厚さについて説明する。ここでは実施の形態３に係る半導体装置１００Ｃを例に挙げるが、他の半導体装置１００等についても以下の説明は当てはまる。
【０１０６】
図１９の断面図に示すように、トランスファーモールド樹脂１４０のうちで絶縁基板１０２上の部分の厚さをｔとする。なお、図１９の例では、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔを、絶縁性板状部材１０４の上主面とトランスファーモールド樹脂１４０の上面との間の寸法として図示している。但し、絶縁性板状部材１０４に比べて配線パターン１０６は十分に薄いので、配線パターン１０６の上面とトランスファーモールド樹脂１４０の上面との間の寸法を当該樹脂厚さｔとして把握しても構わない。
【０１０７】
絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが厚いと、市場での冷熱疲労によって、ベース板１２０Ｃとトランスファーモールド樹脂１４０との間の界面剥離、絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０との間の界面剥離、あるいは、絶縁基板１０２のクラックが生じる可能性がある。
【０１０８】
そのような界面剥離およびクラックを防止するためには、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０Ｃ等との線膨張係数の差によって生じる反り、応力等を抑制可能である。その結果、上記のような界面剥離およびクラックを防止することができる。
【０１０９】
図２０に、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔと、絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０の界面の応力との関係を示すグラフを示す。絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０の界面の応力は、半導体装置１２０Ｃの構造モデルを用いた解析によって求めた。その解析値を上記剥離発生限界応力（剥離が発生する限界応力）で正規化した値、すなわち｛解析による応力値｝／｛剥離発生限界応力｝という算出式で求められる値を「応力比」として、グラフの縦軸に示している。
【０１１０】
なお、応力比の上記算出式に鑑みると、図２０のグラフにおける応力比と上記表１における指標値とは同義であり、例えば図２０の応力比＝１は表１の指標値＝１００％に対応する。このため、図２０の応力比が小さいほど、界面剥離の可能性が小さくなり、より好ましい。
【０１１１】
図２０によれば、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下の場合に、応力比が１以下になることが分かる。つまり、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下であることによって、界面剥離を防止することが可能である。
【０１１２】
他方、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが薄いと、市場での冷熱疲労によって、トランスファーモールド樹脂１４０にクラックが生じる可能性がある。
【０１１３】
そのようなクラックを防止するためには、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが３ｍｍ以上であることが好ましい。これによれば、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０Ｃ等との線膨張係数の差によって生じる応力等を抑制可能である。その結果、トランスファーモールド樹脂１４０のクラックを防止することができる。
【０１１４】
また、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが３ｍｍ以上であれば、半導体チップ１１０の厚さ、配線１１６の高さ等に鑑みた必要な厚さを確保可能である。このため、クラック以外の原因による信頼性低下を防止することができる。また、例えば半導体装置１００Ｃの配設スペース等に応じて、３ｍｍ≦ｔ≦５ｍｍの範囲内で半導体装置１００Ｃの薄型化を図ることができる。
【０１１５】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、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。
【符号の説明】
【０１１６】
１００，１００Ｂ，１００Ｃ 半導体装置（半導体ユニット）、１０２，１０２Ｂ 絶縁基板、１１０ 半導体チップ、１１２ 電極、１２０，１２０Ｃ ベース板、１２２ 取り付け穴、１２４ 接合領域、１２６ 周辺領域、１４０ トランスファーモールド樹脂、１４２ えぐられた形状、２００，２００Ｂ 半導体装置、２０２ 回路ユニット、２１２ 外部ケース、ｔ 樹脂厚さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特にパワー半導体装置に好適な構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜第１の従来技術＞
従来からケース型と呼ばれる半導体装置が知られている。このケース型では、Ｃｕベース板とケースで形成される箱体の中に半導体チップ（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードのペア）等が収容されている。より具体的には、この種の半導体装置は絶縁基板（両面に金属層が形成された絶縁性板状部材（窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナ等）で構成される）を有しており、当該絶縁基板の一方の面の金属層（配線パターンを成している）上に半導体チップおよび電極がはんだ付けされる。そして、絶縁基板は、他方の面の金属層によって、Ｃｕベース板とはんだ付けされる。その後、半導体チップ等の電気的接続が、アルミニウムワイヤ等の接続配線によって行われる。そして、ベース板とケースが接着剤で接着され、Ｃｕベース板とケースから成る箱体内に樹脂（例えば、シリコーンゲル、液状エポキシ樹脂）が注入され、これにより半導体チップ等が封止される。その後、ケース内部の上記電極に繋がる電極がケース外部に形成される。
【０００３】
この構造の場合、絶縁基板をＣｕベース板にはんだ付けした後の冷却工程において、Ｃｕベース板および絶縁基板が収縮する。なお、このような降温による収縮を降温時収縮と称することにする。かかる降温時収縮のため室温では、絶縁基板がＣｕベース板とは反対側へ向けて凸状に反り、絶縁基板の上側（すなわち半導体チップ等が搭載されている側）に引っ張り応力が働く。これは、Ｃｕベース板の線膨張係数（線膨張率とも称される）が、絶縁基板のそれに比べて大きいからである。具体的には、Ｃｕの線膨張係数が１７ｐｐｍ／℃であるのに対し、絶縁基板を構成する絶縁性板状部材の材料例である窒化アルミニウムの線膨張係数は５．７ｐｐｍ／℃である。また、絶縁性板状部材の他の材料例である窒化ケイ素およびアルミナの線膨張係数はそれぞれ３．２ｐｐｍ／℃および６．５ｐｐｍ／℃である。この反り量は絶縁基板およびＣｕベース板のサイズが大きいほど大きくなり、場合によっては絶縁基板にクラックが生じてしまう。
【０００４】
また、通電によって半導体チップが発熱すると、半導体チップと接続配線の線膨張係数の差に起因して、半導体チップと接続配線との接合部にクラックが生じる場合がある。そのようなクラックの発生は当該接合部の信頼性、換言すれば半導体装置の信頼性を低下させてしまう。接合部の信頼性向上のために、応力緩衝層等の複雑な構造を導入することが考えられる。しかし、構造の複雑化は、半導体チップの面積縮小によって半導体装置を小型化しようとする近年の要求に沿わないものである。
【０００５】
＜第２の従来技術＞
半導体チップと接続配線との接合部の信頼性は、トランスファーモールド型の半導体装置によって改善可能である。この種の半導体装置では、上記ケース型で用いられる液状エポキシ樹脂等に比べて線膨張係数が低い樹脂を用い、トランスファーモールド樹脂封止法によって半導体チップ等を封止する。トランスファーモールド型によれば、半導体チップ等の部品に対して大きな接着力が得られる。
【０００６】
例えば下記特許文献１に記載された半導体装置では、リードフレームの一方の面に半導体チップをはんだ付けし、該リードフレームの他方の面に絶縁基板がはんだ付けされる。その後、トランスファーモールド法によって、半導体チップ等がトランスファーモールド樹脂で封止される。
【０００７】
しかし、半導体装置が大型化するほど、トランスファーモールド樹脂の硬化収縮および降温時収縮によって、絶縁基板が反りやすくなる場合がある。かかる反りによって絶縁基板にクラックが生じると、場合によっては半導体装置の絶縁が確保できなくなってしまう。
【０００８】
また、トランスファーモールド型ではリードフレームのアウターリード部分が装置の端子となるが、アウターリード部分は半導体装置の側面から突出しているので、既存製品との代替が単純には行えない。
【０００９】
＜第３の従来技術＞
ところで、パワー半導体装置を実装する筐体に高熱伝導性グリスを塗布し、その上にパワー半導体装置を載せてネジ締めする場合がある。高熱伝導性グリスの熱伝導率は、グリスの中では比較的高いが、金属に比べると桁違いに低い。このため、高熱伝導性グリスが厚いと、パワー半導体装置の十分な放熱性が得られなくなる。
【００１０】
グリスの塗布厚さは、筐体と半導体装置との相対する表面の反り、うねり等を考慮して決められる。また、半導体装置を実装した後におけるグリスの厚さも、筐体と半導体装置との相対する表面の反りとうねりの和以上になる。かかる点に鑑み、半導体装置の反りを低減する構造が種々提案されている。
【００１１】
さらに、筐体と半導体装置との相対する両表面の反り、うねり等が大きすぎると、半導体装置を筐体にネジ締めした際に、半導体装置が反って絶縁基板にクラックが発生する場合がある。これに対しても種々の構造が提案されている。
【００１２】
例えば下記特許文献２に記載された構造では、部分モジュールのそれぞれのベースプレートが角領域に凹部を有しており、互いの凹部を突き合わせるようにして部分モジュールが隣接配置される。そして、凹部が突き合わされて成る長穴にネジを通し、当該ネジによって部分モジュールが筐体に固定される。この構造によれば、部分モジュールそれぞれの実装面積を小さくでき、反りやうねりの影響を抑えることができると考えられる。隣り合う部分モジュールでネジを共有するので、ネジの個数を減らせると考えられる。なお、このネジの共有化によれば、ｎ個の部分モジュールを固定するために必要なネジ止め箇所は｛２ｎ＋２｝箇所である。
【００１３】
しかし、隣接する部分モジュールを同じネジで固定するので、各部分モジュールの反り、うねり等および部分モジュールが実装される筐体の反り、うねり等によっては、同じネジ締め量であっても、各部分モジュールにかかる軸力が異なる場合がある。そのような場合、全ての部分モジュールを適正に実装できないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−１２９８２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
第１の従来技術（ケース型）によれば、上記のように、絶縁基板をＣｕベース板にはんだ付けした後の冷却工程において、絶縁基板が反る場合がある。この反り量は絶縁基板およびＣｕベース板のサイズが大きいほど大きくなり、場合によっては絶縁基板にクラックが発生しうる。
【００１６】
さらに、第１の従来技術によれば、上記のように、通電時の半導体チップの発熱によって、半導体チップと接続配線との接合部にクラックが生じる場合がある。そのようなクラックの発生は当該接合部の信頼性を低下させてしまう。接合部の信頼性向上のために応力緩衝層等の複雑な構造を導入することが考えられるが、それによれば半導体装置の小型化という要求に応えることが難しくなる。
【００１７】
また、第２の従来技術（トランスファーモールド型）によれば、上記のように、半導体チップと接続配線との接合部の信頼性を向上可能であるが、トランスファーモールド型でも絶縁基板が反る場合がある。すなわち上記のように、半導体装置の大型化に伴い、トランスファーモールド樹脂の硬化収縮および降温時収縮によって、絶縁基板が反る場合がある。かかる反りによって絶縁基板にクラックが生じると、場合によっては半導体装置の絶縁が確保できなくなってしまう。
【００１８】
さらに、第２の従来技術によれば、上記のように、リードフレームのアウターリード部分が半導体装置の側面から突出しているので、既存製品との代替が単純には行えない。
【００１９】
また、第３の従来技術（特許文献２の技術）によれば、上記のように、隣接する部分モジュールを同じネジで固定するので、各部分モジュールの反り、うねり等および部分モジュールが実装される筐体の反り、うねり等によっては、同じネジ締め量であっても、各部分モジュールにかかる軸力が異なる場合がある。そのような場合、全ての部分モジュールを適正に実装できないことになる。
【００２０】
本発明は、反り、クラック等の不具合の防止、実装の適正化および容易化、等を実現しうる技術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】
【００２１】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つの半導体チップおよび少なくとも１つの電極が搭載された一方主面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の他方主面に接合された一方主面を有するベース板と、前記ベース板の前記一方主面と前記絶縁基板と前記少なくとも１つの半導体チップと前記少なくとも１つの電極の接合端部とを覆うように且つ前記ベース板の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂とを含み、前記ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、前記トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下であり、前記トランスファーモールド樹脂は、前記ベース板の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状を有し、前記ベース板は、前記トランスファーモールド樹脂の前記えぐられた形状によって露出している各部分に当該ベース板を厚さ方向に貫通する取り付け穴を有していることを特徴とする、半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
上記の一態様によれば、ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下である。このため、各種の温度要因による反りを低減でき、その結果、絶縁基板のクラック、当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止できる。また、上記のベース板およびトランスファーモールド樹脂によれば、部材間の界面剥離を防止できる。
【００２３】
また、上記反り低減によればベース板と実装面との平行性が向上するので、熱伝導性グリスの厚さの適正化あるいはベース板と実装面の密着度合いの向上が図られ、良好な熱伝導効率、換言すれば良好な放熱性を得ることができる。これにより、適正な実装を実現できる。
【００２４】
また、上記反り低減によれば、２つの取り付け穴による２箇所の固定であっても、ベース板と実装面との間の平行性を得ることができ、これにより適正な実装を実現できる。また、固定具の数が少なくて済み、さらに固定具の個数削減は取り付け作業性の向上、固定具のコスト削減に繋がる。また、固定箇所が少ないことにより、ベース板のうねりが発生しにくく、この点においても適正な実装を実現できる。
【００２５】
また、ベース板の２つの取り付け穴は、相対する短辺中央部付近にそれぞれ設けられている、すなわちベース板の長手方向の両端に設けられている。一般に部材の寸法が大きいほど反り量が大きい点に鑑みると、当該２つの取り付け穴は好適な位置に設けられている。このため、ベース板と実装面との間の平行性を確保して、適正な実装を実現できる。
【００２６】
また、トランスファーモールド樹脂の部分的にえぐられた形状によって、ベース板の取り付け穴をトランスファーモールド樹脂から露出させている。このため、トランスファーモールド樹脂とベース板との接触面積、換言すればトランスファーモールド樹脂とベース板との間の接着力が大幅に減少するのを回避できる。
【００２７】
また、ベース板の取り付け穴は複数の半導体装置で共有しないので、複数の半導体装置で固定具を共有することによって各半導体装置にかかる軸力が異なるといった事態が発生しない。この点においても適正な実装を実現できる。
【００２８】
本発明の目的、特徴、局面、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】
【００２９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図２】図１中の２−２線における断面図である。
【図３】図１中の３−３線における断面図である。
【図４】ベース板の収縮を説明する断面図である。
【図５】ベース板の収縮によって絶縁基板にクラックが発生する様子を説明する模式図である。
【図６】トランスファーモールド樹脂の収縮を説明する断面図である。
【図７】トランスファーモールド樹脂の収縮によって絶縁基板にクラックが発生する様子を説明する模式図である。
【図８】実施の形態１に係る半導体装置の他の構造を例示する断面図である。
【図９】図８中の一点鎖線で囲んだ部分９の拡大図である。
【図１０】実施の形態２に係る半導体装置の回路構成を例示する回路図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図１２】実施の形態２に係る半導体装置の構造を例示する側面図である。
【図１３】比較用の半導体装置の回路構成を例示する回路図である。
【図１４】比較用の半導体装置の構造を例示する上面図である。
【図１５】実施の形態２に係る半導体装置の他の回路構成を例示する回路図である。
【図１６】実施の形態３に係る半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１７】実施の形態３に係る半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１８】図１６中の一点鎖線で囲んだ部分１８の拡大図である。
【図１９】実施の形態４に係る樹脂厚さを説明する断面図である。
【図２０】実施の形態４に係る樹脂厚さを説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施の形態では例えばモーターの駆動制御に適用されるパワー半導体装置を例示するが、以下の説明はパワー半導体装置に限定されるものではない。
【００３１】
＜実施の形態１＞
図１に実施の形態１に係る半導体装置１００の構造を例示する上面図を示し、図１中の２−２線における断面図を図２に例示し、図１中の３−３線における断面図を図３に例示する。なお、以下では、図１を上面図と称するのに合わせて半導体装置１００についての上下方向を規定するものとする。この場合、図２および図３の上下方向がそのまま半導体装置１００についての上下方向に対応する。また、以下では、半導体装置１００の上下方向を厚さ方向と表現する場合もある。
【００３２】
半導体装置１００は絶縁基板１０２を含んでいる。絶縁基板１０２は、図示の例では、絶縁性板状部材１０４と、絶縁性板状部材１０４の一方主面（ここでは上主面）上に形成された金属層１０６と、絶縁性板状部材１０４の他方主面（ここでは下主面）上に形成された金属層１０８とを含んでいる。
【００３３】
上主面側の金属層１０６は平面視において所定の配線パターン（図示略）に形成されており、このため以下、当該金属層１０６を配線パターン１０６と称する場合もある。下主面側の金属層１０８の平面視形状は任意であり、当該金属層１０８は例えば所定の領域内に全面的に形成されている。絶縁性板状部材１０４は例えばセラミック（窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナが例示される）等の絶縁材料で構成され、金属層１０６，１０８は例えば銅等の金属材料で構成されている。
【００３４】
配線パターン１０６には、回路部品の例である半導体チップ１１０および電極１１２がはんだ１１４によって接合されている。すなわち、半導体チップ１１０および電極１１２が絶縁基板１０２の一方主面（ここでは上主面）上に搭載されている。半導体チップ１１０および電極１１２は所定の回路を構成するように所定の箇所にアルミニウムワイヤ等の接続配線１１６で接続されている。なお、半導体チップ１１０、電極１１２および接続配線１１６の数は図示の例に限定されるものではない。
【００３５】
ここでは、半導体チップ１１０にＩＧＢＴ等のパワー半導体素子が作り込まれている場合を例示する。半導体チップ１１０は、シリコン（Ｓｉ）を基板として構成されていてもよいし、シリコンよりもバンドキャップが広いワイドギャップ半導体（炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料等）を基板として構成されていてもよい。
【００３６】
ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高い、許容電流密度が高い等の特性において、パワー半導体素子に好適である。また、これらの特性によれば、シリコン基板を利用した場合に比べて、半導体チップ１１０を小型化することが可能であり、その結果、半導体装置１００を小型化することが可能である。なお、全ての半導体チップ１１０がワイドギャップ半導体の基板を利用していてもよいし、一部の半導体チップ１１０だけがワイドギャップ半導体の基板を利用していてもよい。
【００３７】
下主面側の金属層１０８には、ベース板１２０がはんだ１３０によって接合されている。すなわち、絶縁基板１０２の他方主面（ここでは下主面）とベース板１２０の一方主面（ここでは上主面）が接合されている。ここではベース板１２０の一方主面および他方主面（ここでは下主面）のいずれも平坦面（すなわち段差のない平面）とする。なお、ベース板１２０と絶縁基板１０２と半導体チップ１１０との積層方向が、半導体装置１００の上下方向（換言すれば厚さ方向）にあたる。
【００３８】
ベース板１２０は平面視において絶縁基板１０２を収容可能な寸法、形状を有しており、当該平面視において絶縁基板１０２はベース板１２０からはみ出さないように配置されている。ここではベース板１２０の平面視形状、すなわち主面の形状が長方形の場合を例示する。なお、以下では、ベース板１２０において主面の短辺に繋がっている側面（換言すれば、ベース板１２０の短手方向に延在する側面）を短側面と称し、主面の長辺に繋がっている側面（換言すれば、ベース板１２０の長手方向に延在する側面）を長側面と称する場合もある。
【００３９】
ベース板１２０は放熱板として機能するため、熱伝導性の高い材料で構成されている。例えば銅（Ｃｕ）、ＡｌＳｉＣ、ＣｕＭｏ等を採用可能であるが、後述のようにＣｕよりも線膨張係数が小さい材料、例えばＡｌＳｉＣ、ＣｕＭｏ等が好適である。
【００４０】
ベース板１２０は、図１および図３に例示するように、ベース板１２０を厚さ方向に貫通した取り付け穴１２２を２つ有している。換言すれば、各取り付け穴１２２は、ベース板１２０の両主面間に渡って当該主面に直交する方向に形成されている。取り付け穴１２２は、ボルトで半導体装置１００を実装場所（例えば所定の筐体、ヒートシンク等）に固定する際に、ボルトを通すために利用される。取り付け穴１２２はネジ溝を有していてもよいし、有していなくてもよい。なお、ボルトを固定具の一例として挙げるが、ネジ等の他の固定具を利用することも可能である。
【００４１】
２つの取り付け穴１２２は、ベース板１２０のうちで主面の相対する短辺の中央部付近（換言すれば相対する短側面の中央部付近）にそれぞれ設けられている。この場合、２つの取り付け穴１２２は、ベース板１２０の中心点を挟んでベース板１２０の長手方向に並んでいる。
【００４２】
絶縁基板１０２上の半導体チップ１１０等は、トランスファーモールド樹脂１４０で封止されている。より具体的には、トランスファーモールド樹脂１４０は、絶縁基板１０２と、半導体チップ１１０と、電極１１２の接合端部（絶縁基板１０２に接合されている側の端部）と、接続配線１１６とを覆っている。また、トランスファーモールド樹脂１４０は、ベース板１２０の上主面を覆っているが（但し取り付け穴１２２は露出している）、ベース板１４０の下主面を覆っていない（すなわち当該下主面は樹脂１４０から露出している）。なお、図示の例ではトランスファーモールド樹脂１４０はベース板１２０の上主面から側面（短側面および長側面）に及んでいるが、樹脂１４０がベース板の側面上に形成されていない形状を採用することも可能である。
【００４３】
ここで、電極１１２は絶縁基板１０２に直交する方向に伸びており、電極１１２の下部（すなわち接合端部）はトランスファーモールド樹脂１４０内に埋設され、電極１１２の上部はトランスファーモールド樹脂１４０の上面（絶縁基板１０２の上主面の上方に位置する面）から突出している。このため、第２の従来技術のようにアウターリードがトランスファーモールド樹脂の側面から突出した構造とは異なり、半導体装置１００はケース型の既存製品との代替が容易である。
【００４４】
トランスファーモールド樹脂１４０は上面視（換言すれば平面視。図１参照）においてベース板１２０を取り囲む略長方形をしているが、トランスファーモールド樹脂１４０は図１および図３に示すようにベース板１２０の取り付け穴１２２を塞がないように形成されている。より具体的には、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２の内部および上方と、ベース板１２０の上主面および短側面のうちで取り付け穴１２２付近の領域とを避けて形成されている。
【００４５】
このため、図１に例示するように、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２の付近において、取り付け穴１２２が露出するように、えぐられた形状を有している。当該えぐられた形状１４２はトランスファーモールド樹脂１４０の上面まで及んでいる。えぐられた形状１４２は、例えばトランスファーモールド樹脂１４０の成型金型の形状設計によって、形成可能である。
【００４６】
半導体装置１００は、ベース板１２０の下主面（換言すれば露出主面）を実装場所（例えば所定の筐体、ヒートシンク等）に向けて配置され、取り付け穴１２２に通したボルトによって実装場所に固定される。この際、ベース板１２０の露出主面と実装場所の表面（すなわち実装面）の一方または両方に熱伝導性グリスが塗布される。なお、半導体装置１００の発熱量が小さい場合は熱伝導性グリスの塗布を省略することも可能である。
【００４７】
ここで、ベース板１２０の材料について説明する。
【００４８】
図４に半導体装置１００の製造途中の構造の断面図を例示する。具体的には、半導体チップ１１０、ベース板１２０等が絶縁基板１０２にはんだ付けされた後の製造途中品（換言すれば中間体）９６が図４に例示されている。なお、図４は図３に対応する。
【００４９】
はんだ付け工程の後に冷却工程が行われるが、当該冷却工程において製造途中品９６のベース板１２０が収縮する。なお、このような降温による収縮を降温時収縮と称することにする。図４中の矢印１５０はベース板１２０の降温時収縮を模式的に表している。
【００５０】
ベース板１２０と絶縁基板１０２（より具体的には絶縁性板状部材１０４）とは線膨張係数が異なるので、ベース板１２０と絶縁基板１０２との接合体は温度（換言すれば熱）に対して、いわゆるバイメタル構造に似た挙動を示す。具体的には、ベース板１２０の方が絶縁性板状部材１０４よりも線膨張係数が高い場合、ベース板１２０の降温時収縮によって、図５の模式図に示すように当該ベース板１２０は絶縁基板１０２の側へ向けて凸状に反る。この反りによって、絶縁性板状部材１０４に引っ張り応力１５２が発生する。その結果、絶縁性板状部材１０４にクラック１５４が発生する場合がある。図５には、絶縁性板状部材１０４の上主面において、配線パターン１０６の最外周縁部付近で、クラック１５４が発生する場合を例示している。
【００５１】
この点に鑑みると、ベース板１２０は線膨張係数が、より低い材料で構成されることが好ましい。例えば、Ｃｕの線膨張係数は約１７ｐｐｍ／℃であり、ＡｌＳｉＣの線膨張係数は約７．５ｐｐｍ／℃であり、ＣｕＭｏの線膨張係数は約７．５ｐｐｍ／℃であるので、この例の中ではＣｕよりもＡｌＳｉＣおよびＣｕＭｏの方がベース板１２０の上記反りを低減することができる。これを一般化すると、従来からベース板に多用されてきたＣｕよりも線膨張係数が小さい材料でベース板１２０を構成することによって、絶縁基板１０２のクラック、さらには当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止することができる。特にベース板の大型化に伴ってその反りが大きくなるので、線膨張係数の小さいベース板１２０は大型化にも好適である。
【００５２】
ベース板１２０および絶縁基板１０２の反りは上記の製造工程における降温時収縮だけに拠らない。製造後の半導体装置１００においても、例えば通電による発熱および線膨張係数の違いによって、ベース板１２０および絶縁基板１０２が反る場合がある。しかし、線膨張係数の低いベース板１２０によれば、製造後においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
次に、トランスファーモールド樹脂１４０の材料について説明する。
【００５４】
下記の表１は、絶縁基板１０２（より具体的には絶縁性板状部材１０４）とトランスファーモールド樹脂１４０との界面における剥離、および、ベース板１２０とトランスファーモールド樹脂１４０との界面における剥離について、応力解析の結果をまとめたものである。表１では、ベース板１２０の材料としてＡｌＳｉＣおよびＣｕを例示し、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数として１０ｐｐｍ／℃、１３ｐｐｍ／℃および１６ｐｐｍ／℃を例示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１においてパーセントで記載された指標値は、界面剥離方向に働く応力の大きさを表している。より具体的には、界面剥離方向に働く応力の値（半導体装置１００の構造モデルを用いた解析から求めた）を、剥離が発生する限界応力（以下、剥離発生限界応力と称する場合もある）の値を１００％として相対的に表した値が、表１中の指標値である。例えば当該指標値が１００％の場合、剥離発生限界応力に相当する応力が界面に働き、剥離発生の可能性があることを示している。また、例えば１００％よりも大きい指標値は、剥離発生限界応力を超える応力によって剥離が発生することを示している。つまり、当該指標値が小さいほど、界面剥離の可能性が小さくなり、より好ましい。
【００５７】
表１によれば、上記２種類の界面のいずれにおいても、ＡｌＳｉＣ製のベース板１２０についての上記指標値の方が、Ｃｕ製のベース板１２０についての上記指標値に比べて小さいことが分かる。つまり、ＡｌＳｉＣ製のベース板１２０の方が、上記２種類の界面のいずれにおいても剥離を起こしにくい。表１の観点からも、ベース板１２０はＣｕよりもＡｌＳｉＣで構成されることが好ましいと言える。なお、ＣｕＭｏもＡｌＳｉＣと同様の傾向が得られた。
【００５８】
また、表１によれば、トランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数が小さいほど、上記指標値が小さく、上記２種類の界面のいずれにおいても剥離を起こしにくいことが分かる。さらに市場での冷熱疲労を模擬した試験（いわゆるヒートサイクル試験）の結果、特にトランスファーモールド樹脂１４０の線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下の場合、上記２種類の界面のいずれにおいても応力を低減でき、界面剥離がほとんど発生しないことが確認された。
【００５９】
特に半導体チップ１１０がワイドギャップ半導体を基板として構成されている場合、半導体装置１００の構造は好適である。なぜならば、ワイドギャップ半導体製の半導体チップ１１０はシリコン製の半導体チップ１１０に比べて高温動作が可能だからである。より具体的には、そのような高温動作ではヒートサイクルの温度差が大きくなり、ベース板１２０とトランスファーモールド樹脂１４０との界面、絶縁基板１０２とトランスファーファーモールド樹脂１４０との界面等における応力が増大しやすいからである。
【００６０】
ここで、図６にトランスファーモールド後の製造途中品９８の構造の断面図を例示する。なお、図６は図４および図３に対応する。トランスファーモールド樹脂１４０は、硬化に伴って収縮するとともに、金型温度（例えば１７０〜１８０℃）から室温への冷却（降温）に伴って収縮する。図６中の矢印１６０は、トランスファーモールド樹脂１４０の当該収縮を模式的に表している。トランスファーモールド樹脂１４０の収縮は、図７の模式図に示すように、絶縁基板１０２をベース板１２０の側へ向けて凸状に反らせる原因となりうる。この反りによって絶縁性板状部材１０４に引っ張り応力１６２が発生し、その結果、絶縁性板状部材１０４のベース板側主面にクラック１６４が発生する場合がある。
【００６１】
しかし、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によれば、上記収縮１６０を抑えて絶縁性板状部材１０４の反りを低減することができる。その結果、絶縁基板１０２のクラック、さらには当該クラックに起因した絶縁破壊等を防止することができる。特にトランスファーモールド樹脂による封止を採用した半導体装置では装置が大型化するほど上記の硬化収縮および降温時収縮が大きくなる点に鑑みると、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０は大型化にも好適である。
【００６２】
ベース板１２０および絶縁基板１０２の反りは上記の製造工程におけるトランスファーモールド樹脂１４０の硬化収縮および降温時収縮だけに拠らない。製造後の半導体装置１００においても、例えば通電による発熱および線膨張係数の違いによって、ベース板１２０および絶縁基板１０２が反る場合がある。しかし、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によれば、製造後においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
さて、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下のトランスファーモールド樹脂１４０によって絶縁基板１０２の反りが低減されると、絶縁基板１０２と接合しているベース板１２０の反りも低減される。また、上記のようにベース板１２０自体の線膨張係数を小さくすることによって、ベース板１２０の反りを低減することができる。ベース板１２０の反りが低減することによって、ベース板１２０の下主面（すなわち露出主面）と実装面との平行性が向上する。このため、ベース板１２０の露出主面と実装面との間に設けられる熱伝導性グリスの厚さの面内ムラを低減することができる。したがって、均一で適正な厚さの熱伝導性グリスによって、良好な熱伝導効率を得ることができ、その結果、良好な放熱性を得ることができる。つまり、適正な実装を実現することができる。
【００６４】
なお、熱伝導性グリスを利用しない場合であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性の向上は、当該２つの面の密着度合いの向上をもたらす。このため、良好な放熱性を得ることができ、適正な実装を実現することができる。
【００６５】
一般に、ベース板の反りが大きい場合、ベース板の露出主面と実装面との間の平行性を得るために、多くのボルト等で固定することが行われる。これに対し、半導体装置１００によれば、ベース板１２０の反りが抑制されるので、２つの取り付け穴１２２による２箇所の固定であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性を確保することができる。つまり、適正な実装を実現することができる。したがって、ボルトの数が少なくて済み、さらにボルトの個数削減は取り付け作業性の向上、ボルトのコスト削減に繋がる。
【００６６】
また、一般に、固定箇所が多いほど、通電時の発熱によってベース板が膨張した場合に、ベース板にうねりが生じやすくなり、その結果、ベース板の露出主面と実装面との間の平行性が低下する。これに対し、半導体装置１００のベース板１２０は線膨張係数が低いことに加えて２箇所で固定されるので、ベース板１２０のうねりが発生しにくい。このため、使用時においても適正な実装状態を保持することができる。
【００６７】
また、ベース板１２０の２つの取り付け穴１２２は、相対する短辺中央部付近にそれぞれ設けられている、すなわちベース板１２０の長手方向の両端に設けられている。一般に部材の寸法が大きいほど反り量が大きい点に鑑みると、当該２つの取り付け穴１２２は、製造時に残留した反りおよび通電時の発熱で生じる反りに対抗するのに好適な位置に設けられている。このため、ベース板１２０の露出主面と実装面との間の平行性を確保して、適正な実装状態を実現することができる。
【００６８】
また、トランスファーモールド樹脂１４０は、取り付け穴１２２が露出するように設けられている。このため、ベース板１２０が取り付け穴１２２を有さない場合に比べてトランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０との接触面積（換言すれば接着面積）が減少することになる。しかし、トランスファーモールド樹脂１４０によれば、部分的にえぐられた形状１４２によって取り付け穴１２２を露出させているので、上記の接触面積の減少が抑えられている。したがって、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０と間の接着力の大幅低下を回避することができる。
【００６９】
また、ベース板１２０の取り付け穴１２２は複数の半導体装置１００で共有しないので、取り付けのボルトを複数の半導体装置１００を共有することがない。このため、隣接する部分モジュールを同じネジで固定する第３の従来技術（特許文献２の技術）のように各部分モジュールにかかる軸力が異なるといった事態が発生しない。この点においても適正な実装を実現することができる。
【００７０】
ところで、トランスファーモールド樹脂１４０の硬化収縮および降温時収縮によって絶縁基板１０２が下側に凸状に反ると、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近にクラック１６４が発生しやすい（図７参照）。これは、絶縁基板１０２の反りによって、絶縁性板状部材１０４と配線パターン１０８とによる引っ張り応力が、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近で最大になるからである。
【００７１】
そのようなクラック１６４を防止しうる構造を図８に例示する。なお、図８は図３に対応する。また、図８中の一点鎖線で囲んだ部分９の拡大図を図９に示す。図８および図９に例示の半導体装置１００Ｂは、上記半導体装置１００（図３等参照）において絶縁基板１０２を絶縁基板１０２Ｂに変更した構造を有している。半導体装置１００Ｂのその他の構造は基本的に上記半導体装置１００と同様である。
【００７２】
図８および図９に例示するように、絶縁基板１０２Ｂは、下主面側の金属層１０８が、上主面側の配線パターン１０６よりも外側へ（換言すれば、絶縁性板状部材１０４の縁の側へ）広がっている。このため、配線パターン１０６の最外周縁部の直下付近が、金属層１０８で覆われている。このため、下主面側（すなわちベース板１２０側）における引っ張り応力を緩和することができ、クラック１６４を防止することができる。
【００７３】
また、下主面側の金属層１０８の形成範囲の拡大によって、使用条件に含まれることが多い低温環境（例えば−４０℃）においても、クラックの発生を防止して、高い信頼性を得ることができる。
【００７４】
＜実施の形態２＞
図１０に実施の形態２に係る半導体装置２００の回路構成図を例示し、図１１および図１２に半導体装置２００の上面図および側面図を例示する。図１０に例示するように、半導体装置２００は３つの回路ユニット２０２を有しており、これらの回路ユニット２０２のそれぞれが実施の形態１に係る半導体装置１００で構成されている。なお、各回路ユニット２０２を、実施の形態１で例示した他の半導体装置１００Ｂ（図８および図９参照）で構成することも可能である。以下では半導体装置１００，１００Ｂを半導体ユニット１００，１００Ｂとそれぞれ称する場合もある。
【００７５】
まず図１０を参照して、半導体装置２００の回路例を説明する。上記のように半導体装置２００は３つの回路ユニット２０２を有している。ここでは３つの回路ユニット２０２が同じ回路構成である場合を例示するが、この例に限定されるものではない。また、半導体装置２００に含まれる回路ユニット２０２の数は２つまたは４つ以上であってもよい。
【００７６】
各回路ユニット２０２はＩＧＢＴ１７０，１７２とダイオード１７４，１７６を有している。ＩＧＢＴ１７０，１７２は高電位側端子Ｐ（Ｐ側端子とも称される）と低電位側端子Ｎ（Ｎ側端子とも称される）との間に直列接続されており、ダイオード１７４はＩＧＢＴ１７０に逆並列に接続されており、ダイオード１７６はＩＧＢＴ１７２に逆並列に接続されている。なお、ダイオード１７４，１７６は、いわゆるフリーホイールダイオードである。
【００７７】
より具体的には、ＩＧＢＴ１７０のコレクタは高電位側端子Ｐに接続され、ＩＧＢＴ１７０のエミッタはＩＧＢＴ１７２のコレクタに接続され、ＩＧＢＴ１７２のエミッタは低電位側端子Ｎに接続されている。さらに、ダイオード１７４のカソードはＩＧＢＴ１７０のコレクタに接続され、ダイオード１７４のアノードはＩＧＢＴ１７０のエミッタに接続されている。同様に、ダイオード１７６のカソードおよびアノードはＩＧＢＴ１７２のコレクタおよびエミッタにそれぞれ接続されている。高電位側ＩＧＢＴ１７０のエミッタ、換言すれば低電位側ＩＧＢＴ１７２のコレクタに出力端子が接続されている。なお、当該出力端子に対応して、上記端子Ｐ，Ｎを入力端子と称することにする。
【００７８】
図１０の例では、合計６個のＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングを独立に制御可能に構成されている。より具体的には、６個のＩＧＢＴ１７０，１７２間でゲート（換言すれば制御端子）どうしは接続されていない。このため、例えば３つの回路ユニット２０２の出力の位相が互いにずれるようにＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングを制御することによって、半導体装置２００は３相の出力（例えば３相交流）を出力可能である。図１０の例では、一の回路ユニット２０２がＵ相出力に割り当てられ、他の一の回路ユニット２０２がＶ相出力に割り当てられ、残余の一の回路ユニット２０２がＷ相出力に割り当てられている。
【００７９】
なお、半導体装置２００は不図示の要素、例えばゲート駆動回路、保護回路等を内蔵してもよい。
【００８０】
上記のように半導体装置２００では３つの回路ユニット２０２のそれぞれが、実施の形態１に係る半導体装置１００（すなわち半導体ユニット１００）で構成されている。すなわち、半導体装置２００は３つの半導体ユニット１００を有している。
【００８１】
図１１および図１２の例では、３つの半導体ユニット１００は、トランスファーモールド樹脂１４０の長側面どうしが相対するように、一方向（図１１および図１２では横方向）に整列している。また、図１１に例示されるように、３つの半導体ユニット１００は、トランスファーモールド樹脂１４０の短側面が同一平面上に載るように、整列している。また、図１２に例示されるように、３つの半導体ユニット１００は、ベース板１２０の露出主面が同一平面Ｓ上に載るように、整列している。隣接する半導体ユニット１００は例えば相対する長側面において接着剤で固定されている。
【００８２】
上記のように整列した３つの半導体ユニット１００は、外部ケース２１２内に収容されており、外部ケース２１２と一体化している。３つの半導体ユニット１００は例えば接着剤で外部ケース２１２に固定されている。但し、図１２に示すように、外部ケース２１２は各半導体ユニット１００のベース板１２０の露出主面を覆っておらず、しかも外部ケース２１２は各半導体ユニット１００のベース板１２０の露出主面が実装面（図１２の平面Ｓを参照）に接触するのを妨げない形状をしている。
【００８３】
なお、図１１および図１２では外部ケース２１２を簡略に図示しており、外部ケース２１２の形状は図１１および図１２の例に限定されるものではない。また、図１２には外部ケース２１２内においてトランスファーモールド樹脂１４０上に隙間が在る場合を例示しているが、トランスファーモールド樹脂１４０の上面がケース２１２の内面に接触していても構わない。
【００８４】
図１１に例示するように、外部ケース２１２は上面に電極２１４および取り付け穴２１６を有している。なお、図１２では電極２１４等の図示を省略している。
【００８５】
電極２１４は、半導体ユニット１００の電極１１２（図１等参照）に対応して設けられており、ケース内部で電極１１２に接続された部材によって、あるいは、電極１１２のうちでケース外部に突出した部分によって構成されている。なお、ケース２１２の上面に不図示の他の電極、例えば上記端子Ｐ，Ｎ（図１０参照）が設けられていてもよい。
【００８６】
外部ケース２１２の取り付け穴２１６は、半導体ユニット１００の取り付け穴１２２（図１等参照）に対応して設けられている。すなわち、各半導体ユニット１００に対して２つの取り付け穴２１６が設けられている。対応する取り付け穴２１６，１２２は同心状に位置している。このため、同心状に並んだ２つの取り付け穴２１６，１２２に渡ってボルトを挿入することにより、当該ボルトで半導体装置２００を実装場所に固定することができる。
【００８７】
ここで、図１３および図１４に、上記半導体装置２００と比較するための半導体装置２００Ｚについて、回路構成図および上面図を例示する。半導体装置２００Ｚの全体の回路構成は上記半導体装置２００のそれと同じであるが、比較用半導体装置２００Ｚでは３つの回路ユニット２０２が単一の半導体ユニット１００Ｚ内に作り込まれている。より具体的には、半導体ユニット１００Ｚでは、単一のベース板１２０Ｚ上に単一の絶縁基板（図示略。絶縁基板１０２に相当）が接合されており、当該単一の絶縁基板上に回路部品が搭載されており、回路部品および単一の絶縁基板がトランスファーモールド樹脂１４０Ｚで封止されている。なお、比較のため、半導体装置２００Ｚ，２００で外部ケース２１２は同じものとする。
【００８８】
図１４と図１１の比較から分かるように、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚは、上記半導体装置２００の３つのベース板１２０の存在領域の全体に渡る寸法および形状を有している。また、単一のベース板１２０Ｚは、ケース２１２の６つの取り付け穴２１６に対応して、６つの取り付け穴（図示略。ベース板１２０の取り付け穴１２２に相当）を有しているものとする。
【００８９】
この場合、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚの露出主面（すなわち実装面に相対する下主面）の面積は、上記半導体装置２００の３つのベース板１２０の露出主面の合計面積に略等しい。換言すれば、上記半導体装置２００の各ベース板１２０の露出主面の面積は、比較用半導体装置２００Ｚの単一のベース板１２０Ｚの露出主面の面積の略１／３である。このため、小さいベース板１２０によれば、比較用の単一のベース板１２０Ｚに比べて、反り量を小さくすることができる。
【００９０】
また、上記のように各ベース板１２０は２つの取り付け穴１２２を利用して２箇所で固定されるのに対して、比較用の単一のベース板１２０Ｚは６箇所で固定される。このため、半導体ユニット１００ごとに設けられたベース板１２０の方が、固定による露出主面のうねりを小さくすることができる。
【００９１】
これらの結果、３つに分割された半導体ユニット１００を有する半導体装置２００によれば、ベース板１２０の露出主面と実装面との高い平行性を得ることができる。このため、ベース板１２０と実装面との間に設けられる熱伝導性グリスの厚さムラを低減することができる。したがって、均一で適正な厚さの熱伝導性グリスによって、良好な熱伝導効率、換言すれば良好な放熱性を得ることができる。つまり、適正な実装を実現することができる。熱伝導性グリスを利用しない場合であっても、ベース板１２０の露出主面と実装面と高い密着度合いによって、良好な放熱性が得られ、適正な実装を実現することができる。
【００９２】
なお、半導体ユニット１００について実施の形態１で説明した他の各種効果は、半導体装置２００においても得られる。
【００９３】
図１５に実施の形態２に係る他の半導体装置２００Ｂの回路構成図を例示する。この半導体装置２００Ｂは基本的に上記半導体装置２００と同様の回路構成および装置構造を有しているが、各回路ユニット２０２の出力が同位相になるようにＩＧＢＴ１７０，１７２のゲートタイミングが制御される。かかる同相出力に鑑み、上記半導体装置２００の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれも、本半導体装置２００Ｂでは出力端子Ａと称することにする。
【００９４】
より具体的に図１５の例では、各回路ユニット２０２のＩＧＢＴ１７０のゲートが共通に接続されている。このため合計３つのＩＧＢＴ１７０に同じゲート信号が入力され、これにより合計３つのＩＧＢＴ１７０は同じゲートタイミングで制御される。同様に、各回路ユニット２０２のＩＧＢＴ１７２のゲートが共通に接続されており、これにより合計３つのＩＧＢＴ１７２は同じゲートタイミングで制御される。
【００９５】
なお、ＩＧＢＴ１７０の相互接続は、外部ケース２１２の外部で実現されていてもよいし、あるいは、外部ケース２１２の内部で実現されていてもよい。ＩＧＢＴ１７２の相互接続についても同様である。
【００９６】
半導体装置２００Ｂによれば、３つの回路ユニット２０２が入力端子Ｐ，Ｎ間に並列接続されており、これらのユニット２０２は同相で出力動作を行う。したがって、回路ユニット２０２を１つだけ利用する構成に比べて大容量の装置を提供することができる。
【００９７】
また、半導体装置２００Ｂは上記半導体装置２００と同様の構造（図１１および図１２参照）を有するので、上記半導体装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、並列接続する回路ユニット２０２、換言すれば半導体ユニット１００の個数は３つに限定されるものではない。また、半導体ユニット１００Ｂを採用することも可能である。
【００９９】
＜実施の形態３＞
図１６および図１７に実施の形態３に係る半導体装置１００Ｃの構造を例示する断面図を示す。図１６は図２に対応し、図１７は図３に対応する。また、図１６中の一点鎖線で囲んだ部分１８の拡大図を図１８に示す。図１６〜図１８に例示の半導体装置１００Ｃは、実施の形態１で例示した半導体装置１００（図２、図３等参照）においてベース板１２０をベース板１２０Ｃに変更した構造を有している。半導体装置１００Ｃのその他の構造は基本的に上記半導体装置１００と同様である。
【０１００】
ベース板１２０Ｃは上記ベース板１２０と同様の材料で構成されているが、ベース板１２０Ｃの上主面（すなわち絶縁基板１０２の側の主面）が段差を有している点で上記ベース板１２０と異なる。なお、ベース板１２０Ｃの下主面（すなわち露出主面）は上記ベース板１２０と同様に、段差のない平坦面である。
【０１０１】
具体的には、ベース板１２０Ｃの上主面は絶縁基板１０２との接合範囲にあたる接合領域１２４と、接合領域１２４の周辺の領域１２６とを含んでおり、周辺領域１２６が接合領域１２４よりも当該ベース板１２０Ｃの下主面の側に位置している。換言すれば、周辺領域１２６が接合領域１２４よりも後退している。このため、ベース板１２０Ｃでは接合領域１２４下の部分に比べて周辺領域１２６下の部分が薄い。なお、図１６〜図１８の例では両領域１２４，１２６の境界部分が傾斜面になっているが、当該境界部分は例えば垂直面であっても構わない。
【０１０２】
ここで、半導体装置１００Ｃ，１００のいずれにおいても、絶縁基板１０２の下主面側の金属層１０８は絶縁性板状部材１０４の縁まで到達していない。このため、絶縁性板状部材１０４のうちで周辺部分はベース板１２０，１２０Ｃと接合しておらず、絶縁性板状部材１０４の当該周辺部分とベース板１２０，１２０Ｃとの間に隙間が存在している。当該隙間はベース板１２０Ｃの採用によって広げることができ、そのようにして広く開いた隙間によれば当該隙間内にトランスファーモールド樹脂１４０が廻り込みやすくなる。すなわち、絶縁基板１０２下にトランスファーモールド樹脂１４０をより確実に充填することができる。樹脂１４０の未充填箇所は応力集中の原因となりうるので、確実な樹脂充填によって、そのような応力集中を防ぐことができる。その結果、応力集中によるクラックを防ぐことができる。
【０１０３】
また、上記隙間の拡大によって、絶縁基板１０２下に充填されるトランスファーモールド樹脂１４０の量が増加する。これにより、トランスファーモールド樹脂１４０が硬化および冷却（降温）によって収縮する際に、絶縁基板１０２の周辺部分を下側、すなわちベース板１２０Ｃの側へ引っ張る力が増加する。かかる力の増加によれば、絶縁基板１０２上のトランスファーモールド樹脂１４０が収縮するのに伴って絶縁基板１０２がベース板１２０Ｃの側へ凸状に反るのを低減することができる。その結果、絶縁基板１０２のクラックを防ぐことができる。
【０１０４】
なお、半導体装置１００について実施の形態１で説明した他の各種効果は、半導体装置１００Ｃにおいても得られる。また、ベース板１２０Ｃは半導体装置１００Ｂ（図８および図９参照）に適用することも可能である。また、ベース板１２０Ｃを採用した半導体装置１００Ｃ等を半導体ユニットとして半導体装置２００，２００Ｂを構成することも可能である。
【０１０５】
＜実施の形態４＞
実施の形態４ではトランスファーモールド樹脂１４０の厚さ、特に絶縁基板１０２上の厚さについて説明する。ここでは実施の形態３に係る半導体装置１００Ｃを例に挙げるが、他の半導体装置１００等についても以下の説明は当てはまる。
【０１０６】
図１９の断面図に示すように、トランスファーモールド樹脂１４０のうちで絶縁基板１０２上の部分の厚さをｔとする。なお、図１９の例では、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔを、絶縁性板状部材１０４の上主面とトランスファーモールド樹脂１４０の上面との間の寸法として図示している。但し、絶縁性板状部材１０４に比べて配線パターン１０６は十分に薄いので、配線パターン１０６の上面とトランスファーモールド樹脂１４０の上面との間の寸法を当該樹脂厚さｔとして把握しても構わない。
【０１０７】
絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが厚いと、市場での冷熱疲労によって、ベース板１２０Ｃとトランスファーモールド樹脂１４０との間の界面剥離、絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０との間の界面剥離、あるいは、絶縁基板１０２のクラックが生じる可能性がある。
【０１０８】
そのような界面剥離およびクラックを防止するためには、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０Ｃ等との線膨張係数の差によって生じる反り、応力等を抑制可能である。その結果、上記のような界面剥離およびクラックを防止することができる。
【０１０９】
図２０に、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔと、絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０の界面の応力との関係を示すグラフを示す。絶縁基板１０２とトランスファーモールド樹脂１４０の界面の応力は、半導体装置１２０Ｃの構造モデルを用いた解析によって求めた。その解析値を上記剥離発生限界応力（剥離が発生する限界応力）で正規化した値、すなわち｛解析による応力値｝／｛剥離発生限界応力｝という算出式で求められる値を「応力比」として、グラフの縦軸に示している。
【０１１０】
なお、応力比の上記算出式に鑑みると、図２０のグラフにおける応力比と上記表１における指標値とは同義であり、例えば図２０の応力比＝１は表１の指標値＝１００％に対応する。このため、図２０の応力比が小さいほど、界面剥離の可能性が小さくなり、より好ましい。
【０１１１】
図２０によれば、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下の場合に、応力比が１以下になることが分かる。つまり、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが５ｍｍ以下であることによって、界面剥離を防止することが可能である。
【０１１２】
他方、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが薄いと、市場での冷熱疲労によって、トランスファーモールド樹脂１４０にクラックが生じる可能性がある。
【０１１３】
そのようなクラックを防止するためには、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが３ｍｍ以上であることが好ましい。これによれば、トランスファーモールド樹脂１４０とベース板１２０Ｃ等との線膨張係数の差によって生じる応力等を抑制可能である。その結果、トランスファーモールド樹脂１４０のクラックを防止することができる。
【０１１４】
また、絶縁基板１０２上の樹脂厚さｔが３ｍｍ以上であれば、半導体チップ１１０の厚さ、配線１１６の高さ等に鑑みた必要な厚さを確保可能である。このため、クラック以外の原因による信頼性低下を防止することができる。また、例えば半導体装置１００Ｃの配設スペース等に応じて、３ｍｍ≦ｔ≦５ｍｍの範囲内で半導体装置１００Ｃの薄型化を図ることができる。
【０１１５】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、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。
【符号の説明】
【０１１６】
１００，１００Ｂ，１００Ｃ 半導体装置（半導体ユニット）、１０２，１０２Ｂ 絶縁基板、１１０ 半導体チップ、１１２ 電極、１２０，１２０Ｃ ベース板、１２２ 取り付け穴、１２４ 接合領域、１２６ 周辺領域、１４０ トランスファーモールド樹脂、１４２ えぐられた形状、２００，２００Ｂ 半導体装置、２０２ 回路ユニット、２１２ 外部ケース、ｔ 樹脂厚さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体チップおよび少なくとも１つの電極が搭載された一方主面を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の他方主面に接合された一方主面を有するベース板と、
前記ベース板の前記一方主面と前記絶縁基板と前記少なくとも１つの半導体チップと前記少なくとも１つの電極の接合端部とを覆うように且つ前記ベース板の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂と
を備え、
前記ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、前記トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下であり、
前記トランスファーモールド樹脂は、前記ベース板の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状を有し、
前記ベース板は、前記トランスファーモールド樹脂の前記えぐられた形状によって露出している各部分に当該ベース板を厚さ方向に貫通する取り付け穴を有していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
複数の回路ユニットと、
前記複数の回路ユニットを収容する外部ケースと
を備え、
前記複数の回路ユニットのそれぞれが請求項１に記載の半導体装置で構成されていることにより、前記複数の回路ユニットのそれぞれに前記ベース板が設けられていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ベース板の前記一方主面は、
前記絶縁基板との接合範囲にあたる接合領域と、
前記接合領域よりも当該ベース板の前記他方主面の側に位置する周辺領域と
を有していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記トランスファーモールド樹脂のうちで前記絶縁基板の前記一方主面上の部分の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記トランスファーモールド樹脂のうちで前記絶縁基板の前記一方主面上の部分の厚さが３ｍｍ以上であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも１つの半導体チップには、ワイドギャップ半導体を基板として構成された半導体チップが含まれることを特徴とする、半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも１つの電極には、前記絶縁基板の前記一方主面の上方に位置する前記トランスファーモールド樹脂の上面から突出している電極が含まれることを特徴とする、半導体装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記複数の回路ユニットは異なる位相での出力が可能に構成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項９】
請求項２ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記複数の回路ユニットは同じ位相での出力が可能に構成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項１】
少なくとも１つの半導体チップおよび少なくとも１つの電極が搭載された一方主面を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の他方主面に接合された一方主面を有するベース板と、
前記ベース板の前記一方主面と前記絶縁基板と前記少なくとも１つの半導体チップと前記少なくとも１つの電極の接合端部とを覆うように且つ前記ベース板の他方主面は露出するように設けられたトランスファーモールド樹脂と
を備え、
前記ベース板の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも低く、前記トランスファーモールド樹脂の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃以下であり、
前記トランスファーモールド樹脂は、前記ベース板の相対する短辺中央部付近がそれぞれ露出するようにえぐられた形状を有し、
前記ベース板は、前記トランスファーモールド樹脂の前記えぐられた形状によって露出している各部分に当該ベース板を厚さ方向に貫通する取り付け穴を有していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
複数の回路ユニットと、
前記複数の回路ユニットを収容する外部ケースと
を備え、
前記複数の回路ユニットのそれぞれが請求項１に記載の半導体装置で構成されていることにより、前記複数の回路ユニットのそれぞれに前記ベース板が設けられていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ベース板の前記一方主面は、
前記絶縁基板との接合範囲にあたる接合領域と、
前記接合領域よりも当該ベース板の前記他方主面の側に位置する周辺領域と
を有していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記トランスファーモールド樹脂のうちで前記絶縁基板の前記一方主面上の部分の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記トランスファーモールド樹脂のうちで前記絶縁基板の前記一方主面上の部分の厚さが３ｍｍ以上であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも１つの半導体チップには、ワイドギャップ半導体を基板として構成された半導体チップが含まれることを特徴とする、半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも１つの電極には、前記絶縁基板の前記一方主面の上方に位置する前記トランスファーモールド樹脂の上面から突出している電極が含まれることを特徴とする、半導体装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記複数の回路ユニットは異なる位相での出力が可能に構成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項９】
請求項２ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記複数の回路ユニットは同じ位相での出力が可能に構成されていることを特徴とする、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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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】
【公開番号】特開２０１２−２５６７４６（Ｐ２０１２−２５６７４６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９２６１（Ｐ２０１１−１２９２６１）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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