JP2012142466A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体モジュールの主面に電極となる導体部材を容易に露出させることが可能な構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ1における素子形成面1a及び裏面1bに第1導体部材3及び第2導体部材5をそれぞれはんだ付けし、これらを封止部材9にて樹脂封止して作製される半導体装置において、第1導体部材は、半導体チップ等の積層方向51に伸縮可能なばね構造3cを有する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体チップ1における素子形成面1a及び裏面1bに第1導体部材3及び第2導体部材5をそれぞれはんだ付けし、これらを封止部材9にて樹脂封止して作製される半導体装置において、第1導体部材は、半導体チップ等の積層方向51に伸縮可能なばね構造3cを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは、半導体チップの両面が導体部材と電気的に接続された構成を有する半導体装置に関する。
従来の樹脂モールド型半導体モジュール(以下、モジュールと記す)は、特許文献1及び特許文献2に示されるように、半導体素子を封止した樹脂封止部の2つの主面のいずれか一方から半導体素子で発生する熱を外部に放熱し、また、半導体素子と電気的に接続されかつ外部機器と接続される電極端子が樹脂封止部の側面から外部へ露出する構成を有する。
このようなモジュールでは、複数のモジュールを近接して配置して、それぞれを電気的に接続して所望の回路を構成する製品の場合、隣接するモジュールの電極端子同士が接触しないように配置する必要がある。また、半導体素子が高電圧用の素子である場合、隣接するモジュールの電極端子同士が接触しないことはもちろんであるが、隣接する電極端子間の絶縁に必要な空間距離及び絶縁距離を確保する必要があり、製品の小型化を阻害していた。
これに対し、特許文献3及び特許文献4に開示されるモジュールでは、半導体素子に電気的に接続された導体部材が、樹脂封止部の主面に露出した構成を有する。特許文献3及び特許文献4では、樹脂封止部の主面に露出した導体部材は、放熱に利用しているのみであるが、電極端子として活用することで、特許文献1及び特許文献2に示されるモジュールにおける問題点を改善することが可能となる。
特許文献3及び特許文献4に開示されるモジュールのように、半導体素子に電気的に接続された導体部材を樹脂封止部の主面に露出させるためには、モールド金型にて樹脂封止を行う際に、露出面となるべき導体部材の側面とモールド金型内面との間に、モールド樹脂が流れ込むような隙間が発生しないように、導体部材の側面とモールド金型内面とを密着させておく必要がある。
しかしながら、導体部材と半導体素子とをはんだを介して積層した構造では、積層方向におけるモジュールの寸法をモールド金型の型締め寸法に一致させる精度にて、モジュールを製造することは非常に困難である、ということは容易に推察できる。
また、導体部材及びはんだは、剛性の高い金属部材であり、また、半導体素子も含めて容易に変形できる形状ではない。よって、積層方向におけるモジュールの寸法と型締め寸法との不一致を、いずれかの部材の変形によって吸収させることは、やはり困難であると推察できる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、電極となる導体部材がモジュールの主面に容易に露出可能となる構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体チップと、上記半導体チップの素子形成面に接合された第1導体部材と、上記素子形成面に対向する半導体チップの対向面に接合された第2導体部材と、上記半導体チップ、並びに、上記第1導体部材及び上記第2導体部材の一部を封止する封止部材と、を備え、上記第1導体部材及び上記第2導体部材は、上記半導体チップ、上記第1導体部材、及び上記第2導体部材を積層した積層方向において上記封止部材の各主面に露出する露出面を有し、上記第1導体部材は、上記積層方向に伸縮可能なばね構造を有する、ことを特徴とする。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体チップと、上記半導体チップの素子形成面に接合された第1導体部材と、上記素子形成面に対向する半導体チップの対向面に接合された第2導体部材と、上記半導体チップ、並びに、上記第1導体部材及び上記第2導体部材の一部を封止する封止部材と、を備え、上記第1導体部材及び上記第2導体部材は、上記半導体チップ、上記第1導体部材、及び上記第2導体部材を積層した積層方向において上記封止部材の各主面に露出する露出面を有し、上記第1導体部材は、上記積層方向に伸縮可能なばね構造を有する、ことを特徴とする。
本発明の一態様における半導体装置によれば、第1導体部はバネ構造を有することから、積層方向においてモールド金型にて樹脂封止が行われる際、第1導体部材及び第2導体部材における露出面は、バネ構造の変形によって、モールド金型に密接した状態を維持する。よって、半導体装置における封止部材の主面に導体部材を容易に露出させることが可能となる。
本発明の実施形態である半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態における半導体装置100の概略断面図である。半導体装置100は、基本的構成部分として、半導体チップ1、第1導体部材3、第2導体部材5、及び封止部材9を備える。
本発明の実施の形態1について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態における半導体装置100の概略断面図である。半導体装置100は、基本的構成部分として、半導体チップ1、第1導体部材3、第2導体部材5、及び封止部材9を備える。
半導体チップ1は、本実施形態では、主としてSi又はSiCからなる、厚み0.1〜0.2mm程度の半導体チップであり、エミッタ電極が形成された素子形成面1aと、この素子形成面1aに対向する面でコレクタ電極が形成された裏面1bとを有する。
第1導体部材3は、電極となる帯状の板材にてなる導電性の部材であり、延在方向において中央箇所に位置する中央部と、その両端に位置する端部とを有する。中央部は、素子形成面1aに平行又はほぼ平行に延在する部分であり、後述の露出面3aを有する。端部は、素子形成面1aのエミッタ電極に接続される接続部3bと、接続部3bと上記中央部とを連結する部分に位置し本実施形態ではS字状に屈曲したばね構造3cとを有する。接続部3bは、電気伝導性を有する接合部材(第1の接合部材)の一例としての半田4を介してエミッタ電極に接続される。
ばね構造3cは、素子形成面1aに平行又はほぼ平行に延在する上記中央部と、接続部3bの少なくとも一部とが、中央部と接続部3bとの間において、第1導体部材3の板厚方向において重なるように、本実施形態では湾曲部分を形成しながら層状に折り返した構造である。よって、ばね構造3cは、第1導体部材3の板厚方向、つまり、後述するモールド金型11の型開閉方向12、さらに換言すると、半導体チップ1、第1導体部材3、及び第2導体部材5を積層した方向である積層方向51に伸縮可能な構造である。本実施の形態では、ばね構造3cは、図示するように、積層方向51に沿う断面において、略S字形状であるが、これに限定するものではない。例えば、「Z」状、「<」若しくは「>」状、又はこれらを組み合わせた形状、等でもよい。要するに、ばね構造3cは、モールド金型の型開閉方向12つまり積層方向51に伸縮可能な、蛇腹構造であればよい。
また、半導体チップ1の素子形成面1aには、ガードリング等の、エミッタ電極と同電位にすると不具合を生じる部位が存在し、この部位が第1導体部材3と接触すると第1導体部材3を介してエミッタ電極と同電位になってしまう。従って、第1導体部材3の接続部3bは、半導体チップ1のエミッタ電極のみと接合する構成としている。
第2導体部材5は、電極となるブロック状の導電性部材であり、半導体チップ1の裏面1bにおけるコレクタ電極と、第2の接合部材の一例である半田4を介して電気的に接続される。尚、第2導体部材5において、コレクタ電極と接続された面に対向する面が後述する露出面5aとなる。
また、第1導体部材3及び第2導体部材5として、本実施形態ではCu又はCu合金を用いている。
また、第1導体部材3及び第2導体部材5として、本実施形態ではCu又はCu合金を用いている。
封止部材9は、例えばエポキシ系モールド樹脂を用いることができ、モールド金型内へ注入され、半導体チップ1、露出面3aを除いた第1導体部材3、及び露出面5aを除いた第2導体部材5、さらに、図示を省略しているが、ボンディングワイヤ、制御用端子の一部も含めて、一括してこれらを封止する。半導体チップ1等を封止した封止部材9において、対向する2つの主面9a、9bには、第1導体部材3の露出面3aが、及び第2導体部材5の露出面5aがそれぞれ露出する。
このようにして、本実施形態の半導体装置100が構成されている。この半導体装置100では、半導体チップ1からの発熱を熱伝導性にも優れた半田4を介して主に第2導体部材5に伝え、第2導体部材5の露出面5aから放熱を行うことができるようになっている。
また、第2導体部材5の露出面5aに冷却部材等を当接させて、更に放熱を促すようにすることもできる。また、第1及び第2の導体部材3、5は、半導体チップ1との電気的な経路となっている。つまり、第2導体部材5を介して半導体チップ1のコレクタ電極との導通を図り、第1導体部材3を介して半導体チップ1のエミッタ電極との導通を図るようになっている。
次に、上述した半導体装置100の製造方法について、図2を参照して説明する。
まず、半導体チップ1の素子形成面1aに平行又はほぼ平行に第1導体部材3の中央部を配置し、かつ素子形成面1aのエミッタ電極に第1導体部材3の接続部3bを板状の半田4を挟んで配置する。さらに、半導体チップ1の裏面1bのコレクタ電極に板状の半田4を挟み第2導体部材5を配置する。このように、半導体チップ1、第1導体部材3、及び第2導体部材5を配置した状態で、これらを還元雰囲気中で一括加熱することにより半田4を溶融させ、その後、冷却することで、半導体チップ1に第1導体部材3及び第2導体部材5が接合された半製品を作製する。
まず、半導体チップ1の素子形成面1aに平行又はほぼ平行に第1導体部材3の中央部を配置し、かつ素子形成面1aのエミッタ電極に第1導体部材3の接続部3bを板状の半田4を挟んで配置する。さらに、半導体チップ1の裏面1bのコレクタ電極に板状の半田4を挟み第2導体部材5を配置する。このように、半導体チップ1、第1導体部材3、及び第2導体部材5を配置した状態で、これらを還元雰囲気中で一括加熱することにより半田4を溶融させ、その後、冷却することで、半導体チップ1に第1導体部材3及び第2導体部材5が接合された半製品を作製する。
次に、上述の半製品を、図2の(a)に示すように、モールド金型11を開いた状態で、下モールド金型11bの内面に第2導体部材5の露出面5aを接した状態で配置する。
次に、型開閉方向12に沿ってモールド金型11を閉じていくと、図2の(b)に示すように、上モールド金型11aが第1導体部材3の露出面3aに接触する。この時点ではモールド金型11は、完全には閉じておらず、わずかに隙間がある状態になっている。
次に、型開閉方向12に沿ってモールド金型11を閉じていくと、図2の(b)に示すように、上モールド金型11aが第1導体部材3の露出面3aに接触する。この時点ではモールド金型11は、完全には閉じておらず、わずかに隙間がある状態になっている。
さらにモールド金型11を閉じていくと、上モールド金型11aが第1導体部材3の露出面3aを押圧し、第1導体部材3のばね構造3cが変形する。このような変形を可能にするため、上記半製品は、積層方向51において、モールド金型11が完全に型締めされた状態における金型内寸法に比べて、幾分大きく作製する必要がある。しかしながらこれは、第1導体部材3のばね構造3cによって容易に寸法調整することが可能である。
そして、図2の(c)に示すように、モールド金型11が完全に閉じたときには、第1導体部材3のばね構造3cの反発力により、第1導体部材3の露出面3a及び第2導体部材5の露出面5aは、それぞれ上モールド金型11a及び下モールド金型11bに押し付けられ密接する。
このような状態において、モールド金型11内に封止部材9を注入することで、第1導体部材3の露出面3aと上モールド金型11aの内面との間に、及び、第2導体部材5の露出面5aと下モールド金型11bの内面との間に封止部材9が入り込むことはない。よって、第1導体部材3の露出面3a及び第2導体部材5の露出面5aが露出する状態で、半導体チップ1等の各部材が封止部材9により封止され、半導体装置100が完成する。
このように、本実施形態の半導体装置100では、第1導体部材3の両端には、略S字形のばね構造3cがあり、第1導体部材3は、モールド金型11の型開閉方向12に伸縮可能な構成となっている。よって、半導体チップ1、第1導体部材3、第2導体部材5を半田4で接合した状態の上記半製品について、モールド金型11の型開閉方向12の寸法バラツキを吸収し、かつ、半導体チップ1の損傷及び破壊、並びに、第1導体部材3の露出面3a及び第2導体部材5の露出面5aが封止部材9に覆われることを抑制しつつ、低コストで品質の安定した生産が可能となる。
尚、本実施の形態1では、半導体チップ1が1個だけの場合について説明したが、複数個の半導体チップ1が設けられてもよい。さらに、図3に示すように、第1導体部材3が、複数個あるいは複数種類の半導体チップ1に接合されていてもよい。
このような構成とすることで、複数個の半導体チップ1を使用する場合でも、部品点数の増加を最小限に抑制できる。また、2種類の半導体チップ1を用いる場合で、半導体チップ1としてIGBTを、半導体チップ2としてFWDを適用すると、図4に示すようなインバータ回路20の一部を構成するIGBTとFWDの逆並列回路21を容易に構成することが可能となる。
1 半導体チップ、2 半導体チップ、3 第1導体部材、3a 露出面、
3c バネ構造、5 第2導体部材、5a 露出面、9 封止部材、
11a 上モールド金型、11b 下モールド金型、12 型開閉方向、
51 積層方向、100,101 半導体装置。
3c バネ構造、5 第2導体部材、5a 露出面、9 封止部材、
11a 上モールド金型、11b 下モールド金型、12 型開閉方向、
51 積層方向、100,101 半導体装置。
Claims (2)
- 半導体チップと、
上記半導体チップの素子形成面に接合された第1導体部材と、
上記素子形成面に対向する半導体チップの対向面に接合された第2導体部材と、
上記半導体チップ、並びに、上記第1導体部材及び上記第2導体部材の一部を封止する封止部材と、を備え、
上記第1導体部材及び上記第2導体部材は、上記半導体チップ、上記第1導体部材、及び上記第2導体部材を積層した積層方向において上記封止部材の各主面に露出する露出面を有し、
上記第1導体部材は、上記積層方向に伸縮可能なばね構造を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 上記半導体チップは複数個備わり、上記第1導体部材は複数の半導体チップと接合されている、請求項1記載の半導体装置。
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