JP7103437B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
特許文献1には、半導体チップの金属電極が内部接続端子、アルミワイヤにより導体パターンに内部配線された半導体装置が開示されている。また、複数の外部引出端子が導体パターンから樹脂ケースの上面に引き出されている。内部接続端子および外部引出端子は、銅板を加工してなるリードフレームとして構成される。
特許文献1では、外部引出端子と、内部接続端子が別体となっている。このため、内部接続端子の位置決めの精度が低下する可能性がある。
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる半導体装置および半導体装置の製造方法を得ることである。
本願の第1の発明に係る半導体装置は、第1半導体チップと、第2半導体チップと、該第1半導体チップの上面に設けられた第1金属板と、該第2半導体チップの上面に設けられた第2金属板と、該第1半導体チップ、該第2半導体チップ、該第1金属板および該第2金属板を覆う封止樹脂と、を備え、該封止樹脂には、該第1金属板と該第2金属板との間に、該封止樹脂の上面から下方に向かって延びる溝が形成され、該第1金属板は、該第2金属板と対向する端部に、該溝を形成する該封止樹脂の側面から露出する第1露出部を有し、該第2金属板は、該第1金属板と対向する端部に、該溝を形成する該封止樹脂の側面から露出する第2露出部を有する。
本願の第2の発明に係る半導体装置は、第1半導体チップと、第2半導体チップと、該第1半導体チップの上面に設けられた第1金属板と、該第2半導体チップの上面に設けられた第2金属板と、該第1半導体チップ、該第2半導体チップ、該第1金属板および該第2金属板を覆う封止樹脂と、を備え、該第1金属板の該第2金属板と対向する端部は、該封止樹脂の上面に向かって延び、該封止樹脂の上面から露出し、該第2金属板の該第1金属板と対向する端部は、該封止樹脂の上面に向かって延び、該封止樹脂の上面から露出する。
本願の第3の発明に係る半導体装置は、第1半導体チップと、第2半導体チップと、該第1半導体チップの上面と該第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する第1金属板と、該第1金属板と離れて設けられ、該第2半導体チップの裏面と電気的に接続された第1電極端子と、該第1半導体チップ、該第2半導体チップおよび該第1金属板を収納する収納部と、該収納部を囲む外周部と、を有するケースと、該収納部を封止する封止樹脂と、を備え、該第1電極端子は、該収納部の外側に延び、該第1金属板は該ケースに固定される。
本願の第4の発明に係る半導体装置の製造方法は、第1金属板と、第2金属板とが接続部を介して一体化されたフレームを、該第1半導体チップの上面に該第1金属板が設けられ、該第2半導体チップの上面に該第2金属板が設けられるように搭載し、該フレーム、該第1半導体チップおよび該第2半導体チップを封止樹脂で覆い、該第1金属板と該第2金属板とが分離するように、該封止樹脂と共に該接続部を切り欠き該封止樹脂に溝を形成する。
本願の第5の発明に係る半導体装置の製造方法は、収納部と、該収納部を囲む外周部と、を有するケースの該外周部に第1電極端子と複数の信号端子とを固定する工程と、第1半導体チップと、第2半導体チップとを該収納部に収納し、該第1電極端子と該第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する収納工程と、該収納工程の後に、該第1半導体チップの上面に設けられた信号端子接続部および該第2半導体チップの上面に設けられた信号端子接続部と、該複数の信号端子とをそれぞれワイヤで接続する接続工程と、該接続工程の後に、第1金属板を該ケースに固定し、該第1金属板で該第1半導体チップの上面と該第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する工程と、を備える。
本願の第1の発明に係る半導体装置では、第1金属板と第2金属板とが接続部を介して一体化された状態で、第1金属板と第2金属板を封止樹脂で覆い、その後に封止樹脂に溝を設けて接続部を除去できる。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第2の発明に係る半導体装置では、第1金属板と第2金属板とが接続部を介して一体化された状態で、第1金属板と第2金属板を封止樹脂で覆い、その後に封止樹脂の上面から露出した接続部を除去できる。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第3の発明に係る半導体装置では、第1金属板はケースに固定される。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第4の発明に係る半導体装置の製造方法では、第1金属板と第2金属板とが接続部を介して一体化された状態で、第1金属板と第2金属板を封止樹脂で覆う。その後に封止樹脂と共に接続部を切り欠き、接続部を除去する。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第5の発明に係る半導体装置の製造方法では、信号端子接続部と信号端子とをワイヤボンディングした後に、第1金属板をケースに固定する。従って、第1金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第2の発明に係る半導体装置では、第1金属板と第2金属板とが接続部を介して一体化された状態で、第1金属板と第2金属板を封止樹脂で覆い、その後に封止樹脂の上面から露出した接続部を除去できる。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第3の発明に係る半導体装置では、第1金属板はケースに固定される。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第4の発明に係る半導体装置の製造方法では、第1金属板と第2金属板とが接続部を介して一体化された状態で、第1金属板と第2金属板を封止樹脂で覆う。その後に封止樹脂と共に接続部を切り欠き、接続部を除去する。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
本願の第5の発明に係る半導体装置の製造方法では、信号端子接続部と信号端子とをワイヤボンディングした後に、第1金属板をケースに固定する。従って、第1金属板の位置決めの精度を向上できる。
本発明の実施の形態に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の平面図である。図2は、実施の形態1に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は例えば電力変換装置である。本実施の形態では半導体装置100は3相インバータを構成している。半導体装置100は、DLB(Direct Lead Bonding)構造を有する。
図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の平面図である。図2は、実施の形態1に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は例えば電力変換装置である。本実施の形態では半導体装置100は3相インバータを構成している。半導体装置100は、DLB(Direct Lead Bonding)構造を有する。
半導体装置100では、絶縁基板10の上に複数の半導体チップが搭載されている。絶縁基板は、絶縁層10bと、絶縁層10bの裏面に設けられた導電層10aと、絶縁層10bの上面に設けられた第1導電層11~第5導電層15を有する。第1導電層11~第5導電層15は導電パターンである。
第1導電層11の上面には、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23a、第4半導体チップ24aが設けられる。また、第1導電層11の上面には、第1ダイオード21b、第3ダイオード23b、第4ダイオード24bが設けられる。第2導電層12の上面には、第2半導体チップ22aおよび第2ダイオード22bが設けられる。また、第4導電層14の上面には、第5半導体チップ25aおよび第5ダイオード25bが設けられる。第5導電層15の上面には、第6半導体チップ26aおよび第6ダイオード26bが設けられる。
第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であっても良い。第1ダイオード21b~第6ダイオード26bは還流ダイオードである。
第1導電層11は、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23a、第4半導体チップ24aのコレクタと電気的に接続される。また、第1導電層11は、第1ダイオード21b、第3ダイオード23b、第4ダイオード24bのカソードと電気的に接続される。第2導電層12は、第2半導体チップ22aのコレクタおよび第2ダイオード22bのカソードと電気的に接続される。第4導電層14は、第5半導体チップ25aのコレクタおよび第5ダイオード25bのカソードと電気的に接続される。第5導電層15の上面は、第6半導体チップ26aのコレクタおよび第6ダイオード26bのカソードと電気的に接続される。
第1半導体チップ21aの上面および第1ダイオード21bの上面には、第1金属板31が設けられる。第1金属板31は、第1半導体チップ21aの上面および第1ダイオード21bの上面と第2導電層12の上面とを接続する。つまり、第1金属板31は、第1半導体チップ21aの上面と第2半導体チップ22aの裏面とを電気的に接続する。
第2半導体チップ22a、第2ダイオード22b、第5半導体チップ25a、第5ダイオード25b、第6半導体チップ26aおよび第6ダイオード26bの上面には、第2金属板32が設けられる。第2金属板32は、第2半導体チップ22a、第2ダイオード22b、第5半導体チップ25a、第5ダイオード25b、第6半導体チップ26aおよび第6ダイオード26bの上面と、第3導電層13の上面とを接続する。
第3半導体チップ23aの上面および第3ダイオード23bの上面には、第3金属板33が設けられる。第3金属板33は、第3半導体チップ23aの上面および第3ダイオード23bの上面と第4導電層14の上面とを接続する。つまり、第3金属板33は、第3半導体チップ23aの上面と第5半導体チップ25aの裏面とを電気的に接続する。
第4半導体チップ24aの上面および第4ダイオード24bの上面には、第4金属板34が設けられる。第4金属板34は、第4半導体チップ24aの上面および第4ダイオード24bの上面と第5導電層15の上面とを接続する。つまり、第4金属板34は、第4半導体チップ24aの上面と第6半導体チップ26aの裏面とを電気的に接続する。
第1金属板31~第4金属板34は、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aのエミッタとそれぞれ電気的に接続される。また、第1金属板31~第4金属板34は、第1ダイオード21b~第6ダイオード26bのアノードとそれぞれ電気的に接続される。第1金属板31~第4金属板34は、パッケージ内部に設けられるインナーフレームである。
半導体装置100は、第1電極端子35~第5電極端子39を備える。第1電極端子35は、第2導電層12の上面に設けられ、第2半導体チップ22aの裏面と電気的に接続される。第1電極端子35は、第1金属板31と同電位であり、第2半導体チップ22aおよび第1金属板31と離れて設けられる。
第2電極端子36は、第1導電層11の上面に設けられる。第2電極端子36は、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aの裏面と電気的に接続される。第2電極端子36は、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aと離れて設けられる。
第3電極端子37は、第3導電層13の上面に設けられる。第3電極端子37は、第2金属板32と同電位であり、第2金属板32と離れて設けられる。
第4電極端子38は、第4導電層14の上面に設けられ、第5半導体チップ25aの裏面と電気的に接続される。第4電極端子38は、第3金属板33と同電位であり、第5半導体チップ25aおよび第3金属板33と離れて設けられる。
第5電極端子39は、第5導電層15の上面に設けられ、第6半導体チップ26aの裏面と電気的に接続される。第5電極端子39は、第4金属板34と同電位であり、第6半導体チップ26aおよび第4金属板34と離れて設けられる。
半導体装置100は複数の信号端子40を備える。第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aは、複数の信号端子40とワイヤ42で接続される信号端子接続部を上面に有する。信号端子接続部は、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aのゲート電極である。複数の信号端子40には、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aをスイッチングさせる信号がそれぞれ入力される。
第1電極端子35~第5電極端子39は、外部との電力の入出力を行う主電極フレームである。本実施の形態では、第2電極端子36はインバータのP端子である。また、第3電極端子37は、インバータのN端子である。また、第1電極端子35、第4電極端子38および第5電極端子39は、インバータの交流出力端子である。
第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aは上部アームを形成する。第2半導体チップ22a、第5半導体チップ25aおよび第6半導体チップ26aは、下部アームを形成する。上部アームの半導体チップに接続された金属板と交流出力端子との間に、下部アームの半導体チップが配置される。第1電極端子35~第5電極端子39は半導体チップを介さず導電層に接続されている。
絶縁基板10、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26a、第1ダイオード21b~第6ダイオード26b、第1金属板31~第4金属板34、第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40は、封止樹脂50に覆われる。封止樹脂50は半導体装置100のパッケージを形成する。
第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40は、封止樹脂50の外側に延びる。このため、第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40は、半導体装置100の外部から接続可能である。
封止樹脂50には、第1金属板31、第3金属板33および第4金属板34と、第2金属板32との間に、封止樹脂50の上面から下方に向かって延びる溝51が形成される。本実施の形態では、第1半導体チップ21aと第3半導体チップ23aと第4半導体チップ24aはパッケージの長手方向に沿って第1導電層11の上面に並ぶ。同様に、第2半導体チップ22aと第5半導体チップ25aと第6半導体チップ26aは、パッケージの長手方向に沿って並ぶ。溝51は、第1半導体チップ21aと第3半導体チップ23aと第4半導体チップ24aとが並ぶ方向に沿って延びる。
第1金属板31は、第2金属板32と対向する端部に、溝51を形成する封止樹脂50の側面から露出する第1露出部31bを有する。第2金属板32は、第1金属板31と対向する端部に、溝51を形成する封止樹脂50の側面から露出する第2露出部32bを有する。同様に、第3金属板33は、第2金属板32と対向する端部に、溝51を形成する封止樹脂50の側面から露出する第3露出部33bを有する。また、第4金属板34は、第2金属板32と対向する端部に、溝51を形成する封止樹脂50の側面から露出する第4露出部34bを有する。第1露出部31b、第3露出部33bおよび第4露出部34bは、第2露出部32bと溝を挟んで対向する。
次に、半導体装置100の製造方法を説明する。まず、フレーム30を、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aの上に搭載する。図3は、半導体チップの上にフレーム30を搭載した状態を示す図である。フレーム30では、第1金属板31~第4金属板34、第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40が接続部41を介して一体化されている。
接続部41は、外部接続部41aと内部接続部41bを有する。外部接続部41aは、パッケージの外部で第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40を互いに接続する。内部接続部41bは、パッケージの内部で第1金属板31~第4金属板34を互いに接続する。接続部41はランナー部材とも呼ばれる。
第1金属板31~第4金属板34、第1電極端子35~第5電極端子39、複数の信号端子40および接続部41は導電性の金属から形成される。導電性の金属は例えば銅である。
ここで、フレーム30は、第1半導体チップ21aの上面に第1金属板31が設けられ、第2半導体チップ22a、第5半導体チップ25aおよび第6半導体チップ26aの上面に第2金属板32が設けられるように搭載される。同様に、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aの上面に第3金属板33および第4金属板34がそれぞれ設けられる。
次に、封止工程を実施する。図4は封止工程を説明する図である。封止工程では、絶縁基板10、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aおよびフレーム30を封止樹脂50で覆う。封止樹脂50は例えばエポキシ樹脂から形成される。
次に、除去工程を実施する。図5は除去工程を説明する図である。除去工程では、封止樹脂50と内部接続部41bを同時に切断する。これにより、封止樹脂50と共に内部接続部41bを切り欠き、封止樹脂50に溝51を形成する。除去工程では、第1金属板31、第3金属板33および第4金属板34と、第2金属板32とが分離および絶縁され、回路が形成される。また、除去工程では外部接続部41aも除去され、第1電極端子35~第5電極端子39および複数の信号端子40が互いに分離される。切断には例えばカッターを用いる。ここで、十分な絶縁距離を確保するように、溝51の幅を大きくしても良い。
また、図4に示されるように、内部接続部41bは、フレーム30の内部接続部41bと隣接する部分よりも高い位置に設けられても良い。第1金属板31は、第2金属板32と対向する端部に、上方に向かって延びる先端部31aを有する。内部接続部41bは、第1金属板31のうち第2導電層12の上面に設けられた部分よりも高い位置で、先端部31aと第2金属板32とを繋ぐ。この場合、第1露出部31bは、第1金属板31のうち第2導電層12の上面に設けられた部分よりも高い位置に設けられる。
この構成によれば、内部接続部41bを切断する際に、絶縁基板10の深さまで切断を行う必要がなく、絶縁基板10が損傷することを防止できる。このため、内部接続部41bを切断し易くすることができ、半導体装置100の寸法を制御し易くできる。従って、組立性、実装歩留まりおよび信頼性を向上できる。また、溝51を浅くできるため、加工時間を低減できる。また、先端部31aに外部装置を接続し、電圧検出を行っても良い。
本実施の形態では、フレーム30の接続部41に治具との位置決め機能を持たせることができる。これにより、精度よく第1金属板31~第4金属板34を配置できる。また、第1金属板31~第4金属板34が接続部41を介して一体化された状態で、樹脂封止を行い、その後に封止樹脂50に溝51を設けて接続部41を除去する。封止樹脂50で固定された状態で接続部41を切断するため、精度よく切断ができる。また、第1金属板31~第4金属板34の位置ずれを防止できる。従って、パッケージ内部の金属板の位置決めの精度を向上できる。
また、主電極端子が半導体素子と直接接続されている構造では、過負荷での半導体素子の動作時に、主電極端子が半導体素子からの熱干渉を受ける可能性がある。このとき、製品の使用温度限界に主電極端子の温度が近づくおそれがある。これに対し、本実施の形態では、第1電極端子35~第5電極端子39が放熱面に近い第1導電層11~第5導電層15に直接接合される。ここで、放熱面は例えば絶縁基板10の裏面である。従って、主電極端子の温度を抑制できる。
また、本実施の形態では、第1電極端子35~第5電極端子39が第1導電層11~第5導電層15に直接接合されるため、ケースを設けなくても良い。従って、主電極端子をケースにインサート成型した構造よりも、半導体装置100を小型化できる。
図6は、実施の形態1の第1の変形例に係る半導体装置200の断面図である。半導体装置200では、絶縁基板10の裏面にベース板260が設けられる。ベース板260によりさらに高い放熱性を確保できる。また、半導体装置200の反りを抑制できる。
図7は、実施の形態1の第2の変形例に係る半導体装置300の断面図である。半導体装置300において、第1導電層311、第2導電層312は導電板である。同様に、第3導電層~第5導電層も導電板から形成される。第1導電層311、第2導電層312の裏面には、絶縁シート310bが設けられる。絶縁シート310bは絶縁板であっても良い。導電パターンに代えて導電板を用いることで放熱性を向上できる。また、半導体装置300の反りを抑制できる。
図8は、実施の形態1の第3の変形例に係る半導体装置400の断面図である。半導体装置400はベース板460と、ベース板460の上に設けられ、絶縁基板10を収納するケース470を備える。ケース470により封止樹脂50の位置を決めることができる。従って、封止樹脂50の位置を決めるための金型を用意しなくて良い。
図9は、実施の形態1の第4の変形例に係る半導体装置500の断面図である。半導体装置500では、溝51を形成する封止樹脂50の側面は、絶縁性テープ552で覆われる。つまり、第1露出部31b~第4露出部34bは絶縁性テープ552で覆われる。絶縁性テープ552の貼付けを行うことで、絶縁性を確保できる。
また、絶縁性テープ552に限らず絶縁性の封止材の塗布を行っても良い。溝51に設けられる封止材は、例えばエポキシ樹脂またはシリコーンゲルである。封止材は、ポッティングにより設けられる。
図10は、実施の形態1の第5の変形例に係る半導体装置100aの断面図である。半導体装置100aでは、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aおよび第1ダイオード21b~第6ダイオード26bの代わりに、第1半導体チップ21~第6半導体チップ26が設けられている。第1半導体チップ21~第6半導体チップ26はRC(Reverse-conducting)-IGBTである。また、第1半導体チップ21~第6半導体チップ26は、MOSFETであっても良く、還流をボディダイオードで行っても良い。
半導体装置100aでは、第1半導体チップ21~第6半導体チップ26として一つのチップでスイッチングと還流を行うものを用いる。これにより、半導体装置100aを小型化できる。また、一般に一つのチップでスイッチングと還流を行う場合、主電極端子への熱干渉が大きくなる。本実施の形態の構造は、上述したように放熱性を向上し主電極端子の温度を抑制できる。このため、半導体装置100aのように一つのチップでスイッチングと還流を行う場合に特に有効である。
また、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aおよび第1ダイオード21b~第6ダイオード26bの少なくとも1つはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていても良い。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。ワイドバンドギャップ半導体は、有効面積を広げることが一般に困難である。このため、金属層を直接接合できるDLB構造を採用することで、組み立て性を向上できる。
また、一般にワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子およびダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度が高い。このため、半導体装置100をさらに小型化できる。
また、本実施の形態では、溝51は、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aが並ぶ方向に沿って延びる。これに限らず、複数の溝51が、パッケージのうち、第1金属板31と第2金属板32に挟まれる部分と、第3金属板33と第2金属板32に挟まれる部分と、第4金属板34と第2金属板32に挟まれる部分とにそれぞれ設けられても良い。
また、本実施の形態では半導体装置100が3相インバータである例を示した。これに限らず、半導体装置100はDLB構造を有するあらゆる半導体装置であっても良い。また、本実施の形態の半導体装置100は半導体チップを6つ備える。半導体装置100は、これに限らず半導体チップを2つ以上備えればよい。半導体装置100は単相のインバータ等であっても良い。
これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置および半導体装置の製造方法については実施の形態1との共通点が多いので、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
実施の形態2.
図11は、実施の形態2に係る半導体装置600の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、フレーム630の構造が実施の形態1と異なる。フレーム630において、第1金属板31の第2金属板32と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。また、第2金属板32の第1金属板31と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。第1金属板31の端部と第2金属板32の端部は、上方に向かって並行して延びる。
図11は、実施の形態2に係る半導体装置600の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、フレーム630の構造が実施の形態1と異なる。フレーム630において、第1金属板31の第2金属板32と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。また、第2金属板32の第1金属板31と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。第1金属板31の端部と第2金属板32の端部は、上方に向かって並行して延びる。
同様に、第3金属板33の第2金属板32と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。第4金属板34の第2金属板32と対向する端部は、封止樹脂50の上面に向かって延び、封止樹脂50の上面から露出する。
内部接続部641bは、第1金属板31の封止樹脂50から露出した部分と第2金属板32の封止樹脂50から露出した部分とを繋ぐ。同様に、内部接続部641bは、第3金属板33および第4金属板34の封止樹脂50から露出した部分と、第2金属板32の封止樹脂50から露出した部分とを繋ぐ。実施の形態では、内部接続部641bが封止樹脂50の上面より高い位置に設けられる。除去工程では、封止樹脂50を切断せずに、内部接続部641bを切断する。
図12は、実施の形態2に係る半導体装置600の断面図である。半導体装置600では、第1金属板31の端部が封止樹脂50の上面から露出することで、第1露出部631bが形成される。また、第2金属板32の端部が封止樹脂50の上面から露出することで、第2露出部632bが形成される。同様に、第3金属板33および第4金属板34の端部が封止樹脂50の上面から露出することで、第3露出部および第4露出部が形成される。
本実施の形態では、封止樹脂50を切断しないため、異物となる樹脂くずが発生しない。従って、信頼性を向上できる。
本実施の形態では、金属板は封止樹脂50の上面から露出するものとした。これに限らず、金属板は封止樹脂50の側面から露出しても良い。
実施の形態3.
図13は、実施の形態3に係る半導体装置700の平面図である。半導体装置700はケース770を備える。ケース770は、収納部771と、収納部771を囲む外周部772とを有する。収納部771は、絶縁基板10、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26a、第1ダイオード21b~第6ダイオード26bおよび第1金属板31~第4金属板34を収納する。収納部771は封止樹脂50に封止される。図13では便宜上、封止樹脂50は省略されている。封止樹脂50は例えばエポキシ樹脂またはシリコーンゲルから形成される。
図13は、実施の形態3に係る半導体装置700の平面図である。半導体装置700はケース770を備える。ケース770は、収納部771と、収納部771を囲む外周部772とを有する。収納部771は、絶縁基板10、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26a、第1ダイオード21b~第6ダイオード26bおよび第1金属板31~第4金属板34を収納する。収納部771は封止樹脂50に封止される。図13では便宜上、封止樹脂50は省略されている。封止樹脂50は例えばエポキシ樹脂またはシリコーンゲルから形成される。
第1電極端子35~第5電極端子39は収納部771の外側に延びる。第1電極端子35~第5電極端子39および信号端子40は外周部772に固定される。
ケース770は固定部773を備える。固定部773は、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aが並ぶ方向に帯状に設けられる。固定部773は、第1金属板31、第3金属板33および第4金属板34の上に設けられる。固定部773は、第1金属板31、第3金属板33および第4金属板34をケース770に固定する。
また、第2金属板32からは、外周部772に向かって固定部732aが延びる。固定部732aによって第2金属板32はケース770に固定される。以上から、第1金属板31~第4金属板34はケース770に固定される。
本実施の形態では、第1金属板31~第4金属板34および第1電極端子35~第5電極端子39はケース770と一体化されている。これにより、半導体装置700の寸法を制御し易くできる。また、半導体装置700の実装歩留および信頼性を向上できる。また、接続部41の除去工程が必要ないため、半導体装置700を容易に組み立てできる。
また、第1金属板31~第4金属板34がケース770から独立している場合、一般に、治具によって位置決めをして組立を実施する必要がある。本実施の形態では、位置決めのための治具が不要となり、組立コストを低減できる。
また、帯状の固定部773は、第2金属板32の上に設けられ、第2金属板32をケース770に固定しても良い。
図14は、実施の形態3の第1の変形例に係る半導体装置700aの平面図である。半導体装置700aでは、第1金属板31~第4金属板34の厚さと、第1電極端子35~第5電極端子39の厚さが異なる。本実施の形態では、第1金属板31~第4金属板34と、第1電極端子35~第5電極端子39とが、接続部41で接続されず、別個に設けられる。従って、第1金属板31~第4金属板34の厚さと、第1電極端子35~第5電極端子39の厚さを、それぞれ設定できる。
例えば、第1電極端子35~第5電極端子39を厚く、第1金属板31~第4金属板34を薄く形成しても良い。これにより、厚い第1電極端子35~第5電極端子39により、大電流通電が可能となる。また、薄い第1金属板31~第4金属板34により半導体チップへの応力を低減させることができる。
このような構造は、半導体チップがSiCから形成される場合に特に有効である。SiCは一般に縦弾性係数が高いため、半導体チップが第1金属板31~第4金属板34から受ける応力が大きくなり易い。半導体装置700aでは、第1金属板31~第4金属板34を薄くすることにより、応力を低減でき、信頼性を向上できる。
また、第1金属板31~第4金属板34を厚くしても良い。これにより、半導体チップの放熱性を向上できる。
図15は、実施の形態3の第2の変形例に係る半導体装置800の平面図である。ケース870は、位置決め部874を有する。位置決め部874は、第1金属板31~第4金属板34を収納し固定する複数の開口874aを有する。複数の開口874aの形状は、第1金属板31~第4金属板34の形状にそれぞれ対応する。半導体装置800においても、位置決めのための治具が不要となり、組立コストを低減できる。
なお、信号端子40とのワイヤボンディングが可能なように、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aの信号端子接続部は位置決め部874から露出している。
図16は、実施の形態3の第3の変形例に係る半導体装置900の平面図である。半導体装置900はケース970を備える。第1金属板31~第4金属板34は、ケース970の外周部972に向かって延びる凸部931a~934aをそれぞれ有する。外周部972には、凸部931a~934aとそれぞれ嵌合する複数の凹部972aが形成される。
凸部931a~934aと複数の凹部972aが勘合することで、第1金属板31~第4金属板34は、ケース970に対して位置決めされる。半導体装置900においても、位置決めのための治具が不要となり、組立コストを低減できる。
図17は、実施の形態3の第4の変形例に係る半導体装置800の製造方法を説明する図である。図17では、便宜上、位置決め874は省略されている。半導体装置800は、以下のように製造しても良い。まず、ケース870の外周部872に第1電極端子35~第5電極端子39と複数の信号端子40とを固定する。
次に、収納工程を実施する。収納工程では、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aを収納部871に収納する。これにより、第1電極端子35と第2半導体チップ22aの裏面とが電気的に接続される。また、第2電極端子36と、第1半導体チップ21a、第3半導体チップ23aおよび第4半導体チップ24aの裏面とが電気的に接続される。また、第4電極端子38および第5電極端子39と、第5半導体チップ25aおよび第6半導体チップ26aの裏面とが、それぞれ電気的に接続される。
収納工程の後に接続工程を実施する。接続工程では、第1半導体チップ21a~第6半導体チップ26aの上面に設けられた複数の信号端子接続部と、複数の信号端子とをそれぞれワイヤで接続する。図17には、例として第1半導体チップ21aの信号端子接続部21cが図示されている。
接続工程の後に、第1金属板31~第4金属板34をケース870に固定する。つまり、複数の開口874aに第1金属板31~第4金属板34をそれぞれ収納する。これにより、第1金属板31で第1半導体チップ21aの上面と第2半導体チップ22aの裏面とが電気的に接続される。同様に、第2金属板32で、第2半導体チップ22a、第5半導体チップ25aおよび第6半導体チップ26aの上面と、第3導電層13の上面とを接続する。また、第3金属板33で第3半導体チップ23aの上面と第5半導体チップ25aの裏面とを電気的に接続し、第4金属板34で第4半導体チップ24aの上面と第6半導体チップ26aの裏面とを電気的に接続する。
半導体装置800では、絶縁基板10をケース870に収納した後に、第1金属板31~第4金属板34をケース870に取り付けることができる。このため、半導体チップと信号端子40とのワイヤボンディングを実施した後に、第1金属板31~第4金属板34をケース870に取り付けることができる。これにより、第1金属板31~第4金属板34と半導体チップの信号端子接続部との距離を狭くすることができる。信号端子接続部21cと第1金属板31との距離は、例えば1mm以下である。
半導体装置800では、信号端子接続部と金属板との距離を小さくすることで、半導体チップの主電流通電部の面積を広くできる。従って、電流密度を向上できる。また、第4の変形例の製造方法を半導体装置900に適用しても良い。
なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
100、100a、200、300、400、500、600、700、700a、800、900 半導体装置、10b 絶縁層、11~15 第1導電層~第5導電層、21~26、21a~26a 第1半導体チップ~第6半導体チップ、21c 信号端子接続部、30、630 フレーム、31~34 第1金属板~第4金属板、31b、631b 第1露出部、32b、632b 第2露出部、33b 第3露出部、34b 第4露出部、35~39 第1電極端子~第5電極端子、40 信号端子、41 接続部、42 ワイヤ、50 封止樹脂、51 溝、552 絶縁性テープ、470、770、870、970 ケース、771、871 収納部、772、872、972 外周部、874a 開口、931a~934a 凸部、972a 凹部
Claims (20)
- 第1半導体チップと、
第2半導体チップと、
前記第1半導体チップの上面に設けられた第1金属板と、
前記第2半導体チップの上面に設けられた第2金属板と、
前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記第1金属板および前記第2金属板を覆う封止樹脂と、
を備え、
前記封止樹脂には、前記第1金属板と前記第2金属板との間に、前記封止樹脂の上面から下方に向かって延びる溝が形成され、
前記第1金属板は、前記第2金属板と対向する端部に、前記溝を形成する前記封止樹脂の側面から露出する第1露出部を有し、
前記第2金属板は、前記第1金属板と対向する端部に、前記溝を形成する前記封止樹脂の側面から露出する第2露出部を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記封止樹脂の外側に延び、前記第1金属板と離れて設けられ、前記第2半導体チップの裏面と電気的に接続された第1電極端子を備え、
前記第1金属板は、前記第1半導体チップの上面と前記第2半導体チップの裏面とを電気的に接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、上面に前記第1半導体チップが設けられた第1導電層と、
前記絶縁層の上に設けられ、上面に前記第2半導体チップが設けられた第2導電層と、
前記絶縁層の上に設けられた第3導電層と、
前記第2導電層の上面に設けられ、前記封止樹脂の外側に延びる第1電極端子と、
前記第1導電層の上面に設けられ、前記封止樹脂の外側に延びる第2電極端子と、
前記第3導電層の上面に設けられ、前記封止樹脂の外側に延びる第3電極端子と、
を備え、
前記第1金属板は、前記第1半導体チップの上面と前記第2導電層の上面とを接続し、
前記第2金属板は、前記第2半導体チップの上面と前記第3導電層の上面とを接続し、
前記第1電極端子は、前記第2導電層の上面に前記第1金属板および前記第2半導体チップと離れて設けられ、
前記第2電極端子は、前記第1半導体チップと離れて設けられ、
前記第3電極端子は、前記第2金属板と離れて設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記絶縁層の上に設けられた第4導電層および第5導電層と、
前記第1導電層の上面に設けられた第3半導体チップおよび第4半導体チップと、
前記第4導電層の上面に設けられた第5半導体チップと、
前記第5導電層の上面に設けられた第6半導体チップと、
前記第3半導体チップの上面と前記第4導電層の上面とを接続する第3金属板と、
前記第4半導体チップの上面と前記第5導電層の上面とを接続する第4金属板と、
を備え、
前記第2金属板は、前記第5半導体チップの上面および前記第6半導体チップの上面と、前記第3導電層の上面とを接続し、
前記第3金属板は、前記溝を形成する前記封止樹脂の側面から露出する第3露出部を有し、
前記第4金属板は、前記溝を形成する前記封止樹脂の側面から露出する第4露出部を有し、
前記第3露出部および前記第4露出部は、前記第2露出部と前記溝を挟んで対向することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体チップと前記第3半導体チップと前記第4半導体チップは、前記第1導電層の上面に並び、
前記溝は、前記第1半導体チップと前記第3半導体チップと前記第4半導体チップとが並ぶ方向に沿って延びることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 前記第1露出部は、前記第1金属板のうち前記第2導電層の上面に設けられた部分よりも高い位置に設けられることを特徴とする請求項3から5の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記溝を形成する前記封止樹脂の側面は、絶縁性テープまたは封止材で覆われることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の半導体装置。
- 第1半導体チップと、
第2半導体チップと、
前記第1半導体チップの上面に設けられた第1金属板と、
前記第2半導体チップの上面に設けられた第2金属板と、
前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記第1金属板および前記第2金属板を覆う封止樹脂と、
を備え、
前記第1金属板の前記第2金属板と対向する端部は、前記封止樹脂の上面に向かって延び、前記封止樹脂の上面から露出し、
前記第2金属板の前記第1金属板と対向する端部は、前記封止樹脂の上面に向かって延び、前記封止樹脂の上面から露出することを特徴とする半導体装置。 - 第1半導体チップと、
第2半導体チップと、
前記第1半導体チップの上面と前記第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する第1金属板と、
前記第1金属板と離れて設けられ、前記第2半導体チップの裏面と電気的に接続された第1電極端子と、
前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップおよび前記第1金属板を収納する収納部と、前記収納部を囲む外周部と、を有するケースと、
前記収納部を封止する封止樹脂と、
を備え、
前記第1電極端子は、前記収納部の外側に延び、
前記第1金属板は前記ケースに固定されることを特徴とする半導体装置。 - 前記ケースは、前記第1金属板を収納し固定する開口を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
- 前記開口の形状は、前記第1金属板の形状に対応することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記第1金属板は、前記外周部に向かって延びる凸部を有し、
前記外周部には、前記凸部と嵌合する凹部が形成されることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 前記第1電極端子は、前記外周部に固定されることを特徴とする請求項9から12の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1金属板の厚さと、前記第1電極端子の厚さは異なることを特徴とする請求項9から13の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体チップをスイッチングさせる信号が入力される信号端子を備え、
前記第1半導体チップは、前記信号端子とワイヤで接続される信号端子接続部を上面に有し、
前記信号端子接続部と前記第1金属板との距離は1mm以下であることを特徴とする請求項9から14の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体チップまたは前記第2半導体チップの少なくとも1つはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1から15の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
- 第1金属板と、第2金属板とが接続部を介して一体化されたフレームを、第1半導体チップの上面に前記第1金属板が設けられ、第2半導体チップの上面に前記第2金属板が設けられるように搭載し、
前記フレーム、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップを封止樹脂で覆い、
前記第1金属板と前記第2金属板とが分離するように、前記封止樹脂と共に前記接続部を切り欠き前記封止樹脂に溝を形成すること特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記接続部は、前記フレームの前記接続部と隣接する部分よりも高い位置に設けられることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 収納部と、前記収納部を囲む外周部と、を有するケースの前記外周部に第1電極端子と複数の信号端子とを固定する工程と、
第1半導体チップと、第2半導体チップとを前記収納部に収納し、前記第1電極端子と前記第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する収納工程と、
前記収納工程の後に、前記第1半導体チップの上面に設けられた信号端子接続部および前記第2半導体チップの上面に設けられた信号端子接続部と、前記複数の信号端子とをそれぞれワイヤで接続する接続工程と、
前記接続工程の後に、第1金属板を前記ケースに固定し、前記第1金属板で前記第1半導体チップの上面と前記第2半導体チップの裏面とを電気的に接続する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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