JP2006179704A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体チップの電極部と外部端子との接合工数を増やすこと無く、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して、半導体チップの電極部と外部端子とを配線接続できる半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置３は、半導体チップ３４と、外部端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃと、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃと外部端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを配線接続する配線材３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを備え、それら各配線材３６ａ，３６ｂ，３６ｃにリードフレームが用いられて構成される。その際、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃの上面全面にリードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃの一端部が接合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップと、外部端子と、前記半導体チップの電極部と前記外部端子とを配線接続する配線材とを備えた半導体装置に関する。
ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車では、動力源用のモータを駆動制御および回生制御する為の電力変換装置（半導体装置）を備えている。
この種の従来の半導体装置は、半導体チップと、外部端子と、前記半導体チップの電極部と前記外部端子とを配線接続する配線材とを備え、前記配線材にワイヤボンド（極細糸状の配線材）が用いられて構成されている。
近年、電気自動車の出力を高めるべく電気自動車のバッテリの出力電圧を高めることが検討されている。バッテリの出力電圧が高められると、半導体装置に大電流が流れることになるが、従来の様に、半導体チップの電極部・外部端子間がワイヤボンドで配線接続されていると、ワイヤボンドが大電流の通電時に溶断する。その為、その溶断対策として、ワイヤボンドを多数本這わすことで溶断し難くする案が提案されている。
この種の従来の半導体装置に関する先行技術文献として例えば特許文献１がある。
特開２００４−１７２２１１号公報
上記の様にワイヤボンドを多数本這わす案では、ワイヤボンドと半導体チップの電極部との接合箇所およびワイヤボンドと外部端子との接合箇所が増加するので、接合工数が増加して製造コストが増加するという欠点がある。
また、ワイヤボンドは非常に細いものなので、多数本這わしても、大電流に十分耐え得る通電性能を確保できない虞があるという欠点がある。
そこで、この発明の課題は、半導体チップの電極部と外部端子との接合工数を増やすこと無く、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して、半導体チップの電極部と外部端子とを配線接続できる半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、半導体チップと、外部端子と、前記半導体チップの電極部と前記外部端子とを配線接続する配線材とを備えた半導体装置において、前記配線材にリードフレームが用いられるものである。
請求項２に記載の発明は、前記半導体チップの電極部の上面全面にリードフレームの一端部が接合されるものである。
請求項１に記載の発明によれば、半導体チップの電極部と外部端子とを配線接続する配線材がリードフレームなので、一本で十分大きな配線材断面積を確保でき、これにより、半導体チップの電極部と外部端子との接合工数を増やすこと無く、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して、半導体チップの電極部と外部端子とを配線接続できる。
請求項２に記載の発明によれば、半導体チップの電極部の上面全面にリードフレームの一端部が接合されるので、半導体チップの電極部とリードフレームとの接合面積を十分大きくでき、これにより、リードフレームを用いて、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して半導体チップの電極部と外部端子とを配線接続できる。
この実施の形態に係る半導体装置３は、例えば図１の様に、例えば軽金属（Ａｌ，ＡｌＮ等）製の放熱器３１と、放熱器３１上に低熱膨張性の介材（例えばＳｉ層（シリコン層））３２を介して積層された高熱伝導性の熱拡散層（例えばＣＶＤダイヤモンド層）３３と、熱拡散層３３上に接合材（例えばポリイミドワニスやコバール）３８を介して接合された半導体チップ３４と、バスバ（外部端子）３５ａ，３５ｂ，３５ｃ（３５ｂは作図上不図示）と、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとバスバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを配線接続するリードフレーム（配線材）３６ａ，３６ｂ，３６ｃと、これら各構成部分を封止する絶縁性の封止材（例えばポリイミドワニス）３７とを備える。
放熱器３１は、例えば半導体チップ３４の平面視寸法より大きい平面視寸法の平板状に形成される。
熱拡散層３３は、例えば放熱器３１の上面全体を被覆する様に薄膜状に形成される。
半導体チップ３４は、例えば横型（即ち各電極部（例えばゲート電極部３４ｂ、ソース電極部３４ａおよびドレイン電極部３４ｃ）が半導体チップ３４の上面に形成された構造）の高温動作可能なワイドバンドギャップ半導体（ＳＩＣ，ＧａＮ，Ｄｉａｍｏｎｄ等）チップとして構成される。この半導体チップ３４は、耐熱性に優れた接合材３８により熱拡散層３３上に面接触状に接合される。
各リードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、例えば、銅等の導電性部材により細長板状に形成された配線材である。リードフレーム３６ａ（３６ｂ，３６ｃ）は、例えば金共晶ハンダ３９を用いて、その一端部がバスバ３５ａ（３５ｂ，３５ｃ）にハンダ付けされて接続されると共にその他端部が半導体チップ３４の電極部３４ａ（３４ｂ，３４ｃ）の上面全面にハンダ付けにされて接続される。
封止材３７は、各バスバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃの一端部だけを外部に露出し且つその他の構成部分を被覆する様にして熱拡散層３３上に充填される。
次に、この半導体装置３の動作を説明する。この半導体装置３では、例えば、ゲート電極部３４ｂへの印加電圧をオンオフ制御することで、半導体チップ３４がオンオフ駆動する。そして、そのオンオフ駆動に応じて、外部からの電流が順にバスバ３５ａ，リードフレーム３６ａ，電極部３４ａ，半導体チップ３４の内部，電極部３４ｃ，リードフレーム３６ｃおよびバスバ３５ｃへと流れて通電する。その際、電極部３４ａ（３４ｃ）とバスバ３５ａ（３５ｃ）とがリードフレーム３６ａ（３６ｃ）を介して配線接続されているので、大電流が流れても、電極部３４ａ（３４ｃ）・バスバ３５ａ（３５ｃ）間の配線部分であるリードフレーム３６ａ（３６）が溶断すること無く通電する。
そして、その通電の際に半導体チップ３４で生じた熱は、接合材３８を介して熱拡散層３３に伝達する。そして、熱拡散層３３に伝達した熱は、熱拡散層３３内を速やかに横方向（面方向）に拡散しつつ介材３２を介して放熱器３１内に伝達して放熱器３１の下面から放熱される。即ち、熱拡散層３３に伝達した熱は、熱拡散層３３により予め熱拡散層３３の面方向（放熱器３１の上面の面方向）にある程度拡散された状態で放熱器３１内に伝達するので、放熱器３１の内部で拡散する時間が短縮され、その分速やかに放熱器３１の下面全面から放熱される。
以上の様に構成された半導体装置３によれば、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとバスバ（外部端子）３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを配線接続する配線材にリードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃが用いられているので、一本で十分大きな配線材断面積を確保でき、これにより、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとバスバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの接合工数を増やすこと無く、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとバスバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを配線接続できる。
また、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃの上面全面にリードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃの一端部が接合されるので、半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとリードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃとの接合面積を十分大きくでき、これにより、リードフレーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃを用いて、大電流に十分耐え得る通電性能を確保して半導体チップ３４の電極部３４ａ，３４ｂ，３４ｃとバスバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを配線接続できる。
また、放熱器３１上に高熱伝導性の熱拡散層３３が積層され、その熱拡散層３３上に半導体チップ３４が接合されるので、半導体チップ３４で生じた熱を熱拡散層３３である程度横方向（熱拡散層３３の面方向）に拡散してから放熱器３１内に伝達でき、これにより放熱器３１内での熱の拡散に掛かる時間を短縮できて速やかに放熱器３１の下面から放熱でき、放熱性能を向上できる。
また、熱拡散層３３はＣＶＤダイヤモンド層であるので、容易に高熱伝導性の熱拡散層３３を形成できる。
また、接合材３８は耐熱性に優れるので、耐熱性に優れた接合材３８により半導体チップ３４を熱拡散層３３上に接合でき、半導体装置３の耐熱性を向上できる。
また、放熱器３１と熱拡散層３３との間にシリコン層（低熱膨張性の介材）３２が介在するので、シリコン層３２により放熱器３１・熱拡散層３３間の熱膨張係数の差に起因する放熱器３１・熱拡散層３３間の接合部分の破損（剥離や欠け）を防止でき、半導体装置３の耐熱性を向上できる。
また、放熱器３１は軽金属により形成されるので、半導体装置３を軽量化できる。
本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面概略図である。
符号の説明
３ 半導体装置
３４ 半導体チップ
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 電極部
３５ａ，３５ｂ バスバ（外部端子）
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ リードフレーム
３９ 金共晶ハンダ

Claims (2)

  1. 半導体チップと、外部端子と、前記半導体チップの電極部と前記外部端子とを配線接続する配線材とを備えた半導体装置において、前記配線材にリードフレームが用いられることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体チップの電極部の上面全面にリードフレームの一端部が接合されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
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