JP2006303086A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置に係り、特にベース板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置される半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a semiconductor element is disposed on a base plate via an insulating substrate.
例えば、特許文献1に開示されている半導体装置では、ベース基板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置されている。ここで絶縁基板は、セラミック板の上面及び下面にそれぞれ銅パターンが接合された構成を有しており、ベース基板上に絶縁基板の下面の銅パターンがはんだにより接合されると共に絶縁基板の上面の銅パターン上にはんだにより半導体素子の裏面電極が接合されている。 For example, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, a semiconductor element is disposed on a base substrate via an insulating substrate. Here, the insulating substrate has a structure in which copper patterns are bonded to the upper surface and the lower surface of the ceramic plate, respectively, and the copper pattern on the lower surface of the insulating substrate is bonded to the base substrate by solder and the upper surface of the insulating substrate is The back electrode of the semiconductor element is joined to the copper pattern by solder.
このような半導体装置では、例えば、絶縁基板から独立して配設された外部電極部と絶縁基板の上面の銅パターンとをワイヤボンディングにより互いに接続することにより、外部電極部を介して半導体素子の裏面電極を装置の外部に取り出すことができる。 In such a semiconductor device, for example, by connecting the external electrode part arranged independently from the insulating substrate and the copper pattern on the upper surface of the insulating substrate to each other by wire bonding, the semiconductor element is connected via the external electrode part. The back electrode can be taken out of the apparatus.
しかしながら、上述のように絶縁基板の上面の銅パターンと外部電極部とをワイヤボンディングにより接続する場合、ボンディング用のツールがこの半導体装置内の部分と干渉しないようにボンディング付近にクリアランスを設ける必要があり、そのため半導体装置が大型化してしまう。
また、ワイヤボンディングに用いられるワイヤは、電流が流れる断面積が小さいため電気抵抗が大きく、またインダクタンスも大きいため、電気的なエネルギー損失が大きいという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型で且つエネルギー損失を低減することができる半導体装置を提供することを目的とする。
However, when the copper pattern on the upper surface of the insulating substrate and the external electrode part are connected by wire bonding as described above, it is necessary to provide a clearance in the vicinity of the bonding so that the bonding tool does not interfere with the part in the semiconductor device. For this reason, the semiconductor device is increased in size.
In addition, the wire used for wire bonding has a problem in that electrical energy loss is large because the cross-sectional area through which the current flows is small and the electrical resistance is large and the inductance is large.
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device that is small in size and can reduce energy loss.
この発明に係る半導体装置は、ベース板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置された半導体装置において、絶縁基板が、平板状の絶縁板と、絶縁板の第1の主面上に直接接合される配線パターン部及び配線パターン部よりも厚く形成されると共に配線パターン部から延長して外方に引き出される第1外部電極部を有する第1導電部材と、絶縁板の第2の主面上に直接接合される配線パターン部を形成する第2導電部材とを備えるものである。 The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a semiconductor element is disposed on a base plate via an insulating substrate, and the insulating substrate is directly on the flat insulating plate and the first main surface of the insulating plate. A first conductive member having a first external electrode portion that is formed thicker than the wiring pattern portion to be joined and that is thicker than the wiring pattern portion and extends outwardly from the wiring pattern portion, and a second main surface of the insulating plate And a second conductive member that forms a wiring pattern portion that is directly bonded thereon.
第1導電部材は、その配線パターン部と第1外部電極部との間に段差を有し、第1導電部材の配線パターン部に対して第1外部電極部を垂直に折り曲げて立設させることにより第1外部電極部を上方に引き出すことができる。
また、ベース板の上に第2導電部材の配線パターン部を接合し、第1導電部材の配線パターン部の上に半導体素子を接合することができる。
また、一端部が半導体素子上面の対応する電極部に接合されると共に他端部が外方に引き出される第2外部電極部をさらに備えることができる。
なお、絶縁板はセラミックまたは樹脂から形成することができる。
The first conductive member has a step between the wiring pattern portion and the first external electrode portion, and the first external electrode portion is vertically bent with respect to the wiring pattern portion of the first conductive member. Thus, the first external electrode portion can be drawn upward.
Further, the wiring pattern portion of the second conductive member can be bonded onto the base plate, and the semiconductor element can be bonded onto the wiring pattern portion of the first conductive member.
In addition, it may further include a second external electrode portion in which one end portion is joined to a corresponding electrode portion on the upper surface of the semiconductor element and the other end portion is drawn outward.
The insulating plate can be formed from ceramic or resin.
この発明によれば、小型で且つエネルギー損失を低減することができる半導体装置を実現することができる。 According to the present invention, a semiconductor device that is small in size and can reduce energy loss can be realized.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す。この半導体装置は、パワーモジュール等として用いられるものであり、CuまたはAl等からなる放熱性のベース板1を有している。このベース板1上に、はんだ2を介してセラミック絶縁基板3が配置されており、さらに、セラミック絶縁基板3上に、はんだ4を介してパワーチップ等の半導体素子5が搭載されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor device is used as a power module or the like, and has a heat radiating base plate 1 made of Cu or Al. A ceramic insulating substrate 3 is disposed on the base plate 1 via
セラミック絶縁基板3は、セラミックからなる平板状の絶縁板6と、絶縁板6の第1の主面としての上面に配置される第1導電部材7と、絶縁板6の第2の主面としての下面に配置される第2導電部材8とを有するものである。第1導電部材7は、配線パターン部9とこの配線パターン部9の一端部から上方に延長して配線パターン部9に対して垂直に立設される第1外部電極部10とを有しており、その配線パターン部9が絶縁板6の上面に直接接合されている。また、第2導電部材8からなる配線パターン部が絶縁板6の下面に直接接合されている。この第2導電部材8の配線パターン部がはんだ2を介してベース板1の上面に接合されると共に、第1導電部材7の配線パターン部9の上面に半導体素子5の裏面電極がはんだ4を介して接合されている。
The ceramic insulating substrate 3 includes a flat
なお、例えば、絶縁板6は0.6mm程度の厚さを有し、第1導電部材7の配線パターン部9及び第2導電部材8の配線パターン部はそれぞれ0.3mm程度の厚さを有している。また、このとき、第1導電部材7の第1外部電極部10は1mm程度の厚さを有し、第1外部電極部10の厚さが配線パターン部9の厚さよりも大きい値を有するように構成されている。
For example, the
また、ベース板1の周縁部に樹脂等からなるケース11が固定され、ベース板1の上に配置された半導体素子5等がこのケース11の内部に収容されると共にセラミック絶縁基板3の第1導電部材7の第1外部電極部10がケース11の外部にまで引き出されている。また、断面L字状の第2外部電極部12が樹脂部材13を介して第1導電部材7に対向するように配置されてケース11の内部から外部へ引き出されており、ケース11内に位置する第2外部電極部12の部分と半導体素子5上面の対応する電極部とがボンディングワイヤ14により互いに接続されている。さらに、L字状の制御端子部15がケース11内にインサート成形されてケース11の内部から外部へ引き出されており、ケース11内に位置する制御端子部15の部分と半導体素子5上面の対応する電極部とがボンディングワイヤ16により互いに接続されている。
In addition, a
なお、例えば半導体素子5上面にソース(またはエミッタ)電極部及びゲート電極部がそれぞれ設けられると共に半導体素子5の裏面電極としてドレイン(またはコレクタ)電極部が設けられ、第2外部電極部12をボンディングワイヤ14によりソース(またはエミッタ)電極部に接続し、制御端子部15をボンディングワイヤ16によりゲート電極部に接続することにより、第2外部電極部12、制御端子部15及び第1導電部材7の第1外部電極部10をそれぞれこの半導体装置のソース(またはエミッタ)電極、ゲート電極及びドレイン(またはコレクタ)電極として用いることができる。
For example, a source (or emitter) electrode portion and a gate electrode portion are provided on the upper surface of the semiconductor element 5, and a drain (or collector) electrode portion is provided as a back electrode of the semiconductor element 5, and the second
また、図2及び3を参照して、セラミック絶縁基板3の製造方法を説明する。まず、図2に示されるように、セラミックからなる絶縁板6の上面に第1導電部材7の配線パターン部9を直接接合してセラミック絶縁基板3の上面側のパターンを形成する。ここで、第1導電部材7は、配線パターン部9と第1外部電極部10との間に段差17を有しており、段差17及び第1外部電極部10が絶縁板6の上面から外部にはみ出している。また、第2導電部材8からなる配線パターン部を絶縁板6の下面に直接接合してセラミック絶縁基板3の下面側のパターンを形成する。
なお、第1導電部材7の配線パターン部9と絶縁板6は、両者の活性面を出して共有結合させる、あるいはロー付けする等の方法により互いに接合することができる。同様の方法により、第2導電部材8の配線パターン部と絶縁板6も互いに接合することができる。
次に、図2に破線矢印で示されるように、第1導電部材7の第1外部電極部10を段差17付近を中心にして配線パターン部9に対して折り曲げることにより、図3に示されるように、第1外部電極部10を配線パターン部9に対して垂直に立設させる。
このようにして、セラミック絶縁基板3を製造することができる。
A method for manufacturing the ceramic insulating substrate 3 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, the
Note that the
Next, as shown by a broken line arrow in FIG. 2, the first
In this way, the ceramic insulating substrate 3 can be manufactured.
次に、この実施の形態1に係る半導体装置の作用を説明する。セラミック絶縁基板3の第1導電部材7は、半導体素子5の裏面電極が接合される配線パターン部9と、第1外部電極部10とが一体に形成された構造を有するため、ワイヤボンディングにより配線パターン部9と第1外部電極部10とを接続する必要がなくなる。したがって、ボンディング用のツールの干渉を防止するためのクリアランスの確保が不要となり、小型の半導体装置を実現することができると共に、装置の小型化により部品費が低減され、製造コストを低減することもできる。
また、配線パターン部9と第1外部電極部10とがボンディングワイヤを用いずに直接に接続されているため、電気的なエネルギー損失を低減することができる。
Next, the operation of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. Since the first
Further, since the
また、セラミック絶縁基板3の配線パターン部9と第1外部電極部10とをワイヤボンディングにより接続する工程を省略できるため、この半導体装置の組み立てを容易に行うことができる。
また、セラミック絶縁基板3を用いているため、この装置全体の部品点数を低減することができる。
さらに、第1導電部材7の第1外部電極部10は配線パターン部9よりも厚く形成されて電極として十分な強度を有するため、第1外部電極部10をケース11の上方に引き出して外部の機器を接続して用いることができる。
In addition, since the step of connecting the
Further, since the ceramic insulating substrate 3 is used, the number of parts of the entire apparatus can be reduced.
Furthermore, since the first
実施の形態2.
次に図4を参照して、この発明の実施の形態2に係る半導体装置について説明する。この実施の形態2は、上述の実施の形態1の半導体装置において、ボンディングワイヤ14を用いずに、ケース11内に位置する第2外部電極部12の部分を延長してその延長部分21の先端部21aを半導体素子5上面の対応する電極部に直接に接続したものである。
第2外部電極部12の延長部分21は、半導体素子5との間の応力を緩和するために薄く形成されると共に応力を分散するためにアーチ状に形成されている。また、この延長部分21の先端部21aは、半導体素子5上面の対応する電極部に超音波接合により直接接合されている。
Next, a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, in the semiconductor device of the first embodiment described above, the portion of the second
The
このような構成にすれば、第2外部電極部12と半導体素子5上面の対応する電極部とをワイヤボンディングすることなく接続することができるため、この半導体装置がさらに小型化されると共に電気的なエネルギー損失がより低減され、また、装置の組み立てがより容易になる。
なお、第2外部電極部12の延長部分21の先端部21aと半導体素子5上面の対応する電極部とを超音波接合する代わりに、はんだ付けすることもできる。
With this configuration, the second
In addition, it can also solder, instead of ultrasonically joining the front-end | tip
なお、上述の実施の形態1及び2において、半導体素子5上面にソース(またはエミッタ)電極を設け、半導体素子5の裏面電極としてドレイン(またはコレクタ)電極部を設ける代わりに、半導体素子5の裏面電極としてソース(またはエミッタ)電極を設け、半導体素子5上面にドレイン(またはコレクタ)電極部を設けて第2外部電極部12を接続することにより、第2外部電極部12及び第1導電部材7の第1外部電極部10をそれぞれこの半導体装置のドレイン(またはコレクタ)電極及びソース(またはエミッタ)電極として用いることもできる。
In the first and second embodiments described above, instead of providing the source (or emitter) electrode on the upper surface of the semiconductor element 5 and providing the drain (or collector) electrode portion as the back electrode of the semiconductor element 5, the back surface of the semiconductor element 5. A source (or emitter) electrode is provided as an electrode, a drain (or collector) electrode part is provided on the upper surface of the semiconductor element 5 and the second
また、実施の形態1及び2において、セラミック絶縁基板3の第1導電部材7及び第2導電部材8はそれぞれCuまたはAlから形成することができる。このとき第1及び第2導電部材7及び8の双方をCuまたはAlから形成してもよいし、一方をCuから他方をAlから形成してもよい。
In the first and second embodiments, the first
なお、絶縁板6の下面を第1の主面として第1導電部材7の配線パターン部9を直接接合し、絶縁板6の上面を第2の主面として第2導電部材8を直接接合することにより形成されたセラミック絶縁基板を用いることもできる。
また、絶縁板6は、樹脂から形成することもできる。
The
Moreover, the insulating
1 ベース板、2,4 はんだ、3 セラミック絶縁基板、5 半導体素子、6 絶縁板、7 第1導電部材、8 第2導電部材、9 配線パターン部、10 第1外部電極部、11 ケース、12 第2外部電極部、13 樹脂部材、14,16 ボンディングワイヤ、15 制御端子部、17 段差、21 延長部分、21a 先端部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base board, 2, 4 Solder, 3 Ceramic insulation board | substrate, 5 Semiconductor element, 6 Insulation board, 7 1st electroconductive member, 8 2nd electroconductive member, 9 Wiring pattern part, 10 1st external electrode part, 11 Case, 12 2nd external electrode part, 13 resin member, 14, 16 bonding wire, 15 control terminal part, 17 level | step difference, 21 extension part, 21a front-end | tip part.
Claims (5)
前記絶縁基板は、
平板状の絶縁板と、
前記絶縁板の第1の主面上に直接接合される配線パターン部及び前記配線パターン部よりも厚く形成されると共に前記配線パターン部から延長して外方に引き出される第1外部電極部を有する第1導電部材と、
前記絶縁板の第2の主面上に直接接合される配線パターン部を形成する第2導電部材と
を備えることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device in which a semiconductor element is disposed on a base plate via an insulating substrate,
The insulating substrate is
A flat insulating plate;
A wiring pattern portion that is directly bonded onto the first main surface of the insulating plate, and a first external electrode portion that is formed thicker than the wiring pattern portion and that extends from the wiring pattern portion and is drawn outward. A first conductive member;
A semiconductor device comprising: a second conductive member that forms a wiring pattern portion that is directly bonded onto the second main surface of the insulating plate.
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