JP2012038870A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合に過電流を遮断しやすくすることができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】パワートランジスタが形成された半導体チップ１０と、コレクタ端子２２と、コレクタ端子２２と半導体チップ１０のコレクタ電極１２とを電気的に接続する層間接続部３０及び導体パターン４０と、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面とコレクタ端子２２との対向領域において、層間接続部３０及び導体パターン４０を被覆するとともに、この形成面とコレクタ端子２２のそれぞれに接触して設けられるものであり、熱膨張係数が層間接続部３０及び導体パターン４０よりも大きい材料によって構成された樹脂フィルム５１〜５３を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワートランジスタが設けられた半導体チップと、半導体チップに接続される小電流用配線部、及び小電流用配線部よりも流れる電流が大きい大電流用配線部とを備える半導体装置に関するものである。
従来、特許文献１に開示されるように、異常時に半導体チップに流れる過電流を遮断する半導体装置があった。
この半導体装置は、第一のリードフレーム上に搭載した半導体チップと、半導体チップ及び半導体チップに接続したボンディングワイヤの一部を覆う第一モールド樹脂部と、第一モールド樹脂部及びボンディングワイヤの第一モールド樹脂部に覆われていない部分を覆うものであり、第一モールド樹脂部とは熱膨張係数を異ならせた第二モールド樹脂部とを有する。また、第一モールド樹脂部と第二モールド樹脂部は、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した時に熱膨張係数の差が最大になるように、熱膨張係数が選定されている。これにより、過電流によって半導体チップが発熱した時には、第一モールド樹脂部と第二モールド樹脂部の境界面におけるボンディングワイヤにせん断応力が働く。このせん断応力によって、ボンディングワイヤの電流容量を低下させることにより溶断させて過電流を遮断する。
特開平８−７８６１１号公報
上記半導体装置においては、第一モールド樹脂部は半導体チップを直接覆っているのに対して、第二モールド樹脂部は第一モールド樹脂部を介して半導体チップを覆っている。このように、第二モールド樹脂部は第一モールド樹脂部を介して半導体チップを覆っているため、半導体チップから発せられた熱は、第二モールド樹脂部には伝わりにくい。
従って、ボンディングワイヤにおける第一モールド樹脂部と第二モールド樹脂部の界面にある部位には、第一モールド樹脂部の膨張による圧縮応力しか加わらず、期待するせん断応力は発生しにくい。よって、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合であっても、ボンディングワイヤは破断しない可能性がある。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体チップを内蔵した半導体装置において、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合に過電流を遮断しやすくすることができることを目的とする。
上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体装置は、
パワートランジスタと、パワートランジスタにおいて小電流が流れる小電流用電極よりも大電流が流れる大電流用電極とが形成された半導体チップと、
半導体チップと外部装置とを電気的に接続するものであり、大電流用電極に対向配置されて、大電流用電極に電気的に接続された大電流用端子部と、
大電流用電極と大電流用端子部とを電気的に接続する大電流用配線部と、
半導体チップにおける大電流用電極の形成面と大電流用端子部との対向領域において、大電流用配線部を被覆するとともに、形成面と大電流用端子部のそれぞれに接触して設けられるものであり、熱膨張係数が大電流用配線部よりも大きい材料によって構成された第一樹脂部と、
半導体チップ、大電流用端子部の一部、第一樹脂部を被覆するものであり、熱膨張係数が第一樹脂部を構成する材料よりも小さい材料によって構成された第二樹脂部と、
を備えることを特徴とするものである。
このようにすることによって、第一樹脂部は、半導体チップが発熱すると、半導体チップからの熱によって加熱されて膨張する。これに対して、大電流用配線部は、熱膨張係数が第一樹脂部を構成する材料よりも小さいため、半導体チップが発熱しても膨張しにくい。よって、第一樹脂部が膨張することで、大電流用電極と大電流用端子部とが押し広げられ、大電流用配線部と大電流用電極との接続部位、大電流用配線部と大電流用端子部との接続部位の少なくとも一方が破断（切断）する。したがって、半導体チップを内蔵した半導体装置において、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合に過電流を遮断しやすくすることができる。また、このようにすることによって、過電流検出回路と電流遮断回路が不要となり、低コスト化と小型化が図れる。
また、請求項２に示すように、第一樹脂部は、複数の樹脂フィルが積層されてなるものであり、大電流用配線部は、各樹脂フィルムのビアホールに形成された複数の層間接続部が形成面に対して垂直方向に直線的に設けられるようにしてもよい。
樹脂フィルの積層方向に直交する方向に設けられた導体パターンで層間接続部間を接続することによって、層間接続部を直線的に設けないようにすることもできる。ところが、このようにすると、第一樹脂部の膨張によって大電流用配線部における導体パターンが撓み、大電流用配線部と大電流用電極との接続部位、大電流用配線部と大電流用端子部との接続部位が破断しにくくなる可能性がある。しかしながら、請求項２に示すように、複数の層間接続部を直線的に設けることによって、第一樹脂部の膨張によって大電流用配線部が変形することを抑制することができるので、大電流用配線部と大電流用電極との接続部位、大電流用配線部と大電流用端子部との接続部位、及び層間接続部間の接続部位で破断しやすくすることができる。
さらに、請求項２のようにすることによって、第一樹脂部が膨張した際に、万が一、大電流用配線部と大電流用電極との接続部位、大電流用配線部と大電流用端子部との接続部位が破断しなかった場合であっても、層間接続部間の接続部位で破断する可能性がある。よって、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合に、過電流をより一層遮断しやすくすることができる。
ただし、複数の層間接続部を直線的に設ける場合は、請求項３に示すように、各層間接続部は、樹脂フィルムに設けられた導体パターンを介して接続されるようにしてもよい。或いは、請求項４に示すように、複数の層間接続部は、層間接続部が直接接続されるようにしてもよい。
また、請求項５に示すように、樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルムを採用するようにしてもよい。
このようにすることによって、例えば、加圧・加熱工程によって、大電流用配線部を被覆する第一樹脂部を一括で製造することができる。
また、上記目的を達成するために請求項６に記載の半導体装置は、
パワートランジスタと、パワートランジスタにおいて小電流が流れる小電流用電極よりも大電流が流れる大電流用電極とが形成された半導体チップと、
半導体チップと外部装置とを電気的に接続するものであり、大電流用電極に対向配置されて、大電流用電極に電気的に接続された大電流用端子部と、
大電流用電極と前記大電流用端子部とを電気的に接続するものであり、半導体チップにおける大電流用電極の形成面と大電流用端子部との対向領域において、樹脂フィルムに形成された導体パターン及び各樹脂フィルムのビアホールに形成された層間接続部とを含む大電流用配線部と、
導体パターンの一部を挟んで対向配置される複数の金属部材からなり、少なくとも一つの金属部材における導体パターンに対向する先端部が鋭角に形成された切断部材と、
切断部材の少なくとも一部と導体パターンにおける切断部材によって挟まれた部位とを一体的に被覆するものであり、負の熱膨張係数を有する材料によって構成された第三樹脂部と、
半導体チップ、大電流用端子部の一部、大電流用配線部、第三樹脂部を被覆する第二樹脂部と、
を備えることを特徴とするものである。
このようにすることによって、第三樹脂部は、半導体チップが発熱すると、半導体チップからの熱によって加熱されて収縮する。そして、この第三樹脂部の収縮によって、導体パターンを挟んでいる金属部材同士（切断部材）が近づき、導体パターンにおける切断部材で挟まれた部位を破断（切断）する。したがって、半導体チップを内蔵した半導体装置において、異常時の過電流によって半導体チップが発熱した場合に確実に過電流を遮断することができる。また、このようにすることによって、過電流検出回路と電流遮断回路が不要となり、低コスト化と小型化が図れる。
また、請求項７に示すように、第三樹脂部は、導体パターンにおける切断部材によって挟まれた部位と、切断部材の全体とを一体的に被覆するようにしてもよい。
このようにすることによって、切断部材の移動量が増えるので、導体パターンにおける切断部材で挟まれた部位を破断しやすくすることができる。
また、切断部材として、請求項８に示すように、切断される導体パターンと同一層に設けられた導体パターンを用いることができる。
また、請求項９に示すように、導体パターンにおける切断部材で挟まれた部位の幅は、導体パターンにおけるその他の部位の幅よりも細くしてもよい。
このようにすることによって、切断用の導体パターンで破断しやすくなるので好ましい。
また、切断部材は、請求項１０に示すように、切断部材によって挟まれる導体パターンと隣り合う樹脂フィルムに設けられるようにしてもよい。
なお、請求項１１に記載の半導体装置における作用、効果に関しては、上述の請求項９に記載の半導体装置におけるものと同様であるため説明は省略する。
また、請求項１２に示すように、樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルムを採用するようにしてもよい。
このようにすることによって、例えば、加圧・加熱工程によって、大電流用配線部を一括で製造することができる。
本発明の実施の形態における半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の半導体チップと第２パワー端子間の配線部の拡大平面図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。 破断が生じた場合の半導体チップと第２パワー端子間の配線部の拡大断面図である。 変形例１における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例２における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例２における半導体装置の半導体チップと第２パワー端子間の配線部の拡大平面図である。 変形例３における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例３における半導体装置の切断用パターン部分の拡大断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
図１，２などに示すように、本実施の形態における半導体装置１００は、半導体チップ１０を内蔵する基本的な構成要素として、本発明の第二樹脂部に相当するモールド樹脂６０、モールド樹脂６０の内部に埋設、すなわち内蔵された半導体チップ１０、本発明の第一樹脂部に相当する樹脂フィルム５１〜５３、本発明の大電流用配線部に相当する層間接続部３０と導体パターン４０、及び複数の端子２１〜２３を備える。
まず、半導体チップ１０について説明する。半導体チップ１０は、シリコンなどからなる例えば直方体の半導体基板に複数のトランジスタ構造部が形成されている。つまり、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど、例えばモータ等の負荷の電力制御に用いられるパワートランジスタ素子が構成されたＩＣチップ（ベアチップ）である。なお、本実施の形態においては、このパワートランジスタ素子としてＩＧＢＴを採用する。また、半導体チップ１０は、このパワートランジスタ素子を除く素子、例えばダイオード、抵抗、コンデンサ、ＣＭＯＳ、バイポーラトランジスタなどの素子が集積されてなる信号処理回路部（大規模集積回路）が設けられているものを採用することもできる。
図２に示すように、この半導体チップ１０は、一方の表面にエミッタ電極１１（大電流用電極）及びゲート電極１３（小電流用電極）が形成され、他方の表面にコレクタ電極１２（大電流用電極）が形成されている。つまり、大電流用電極の一つであるエミッタ電極１１と小電流用電極であるゲート電極１３は、半導体チップ１０の同一面に形成されている。そして、大電流用電極であるコレクタ電極１２は、半導体チップ１０における、エミッタ電極１１とゲート電極１３の形成面の反対面に形成されている。この大電流用電極であるエミッタ電極１１及びコレクタ電極１２には、小電流用電極であるゲート電極１３よりも大電流が流れる。なお、半導体チップ１０に設けられる各電極（１１〜１３）は、例えば、Ｎｉ系材料などによって構成されている。
これらの電極１１，１２には、後ほど説明する層間接続部３０がそれぞれ接続される。そして、Ｎｉ系材料からなる電極１１，１２と、後述するようにＡｇ−Ｓｎ合金からなる層間接続部３０との界面には、ＳｎとＮｉとが相互に拡散してなる金属拡散層（Ｎｉ−Ｓｎ合金層）が形成される。これにより、電極１１，１２と層間接続部３０との接続信頼性が向上されている。なお、ゲート電極１３には、ボンディングワイヤ２３１が接続される。
次に、複数の端子２１〜２３について説明する。端子２１〜２３は、半導体チップ１０と外部装置とを電気的に接続するものである。また、端子２１〜２３は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、又は、これら金属の少なくとも１種類を含む合金からなる平板上の金属片（金属プレート）である。ここでは、端子２１〜２３として、Ｃｕからなる金属片を採用する。
端子２１は、本発明の大電流用端子部に相当するものであり、半導体チップ１０のエミッタ電極１１（大電流用電極）に電気的に接続されたエミッタ用端子である。端子２２は、本発明の大電流用端子部に相当するものであり、半導体チップ１０のコレクタ電極１２（大電流用電極）に電気的に接続されたコレクタ用端子である。端子２３は、半導体チップ１０のゲート電極１３（小電流用電極）に電気的に接続されたゲート用端子（すなわち小電流用端子部）である。
エミッタ端子２１は、エミッタ電極１１に対向配置されて、導電性の接着剤などを介してエミッタ電極１１に電気的に接続される。より具体的には、エミッタ端子２１は、半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面に対向配置される。つまり、エミッタ端子２１は、半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面と対向する平坦面を有している。換言すると、エミッタ端子２１と半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面とは、対向して（すなわち、互いに向かい合って）、平行な位置関係を維持してモールド樹脂６０に固定されている。そして、エミッタ端子２１は、一部がモールド樹脂６０内に埋設され、他の部位がモールド樹脂６０の外部に露出している。従って、エミッタ端子２１は、モールド樹脂６０内に埋設されている部位が半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面に対向して配置される。
コレクタ端子２２は、コレクタ電極１２に対向配置されて、本発明の大電流用配線部に相当する層間接続部３０と導体パターン４０を介してコレクタ電極１２に電気的に接続される。より具体的には、コレクタ端子２２は、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対向配置される。つまり、コレクタ端子２２は、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面と対向する平坦面を有している。換言すると、コレクタ端子２２と半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面とは、対向して（すなわち、互いに向かい合って）、平行な位置関係を維持してモールド樹脂６０に固定されている。そして、コレクタ端子２２は、一部がモールド樹脂６０内に埋設され、他の部位がモールド樹脂６０の外部に露出している。従って、コレクタ端子２２は、モールド樹脂６０内に埋設されている部位が半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対向して配置される。
また、図２〜４に示すように、コレクタ端子２２とコレクタ電極１２と電気的に接続する大電流用配線部は、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に垂直な方向に積層された複数の層間接続部３０（ここでは３層）と複数の導体パターン４０（ここでは３層）からなる柱状部材を複数個（ここでは６個）含むものである。つまり、大電流用配線部は、各樹脂フィルム５１〜５３のビアホールに形成された複数の層間接続部３０と複数の導体パターン４０が半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対して垂直方向に直線的に設けられる。この層間接続部３０と導体パターン４０とは、半導体チップ１０（形成面）とコレクタ端子２２との対向領域に設けられる。なお、図３は、層間接続部３０及び導体パターン４０を覆っている樹脂フィルム５１における、半導体チップ１０との接触面を示す平面図である。また、図４は、樹脂フィルム５１〜５３、及びこの樹脂フィルム５１〜５３で封止された層間接続部３０及び導体パターン４０部分の拡大断面図である（図３のIV−IV線に沿う断面図である）。
導体パターン４０は、各樹脂フィルム５１〜５３の表面において、導体箔（例えば、銅銅（Ｃｕ）箔）をパターニングしてなるものである。層間接続部３０は、各樹脂フィルム５１〜５３において、厚み方向（積層方向）に沿って設けられたビアホール（貫通孔）に導電性ペーストが充填され、この導電性ペースト中の導電性粒子を加圧・加熱により焼結してなるものである。よって、Ｃｕからなる導体パターン４０とＡｇ−Ｓｎ合金からなる層間接続部３０との界面には、ＣｕとＳｎとが相互に拡散してなる金属拡散層（Ｃｕ−Ｓｎ合金層）が形成され、これにより、導体パターン４０と層間接続部３０との接続信頼性が向上されている。
なお、ここでは、層間接続部３０間には、導体パターン４０が設けられている例を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。複数の層間接続部３０は、層間接続部３０が直接接続されるようにしてもよい。また、層間接続部３０の積層数、導体パターン４０の積層数、柱状部材の個数は、上述の数に限定されるものではない。
このように、層間接続部３０及び導体パターン４０は、本発明の第一樹脂部に相当するものであり、互いに接着して一体的に形成された樹脂フィルム５１〜５３によって被覆、すなわち封止されている。また、樹脂フィルム５１〜５３は、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルムを採用するようにしてもよい。このように熱可塑性樹脂フィルムを採用することによって、例えば、加圧・加熱工程によって、層間接続部３０及び導体パターン４０を被覆した第一樹脂部を一括で製造することができる。つまり、樹脂フィルム５１〜５３で被覆された層間接続部３０及び導体パターン４０部分を製造（成型）する際には、ＰＡＬＡＰとして知られる一括熱プレスにて製造することができる。従って、この部分の製造方法は、特に断りのない限り、本出願人がこれまで出願してきたＰＡＬＡＰに関する構成を適宜採用することができる。ＰＡＬＡＰは株式会社デンソーの登録商標である。
また、樹脂フィルム５１〜５３は、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面と、このコレクタ電極１２に電気的に接続されるコレクタ端子２２との対向領域において、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面とコレクタ端子２２のそれぞれに接触して設けられる。そして、樹脂フィルム５１〜５３は、機械的に接続された層間接続部３０と導体パターン４０（すなわち、大電流用配線部）よりも熱膨張係数（正の熱膨張係数）が大きい材料によって構成されている。また、この図３に示すように、樹脂フィルム５１は、矩形形状を有するものである。他の樹脂フィルム５２，５３も同様に矩形形状を有する。よって、第一樹脂部（樹脂フィルム５１〜５３）は、層間接続部３０と導体パターン４０を一体的に被覆しつつ、半導体チップ１０及びコレクタ端子２２と面接触している。つまり、第一樹脂部（樹脂フィルム５１〜５３）は、本実施の形態のように、複数の柱状部材が設けられている場合は、この複数の柱状部材を一体的に被覆するものである。
なお、ここでは、層間接続部３０と導体パターン４０とを被覆する第一樹脂部として、樹脂フィルム５１〜５３を採用しているが本発明はこれに限定されるものではない。第一樹脂部としては、熱膨張係数が層間接続部３０と導体パターン４０及びモールド樹脂６０よりも大きい樹脂材料であれば採用することができる。また、第一樹脂部（樹脂フィルム５１〜５３）は、半導体チップ１０（形成面）とコレクタ端子２２との対向しない領域まで延設されるようにしてもよいし、半導体チップ１０（形成面）とコレクタ端子２２とが対向している領域の全域に設けなくてもよい。
このように、大電流用電極は、エミッタ電極１１，コレクタ電極１２を含むものである。また、大電流用端子部は、エミッタ端子２１、コレクタ端子２２を含むものである。また、大電流用配線部は、コレクタ端子２２とコレクタ電極１２とを電気的に接続する層間接続部３０と導体パターン４０とを含むものである。
なお、本実施の形態においては、コレクタ端子２２とコレクタ電極１２のみを層間接続部３０と導体パターン４０とで電気的に接続する例を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。エミッタ端子２１とエミッタ電極１１のみを層間接続部３０と導体パターン４０とで電気的に接続するようにしてもよいし、エミッタ端子２１とエミッタ電極１１、及びコレクタ端子２２とコレクタ電極１２を層間接続部３０と導体パターン４０とで電気的に接続するようにしてもよい。
また、エミッタ端子２１とエミッタ電極１１のみを層間接続部３０と導体パターン４０とで電気的に接続する場合、後ほど説明する樹脂フィルム５１〜５３は、半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面とエミッタ端子２１との対向領域に設ける。
また、エミッタ端子２１とエミッタ電極１１、及びコレクタ端子２２とコレクタ電極１２を層間接続部３０と導体パターン４０とで電気的に接続する場合、後ほど説明する樹脂フィルム５１〜５３は、半導体チップ１０におけるエミッタ電極１１の形成面とエミッタ端子２１との対向領域、及びコレクタ電極１２の形成面とコレクタ端子２２との対向領域に設ける。
モールド樹脂６０は、半導体チップ１０、エミッタ端子２１及びコレクタ端子２２の一部、樹脂フィルム５１〜５３、ボンディングワイヤ２３１、ゲート端子２３を被覆するものであり、熱膨張係数（正の熱膨張係数）が樹脂フィルム５１〜５３を構成する材料よりも小さい材料によって構成されている。なお、通常、モールド樹脂に使われる樹脂は，導体層である銅と熱膨張係数を合わせるためにエポキシ材にシリカフィラーを混合することによって、例えば１６ｐｐｍ程度に調整されている。これに対して、エポキシ単体の材料の熱膨張係数は、５０〜７０ｐｐｍほどである。したがって、フィラーの混合比を調整することで、自在に熱膨張係数を調整できる。よって、モールド樹脂６０の熱膨張係数（例えば、１６ｐｐｍ程度）に対して、樹脂フィルム５１〜５３の熱膨張係数（例えば、５０〜７０ｐｐｍ程度）を大きくすることができる。
なお、本実施の形態における半導体装置１００は、周知のモールド成型によって製造することができる。
このように半導体装置１００においては、樹脂フィルム５１〜５３は、半導体チップ１０が発熱すると、半導体チップ１０からの熱によって加熱されて膨張する。これに対して、大電流用配線部である層間接続部３０及び導体パターン４０は、熱膨張係数が樹脂フィルム５１〜５３を構成する材料よりも小さいため、半導体チップ１０が発熱しても膨張しにくい。
図５に示すように、樹脂フィルム５１〜５３が膨張することで、コレクタ電極１２とコレクタ端子２２とが矢印方向に押し広げられる。具体的には、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対して垂直方向に押し広げられる。このとき、層間接続部３０は、積層方向に引っ張られる。これによって、図５に示すように、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ電極１２との接続部位、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ端子２２との接続部位、層間接続部３０間の接続部位の少なくとも一つに間隙Ｓができ破断する。
したがって、半導体チップ１０を内蔵した半導体装置１００において、異常時の過電流によって半導体チップ１０が発熱した場合に過電流を遮断しやすくすることができる。また、このようにすることによって、過電流検出回路と電流遮断回路が不要となり、低コスト化と小型化が図れる。
また、上述のように、複数の層間接続部３０と複数の導体パターン４０とを、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対して垂直方向に直線的に設けることによって、接続部位で破断しやすくすることができる。例えば、樹脂フィルム５１〜５３の積層方向に直交する方向に設けられた導体パターン４０で層間接続部３０間を接続することによって、層間接続部３０を直線的に設けないようにすることもできる。ところが、このようにすると、樹脂フィルム５１〜５３の膨張によって大電流用配線部における導体パターン４０が撓み、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ電極１２との接続部位、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ端子２２との接続部位、層間接続部３０間の接続部位が破断しにくくなる可能性がある。しかしながら、上述のように、複数の層間接続部３０を直線的に設けることによって、樹脂フィルム５１〜５３の膨張によって導体パターン４０が変形することを抑制することができるので、上記接続部位で破断しやすくすることができる。なお、層間接続部３０及び導体パターン４０は、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に対して垂直方向に接続されているため、樹脂フィルム５１〜５３が膨張した場合に、接続されている方向へ引っ張られて破断する。
なお、コレクタ電極１２とコレクタ端子２２とは、一層の層間接続部３０で（すなわち、層間接続部３０を積層させずに）接続することもできる。しかし、この場合、万が一、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ電極１２との接続部位、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ端子２２との接続部位が破断しなかった場合、過電流を遮断することができなくなる。これに対して、上述のように積層した層間接続部３０によって、コレクタ電極１２とコレクタ端子２２とを電気的に接続することによって、万が一、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ電極１２との接続部位、層間接続部３０（大電流用配線部）とコレクタ端子２２との接続部位が破断しなかった場合であっても、層間接続部３０間の接続部位で破断する可能性がある。よって、異常時の過電流によって半導体チップ１０が発熱した場合に、過電流をより一層遮断しやすくすることができる。
（変形例１）
なお、上述の実施の形態においては、本発明の第二樹脂部として、モールド樹脂６０を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。変形例１の半導体装置１１０においては、図６に示すように、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルム７０１〜７０１１を採用するようにしてもよい。なお、電極１１〜１３に関しては、上述の実施の形態における半導体装置１００と同じであるが、図６での図示を省略している。
このように熱可塑性樹脂フィルム７０１〜７０１１を採用することによって、例えば、加圧・加熱工程によって、半導体装置１１０を一括で製造することができる。つまり、半導体装置１１０を製造（成型）する際には、ＰＡＬＡＰとして知られる一括熱プレスにて製造することができる。従って、半導体装置１１０の製造方法は、特に断りのない限り、本出願人がこれまで出願してきたＰＡＬＡＰに関する構成を適宜採用することができる。ＰＡＬＡＰは株式会社デンソーの登録商標である。なお、この場合、半導体チップ１０のゲート電極１３とゲート端子２３とは、層間接続部２３２で電気的に接続することができる。
（変形例２）
なお、上述の実施の形態においては、同一層に形成された導体パターン４０同士が分離された構成、すなわち、各導体パターン４０の片面には一つの層間接続部３０が接続される構成を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。図７，８に示すように、変形例２の半導体装置１２０においては、各導体パターン４０に複数の層間接続部３０が接続されるようにしてもよい。つまり、同じ樹脂フィルムに設けられる層間接続部３０は、導体パターン４０によって電気的に接続されるようにしてもよい。なお、この変形例２においても、本発明の第二樹脂部として、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルム７０１〜７０１１を採用するようにしてもよい。なお、図７は、上述の実施の形態における図２に相当するものであり、図８は、上述の実施の形態における図３に相当するものである。ただし、電極１１〜１３に関しては、上述の実施の形態における半導体装置１００と同じであるが、図７での図示を省略している。
（変形例３）
なお、上述の実施の形態においては、第一樹脂部（樹脂フィルム５１〜５３）の膨張によって、大電流用配線部を破断させる例を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。変形例３の半導体装置１３０においては、第三樹脂部（樹脂部材５４）の収縮によって、大電流用配線部を破断させるものである。なお、上述の実施の形態における半導体装置１００と、変形例３における半導体装置１３０とは、基本的な構成は略同じである。よって、同じ構成に関しては、図面において同じ符号を付与して説明を省略する。ただし、電極１１〜１３に関しては、上述の実施の形態における半導体装置１００と同じであるが、図９での図示も省略している。そして、ここでは、異なる点を中心に説明する。
変形例３においても、コレクタ電極１２とコレクタ端子２２とを電気的に接続するものであり（本発明における大電流用配線部に相当するもの）、半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面とコレクタ端子２２との対向領域において、樹脂フィルム５１〜５３に形成された導体パターン４１，４２及び各樹脂フィルム５１〜５３のビアホールに形成された層間接続部３０とを備える。ただし、樹脂フィルム５１〜５３を構成する材料の熱膨張係数は、上述の実施の形態のように、モールド樹脂６０を構成材料の熱膨張係数と同等であってもよい。
また、変形例３における大電流用配線部は、図９における導体パターン４２の一部である被切断部４３（本発明における切断部材４４で挟まれた部位に相当する）が切断させると、コレクタ電極１２とコレクタ端子２２との電気的な接続が遮断されるものである。この被切断部４３は、好ましくは、図１０に示すように、導体パターン４２におけるその他の部位の幅（導体パターン４１，４２の積層方向に直交する方向の幅）よりも細くするとよい。このようにすることによって、後ほど説明する切断部材４４（切断用パターン）で破断しやすくなるので好ましい。
図１０に示すように、半導体装置１３０は、導体パターン４２の一部（被切断部４３）を挟んで対向配置される複数（一対）の金属部材からなり、少なくとも一つの金属部材における導体パターン４２に対向する先端部が鋭角に形成された切断部材４４を備える。換言すると、切断部材４４における一対の金属部材のうちの少なくとも一つは、導体パターン４２に対向する先端部が尖っている。なお、ここでは、この切断部材４４として、切断される導体パターン４２と同一層に設けられた導体パターン（切断用パターン）を用いる。
さらに、半導体装置１３０は、切断部材４４の少なくとも一部と導体パターン４２における切断部材によって挟まれた部位（被切断部４３）とを一体的に被覆するものであり、負の熱膨張係数を有する材料（例えば、特公平２−１４３６５号、に示される含フッ素ポリイミドなど）によって構成された樹脂部材５４（第三樹脂部）を備える。
このようにすることによって、樹脂部材５４は、半導体チップ１０が発熱すると、半導体チップ１０からの熱によって加熱されて収縮する。そして、この樹脂部材５４の収縮によって、図１０に示すように、導体パターン４２を挟んでいる金属部材同士（切断部材４４）が矢印方向に近づき、導体パターン４２における切断部材４４で挟まれた部位（被切断部４３）を破断（切断）する。したがって、半導体チップ１０を内蔵した半導体装置１３０において、異常時の過電流によって半導体チップ１０が発熱した場合に確実に過電流を遮断することができる。また、このようにすることによって、過電流検出回路と電流遮断回路が不要となり、低コスト化と小型化が図れる。
なお、樹脂部材５４は、導体パターン４２における切断部材によって挟まれた部位（被切断部４３）と、切断部材４４の全体とを一体的に被覆するようにしてもよい。このようにすることによって、切断部材４４の移動量が増えるので、被切断部４３を破断（切断）しやすくすることができる。
また、切断部材４４は、切断部材４４によって挟まれる導体パターン４２と隣り合う樹脂フィルム５２，５３に設けられるようにしてもよい。つまり、上述の例では、導体パターン４２を導体パターン４１，４２の積層方向に直交する方向から破断（切断）するようにしていたのに対して、導体パターン４２を上下（導体パターン４１，４２の積層方向に沿う方向）から破断するようにしてもよい。
また、このように、導体パターン４２と隣り合う樹脂フィルム５２，５３に切断部材４４を設ける場合、被切断部４３の厚み（導体パターン４１，４２の積層方向に沿う方向の厚み）は、導体パターン４２におけるその他の部位の厚みよりも薄くするとよい。このようにすることによって、切断部材４４（切断用パターン）で破断（切断）しやすくなるので好ましい。
なお、この変形例３においても、本発明の第二樹脂部として、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルム７０１〜７０１１を採用するようにしてもよい。なお、図９は、上述の実施の形態における図２に相当するものである。図１０は、導体パターン４２を半導体チップ１０におけるコレクタ電極１２の形成面に平行な面で切断したときの切断部材４４部分の拡大断面図である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
１０ 半導体チップ、１１ エミッタ電極、１２ コレクタ電極、１３ ゲート電極、２１ エミッタ端子、２２ コレクタ端子、２３ ゲート端子、２３１ ボンディングワイヤ、２３２ 層間接続部、３０ 層間接続部、４０〜４２ 導体パターン、４３ 被切断部、４４ 切断部材、５１〜５３ 樹脂フィルム、５４ 樹脂部材、６０ モールド樹脂、７０１〜７０１１ 熱可塑性樹脂フィルム、１００，１１０，１２０，１３０ 半導体装置

Claims (12)

  1. パワートランジスタと、前記パワートランジスタにおいて小電流が流れる小電流用電極よりも大電流が流れる大電流用電極とが形成された半導体チップと、
    前記半導体チップと外部装置とを電気的に接続するものであり、前記大電流用電極に対向配置されて、当該大電流用電極に電気的に接続された大電流用端子部と、
    前記大電流用電極と前記大電流用端子部とを電気的に接続する大電流用配線部と、
    前記半導体チップにおける前記大電流用電極の形成面と前記大電流用端子部との対向領域において、前記大電流用配線部を被覆するとともに、当該形成面と当該大電流用端子部のそれぞれに接触して設けられるものであり、熱膨張係数が当該大電流用配線部よりも大きい材料によって構成された第一樹脂部と、
    前記半導体チップ、前記大電流用端子部の一部、前記第一樹脂部を被覆するものであり、熱膨張係数が前記第一樹脂部を構成する材料よりも小さい材料によって構成された第二樹脂部と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第一樹脂部は、複数の樹脂フィルが積層されてなるものであり、
    前記大電流用配線部は、各樹脂フィルムのビアホールに形成された複数の層間接続部が前記形成面に対して垂直方向に直線的に設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 各層間接続部は、前記樹脂フィルムに設けられた導体パターンを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 複数の前記層間接続部は、当該層間接続部が直接接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  5. 前記樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. パワートランジスタと、前記パワートランジスタにおいて小電流が流れる小電流用電極よりも大電流が流れる大電流用電極とが形成された半導体チップと、
    前記半導体チップと外部装置とを電気的に接続するものであり、前記大電流用電極に対向配置されて、当該大電流用電極に電気的に接続された大電流用端子部と、
    前記大電流用電極と前記大電流用端子部とを電気的に接続するものであり、前記半導体チップにおける前記大電流用電極の形成面と前記大電流用端子部との対向領域において、樹脂フィルムに形成された導体パターン及び各樹脂フィルムのビアホールに形成された層間接続部とを含む大電流用配線部と、
    前記導体パターンの一部を挟んで対向配置される複数の金属部材からなり、少なくとも一つの前記金属部材における前記導体パターンに対向する先端部が鋭角に形成された切断部材と、
    前記切断部材の少なくとも一部と前記導体パターンにおける当該切断部材によって挟まれた部位とを一体的に被覆するものであり、負の熱膨張係数を有する材料によって構成された第三樹脂部と、
    前記半導体チップ、前記大電流用端子部の一部、前記大電流用配線部、前記第三樹脂部を被覆する第二樹脂部と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記第三樹脂部は、前記導体パターンにおける当該切断部材によって挟まれた部位と、前記切断部材の全体とを一体的に被覆することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記切断部材は、当該切断部材によって挟まれる前記導体パターンと同一層に設けられた導体パターンであることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
  9. 前記導体パターンにおける前記切断部材で挟まれた部位の幅は、当該導体パターンにおけるその他の部位の幅よりも細いことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  10. 前記切断部材は、当該切断部材によって挟まれる前記導体パターンと隣り合う樹脂フィルムに設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
  11. 前記導体パターンにおける前記切断部材で挟まれた部位の厚みは、当該導体パターンにおけるその他の部位の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂を含む複数の熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
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