JP2015138835A

JP2015138835A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2015138835A
Application number: JP2014008769A
Authority: JP
Inventors: 英太郎三宅; Eitaro Miyake
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150206811A1; CN104795370A

Abstract

【課題】半導体チップおよび半導体チップの周辺部材の破片が外部に向かって噴出することを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体装置は、第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップを備える。絶縁部が半導体チップの側面の外周を取り囲む。金属部が、半導体チップの側面と絶縁部の内側面との間に配置されている。【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体装置に関する。

圧接型半導体装置は、大きな電流をスイッチングするために、内部に半導体チップを有する。半導体チップは、大電流をスイッチングするので、破損したときに高熱を伴って噴出することがある。このような場合、半導体チップだけでなく、圧接型半導体装置を構成する半導体チップの周辺部材も同様に破裂または爆発し、その破片が外部に向かって噴出する場合がある。

特開２００８−０８４９２６号公報特開平８−１８６１３５号公報

半導体チップおよび半導体チップの周辺部材の破片が外部に向かって噴出することを抑制することができる半導体装置を提供する。

本実施形態による半導体装置は、第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップを備える。絶縁部が半導体チップの側面の外周を取り囲む。金属部が、半導体チップの側面と絶縁部の内側面との間に配置されている。

本実施形態による半導体装置１００の構成の一例を示す断面図および斜視図。金属防爆部７０の構成の一例を示す斜視図。金属防爆部７０および絶縁緩衝部８０の構成の一例を示す斜視図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本実施形態による半導体装置１００の構成の一例を示す断面図および斜視図である。半導体装置１００は、特に限定しないが、例えば、変電設備または電車等に用いられる圧接型半導体装置であり、大電流（例えば、２０００Ａ以上）をスイッチングするために用いられる。

半導体装置１００は、半導体チップ１０と、緩衝部２１、２２と、電極部３１、３２と、接続部４１、４２と、封止部５０と、絶縁部６０と、金属防爆部７０と、絶縁緩衝部８０と、絶縁保護部９０とを備えている。

半導体チップ１０は、電流をスイッチングする素子であり、例えば、シリコン基板に形成されたトランジスタ（図示せず）を備えている。半導体チップ１０の上面および裏面は、端子対を成しており、上面側から裏面側へ電流を流しあるいは裏面側から上面側へ電流を流す。例えば、半導体チップ１０の上面は第１の端子面として高電圧が印加される。一方、半導体チップ１０の裏面は第２の端子面として接地電位に維持される。尚、半導体チップ１０のゲートについては省略している。また、接地電位は回路全体の基準（０Ｖ）を指すものではなく、素子の基準電位（ゲート電位の基準）を示す。

半導体チップ１０の上面には、緩衝部２１が設けられている。半導体チップ１０の裏面には、緩衝部２２が設けられている。緩衝部２１、２２は、半導体装置１００の電極部３１、３２を圧接するときに、電極部３1、３２から半導体チップ１０が受ける熱応力を緩和するために設けられている。緩衝部２１、２２は、半導体チップ１０と電極部３１、３２との間を電気的に接続するために、例えば、モリブデン等の導電性金属を用いて形成されている。

緩衝部２１上には、電極部３１が設けられている。緩衝部２２の下には、電極部３２が設けられている。電極部３１は、緩衝部２１を介して半導体チップ１０の上面（第１の端子面）に電気的に接続されている。電極部３２は、緩衝部２２を介して半導体チップ１０の裏面（第２の端子面）に電気的に接続されている。電極部３１、３２は、例えば、銅等の導電性金属を用いて形成されている。

電極部３１の周縁には、接続部４１が設けられている。電極部３２の周縁には、接続部４２が設けられている。接続部４１は、電極部３１と封止部５０または絶縁部６０との間に設けられている。接続部４２は、電極部３２と絶縁部６０との間に設けられている。接続部４１、４２は、電極部３１、３２の表面または裏面を外部に露出させつつ、絶縁部６０で囲まれた半導体チップ１０等の内部構成を密閉するために設けられている。接続部４１、４２は、機械的強度が高くかつ融点の高い導電性金属であることが好ましい。例えば、接続部４１は銅を用いて形成されている。接続部４２は、鉄およびニッケルの合金を用いて形成されている。接続部４２が導電性材料であることにより、金属防爆部７０を電極部３２に電気的に接続することができる。

接続部４１と接続部４２との間には、絶縁部６０が設けられている。絶縁部６０は、半導体チップ１０の側面の外周を取り囲むように設けられている。絶縁部６０は、図１（Ｂ）に示すように、円筒形状を有し、例えば、セラミック等の絶縁材料を用いて形成されている。絶縁部６０は、接続部４１、４２とともに半導体チップ１０等を密閉する。また、絶縁部６０は、接続部４１と接続部４２との間および電極部３１と電極部３２との間を絶縁するために設けられている。

金属防爆部７０は、半導体チップ１０の側面と絶縁部６０の内側面との間に配置されている。金属防爆部７０は、半導体チップ１０の周囲を取り囲んでいる。金属防爆部７０は、半導体チップ１０が破損または破裂したときに、半導体チップ１０の破片または絶縁部６０の破片等が半導体装置１００の外部へ噴出すること（飛び散ること）を抑制する。

金属防爆部７０は、断面においてＬ字形を有しており、接続部４２を介して電極部３２に電気的に接続されている。金属防爆部７０は、Ｌ字型を有することによって機械的強度及び耐熱性において優れ、かつ、接続部４２へ容易に接続され得る。金属防爆部７０は、例えば、銅等の導電性金属を用いて形成されている。金属防爆部７０は、機械的強度に優れているので、半導体チップ１０が破損または破裂したときに破片の噴出を効果的に抑制することができる。金属防爆部７０が電極部３２に電気的に接続されているので、金属防爆部７０は接地電位に維持される。これにより、金属防爆部７０が浮遊電位とならず、金属防爆部７０が半導体チップ１０のノイズの原因となることを抑制することができる。

絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０を被覆するように設けられており、金属防爆部７０と絶縁部６０との間および金属防爆部７０と半導体チップ１０との間に設けられている。絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０と同様に半導体チップ１０の周囲を取り囲むように形成されている。絶縁緩衝部８０は、例えば、シリコーンラバー等のような弾力性のある絶縁材料を用いて形成されている。

もし絶縁緩衝部８０が無い場合、金属防爆部７０は半導体チップ１０の破裂によって変形し、絶縁部６０に衝突する可能性がある。この場合、絶縁部６０が破損し、絶縁部６０の破片が飛び散る可能性がある。これに対し、本実施形態では、金属防爆部７０と絶縁部６０との間および金属防爆部７０と半導体チップ１０との間に絶縁緩衝部８０が設けられている。絶縁緩衝部８０が緩衝材の役目を果たすため、金属防爆部７０は半導体チップ１０の破裂によって変形しても絶縁部６０に直接衝突しない。これにより、絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０が絶縁部６０に直接衝突することを抑制し、絶縁部６０が破損することを抑制することができる。

また、絶縁緩衝部８０は、絶縁材料で形成されている。従って、絶縁緩衝部８０は、電極部３１または緩衝部２１と金属防爆部７０との間の短絡（放電）を抑制することができる。

絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の側面（外縁）および緩衝部２１、２２の側面（外縁）に設けられている。絶縁保護部９０は、例えば、樹脂等の絶縁材料を用いて形成されている。絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の側面および緩衝部２１、２２の側面を保護する。さらに、絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の表面の端子面と裏面の端子面との間の短絡を防止し、かつ、緩衝部２１と緩衝部２２との間の短絡を防止する。

金属防爆部７０および／または絶縁緩衝部８０は、半導体チップ１０だけでなく、絶縁保護部９０の周辺も取り囲んでいる。これにより、半導体チップ１０の熱によって絶縁保護部９０が溶解しても、金属防爆部７０または絶縁緩衝部８０は、溶解した絶縁保護部９０が外部へ噴出する（飛び散る）ことを抑制することができる。

図２は、金属防爆部７０の構成の一例を示す斜視図である。金属防爆部７０は、図２に示すように、円筒形状を有している。金属防爆部７０の上面ＵＳは全体的に開口（解放）されており、金属防爆部７０の底面ＢＳは中心部において部分的に開口されている。金属防爆部７０の底面ＢＳの外周は残置されている。これにより、金属防爆部７０は、図１（Ａ）に示したように、断面において略Ｌ字型を有する。金属防爆部７０は、例えば、銀ロウや銀ペースト等の導電性の接着剤を用いて接続部４２に接着すればよい。

図３は、金属防爆部７０および絶縁緩衝部８０の構成の一例を示す斜視図である。図３に示すように、絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０の円筒の上部を被覆するように設けられている。絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０の円筒の上面、内側面および外側面に沿って形成、もしくは挿入される。従って、絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０と同様に円筒形状を有する。このような絶縁緩衝部８０および金属防爆部７０は、絶縁部６０内に配置され、接続部４２上に接着される。これにより、金属防爆部７０および絶縁緩衝部８０が、半導体チップ１０の外側面と絶縁部６０の内側面との間において半導体チップ１０の周囲を取り囲むように設けられる。

本実施形態によれば、金属防爆部７０は、半導体チップ１０の外側面と絶縁部６０の内側面との間において半導体チップ１０の周囲を取り囲むように形成されている。これにより、半導体チップ１０が破損または破裂したときに、金属防爆部７０は、半導体チップ１０の破片または絶縁部６０の破片等が半導体装置１００の外部へ噴出すること（飛び散ること）を抑制することができる。

もし、金属防爆部７０を設けず、樹脂（例えば、シリコーン樹脂またはテフロン（登録商標）等）から成る防爆部品を半導体装置の内部に配置した場合、樹脂は、金属に比べて機械的強度及び耐熱性に劣るため、破片の噴出を充分に抑制することができない。また、例えば、シリコーン樹脂またはテフロン（登録商標）等の樹脂の融点は、せいぜい約３００度程度であり、半導体チップ（例えば、シリコンチップ）の融点（約１４００度）に比べてかなり低い。従って、樹脂製の防爆部品は、機械的な強度も不十分であり、かつ、高温に対する耐性も不十分である。

これに対し、本実施形態による金属防爆部７０は、金属材料で形成されている。従って、本実施形態による半導体装置１００は、半導体チップ１０の破裂または爆発に対する機械的な強度を十分に得ることができ、かつ、高温に対する耐性も十分に得ることができる。

また、本実施形態によれば、金属防爆部７０は接地電位に維持されている。これにより、金属防爆部７０が浮遊電位とならず、金属防爆部７０が半導体チップ１０のノイズの原因となることを抑制することができる。

さらに、本実施形態において、半導体チップ１０の外側面と絶縁部６０の内側面との間の金属防爆部７０の部分（円筒部）は、絶縁緩衝部８０によって被覆されている。絶縁緩衝部８０は、金属防爆部７０が半導体チップ１０の周辺の部材と電気的に短絡することを抑制することができる。また、金属防爆部７０が半導体チップ１０の周辺の部材と接触することを抑制することができる。

このように、本実施形態による半導体装置１００は、防爆強度および耐熱性能に優れており、半導体チップ１０および半導体チップ１０の周辺部材の破片が外部に向かって噴出することを抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…半導体装置、１０…半導体チップ、２１、２２…緩衝部、３１、３２…電極部、４１、４２…接続部、５０…封止部、６０…絶縁部、７０…金属防爆部、８０…絶縁緩衝部、９０…絶縁保護部

Claims

第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップと、
前記半導体チップの側面の外周を取り囲む絶縁部と、
前記半導体チップの側面と前記絶縁部の内側面との間に配置された金属部とを備えた半導体装置。
前記金属部と前記絶縁部との間および前記金属部と前記半導体チップとの間に設けられ、前記金属部を被覆する絶縁緩衝部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記半導体チップの前記第１の端子面に接続された第１の電極部と、
前記半導体チップの前記第２の端子面に接続された第２の電極部とをさらに備え、
前記金属部は、前記第２の電極部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
前記第２の電極部は接地電位に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記金属部は、前記半導体チップの周囲を取り囲んでいることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記金属部および前記絶縁緩衝部は、前記半導体チップの周囲を取り囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
前記半導体チップの外縁に設けられ、前記半導体チップの前記第１の端子面と前記第２の端子面との間を絶縁する絶縁保護部をさらに備え、
前記金属部は、前記半導体チップおよび前記絶縁保護部を取り囲んでいることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記半導体チップの外縁に設けられ、前記半導体チップの前記第１の端子面と前記第２の端子面との間を絶縁する絶縁保護部をさらに備え、
前記金属部および前記絶縁緩衝部は、前記半導体チップおよび前記絶縁保護部を取り囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。