JP2017011028A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いにヤング率の異なる材料を用いて形成された第1半導体チップ及び第2半導体チップが放熱部材の同じ一面上に配置され、封止樹脂体により封止されてなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a first semiconductor chip and a second semiconductor chip formed using materials having different Young's moduli are arranged on the same surface of a heat dissipation member and sealed with a sealing resin body.
たとえば特許文献1には、互いにヤング率の異なる材料を用いて形成された第1半導体チップ及び第2半導体チップが、放熱部材の同じ一面上に配置されてなる半導体装置が開示されている。この半導体装置では、Siよりなる第1半導体チップと、SiCよりなる第2半導体チップとが、放熱部材の同じ一面上に配置されている。 For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which a first semiconductor chip and a second semiconductor chip formed using materials having different Young's moduli are arranged on the same surface of a heat dissipation member. In this semiconductor device, the first semiconductor chip made of Si and the second semiconductor chip made of SiC are arranged on the same surface of the heat dissipation member.
上記したような半導体装置は、通常、封止樹脂体をさらに備えている。そして、封止樹脂体により、第1半導体チップ、第2半導体チップ、及び放熱部材の少なくとも一面が、一体的に封止されている。 The semiconductor device as described above usually further includes a sealing resin body. Then, at least one surface of the first semiconductor chip, the second semiconductor chip, and the heat dissipation member is integrally sealed with the sealing resin body.
第2半導体チップは、第1半導体チップよりもヤング率の大きい材料を用いて形成されており、第1半導体チップよりも変形しにくい(硬い)。このため、樹脂封止された半導体装置では、使用環境の温度変化などにより、第2半導体チップ周辺で樹脂剥離が生じやすい。第1半導体チップ及び第2半導体チップは放熱部材の同じ一面上に配置されているため、第2半導体チップ周辺で生じた樹脂剥離が、封止樹脂体と放熱部材の一面との界面を通じて、第1半導体チップ側まで進展する虞がある。すなわち、放熱部材に対する第1半導体チップの接続信頼性が低下する虞がある。 The second semiconductor chip is formed using a material having a higher Young's modulus than the first semiconductor chip, and is less likely to deform (hard) than the first semiconductor chip. For this reason, in the resin-encapsulated semiconductor device, the resin is easily peeled around the second semiconductor chip due to a change in temperature of the use environment. Since the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are arranged on the same surface of the heat dissipation member, the resin peeling that occurs around the second semiconductor chip is caused by the interface between the sealing resin body and one surface of the heat dissipation member. There is a risk of progressing to one semiconductor chip side. That is, there is a possibility that the connection reliability of the first semiconductor chip with respect to the heat dissipation member is lowered.
また、第1半導体チップ及び第2半導体チップが放熱部材の同じ一面上に配置されており、たとえば第1半導体チップの生じた熱が、放熱部材を介して第2半導体チップに伝達される。このように、一方の半導体チップの熱が他方の半導体チップに伝達されると、他方の半導体チップが高温となり、素子特性が劣化する虞がある。 Further, the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are disposed on the same surface of the heat dissipation member, and for example, heat generated by the first semiconductor chip is transmitted to the second semiconductor chip via the heat dissipation member. As described above, when the heat of one semiconductor chip is transferred to the other semiconductor chip, the other semiconductor chip becomes high temperature, and there is a possibility that the element characteristics are deteriorated.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ヤング率の小さい第1半導体チップの接続信頼性を向上しつつ、半導体チップ間の伝熱を抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing heat transfer between semiconductor chips while improving connection reliability of a first semiconductor chip having a low Young's modulus.
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.
開示された発明のひとつは、半導体装置であり、第1半導体チップ(13)と、第1半導体チップよりもヤング率が大きい材料を用いて形成された第2半導体チップ(14)と、一面(15a,16a,22a)と、一面と厚み方向において反対の裏面(15b,16b,22b)と、を有し、一面上に第1半導体チップ及び第2半導体チップが並んで配置され、第1半導体チップ及び第2半導体チップの生じる熱が伝達される放熱部材(15,16,22)と、第1半導体チップ、第2半導体チップ、及び放熱部材の少なくとも一面を一体的に封止する封止樹脂体(19)と、を備える。 One of the disclosed inventions is a semiconductor device, which includes a first semiconductor chip (13), a second semiconductor chip (14) formed using a material having a Young's modulus larger than that of the first semiconductor chip, 15a, 16a, 22a) and a back surface (15b, 16b, 22b) opposite to each other in the thickness direction, the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are arranged side by side on the one surface, and the first semiconductor A heat radiation member (15, 16, 22) to which heat generated by the chip and the second semiconductor chip is transmitted, and a sealing resin that integrally seals at least one surface of the first semiconductor chip, the second semiconductor chip, and the heat radiation member A body (19).
そして、放熱部材は、一面として、第1半導体チップの配置領域である第1領域(15d,16d,22d)と、第2半導体チップの配置領域である第2領域(15e,16e,22e)と、を有するとともに、一面と裏面にわたって貫通し、第1半導体チップ及び第2半導体チップの並び方向において第1領域と第2領域との間の位置に形成された貫通孔(15c,16c,22c)を有し、
封止樹脂体は、一面を被覆する一面被覆部(19e)と、一面被覆部に連なり、貫通孔内に充填された充填部(19f)と、を有することを特徴とする。
The heat dissipating member has, as one surface, a first region (15d, 16d, 22d) that is an arrangement region of the first semiconductor chip, and a second region (15e, 16e, 22e) that is an arrangement region of the second semiconductor chip. And through holes (15c, 16c, 22c) formed between the first region and the second region in the arrangement direction of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. Have
The sealing resin body is characterized by having a one surface covering portion (19e) that covers one surface and a filling portion (19f) that is connected to the one surface covering portion and is filled in the through hole.
本発明では、放熱部材が、並び方向において第1領域と第2領域との間の位置に、貫通孔を有している。そして、貫通孔内に封止樹脂体が配置されている。したがって、ヤング率が大きいことに起因して第2半導体チップ周辺で樹脂剥離が生じても、樹脂剥離が、充填部と貫通孔の壁面との界面を進展する。このため、従来の貫通孔を有さない構成に較べて、第2半導体チップから第1半導体チップへの樹脂剥離の経路が長い。また、封止樹脂体の一部である充填部が貫通孔内に配置されているため、従来に較べて、封止樹脂体と放熱部材との接触面積が大きい。さらに、充填部が一面側被覆部から厚み方向に延びて設けられており、アンカーとして機能する。以上により、本発明の半導体装置は、第2半導体チップ周辺で樹脂剥離が生じても、この樹脂剥離が第1半導体チップ側へ進展するのを抑制することができる。すなわち、放熱部材に対する第1半導体チップの接続信頼性を、従来に較べて向上することができる。 In the present invention, the heat dissipation member has a through hole at a position between the first region and the second region in the arrangement direction. And the sealing resin body is arrange | positioned in the through-hole. Therefore, even if resin peeling occurs around the second semiconductor chip due to the high Young's modulus, the resin peeling progresses at the interface between the filling portion and the wall surface of the through hole. For this reason, compared with the structure which does not have the conventional through-hole, the path | route of resin peeling from a 2nd semiconductor chip to a 1st semiconductor chip is long. Moreover, since the filling part which is a part of sealing resin body is arrange | positioned in a through-hole, the contact area of a sealing resin body and a thermal radiation member is large compared with the past. Further, the filling portion is provided extending in the thickness direction from the one surface side covering portion, and functions as an anchor. As described above, the semiconductor device of the present invention can suppress the resin peeling from progressing toward the first semiconductor chip even if the resin peeling occurs around the second semiconductor chip. That is, the connection reliability of the first semiconductor chip with respect to the heat dissipation member can be improved as compared with the conventional case.
また、貫通孔は、放熱部材の一面と裏面とにわたって貫通しており、貫通孔形成部分に放熱部材が存在しない。したがって、本発明の半導体装置は、第1半導体チップと第2半導体チップとの間の伝熱を抑制することができる。 Moreover, the through-hole penetrates over one surface and the back surface of the heat radiating member, and there is no heat radiating member in the through-hole forming portion. Therefore, the semiconductor device of the present invention can suppress heat transfer between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip.
開示された他の発明のひとつは、第1半導体チップと第2半導体チップが並列駆動され、駆動による発熱量は、第1半導体チップのほうが第2半導体チップよりも大きいことを特徴とする。 One of the other disclosed inventions is characterized in that the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are driven in parallel, and the amount of heat generated by the driving is larger in the first semiconductor chip than in the second semiconductor chip.
上記した貫通孔により、第1半導体チップの生じた熱が、放熱部材を介して第2半導体チップに伝達されるのを抑制することができる。したがって、本発明の半導体装置は、第2半導体チップが伝熱により高温となり、第2半導体チップに形成された素子の特性が劣化するのを抑制することができる。また、並列駆動される第1半導体チップ及び第2半導体チップのうち、樹脂剥離が第1半導体チップ側へ進展するのを抑制することができるため、フェールセーフ性を向上することもできる。 With the above-described through-hole, it is possible to suppress the heat generated by the first semiconductor chip from being transmitted to the second semiconductor chip through the heat dissipation member. Therefore, the semiconductor device of the present invention can suppress the deterioration of the characteristics of the elements formed on the second semiconductor chip due to the heat transfer of the second semiconductor chip. Moreover, since it can suppress that resin peeling progresses to the 1st semiconductor chip side among the 1st semiconductor chip and 2nd semiconductor chip which are driven in parallel, fail-safe property can also be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、ヒートシンクの厚み方向をZ方向と示す。Z方向に直交し、同一アームを構成する第1半導体チップ及び第2半導体チップの並び方向をX方向と示す。また、Z方向及びX方向の両方向に直交する方向をY方向と示す。上記したX方向及びY方向により規定されるXY面が、Z方向に直交する面であり、特に断わりのない限り、XY面に沿う形状を平面形状とする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, common or related elements are given the same reference numerals. Moreover, the thickness direction of a heat sink is shown as a Z direction. An arrangement direction of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip that are orthogonal to the Z direction and constitute the same arm is indicated as an X direction. A direction perpendicular to both the Z direction and the X direction is referred to as a Y direction. The XY plane defined by the X direction and the Y direction described above is a plane orthogonal to the Z direction, and unless otherwise specified, the shape along the XY plane is a planar shape.
(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、半導体装置が適用される電力変換装置の一例について説明する。
(First embodiment)
First, an example of a power conversion device to which a semiconductor device is applied will be described with reference to FIG.
図1に示す電力変換装置1は、直流電源2から供給される直流電圧を、三相交流に変換して、三相交流方式のモータ3に出力するように構成されている。このような電力変換装置1は、たとえば電気自動車(EV)やハイブリッド車(HV)に搭載される。なお、電力変換装置1は、モータ3により発電された電力を、直流に変換して直流電源2であるバッテリに充電することもできる。このため、モータ3は、モータジェネレータとも称される。図1に示す符号4は、平滑コンデンサである。
A power conversion device 1 shown in FIG. 1 is configured to convert a DC voltage supplied from a
電力変換装置1は、三相インバータを有している。三相インバータは、直流電源2の正極(高電位側)に接続された高電位電源ライン5と、負極(低電位側)に接続された低電位電源ライン6との間に設けられた三相分の上下アームを有している。そして、各相の上下アームが、それぞれ半導体装置10によって構成されている。すなわち、本実施形態において、半導体装置10により一相分の上下アームが構成される。
The power converter 1 has a three-phase inverter. The three-phase inverter is a three-phase circuit provided between a high
半導体装置10は、2つのIGBT11と、2つのMOSFET12と、を有している。2つのIGBT11は、高電位電源ライン5と低電位電源ライン6との間で直列に接続されている。各IGBT11には、MOSFET12がそれぞれ並列に接続されている。なお、IGBT11には、図示しない還流用のFWDが逆並列に接続されており、FWDにより還流させることができる。MOSFET12は、図示しない寄生ダイオードを有しており、この寄生ダイオードにより電流が還流される。
The
本実施形態では、nチャネル型のIGBT11とnチャネル型のMOSFET12を採用している。FWDのカソード電極は、IGBT11のコレクタ電極と共通化され、アノード電極はエミッタ電極と共通化されている。寄生ダイオードのカソード電極は、MOSFET12のドレイン電極と共通化され、アノード電極はソース電極と共通化されている。
In the present embodiment, an n-
半導体装置10において、上アーム(ハイサイド)側のIGBT11のコレクタ電極は、高電位電源ライン5と電気的に接続され、エミッタ電極は、モータ3への出力ライン7に接続されている。一方、下アーム(ローサイド)側のIGBT11のコレクタ電極は、出力ライン7に接続され、エミッタ電極は、低電位電源ライン6と電気的に接続されている。また、上アーム側のMOSFET12のドレイン電極は、上アーム側のIGBT11のコレクタ電極、すなわち高電位電源ライン5と電気的に接続され、ソース電極は、上アーム側のIGBT11のエミッタ電極、すなわち出力ライン7に接続されている。一方、下アーム側のMOSFET12のドレイン電極は、下アーム側のIGBT11のコレクタ電極、出力ライン7と電気的に接続され、ソース電極は、下アーム側のIGBT11のエミッタ電極、すなわち低電位電源ライン6と電気的に接続されている。
In the
なお、電力変換装置1は、上記した三相インバータに加えて、直流電源2から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ、三相インバータを構成するIGBT11及びMOSFET12や昇圧コンバータを構成するスイッチング素子に駆動信号を出力する駆動回路、駆動回路に対して制御信号を出力する制御部を有してもよい。
In addition to the above-described three-phase inverter, the power conversion device 1 is used as a boost converter that boosts a DC voltage supplied from the
上記したように、IGBT11とMOSFET12が並列に接続される構成は周知である。オン時の飽和電圧は、小電流領域においてMOSFET12の方が小さく、大電流領域においてIGBT11の方が小さい。たとえば小電流領域ではMOSFET12に電流を流し、大電流領域ではIGBT11に電流を流すようにIGBT11及びMOSFET12のオンオフが制御される。このような制御により、オン損失を低減することができる。また、ターンオフ損失は、スイッチング性能に優れるMOSFET12の損失のみになるため、テール電流が減少し、ターンオフ損失を低減することもできる。
As described above, the configuration in which the
次に、図2〜図6に基づき、半導体装置10の概略構成について説明する。図3は、図2に対して、封止樹脂体を省略した図である。なお、図6は、厳密には上アーム側の構造を示すものであるが、下アーム側も同様の構成であるため、第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14の構造として示している。
Next, a schematic configuration of the
図2〜図6に示すように、半導体装置10は、第1半導体チップ13と、第2半導体チップ14と、ヒートシンク15,16と、ターミナル17,18と、封止樹脂体19と、を備えている。加えて、本実施形態の半導体装置10は、外部接続用の端子として、高電位電源端子20、低電位電源端子21、出力端子22、及び信号端子23を備えている。以下、高電位電源端子20をP端子20とも称する。同様に、低電位電源端子21についてはN端子21、出力端子22についてはO端子22とも称する。これらP端子20、N端子21、O端子22を、端子20,21,22とも称する。ヒートシンク15が第1ヒートシンクに相当し、ヒートシンク16が第2ヒートシンクに相当する。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
第1半導体チップ13は、半導体基板に、IGBT11と該IGBT11に逆並列に接続されるFWDが形成されてなる。すなわち、第1半導体チップ13には、RC(Reverse Conducting)−IGBTが形成されている。IGBT11及びFWDは、第1半導体チップ13の厚み方向、すなわちZ方向に電流を流すように所謂縦型構造をなしている。
The
本実施形態では、第1半導体チップ13として、上アーム側のIGBT11及びFWDが形成された第1半導体チップ131と、下アーム側のIGBT11及びFWDが形成された第1半導体チップ132と、を有している。第1半導体チップ13の一面側にコレクタ電極が形成され、コレクタ電極形成面と反対の面にエミッタ電極が形成されている。コレクタ電極は、ヒートシンク15との対向面のほぼ全面に形成されている。エミッタ電極形成面のうち、エミッタ電極が形成されたアクティブ領域とは異なる周辺領域には、ゲート電極に電気的に接続されたパッドを含む複数のパッドが設けられている。
In the present embodiment, the
第1半導体チップ131,132は、互いにほぼ同じ平面形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさを有している。第1半導体チップ131,132は、ともに平面略矩形状をなしている。また、第1半導体チップ131,132は、図5に示すようにZ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、図2及び図3に破線で示すように、X方向に並んで配置されている。
The
本実施形態では、第1半導体チップ13(131,132)が、Si(シリコン)を用いて形成されている。このように、第1半導体チップ13は、Siよりなる半導体基板に、IGBT11及びFWDが形成されてなる。
In the present embodiment, the first semiconductor chip 13 (131, 132) is formed using Si (silicon). Thus, the
第2半導体チップ14は、第1半導体チップ13よりもヤング率の大きい半導体材料を用いて形成された半導体基板に、MOSFET12が形成されてなる。MOSFET12は、第2半導体チップ14の厚み方向、すなわちZ方向に電流を流すように所謂縦型構造をなしている。
The
本実施形態では、第2半導体チップ14として、上アーム側のMOSFET12が形成された第2半導体チップ141と、下アーム側のMOSFET12が形成された第2半導体チップ142と、を有している。第2半導体チップ14の一面側にドレイン電極が形成され、ドレイン電極形成面と反対の面にソース電極が形成されている。ドレイン電極は、ヒートシンク15との対向面のほぼ全面に形成されている。第2半導体チップ14のドレイン電極形成面は、Z方向において、第1半導体チップ13のコレクタ電極形成面と同じ側となっている。ソース電極形成面のうち、ソース電極が形成されたアクティブ領域とは異なる周辺領域には、ゲート電極に電気的に接続されたパッドを含む複数のパッドが設けられている。
In the present embodiment, the
第2半導体チップ141,142は、互いにほぼ同じ平面形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさを有している。第2半導体チップ141,142は、ともに平面略矩形状をなしており、その大きさは、図2及び図3に破線で示すように、第1半導体チップ13よりも小さい。また、第2半導体チップ141,142は、図示を省略するが、Z方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、X方向に並んで配置されている。
The
また、第2半導体チップ14は、図6に示すように、同じヒートシンク15の一面15a上に配置される第1半導体チップ13と、Z方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、X方向に並んで配置されている。詳しくは、第2半導体チップ141は、第1半導体チップ131と、Z方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、X方向に並んで配置されている。また、第2半導体チップ142は、第1半導体チップ132と、Z方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、X方向に並んで配置されている。そして、図2などに示すように、X方向において、第1半導体チップ131、第2半導体チップ141、第1半導体チップ132、第2半導体チップ142の順に並んで配置されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
本実施形態では、第2半導体チップ14が、SiC(シリコンカーバイド)を用いて形成されている。このように、第2半導体チップ14は、SiCよりなる半導体基板に、MOSFET12が形成されてなる。以下において、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14を、半導体チップ13,14とも称する。上記したように、第1半導体チップ13にIGBT11が形成され、第2半導体チップ14にMOSFET12が形成されており、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14は並列駆動される。また、大電流領域ではIGBT11に電流を流すように制御されるため、駆動による発熱量は、第1半導体チップ13のほうが第2半導体チップ14よりも大きい。
In the present embodiment, the
Z方向において、第1半導体チップ13におけるコレクタ電極形成面側及び第2半導体チップ14におけるドレイン電極形成面側には、ヒートシンク15が配置されている。一方、第1半導体チップ13におけるエミッタ電極形成面側及び第2半導体チップ14におけるソース電極形成面側には、ヒートシンク16が配置されている。上記したように、本実施形態では、ヒートシンク15,16として、上アーム側の第1半導体チップ131及び第2半導体チップ141を間に挟むヒートシンク151,161と、下アーム側の第1半導体チップ132及び第2半導体チップ142を間に挟むヒートシンク152,162と、を有している。すなわち、ヒートシンク15として、ヒートシンク151,152を有し、ヒートシンク16として、ヒートシンク161,162を有している。本実施形態において、ヒートシンク15(151,152)が、放熱部材に相当する。
In the Z direction,
上アームに対応するヒートシンク151,161は、Z方向からの投影視において、上アーム側の第1半導体チップ131及び第2半導体チップ141を内包するようにそれぞれ配置されている。下アームに対応するヒートシンク152,162は、Z方向からの投影視において、下アーム側の第1半導体チップ132及び第2半導体チップ142を内包するようにそれぞれ配置されている。本実施形態において、各ヒートシンク151,152,161,162は、平面略矩形状をなしている。
The heat sinks 151 and 161 corresponding to the upper arm are respectively disposed so as to include the
これらヒートシンク15,16は、対応する半導体チップ13,14の生じる熱を半導体装置10の外部に放熱する機能を果たす。本実施形態では、放熱機能に加えて、電気的に接続する機能、すなわち配線としての機能も果たす。このため、ヒートシンク15,16は、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、銅などの金属材料を用いて形成されている。
These heat sinks 15 and 16 function to dissipate heat generated by the
ヒートシンク15における一面15a上には、第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14が配置されている。そして、図4及び図5に示すように、ヒートシンク15と第1半導体チップ13のコレクタ電極との間にはんだ24が介在し、このはんだ24により、ヒートシンク15とコレクタ電極とが熱的且つ電気的に接続されている。また、図6に示すように、ヒートシンク15の一面15aと第2半導体チップ14のドレイン電極との間にはんだ25が介在し、このはんだ25により、ヒートシンク15とドレイン電極とが熱的且つ電気的に接続されている。
On the one
具体的には、ヒートシンク151における一面15a上には、上アーム側の第1半導体チップ131及び第2半導体チップ141が配置されている。そして、ヒートシンク151と第1半導体チップ131のコレクタ電極との間にはんだ24が介在し、このはんだ24により、ヒートシンク151と第1半導体チップ131のコレクタ電極とが熱的且つ電気的に接続されている。また、ヒートシンク151と第2半導体チップ141のドレイン電極との間にはんだ25が介在し、このはんだ25により、ヒートシンク151と第2半導体チップ141のドレイン電極とが熱的且つ電気的に接続されている。
Specifically, the upper arm side
同じく、ヒートシンク152における一面15a上には、下アーム側の第1半導体チップ132及び第2半導体チップ142が配置されている。そして、ヒートシンク152と第1半導体チップ132のコレクタ電極との間にはんだ24が介在し、このはんだ24により、ヒートシンク152と第1半導体チップ132のコレクタ電極とが熱的且つ電気的に接続されている。また、ヒートシンク152と第2半導体チップ142のドレイン電極との間にはんだ25が介在し、このはんだ25により、ヒートシンク152と第2半導体チップ142のドレイン電極とが熱的且つ電気的に接続されている。
Similarly, on the one
なお、各ヒートシンク15(151,152)における一面15aと反対の裏面15bが、Z方向において封止樹脂体19の第1面19aから露出されている。本実施形態では、裏面15bと第1面19aとが略面一とされている。
In addition, the
なお、ヒートシンク15のうち、下アーム側のヒートシンク152は、図3〜図5に示すように、継ぎ手部152aを有している。継ぎ手部152aは、ヒートシンク152の他の部分(本体部)よりも薄く設けられている。また、継ぎ手部152aは、ヒートシンク152におけるヒートシンク151側の側面の一部分から、屈曲部を2箇所有してヒートシンク161側に延設されている。すなわち、X方向に延びるとともにZ方向にも延びている。
Of the
また、上アーム側のヒートシンク151には、図3及び図4に示すようにP端子20が連結されている。P端子20は、上記した高電位電源ライン5と電気的に接続される。P端子20は、ヒートシンク15と一体的に設けられてもよいし、ヒートシンク15と別部材として設けられ、ヒートシンク15に接続されてもよい。P端子20は、Y方向に延設されて、図2に示すように封止樹脂体19の側面19cから外部に突出している。
Further, a
また、下アーム側のヒートシンク152には、図3及び図4に示すようにO端子22が連結されている。O端子22は、上記した出力ライン7と電気的に接続される。O端子22は、ヒートシンク152と一体的に設けられてもよいし、ヒートシンク152と別部材として設けられ、ヒートシンク152に接続されてもよい。O端子22は、Y方向に延設されて、封止樹脂体19におけるP端子20と同じ側面19cから外部に突出している。なお、O端子22は、上アーム側のヒートシンク161に連結されてもよい。ヒートシンク152,161それぞれ連結された2本のO端子22を有してもよい。
The
一方、第1半導体チップ13のエミッタ電極形成面及び第2半導体チップ14のソース電極形成面側には、ヒートシンク16が配置されている。そして、第1半導体チップ13とヒートシンク16の間には、図5及び図6に示すように、ターミナル17が介在している。第2半導体チップ14とヒートシンク16の間には、図6に示すように、ターミナル18が介在している。
On the other hand, a
ターミナル17により、信号端子23と第1半導体チップ13のパッドとを、ボンディングワイヤ26により接続するための高さが確保される。ターミナル17は、第1半導体チップ13のエミッタ電極とヒートシンク16とを熱的及び電気的に中継するために、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。ターミナル17は、第1半導体チップ13のエミッタ電極形成面のうち、エミッタ電極に対向配置され、はんだ27を介して、エミッタ電極と電気的に接続されている。
The terminal 17 secures a height for connecting the
同じく、ターミナル18により、信号端子23と第2半導体チップ14のパッドとを、ボンディングワイヤ26により接続するための高さが確保される。ターミナル18は、第2半導体チップ14のソース電極とヒートシンク16とを熱的及び電気的に中継するために、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。ターミナル18は、第2半導体チップ14のソース電極形成面のうち、ソース電極に対向配置され、はんだ28を介して、ソース電極と電気的に接続されている。
Similarly, the terminal 18 ensures a height for connecting the
ヒートシンク16は、Z方向からの投影視において、その大部分が対応するヒートシンク15と重なるように設けられている。具体的には、上アーム側のヒートシンク161が、ヒートシンク151と重なるように設けられ、下アーム側のヒートシンク162がヒートシンク152と重なるように設けられている。ヒートシンク16は、ターミナル17,18における半導体チップ13,14と反対の面に対向配置されている。
The
図5及び図6に示すように、ヒートシンク16の一面16aとターミナル17との間にはんだ29が介在し、このはんだ29により、ヒートシンク16とターミナル17とが熱的且つ電気的に接続されている。また、図6に示すように、ヒートシンク16の一面16aとターミナル18との間にはんだ30が介在し、このはんだ30により、ヒートシンク16とターミナル18とが熱的且つ電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 5 and 6,
具体的には、ヒートシンク161の一面16aと、上アーム側の第1半導体チップ131との間にターミナル17が介在し、はんだ27により、第1半導体チップ131のエミッタ電極とターミナル17が接続されている。また、はんだ29により、ターミナル17とヒートシンク161が接続されている。一方、ヒートシンク161の一面16aと、上アーム側の第2半導体チップ141との間にターミナル18が介在し、はんだ28により、第2半導体チップ141のソース電極とターミナル17が接続されている。また、はんだ30により、ターミナル18とヒートシンク161が接続されている。このように、ヒートシンク161の一面16a上に、第1半導体チップ131及び第2半導体チップ141が配置されている。
Specifically, the terminal 17 is interposed between the one
同じく、ヒートシンク162の一面16aと、下アーム側の第1半導体チップ132との間にターミナル17が介在し、はんだ27により、第1半導体チップ132のエミッタ電極13bとターミナル17が接続されている。また、はんだ29により、ターミナル17とヒートシンク162が接続されている。一方、ヒートシンク162の一面16aと、下アーム側の第2半導体チップ142との間にターミナル18が介在し、はんだ28により、第2半導体チップ142のソース電極14bとターミナル17が接続されている。また、はんだ30により、ターミナル18とヒートシンク162が接続されている。このように、ヒートシンク162の一面16a上に、第1半導体チップ132及び第2半導体チップ142が配置されている。
Similarly, the terminal 17 is interposed between the one
なお、一面16aと反対の裏面16bは、封止樹脂体19の第2面19bから露出されている。第2面19bは、第1面19aと反対の面である。本実施形態では、裏面16bと第2面19bとが略面一とされている。
Note that the
ヒートシンク16のうち、上アーム側のヒートシンク161は、継ぎ手部161aを有している。継ぎ手部161aは、ヒートシンク161の他の部分(本体部)よりも薄く設けられている。また、継ぎ手部161aは、ヒートシンク161におけるヒートシンク162側の側面の一部分から、X方向に延設されている。そして、継ぎ手部161aの先端部分と継ぎ手部152aの先端部分とがZ方向において対向し、はんだ31を介して電気的に接続されている。
The
また、下アーム側のヒートシンク162は、継ぎ手部162aを有している。継ぎ手部162aは、ヒートシンク162の他の部分(本体部)よりも薄く設けられている。また、継ぎ手部162aは、ヒートシンク162におけるヒートシンク161側の側面の一部分から、X方向に延設されている。この継ぎ手部162aに対して、N端子21が図示しないはんだを介して電気的に接続されている。
Further, the
N端子21は、上記した低電位電源ライン6と電気的に接続される。このN端子21は、ヒートシンク162の継ぎ手部162aと電気的に接続されており、Y方向に延設されて、封止樹脂体19の側面19cから外部に突出している。このように、N端子21は、P端子20及びO端子22と同じ側面19cから外部に突出している。なお、これら端子20,21,22における封止樹脂体19からの突出部分は、Z方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Y方向において、P端子20、N端子21、O端子22の順に並んで配置されている。
The
信号端子23は、対応する半導体チップ13,14のパッドに、ボンディングワイヤ26を介して電気的に接続されている。信号端子23は、Y方向に延設されており、封止樹脂体19の側面のうち、側面19cと反対の側面19dから外部に突出している。
The
封止樹脂体19は、半導体チップ13,14、ヒートシンク15,16の一部、ターミナル17,18、及び各端子20,21,22,23の一部を一体的に封止している。この封止樹脂体19は、たとえば、エポキシ系樹脂からなり、トランスファモールド法により成形されている。図2に示すように、封止樹脂体19は平面略矩形状をなしており、X方向に略平行な側面19cから、主端子であるP端子20、N端子21、及びO端子22が引き出されている。また、側面19cと反対の側面19dから、信号端子23が引き出されている。
The sealing
このように構成される半導体装置10は、2つの第1半導体チップ13(131,132)と、2つの第2半導体チップ14(141,142)と、を備える所謂4in1パッケージとなっている。また、半導体チップ13,14のZ方向両側にヒートシンク15,16が存在し、半導体チップ13,14の熱を両側に放熱できるようになっている。
The
また、上アーム側において、Z方向の配置が、第1面19a側から、ヒートシンク15(151)、はんだ24,25、上アーム側の第1半導体チップ13(131)及び第2半導体チップ14(141)、はんだ27,28、ターミナル17,18、はんだ29,30、ヒートシンク16(161)の順となっている。一方、下アームを構成する部分において、Z方向の配置が、第1面19a側から、ヒートシンク15(152)、はんだ24,25、下アーム側の第1半導体チップ13(132)及び第2半導体チップ14(142)、はんだ27,28、ターミナル17,18、はんだ29,30、ヒートシンク16(162)の順となっている。すなわち、上アームと下アームとで、Z方向の並びが同じとなっている。
Further, on the upper arm side, the arrangement in the Z direction is, from the
次に、図4及び図6に基づき、放熱部材であるヒートシンク15の詳細構造と封止樹脂体19による封止構造について説明する。図4では、ヒートシンク15の一面15aにおいて、第1半導体チップ13の配置領域である第1領域15dと、第2半導体チップ14の配置領域である第2領域15eと、を破線で示している。また、第1領域15dと第2領域15eとの対向領域15fも破線で示している。
Next, based on FIG.4 and FIG.6, the detailed structure of the
図4及び図6に示すように、ヒートシンク15(151,152)は、貫通孔15cを有している。ヒートシンク15の一面15aには、第1半導体チップ13(131,132)と第2半導体チップ14(141,142)が配置されている。一面15aにおいて、各第1半導体チップ13の配置領域を第1領域15d、各第2半導体チップ14の配置領域を第2領域15eと示す。第1領域15dは、一面15aにおいて第1半導体チップ13が配置された部分、すなわちはんだ24が接合された部分を示す。第2領域15eは、一面15aにおいて第2半導体チップ14が配置された部分、すなわちはんだ25が接合された部分を示す。
As shown in FIGS. 4 and 6, the heat sink 15 (151 and 152) has a through
第1半導体チップ13のコレクタ電極は、ヒートシンク15との対向面のほぼ全面に形成されている。また、第2半導体チップ14のドレイン電極は、ヒートシンク15との対向面のほぼ全面に形成されている。このため、Z方向からの投影視において第1領域15dは第1半導体チップ13とほぼ一致し、第1領域15dは平面略矩形状をなしている。同様に、Z方向からの投影視において第2領域15eは第2半導体チップ14とほぼ一致し、第2領域15eは平面略矩形状をなしている。第1領域15d及び第2領域15eは、X方向に並んで設けられている。第1領域15d及び第2領域15eは、平面略矩形状をなす外周辺として、相対する辺を2組ずつ有している。一方の組をなす2辺は、X方向に略平行とされ、他方の組をなす2辺は、Y方向に略平行とされている。
The collector electrode of the
貫通孔15cは、ヒートシンク15の一面15aと裏面15bとにわたって貫通している。貫通孔15cは、X方向において第1領域15dと第2領域15eとの間の位置に形成されている。貫通孔15cのX座標は、第1領域15dのX座標と第2領域15eのX座標の間の座標となっている。詳しくは、貫通孔15cのX座標は、第1領域15dにおける第2領域15eとの対向辺(以下、第1対向辺と示す)のX座標と、第2領域15eにおける第1領域15dとの対向辺(以下、第2対向辺と示す)のX座標の間の座標となっている。貫通孔15cは、並び方向であるX方向において、第1領域15dと第2領域15eの対向距離の最短部分間の位置に形成されている。
The through
特に本実施形態では、貫通孔15cが、X方向において、第2半導体チップ14寄りの位置に形成されている。換言すれば、貫通孔15cは、第1領域15dよりも第2領域15eに近い位置に形成されている。
In particular, in the present embodiment, the through
また、貫通孔15cは、第1領域15dと第2領域15eとの対向領域15fに形成されている。対向領域15fは、第1領域15dの第1対向辺と、第2領域15eの第2対向辺と、第1対向辺及び第2対向辺のP端子20側の端部同士を結ぶ仮想直線と、第1対向辺及び第2対向辺のP端子20とは反対側の端部同士を結ぶ仮想直線と、により囲まれる領域である。本実施形態では、複数の貫通孔15cが、対向領域15fをY方向に跨ぐように形成されている。詳しくは、ヒートシンク151,152に、5つの貫通孔15cがそれぞれ形成されている。5つの貫通孔15cは、Y方向に沿って所定ピッチで形成されている。5つの貫通孔15cのうち、3つは対向領域15fに形成され、残りの2つは対向領域15fの外に形成されている。
The through
封止樹脂体19は、図6に示すように、放熱部材であるヒートシンク15の一面15aを被覆する被覆部19eと、貫通孔15c内に充填された充填部19fと、を有している。被覆部19eは、貫通孔15cを閉塞するように一面15a上に配置され、一面15aに密着している。被覆部19eは、一面被覆部に相当する。
As shown in FIG. 6, the sealing
充填部19fは、貫通孔15cに対して、一面15a側の開口端から裏面15b側の開口端まで配置されている。そして、充填部19fは、貫通孔15cの壁面に密着している。充填部19fの裏面15b側の端部は、裏面15bと略面一となっている。充填部19fは、被覆部19eに連なっており、被覆部19eと一体的に成形されている。充填部19fは、被覆部19eからZ方向においてヒートシンク16と反対側に延設されている。
The filling
次に、上記した半導体装置10の効果について説明する。
Next, the effect of the
上記したように、第2半導体チップ14は、第1半導体チップ13よりもヤング率の大きい半導体材料を用いて形成されており、第1半導体チップ13よりも変形しにくい(硬い)。このため、使用環境の温度変化などにより、封止樹脂体19のうち、第2半導体チップ14の周辺、たとえば第2半導体チップ14の外周部で剥離が生じやすい。
As described above, the
これに対し、本実施形態では、ヒートシンク15が、X方向において第1領域15dと第2領域15eとの間の位置に、貫通孔15cを有している。そして、貫通孔15c内に封止樹脂体19が充填されて、充填部19fが形成されている。第2半導体チップ14の周辺で樹脂剥離が生じても、樹脂剥離が充填部19fと貫通孔15cの壁面との界面を進展するため、貫通孔を有さない構成に較べて、第2半導体チップ14から第1半導体チップ13への樹脂剥離の進展経路が長い。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、封止樹脂体19の一部である充填部19fが貫通孔15c内に配置されており、従来に較べて、封止樹脂体19とヒートシンク15との接触面積が大きい。さらには、充填部19fが被覆部19eからZ方向に延設されており、アンカー効果が期待できる。
Moreover, the filling
以上により、本実施形態の半導体装置10は、第2半導体チップ14の周辺で樹脂剥離が生じても、この樹脂剥離が第1半導体チップ13側へ進展するのを抑制することができる。すなわち、ヒートシンク15に対する第1半導体チップ13の接続信頼性を、従来に較べて向上することができる。
As described above, the
また、貫通孔15cは、ヒートシンク15の一面15aと裏面15bとにわたって貫通しており、貫通孔形成部分にヒートシンク15が存在しない。したがって、本実施形態の半導体装置10は、上記効果に加えて、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間の伝熱を抑制することができる。
Further, the through
特に本実施形態では、第1半導体チップ13に形成されたIGBT11と、第2半導体チップ14に形成されたMOSFET12が並列駆動される。また、大電流領域ではIGBT11に電流を流すように制御されるため、駆動による発熱量は、第1半導体チップ13のほうが第2半導体チップ14よりも大きい。しかしながら、上記した構成を備えることで、本実施形態の半導体装置10は、第1半導体チップ13の熱が、ヒートシンク15を介して第2半導体チップ14に伝達されるのを抑制することができる。したがって、第2半導体チップ14が伝熱により高温となり、第2半導体チップ14に形成されたMOSFET12の特性が劣化するのを抑制することができる。特にSiCは、その特性が使用温度域によって大きく変化し、高温領域では常温領域よりも通電抵抗が高くなる。すなわち、損失が大きくなる。しかしながら、SiCからなる第2半導体チップ14への伝熱を抑制するため、特性が劣化するのを抑制することができる。
In particular, in the present embodiment, the
加えて、並列駆動される第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14のうち、樹脂剥離が第1半導体チップ13側へ進展するのを抑制することができる。樹脂剥離にともなって第2半導体チップ14側が接続不良となり、MOSFET12を駆動させることができなくなっても、主素子である第1半導体チップ13側のIGBT11を駆動させることができる。これにより、たとえば退避走行が可能となる。したがって、フェールセーフ性を向上することもできる。
In addition, of the
また、本実施形態では、貫通孔15cが、X方向において、第1半導体チップ13よりも第2半導体チップ14に近い位置に形成されている。すなわち、X方向において、第1半導体チップ13から離れた位置に、貫通孔15cが形成されている。第1半導体チップ13の周囲に貫通孔15cが存在せず、ヒートシンク15が存在するため、本実施形態の半導体装置10は、第1半導体チップ13からヒートシンク15への放熱性を向上することもできる。
In the present embodiment, the through
第2半導体チップ14から第1半導体チップ13に向けての樹脂剥離は、ヒートシンク15において、第1領域15dと第2領域15eとの間の位置を経由して進展する。なかでも、第1領域15dと第2領域15eとの対向領域15fを経由する可能性が高い。また、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間の熱伝導も、X方向において第1領域15dと第2領域15eとの間の部分を経由する。この熱伝導は、主として第1領域15dと第2領域15eとの対向領域15fを経由する。本実施形態では、貫通孔15cを対向領域15fに設けているため、樹脂剥離が第1半導体チップ13側へ進展するのを、効果的に抑制することができる。また、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間の伝熱を、効果的に抑制することができる。特に本実施形態では、貫通孔15cが、対向領域15fを跨ぐように形成されている。すなわち、対向領域15fにおける剥離進展、熱伝導を遮断するように、貫通孔15cが形成されている。このため、第1半導体チップ13側への樹脂剥離の進展と、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間の伝熱を、効果的に抑制することができる。
The resin peeling from the
なお、本実施形態では、複数の貫通孔15cが、対向領域15fを跨ぐように形成される例を示した。しかしながら、図7の第1変形例に示すように、ひとつの貫通孔15cが対向領域15fを跨ぐように形成されてもよい。貫通孔15cはY方向に延設され、Y方向において対向領域15fを跨いでいる。このように、貫通孔15cは、非連続ではなく、連続して対向領域15fを跨いでもよい。図7は、図4に対応している。
In the present embodiment, an example in which the plurality of through
貫通孔15cの配置は、上記した対向領域15fを跨ぐ配置に限定されない。たとえば図8の第2変形例に示すように、貫通孔15cが対向領域15fのみに形成された構成も採用することができる。また、図示は省略するが、貫通孔15cが、X方向において第1領域15dと第2領域15eとの間の位置であって、対向領域15fの外側にのみ形成された構成を採用することもできる。さらには、貫通孔15cが、X方向において第1領域15dと第2領域15eとの中間位置に形成された構成を採用することもできるし、第1領域15dに近い位置に形成された構成を採用することもできる。図8は、図4に対応している。
The arrangement of the through
上記したように、第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14は、対応するターミナル17,18を介して、ヒートシンク16の一面16a上にも配置されている。第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14のZ方向両側にヒートシンク15,16が配置された両面放熱構造の場合、貫通孔は、ヒートシンク15,16の少なくとも一方に形成されていればよい。貫通孔の形成されたヒートシンク15,16が、放熱部材に相当することとなる。
As described above, the
たとえば図9に示す第3変形例では、ヒートシンク15だけでなく、ヒートシンク16にも貫通孔16cが形成されている。貫通孔16cの配置は、貫通孔15c同様である。すなわち、貫通孔16cは、X方向において第1領域16dと第2領域16eとの間の位置に形成されている。第1領域16dは、ヒートシンク16の一面16aにおいて第1半導体チップ13が配置された部分、すなわちはんだ29が接合された部分を示す。第2領域16eは、一面16aにおいて第2半導体チップ14が配置された部分、すなわちはんだ30が接合された部分を示す。なお、図示は省略するが、ヒートシンク16にのみ、貫通孔16cが形成された構成を採用することもできる。しかしながら、本実施形態に示すように、半導体装置10がターミナル17,18を備える構成では、ヒートシンク15の方がZ方向において第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14との距離が近いため、ヒートシンク15に貫通孔15cが形成される構成が好ましい。図9は、図6に対応している。
For example, in the third modification shown in FIG. 9, the through
(第2実施形態)
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置10と共通する部分についての説明は省略する。
(Second Embodiment)
This embodiment can refer to the preceding embodiment. For this reason, the description of the parts common to the
本実施形態では、図10及び図11に示すように、貫通孔15cが、第2半導体チップ14、すなわち第2領域15eを取り囲むように、ヒートシンク15(151,152)に形成されている。図10は図4に対応し、図11は図6に対応している。
In this embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the through
図10に示すように、複数の貫通孔15cが、同一ピッチで第2領域15eを取り囲むように形成されている。すなわち、貫通孔15cが、非連続で第2領域15eを取り囲んでいる。複数の貫通孔15cの一部は、X方向において第1領域15dと第2領域15eの間の位置に形成されている。また、複数の貫通孔15cの一部は、対向領域15f内に形成されている。そして、各貫通孔15cには、充填部19fが配置されている。
As shown in FIG. 10, a plurality of through
上記構成によれば、剥離進展の経路、熱伝導の経路を、第2半導体チップ14周りのほぼ全周で遮断することができる。このため、第1半導体チップ13側への樹脂剥離の進展と、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間の伝熱を、効果的に抑制することができる。たとえば、樹脂剥離が第2半導体チップ14の周辺のどの位置で生じても、第2半導体チップ14の周囲に形成された貫通孔15cのいずれかにより、樹脂剥離が第1半導体チップ13側へ進展するのを抑制することができる。
According to the above configuration, it is possible to block the separation progress path and the heat conduction path almost entirely around the
なお、本実施形態では、貫通孔15cが、非連続で第2半導体チップ14を取り囲む例を示した。しかしながら、第2半導体チップ14を取り囲むように、たとえばC字状に形成された貫通孔15cを採用することもできる。この場合、貫通孔15cが、連続で第2半導体チップ14を取り囲むこととなる。
In the present embodiment, the example in which the through
上記構成は、貫通孔15cに限定されず、ヒートシンク16の貫通孔16cにも適用することができる。
The above configuration is not limited to the through
(第3実施形態)
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置10と共通する部分についての説明は省略する。
(Third embodiment)
This embodiment can refer to the preceding embodiment. For this reason, the description of the parts common to the
図12に示すように、本実施形態では、封止樹脂体19が、充填部19fに連なり、ヒートシンク15,16の裏面15b、16bを被覆する被覆部19gをさらに有している。この被覆部19gが、裏面被覆部に相当する。
As shown in FIG. 12, in this embodiment, the sealing
図12では、ヒートシンク15,16がともに貫通孔15c,16cを有している。被覆部19eは、ヒートシンク15の一面15aとヒートシンク16の一面16aとに密着している。被覆部19eは、ヒートシンク15,16間の部分である。被覆部19gは、貫通孔15cを塞ぐようにヒートシンク15の裏面15b上に配置され、裏面15bの全面に密着している。また、被覆部19gは、貫通孔16cを塞ぐようにヒートシンク16の裏面16b上にも配置され、裏面16bの全面に密着している。
In FIG. 12, both
貫通孔15cに充填された充填部19fの一端には被覆部19eが連なり、他端には、裏面15b側の被覆部19gが連なっている。同様に、貫通孔16cに充填された充填部19fの一端には被覆部19eが連なり、他端には、裏面16b側の被覆部19gが連なっている。このように、充填部19fは、被覆部19e,19gを繋いでいる。
The covering
上記構成によれば、封止樹脂体19とヒートシンク15との接触面積、封止樹脂体19とヒートシンク16との接触面積をそれぞれ増大させることができる。これにより、樹脂剥離の進展を抑制することができる。また、封止樹脂体19は、充填部19fにより連結された被覆部19e,19gが、ヒートシンク15,16をそれぞれ挟んでいる。このため、X方向だけでなく、Z方向の応力による樹脂剥離及び樹脂剥離の進展を効果的に抑制することができる。
According to the above configuration, the contact area between the sealing
また、第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14の熱を、図示しない冷却器に伝達することで半導体装置10を冷却する場合、被覆部19gにより、ヒートシンク15,16と冷却器とを電気的に分離することもできる。これによれば、ヒートシンク15,16と冷却器とを電気的に分離するために絶縁板を用いる構成に較べて、部品点数を削減することもできる。
When the
本実施形態では、被覆部19gが、ヒートシンク15,16に設けられる例を示した。しかしながら、ヒートシンク15が貫通孔15cを有する場合には、裏面15b側に被覆部19gを設ければよい。また、ヒートシンク16が貫通孔16cを有する場合には、裏面16b側に被覆部19gを設ければよい。
In the present embodiment, an example in which the
被覆部19gは、裏面15b,16bの全面に密着する構成に限らない。被覆部19gは、充填部19fに連結され、且つ、裏面15b,16bの少なくとも開口周辺に密着していればよい。
The covering
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
半導体装置10の構成は上記例に限定されるものではない。一相分の上下アームを有する例を示したが、三相分の上下アームを有してもよい。また、上下アームの一方のみ、すなわち第1半導体チップ13と第2半導体チップ14を1セットのみ有してもよい。
The configuration of the
両面放熱構造の半導体装置10として、ターミナル17,18を有さない構成を採用することもできる。
As the
貫通孔を有さないヒートシンク15,16の裏面15b,16bを封止樹脂体19によって被覆してもよい。たとえば、ヒートシンク15のみに貫通孔15cが形成される場合、貫通孔の形成されないヒートシンク16の裏面16bを封止樹脂体19によって覆ってもよい。この場合、貫通孔15cの形成されたヒートシンク15の裏面15bを封止樹脂体によって覆ってもよい。
The back surfaces 15 b and 16 b of the heat sinks 15 and 16 having no through holes may be covered with the sealing
半導体装置10として、半導体チップ13,14の両側にヒートシンク15,16が配置される例を示した。しかしながら、半導体チップ13,14の片側のみにヒートシンクが配置される半導体装置にも適用することが可能である。
As the
たとえば図13に示す第4変形例では、半導体装置10が、第1半導体チップ13と、第2半導体チップ14と、ヒートシンク15と、ターミナル17,18と、を備えている。第1実施形態(図6参照)と異なる点は、半導体装置10がヒートシンク16を備えておらず、O端子22が、ボンディングワイヤ32を介して、ターミナル17,18に接続されている。なお、下アーム側の場合、O端子22に代えてN端子21となる。そして、ヒートシンク15に貫通孔15cが形成され、この貫通孔15cに充填部19fが配置されている。
For example, in the fourth modification shown in FIG. 13, the
図13では、半導体装置10がターミナル17,18を備えているが、ターミナル17,18を備えない構成も採用することができる。また、図13では、裏面15bが封止樹脂体19から露出されているが、封止樹脂体19によって覆われた構成も採用することができる。
In FIG. 13, the
また、図14に示す第5変形例では、上記した図13とは異なり、O端子22が、はんだ29,30を介して、ターミナル17,18に接続されている。すなわち、O端子22の一面22a上に、第1半導体チップ13及び第2半導体チップ14が配置されている。O端子22には、一面22aと該一面22aに反対の裏面22bとにわたって貫通する貫通孔22cが形成されている。貫通孔22cは、貫通孔15c同様の配置となっている。一面22aは、第1半導体チップ13が配置された領域である第1領域22dと、第2半導体チップ14が配置された領域である第2領域22eと、を有する。貫通孔22cは、X方向において、第1領域22dと第2領域22eの間の位置に形成されている。そして、貫通孔22cには、充填部19fが配置されている。また、図14では、封止樹脂体19が、貫通孔22cを塞ぐように裏面22b上に配置された被覆部19gを有している。この被覆部19gは、充填部19fに連なっている。この構成では、ヒートシンク15及びO端子22が、放熱部材に相当する。
Further, in the fifth modified example shown in FIG. 14, unlike the above-described FIG. 13, the
図14では、裏面15bが封止樹脂体19から露出されているが、封止樹脂体19によって覆われた構成も採用することができる。
In FIG. 14, the
第1半導体チップ13がSiよりなり、第2半導体チップ14がSiCよりなる例を示したがこれに限定されない。第2半導体チップ14が、第1半導体チップ13よりもヤング率の大きい半導体材料を用いて形成されていればよい。
Although the example in which the
1…電力変換装置、2…直流電源、3…モータ、4…平滑コンデンサ、5…高電位電源ライン、6…低電位電源ライン、7…出力ライン、10…半導体装置、11…IGBT、12…MOSFET、13,131,132…第1半導体チップ、14,141,142…第2半導体チップ、15,16,151,152,161,162…ヒートシンク、15a,16a…一面、15b,16b…裏面、15c,16c…貫通孔、15d,16d…第1領域、15e,16e…第2領域、15e,16e…貫通孔、15f…対向領域、152a,161a,162a…継ぎ手部、17,18…ターミナル、19…封止樹脂体、19a…第1面、19b…第2面、19c,19d…側面、19e,19g…被覆部、19f…充填部、20…高電位電源端子、21…低電位電源端子、22…出力端子、22a…一面、22b…裏面、22c…貫通孔、22d…第1領域、22e…第2領域、23…信号端子、24,25,27,28,29,30,31…はんだ、26,32…ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter device, 2 ... DC power supply, 3 ... Motor, 4 ... Smoothing capacitor, 5 ... High potential power supply line, 6 ... Low potential power supply line, 7 ... Output line, 10 ... Semiconductor device, 11 ... IGBT, 12 ... MOSFET, 13, 131, 132 ... first semiconductor chip, 14, 141, 142 ... second semiconductor chip, 15, 16, 151, 152, 161, 162 ... heat sink, 15a, 16a ... one side, 15b, 16b ... back side, 15c, 16c ... through hole, 15d, 16d ... first region, 15e, 16e ... second region, 15e, 16e ... through hole, 15f ... opposing region, 152a, 161a, 162a ... joint portion, 17, 18 ... terminal, DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1半導体チップよりもヤング率が大きい材料を用いて形成された第2半導体チップ(14)と、
一面(15a,16a,22a)と、前記一面と厚み方向において反対の裏面(15b,16b,22b)と、を有し、前記一面上に前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが並んで配置され、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの生じる熱が伝達される放熱部材(15,16,22)と、
前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、及び前記放熱部材の少なくとも前記一面を一体的に封止する封止樹脂体(19)と、
を備える半導体装置であって、
前記放熱部材は、前記一面として、前記第1半導体チップの配置領域である第1領域(15d,16d,22d)と、前記第2半導体チップの配置領域である第2領域(15e,16e,22e)と、を有するとともに、前記一面と前記裏面にわたって貫通し、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの並び方向において前記第1領域と前記第2領域との間の位置に形成された貫通孔(15c,16c,22c)を有し、
前記封止樹脂体は、前記一面を被覆する一面被覆部(19e)と、前記一面被覆部に連なり、前記貫通孔内に充填された充填部(19f)と、を有することを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor chip (13);
A second semiconductor chip (14) formed using a material having a Young's modulus greater than that of the first semiconductor chip;
It has one surface (15a, 16a, 22a) and a back surface (15b, 16b, 22b) opposite to the one surface in the thickness direction, and the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are arranged on the one surface. A heat dissipating member (15, 16, 22) arranged to transmit heat generated by the first semiconductor chip and the second semiconductor chip;
A sealing resin body (19) for integrally sealing at least one surface of the first semiconductor chip, the second semiconductor chip, and the heat dissipation member;
A semiconductor device comprising:
The heat radiating member has, as one surface, a first region (15d, 16d, 22d) that is an arrangement region of the first semiconductor chip and a second region (15e, 16e, 22e) that is an arrangement region of the second semiconductor chip. And penetrating across the one surface and the back surface, and formed at a position between the first region and the second region in the alignment direction of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. With holes (15c, 16c, 22c),
The sealing resin body includes a one-surface covering portion (19e) that covers the one surface, and a filling portion (19f) that is connected to the one-surface covering portion and is filled in the through hole. apparatus.
駆動による発熱量は、前記第1半導体チップのほうが前記第2半導体チップよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are driven in parallel;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amount of heat generated by driving is greater in the first semiconductor chip than in the second semiconductor chip.
前記第2半導体チップは、シリコンカーバイドにより形成されていることを特徴とする請求項1〜7いずれか1項に記載の半導体装置。 The first semiconductor chip is made of silicon;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor chip is made of silicon carbide.
前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクの少なくとも一方が、前記放熱部材とされていることを特徴とする半導体装置。 The first heat sink and a second heat sink in which the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are disposed between the first heat sink and the first heat sink in the thickness direction. In the semiconductor device described in
At least one of the first heat sink and the second heat sink is the heat radiating member.
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