JP2019021831A - Semiconductor device and submodule for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体素子を用いて電力制御を行う半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device that performs power control using a semiconductor element.
電力機器には、半導体素子を用いて電力変換や電力開閉等の電力制御を行う半導体装置がある。このような装置に用いられる、いわゆる電力用半導体素子は、通常、高電圧・大電流を扱えるよう構成されている。このような半導体素子を用いて電力制御を行う電力機器には、例えば、サイリスタ変換装置や、トランジスタインバータ等、半導体素子を用いて電力変換を行う電力変換器(power converter)がある。 There is a semiconductor device that performs power control such as power conversion and power switching using a semiconductor element. A so-called power semiconductor element used in such a device is usually configured to handle a high voltage and a large current. Examples of a power device that performs power control using such a semiconductor element include a power converter that performs power conversion using a semiconductor element, such as a thyristor converter or a transistor inverter.
大容量の電力変換器を実現するためには、半導体素子を流れる電流容量を大きくすることが求められている。このため、半導体装置には、内部に複数の半導体素子が配列され、電気的に並列に接続されたものがある。例えば、下記の特許文献には、複数の半導体素子が2つの金属で構成された部材の間に挟まれており、これらがセラミックスで構成された外囲器内に配置された半導体装置が提案されている。また、半導体装置の構成部品には、半導体素子とこれに接合された導体が、合成樹脂により樹脂封止(モールド)されたものが提案されている。 In order to realize a large-capacity power converter, it is required to increase the current capacity flowing through the semiconductor element. For this reason, some semiconductor devices have a plurality of semiconductor elements arranged therein and electrically connected in parallel. For example, the following patent document proposes a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are sandwiched between members made of two metals, and these are arranged in an envelope made of ceramics. ing. In addition, as a component of a semiconductor device, a semiconductor element and a conductor bonded to the semiconductor element are sealed (molded) with a synthetic resin.
このような半導体装置は、一般的に、2つの金属で構成された板状の部材(いわゆる電極板)の間に、板状の半導体素子が配置されている。例えば、特許文献1に記載の技術においては、2つの金属製の板状の部位(電極板)の間に、複数の半導体素子(半導体チップ)が間隔をあけて配列されている。この例において、2つの電極板のうち、一方には、エミッタ電流が流れ、他方にはコレクタ電流が流れる。各半導体チッブの主面は、熱緩衝板と接しており、各半導体チップは、当該熱緩衝板を介して、2つの電極板の間に作用する圧縮力を受けている。すなわち、各半導体チップには、その厚さ方向に、圧縮方向の応力(stress)が生じている。このような半導体装置においては、各半導体チップに均等な応力が生じるようにする必要があり、各構成部品の寸法や、当該構成部品の組み立てには、高い精度が求められる。
In such a semiconductor device, generally, a plate-like semiconductor element is disposed between plate-like members (so-called electrode plates) made of two metals. For example, in the technique described in
また、特許文献2に記載の半導体装置のように、半導体素子の2つの主面が、ハンダ等により電極等と接合されており、半導体素子に応力はほとんど生じない。当該2つの主面の間にある側面、すなわち半導体素子の外周は、電気絶縁体としての合成樹脂により囲まれている。この半導体装置においては、その製造工程において半導体素子の主面に接合不良が生じる場合がある。半導体装置の故障等により半導体素子に大電流が流れると、特に、接合不良がある部位においては、ジュール発熱により温度が上昇し、半導体素子やこれに隣接する金属製の導体が膨張、溶融、気化(昇華)等することにより、圧力が急激に上昇する場合がある。
Further, as in the semiconductor device described in
半導体素子とこれに接合された導体が合成樹脂により樹脂封止されている場合、上述した圧力上昇が半導体素子の近傍に生じると、当該半導体素子に隣接する合成樹脂製の部分に、き裂が生じる場合がある。このようなき裂は、一般的に、半導体素子の近傍から生じ、半導体素子の厚さ方向に略垂直な方向に進展することが多い。き裂が樹脂部分の外面に達すると、金属等が気化したガスが、当該き裂を通じて当該樹脂部分の外に噴出する。このようなガスが、例えば、外囲器等の電気絶縁材料で構成された部品に付着すると、当該部品の電気絶縁性能が損なわれる虞がある。 When a semiconductor element and a conductor bonded to the semiconductor element are resin-sealed with a synthetic resin, when the pressure increase described above occurs in the vicinity of the semiconductor element, a crack is formed in the synthetic resin part adjacent to the semiconductor element. May occur. Such a crack generally occurs from the vicinity of the semiconductor element and often propagates in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the semiconductor element. When the crack reaches the outer surface of the resin portion, the gas in which the metal or the like is vaporized is jetted out of the resin portion through the crack. If such a gas adheres to a component made of an electrically insulating material such as an envelope, for example, the electrical insulating performance of the component may be impaired.
本発明の実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体素子に大電流が流れて半導体素子の近傍から隣接する樹脂部分にき裂が生じたときに、当該き裂を通じてガスの噴出を抑制可能な半導体装置を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in view of the above, and when a large current flows through a semiconductor element and a crack is generated in the resin portion adjacent from the vicinity of the semiconductor element, gas is passed through the crack. An object is to provide a semiconductor device capable of suppressing ejection.
本発明の実施形態の半導体装置は、その内部にサブモジュールが配置された半導体装置であって、当該サブモジュールは、そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第1主面及び第2主面を有する半導体素子と、第1主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第1外面を有する第1金属導体と、第2主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第2外面を有する第2金属導体と、第1外面の少なくとも一部と第2外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第1金属導体及び第2金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、を有することを特徴とする。
また、本発明の実施形態の半導体装置用サブモジュールは、半導体装置内に配置される半導体装置用サブモジュールであって、
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第1主面及び第2主面を有する半導体素子と、第1主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第1外面を有する第1金属導体と、第2主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第2外面を有する第2金属導体と、第1外面の少なくとも一部と第2外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第1金属導体及び第2金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、を有することを特徴とする。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a semiconductor device in which a submodule is disposed therein, and the submodule has a first main surface and a second main surface extending in a direction perpendicular to the chip thickness direction. And a semiconductor element having at least a portion of the first main surface and electrically connected to at least a portion of the first metal conductor having a first outer surface and the second main surface. The semiconductor element, the first metal conductor, and the second metal conductor having a second outer surface, and at least a part of the first outer surface and at least a part of the second outer surface exposed to the outside of the submodule, respectively. The second metal conductor includes a resin portion that is resin-sealed, and a case that is disposed adjacent to the resin portion and at least partially surrounds the resin portion.
Further, the semiconductor device submodule of the embodiment of the present invention is a semiconductor device submodule disposed in the semiconductor device,
A semiconductor element having a first main surface and a second main surface extending in a direction perpendicular to the chip thickness direction, and a first element having a first outer surface electrically connected to at least a part of the first main surface. 1 metal conductor and at least a part of the second main surface are electrically connected, a second metal conductor having a second outer surface, at least a part of the first outer surface and at least a part of the second outer surface The semiconductor element, the first metal conductor, and the second metal conductor are respectively disposed adjacent to the resin portion, and the resin portion is exposed so as to be exposed outside the submodule. And a case enclosing at least partially.
本発明の実施形態によれば、大電流が流れてサブモジュール内の圧力が上昇し、半導体素子の近傍から隣接する樹脂部分に、半導体素子の厚さ方向に垂直な方向にき裂が延びて、当該き裂を通じてガスが噴出することを抑制することができる。 According to the embodiment of the present invention, a large current flows and the pressure in the submodule increases, and a crack extends from the vicinity of the semiconductor element to the adjacent resin portion in a direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor element. The gas can be prevented from being ejected through the crack.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
〔第1実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図1〜図4を参照して説明する。図1は、本実施形態の半導体装置の断面図である。図2は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。図3は、図1のIII−III線による断面図である。図4は、本実施形態の半導体装置の側面図であり、図2に矢印Sで示す方向から見た図である。
[First Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device submodule of the present embodiment. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a side view of the semiconductor device of this embodiment, and is a view seen from the direction indicated by the arrow S in FIG.
図1及び図2に示すように、本実施形態の半導体装置10は、パワーエレクトロニクス分野の電力機器であり、その内部に、半導体装置用サブモジュール(以下、単に「サブモジュール」と記す)20が配置されるものである。本実施形態において、半導体装置10は、その内部に複数のサブモジュール20が配列されている。各サブモジュール20は、その内部に、半導体素子22を有している。複数のサブモジュール20すなわち半導体素子22は、電気的に並列に接続されており、高電圧(数kV)に耐え得るように構成されている。このような半導体装置10には、例えば、電力の変換を行う半導体電力変換装置(semiconductor converter)がある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施形態の半導体素子22は、電力システム(図示せず)の高電圧(例えば、8000V)が印加される電力用半導体素子、いわゆるパワー半導体である。本実施形態の半導体素子22は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)や、酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子を形成する。
The
図2に示すように、半導体素子22は、略板状をなしている、いわゆる半導体チップであり、その厚さ方向(以下、チップ厚さ方向と記す)に垂直な方向に広がる第1主面23と第2主面25とを有している。第2主面25は、チップ厚さ方向において第1主面23とは反対側にある面、いわゆる裏面である。第1主面23と第2主面25は、互いに平行である。半導体素子22は、チップ厚さ方向から見て略矩形をなしている。第1主面23及び第2主面25は、それぞれ、電力を制御するための電極面を含んでいる。
As shown in FIG. 2, the
なお、チップ厚さ方向のうち半導体素子22に向かう向きを「内側」と記し、半導体素子22から離間する向きを「外側」と記す。また、サブモジュール20において、チップ厚さ方向と垂直な方向において、半導体素子22に向かう向きを「内側」と記し、半導体素子22から離間する向きを「外側」と記す。
The direction toward the
本実施形態の半導体素子22において、第1主面23は、コレクタ電極面であり、金属等の導体で構成されている。第1主面23(すなわちコレクタ電極面)は、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムを含む材料で構成することができる。なお、第1主面23は、電気絶縁材料で構成されたコレクタ電極面を囲う面(いわゆるガードリング)を含むものとしても良い。
In the
一方、第2主面25は、図示しないエミッタ電極面及びゲート電極面を含んでいる。エミッタ電極面及びゲート電極面は、それぞれ金属等の導体で構成されており、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムを含む材料で構成することができる。第2主面25は、エミッタ電極面からゲート電極面を電気的に絶縁するガードリングを有することが好適である。
On the other hand, the second
サブモジュール20は、半導体素子22の第1主面23のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、且つ金属で構成された導体(以下、第1金属導体と記す)30を有している。本実施形態において、第1金属導体30は、第1主面23に含まれるコレクタ電極面と電気的に接続されている。なお、第1主面23のうち一部がコレクタ電極面であるものとしても良い。第1金属導体30は、チップ厚さ方向において、半導体素子22の一方側(図に矢印T1で示す)、すなわちコレクタ側に配置されている。
The
第1金属導体30の内面31と、半導体素子22の第1主面23との間には、接合材24が配置される。第1金属導体30と半導体素子22は、当該接合材24により互いに接合される。これにより、半導体素子22の第1主面23の少なくとも一部、具体的にはコレクタ電極面は、当該接合材24を介して第1金属導体30と電気的に接続される。
A
また、サブモジュール20は、半導体素子22の第2主面25のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、且つ金属で構成された導体(以下、第2金属導体と記す)50を有している。本実施形態において、第2金属導体50は、第2主面25のうちエミッタ電極面と電気的に接続されている。なお、第2主面25のうち一部がコレクタ電極面であるものとしても良い。第2金属導体50は、チップ厚さ方向において半導体素子22の他方側すなわち第1金属導体30とは反対側(図に矢印T2で示す)であり、エミッタ側に配置されている。
The
第2金属導体50の内面51と、半導体素子22の第2主面25との間には、接合材26が配置されている。第2金属導体50と半導体素子22は、当該接合材26により互いに接合される。これにより、半導体素子22の第2主面25の少なくとも一部、具体的にはエミッタ電極面は、当該接合材26を介して第2金属導体50と電気的に接続される。
A
サブモジュール20は、外部からの電気的な接続を提供するために、2つの外面35,55を有している。具体的には、サブモジュール20のうち、第1金属導体30は、第1外面35を有し、第2金属導体50は、第2外面55を有している。第1外面35及び第2外面55は、それぞれサブモジュール20外に露出する面(いわゆる露出面)である。
The
本実施形態において、第1外面35は、コレクタ電極面と電気的に接続されており、第2外面55は、エミッタ電極面と電気的に接続されている。また、第1外面35及び第2外面55は、それぞれ対応する金属部材13,15と接合される面(いわゆる接合面)である。すなわち、第1金属導体30は、第1外面35を通じてコレクタ側の金属部材13に電気的に接続され、第2金属導体50は、第2外面55を通じてエミッタ側の金属部材15に電気的に接続される。
In the present embodiment, the first
本実施形態において、第1外面35は、第1金属導体30のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、矢印T1で示すコレクタ側に配置されている。一方、第2外面55は、第2金属導体50のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、矢印T2で示すエミッタ側T2に配置されている。第1金属導体30において第1外面35と内面31は、それぞれチップ厚さ方向に垂直な方向に広がっており、互いに平行である。また、第2金属導体50において第2外面55と内面51は、それぞれチップ厚さ方向に垂直な方向に広がっており、互いに平行である。
In the present embodiment, the first
また、本実施形態において、第2金属導体50は、内面51を含む厚さ方向の内側を形成している部分(以下、内側部分と記す)52と、第2外面55を含み厚さ方向の外側を形成している部分(以下、外側部分と記す)54とを有している。内側部分52は、厚さ方向に垂直な断面の面積が、外側部分54に比べて小さい部分である。外側部分54は、半導体素子22と第2主面25と厚さ方向に対向する面(以下、対向面と記す)53を有している。内側部分52は、外側部分54の対向面53から厚さ方向の内側、すなわち半導体素子22の第2主面25に向けて突出している部分である。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態の半導体装置10は、その内部に2つのサブモジュール20が配列されており、当該2つのサブモジュール20は、チップ厚さ方向に垂直な方向のうち所定の方向(以下、幅方向と記し、図3に矢印Wで示す)に間隔をあけて配列されている。各サブモジュール20の第2金属導体50は、一つの外側部分54と、当該外側部分54から突出する2つの内側部分52を有している。2つの内側部分52は、チップ厚さ方向及び幅方向のそれぞれに垂直な方向(以下、長手方向と記し、図3に矢印Lで示す)に間隔をあけて配列されている。
In the
第1金属導体30及び第2金属導体50は、電気伝導性と熱伝導性の双方が高い材料で構成されることが好ましく、当該材料には、例えば、銅や銅合金を用いることができる。第1金属導体30のチップ厚さ方向の厚さは、4mm以上であることが好ましい。また、内側部分52と外側部分54を含む第2金属導体50の厚さも、4mm以上であることが好ましい。なお、第1金属導体30と第2金属導体50は、その形状の違いに応じて、線膨張係数が異なる材料で構成するものとしても良い。
The
なお、上述した接合材24,26は、はんだ、導電性接着剤又は銀ペースト等、様々な融点の溶加材(filler metal)を用いることができる。このような溶加材を、例えば、リフロー処理(reflow treatment)により溶融させることにより、半導体素子22と第1金属導体30及び第2金属導体50を、それぞれ接合することができる。
The
以上のようにして接合された半導体素子22、第1及び第2金属導体30,50、及び接合材24,26は、樹脂封止される。すなわち、サブモジュール20は、上述した半導体素子22、第1及び第2金属導体30,50を樹脂封止(plastic molding)する部分(以下、樹脂部と記す)60を有している。樹脂部60は、合成樹脂で構成されており、本実施形態においては熱硬化性樹脂が用いられる。このような熱硬化性樹脂には、例えば、メラミン樹脂を用いることができる。なお、樹脂封止用の型を真空状態にして当該型内に高温の熱硬化性樹脂を注入し、固化させることにより、金属導体30,50や半導体素子22近傍に気泡を残さずに樹脂封止することが可能である。
The
サブモジュール20において、第1金属導体30及び第2金属導体50は、それぞれ第1外面35の少なくとも一部と第2外面55の少なくとも一部がサブモジュール20外に露出するように熱硬化性樹脂により樹脂封止される。本実施形態においては、第1外面35の全面と及び第2外面55の全面が、サブモジュール20外に露出している。なお、第1外面35及び第2外面55のうち少なくとも一方の縁部が、樹脂部60を形成する樹脂により覆われているものとしても良い。
In the
加えて、サブモジュール20は、当該樹脂部60を少なくとも部分的に囲う部材(以下、単に「ケース」と記す)70を有している。本実施形態においては、ケース70は、チップ厚さ方向に垂直な方向において樹脂部60に隣接して配置されている。ケース70は、当該樹脂部60のうち、半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50に接していない表面を、少なくとも部分的に覆っている。
In addition, the
本実施形態において、ケース70は、図3に示すように、樹脂部60を、その全周に亘って囲っており、略筒状をなしている。ケース70は、樹脂部60のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある面(以下、単に「外面」と記す)66に隣接して配置されており、当該外面66全体を覆っている。なお、樹脂部60のうち、第1外面35に隣接して当該第1外面35を囲っている面67と、第2外面55に隣接して当該第2外面55を囲っている面68は、ケース70により覆われていない。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
本実施形態のケース70は、チップ厚さ方向に垂直な方向において半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50の外側において樹脂部60に隣接して配置されており、且つチップ厚さ方向に延びている部分(側部分)のみで形成されている。ケース70は、樹脂部60を、その全周に亘って囲っている。
The
ケース70は、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材(マトリックス)とする複合材料、いわゆるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)で構成されている。本実施形態において、強化材には、ガラス繊維(ガラス糸)を用いた織物、いわゆるガラスクロスが用いられている。なお、母材としての熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂が用いられている。なお、ケース70を構成する材料には、様々なものを用いることができる。本実施形態のサブモジュール20において、ケース70は、金属で構成されているものとしても良い。
The
本実施形態において、半導体素子22の第2主面25は、ゲート電極面を含んでおり、サブモジュール20は、ゲート電極面と電気的に接続されたゲート端子29を有している。ゲート端子29は、ケース70を貫通して延びており、その端部がサブモジュール20外に露出している。ケース70には、図2及び図4に示すように、ゲート端子29を通す貫通孔79が形成されており、当該貫通孔79の内側をゲート端子29が通る。
In the present embodiment, the second
ゲート端子29は、ボンディングワイヤ85を介して第2主面25にあるゲート電極面に電気的に接続されている。なお、ゲート端子29とボンディングワイヤ85は、他の金属導体を介して電気的に接続されるものとしても良い。本実施形態において、ゲート端子29及びボンディングワイヤ85は、半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50と共に、樹脂部60により樹脂封止される。
The
以上に説明したサブモジュール20は、図1に示すように、半導体装置10において、2つの金属製の部材(以下、金属部材と記す)13,15の間に配置される。本実施形態においては、複数のサブモジュール20が、2つの金属部材13,15の間に配列され、電気的に並列に接続される。具体的には、半導体装置10は、金属で構成されており、各サブモジュール20の第1金属導体30と電気的に接続される部材(以下、第1金属部材と記す)13と、各サブモジュール20の第2金属導体50と電気的に接続される部材(以下、第2金属部材と記す)15とを有している。
As illustrated in FIG. 1, the
第2金属部材15は、第1金属部材13から、所定の方向に間隔をあけて配置されており、本実施形態においては、チップ厚さ方向に間隔をあけて配置されている。第1金属部材13及び第2金属部材15は、それぞれ略板状をなしており、チップ厚さ方向に垂直な方向に広がっている。第1金属部材13のうちチップ厚さ方向の内側にある内面13aと、第2金属部材15のうちチップ厚さ方向の内側にある内面15aは、互いに平行である。なお、第1金属部材13及び第2金属部材15を構成する材料には、例えば、アルミニウム合金を用いることができる。
The
なお、半導体装置10のうち第1及び第2金属部材13,15及びこれらの間に形成された内部空間の厚さ方向を、以下に「装置厚さ方向」と記して矢印Aで示す。本実施形態において、装置厚さ方向Aは、チップ厚さ方向と一致している。すなわち、第2金属部材15は、第1金属部材13から装置厚さ方向Aに間隔をあけて配置されており、複数のサブモジュール20は、装置厚さ方向Aに垂直な方向に間隔をあけて配列されている。当該装置厚さ方向Aに垂直な方向において、外囲器17は、複数のサブモジュール20の外側に配置されており、当該複数のサブモジュール20を囲っている。各サブモジュール20のケース70は、装置厚さ方向Aに垂直な方向において外囲器17と対向している。
Note that the thickness direction of the first and
図1及び図2に示すように、第1金属部材13の内面13aと第1金属導体30の第1外面35の間には、接合材14が配置される。第1金属部材13と第1金属導体30は、接合材14により互いに接合される。同様に、第2金属部材15の内面15aと第2金属導体50の第2外面55の間には、接合材16が配置される。第2金属部材15と第2金属導体50は、接合材16により互いに接合される。これら接合材14,16には、はんだ、導電性接着剤又は銀ペースト等の溶加材を用いることができる。なお、接合材14,16は、サブモジュール20内において用いられる接合材24,26に比べて融点が低いものを用いることが好適である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1金属部材13と第2金属部材15は、電気絶縁材料で構成された外囲器17を介して互いに結合される。すなわち、半導体装置10は、第1金属部材13から第2金属部材15を電気的に絶縁し、且つ第1金属部材13と第2金属部材15とを(物理的に)接続する外囲器17を有している。外囲器17は、第1金属部材と第2金属部材との間において複数のサブモジュール20を少なくとも部分的に囲っている。
The
本実施形態の外囲器17は、図1及び図3に示すように、チップ厚さ方向と垂直な方向において複数のサブモジュール20、第1金属部材13及び第2金属部材15の外側に配置されており、当該サブモジュール20、第1及び第2金属部材13,15を全周に亘って囲っている。各サブモジュール20は、外囲器17、第1金属部材13及び第2金属部材15により囲まれた空間(以下、内部空間と記す)18内に配置されている。本実施形態の内部空間18は、密閉されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
各サブモジュール20は、そのケース70が、チップ厚さ方向と垂直な方向において、電気絶材料で構成された外囲器17と対向するように配置されている。複数のサブモジュール20は、そのケース70と外囲器17との間に所定の間隔(空隙)が形成されるように配列されている。すなわちチップ厚さ方向に垂直な方向において、半導体素子22と外囲器17との間には、樹脂部60に加えて、当該樹脂部60に比べて強度の高いケース70が配置されている。
Each
本実施形態の半導体装置10において、各サブモジュール20の半導体素子22に大電流が流れると、当該半導体素子22の近傍においては、ジュール発熱により温度が上昇し、金属が気化したガスが生じて圧力が急激に上昇し、当該圧力上昇に起因して樹脂部60には、一般的に、半導体素子22の近傍から、チップ厚さ方向に垂直な方向に進展するき裂が生じる。チップ厚さ方向に垂直な方向すなわちき裂が進展する方向において樹脂部60の外側には、高強度のケース70が配置されているため、樹脂部60のき裂が、外面66より外側に進展することを抑制することができる。また、当該き裂を通じて金属等が気化したガスが、サブモジュール20外、特に、チップ厚さ方向に垂直な方向においてケース70と対向している外囲器17に向けて噴出されることを防止することができ、電気絶縁材料で構成された外囲器17に、当該ガスに含まれる金属等が付着して、その電気絶縁性能が損なわれることを抑制することができる。
In the
以上に説明したように半導体装置10において、サブモジュール20は、そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第1主面23及び第2主面25を有する半導体素子と、第1主面23のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第1外面35を有する第1金属導体30と、第2主面25のうち少なくとも一部と電気的に接続されてており、第2外面を有する第2金属導体50とを有する。第1金属導体30は、チップ厚さ方向において、半導体素子22の一方側(コレクタ側)に配置されており、第2金属導体50は、その反対側(エミッタ側)に配置されている。
As described above, in the
半導体装置10は、さらに、第1外面35の少なくとも一部と第2外面55の少なくとも一部がそれぞれサブモジュール20外に露出するように、半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50を樹脂封止する樹脂部60と、当該樹脂部60に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケース70を有するものとした。なお、本実施形態において、樹脂部60は、第1外面35体と第2外面55全体がサブモジュール20外に露出するように半導体素子22、金属導体30,50及び接合材24,26を樹脂封止している。ケース70は、半導体素子22、金属導体30,50及び接合材24,26に接していない面のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある外面66を全体的に覆っている。
The
本実施形態によれば、樹脂部60のき裂が、チップ厚さ方向の外側にある面、すなわち外面66より外側に進展することを抑制することができる。また、当該き裂を通じて金属等が気化したガスが、サブモジュール20外に噴出することを抑制することができ、外囲器17に、当該ガスに含まれる金属等が付着することを抑制することができる。
According to the present embodiment, it is possible to suppress the crack of the
なお、本実施形態において、第1金属部材13と第2金属部材15は、チップ厚さ方向に間隔をあけて配置されており、複数のサブモジュール20は、チップ厚さ方向と垂直な方向に配列されているものとしたが、本発明に係る半導体装置は、この態様に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
〔第2実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図5を参照して説明する。図5は、本実施形態の半導体装置の断面図である。本実施形態は、チップ厚さ方向が、装置厚さ方向Aに垂直な方向となるように、サブモジュールが配置されている点で、第1実施形態と異なっている。なお、第1実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the submodules are arranged so that the chip thickness direction is perpendicular to the device thickness direction A. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図5に示すように、本実施形態の半導体装置10Cは、その内部に複数のサブモジュール20Cが配列されており、各サブモジュール20Cは、チップ厚さ方向が、装置厚さ方向Aに垂直な方向となるように配置されている。すなわち、複数のサブモジュール20Cは、第1金属部材13、第2金属部材15及び外囲器17により囲まれた内部空間18Cにおいて、装置厚さ方向Aに垂直な方向(すなわちチップ厚さ方向)に間隔をあけて配列されている。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態において、第1外面35は、第1金属導体30のうちチップ厚さ方向に垂直な方向、すなわち装置厚さ方向Aの外側、具体的には、第1金属部材13側に配置されている。一方、第2外面55Cは、第2金属導体50のうちチップ厚さ方向の外側、具体的には、第2金属部材15側に配置されている。第1金属導体30において第1外面35Cは、内面31に垂直な方向に広がっている。同様に、第2金属導体50において第2外面55Cは、内面51に垂直な方向に広がっている。
In the present embodiment, the first
第1金属部材13の内面13aと第1金属導体30の第1外面35Cの間には、接合材14cが配置される。第1金属部材13と第1金属導体30は、当該接合材14cにより互いに接合される。同様に、第2金属部材15の内面15aと第2金属導体50の第2外面55Cの間には、接合材16cが配置される。これら接合材14c,16cは、上述した接合材14,16と同じ溶加材が用いられる。
A
本実施形態のケース70Cは、チップ厚さ方向において第1金属導体30、第2金属導体50及び樹脂部60Cの外側に配置されており、当該樹脂部60Cに加えて、第1金属導体30又は第2金属導体50に隣接して配置されている。ケース70Cは、樹脂部60C、第1金属導体30及び第2金属導体50を囲っており、略筒状をなしている。
The case 70C of the present embodiment is disposed outside the
具体的には、ケース70Cは、樹脂部60Cのうちチップ厚さ方向の外側にある面67C,68Cを覆っている。なお、樹脂部60Cのうち、第1金属部材13と対向している面66cと、第2金属部材15と対向している面66eは、ケース70により覆われていない。
Specifically, the case 70C covers the
本実施形態の半導体装置10Cにおいて、各サブモジュール20の半導体素子22に大電流が流れると、樹脂部60Cには、半導体素子22の近傍から、チップ厚さ方向に垂直な方向、すなわち装置厚さ方向Aに進展するき裂が生じる。このようなき裂を通じて、金属を含むガスが、例えば、第1金属部材13と対向している面66cから噴出した場合、当該ガスの流れは、第1金属部材13の内面13aに衝突する。また、第2金属部材15と対向している面66eから噴出した場合、当該ガスは、第2金属部材15の内面15aに衝突する。このようにして、樹脂部60Cに生じたき裂を通じて噴出したガスが、直接、外囲器17に衝突する可能性を低減することができる。
In the
〔第3実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図6を参照して説明する。図6は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。本実施形態は、特にケースの形状が、第1実施形態と異なっている。なお、第1実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device submodule of the present embodiment. In this embodiment, the shape of the case is particularly different from that of the first embodiment. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図6に示すように、本実施形態のサブモジュール20Eにおいて、ケース70Eは、樹脂部60のうち、半導体素子22、第1金属導体30、第2金属導体50及びこれらを接合する接合材24,26に接していない表面の全てを覆うように構成されている。ケース70Eは、チップ厚さ方向に垂直な方向において樹脂部60の外側に配置されており、当該チップ厚さ方向に延びている部分(以下、側部分と記す)71を有している。側部分71は、樹脂部60のうち、チップ厚さ方向に垂直な方向の外側にある面66を覆っている。
As shown in FIG. 6, in the
さらに、ケース70Eは、当該側部分71の一方の縁から第1外面35に向けて延びており、第1外面35上にある空間E1を囲う部分(以下、第1縁部分と記す)73と、当該縁部分73の他方の縁から第2外面55に向けて延びており、第2外面55上にある空間E2を囲う部分(以下、第2縁部分と記す)75とを有している。第1縁部分73と第2縁部分75は、側部分71を介して結合されている。
Further, the
第1縁部分73及び第2縁部分75は、それぞれ、樹脂部60のうちチップ厚さ方向の外側にある面67,68を覆っている。具体的には、第1縁部分73は、樹脂部60のうち第1外面35に隣接して当該第1外面35を囲っている面67を覆っている。一方、第2縁部分75は、樹脂部60のうち第2外面55に隣接して第2外面55を囲っている面68を覆っている。第1縁部分73は、第1外面35には、接しておらず、第2縁部分75も、第2外面55には接していない。
The
ケース70Eは、例えば、半導体素子22、第1及び第2金属導体30,50、及び樹脂部60を完全に覆う金属製のケースを製作し、その後、第1外面35の外側にある部分E1と、第2外面55の外側にある部分E2とを、切削加工等により除去することにより、第1外面35と第2外面55とをそれぞれサブモジュール20外に露出させる。その後、第1外面35上には、接合材14が配置されて第1金属導体30と第1金属部材13が接合される(図1参照)。同様に、第2外面55上には、接合材16が配置されて第2金属導体50と第2金属部材15が接合される。なお、ケース70Eは、切削加工が比較的容易な材料で構成することが好ましい。
The
本実施形態においては、ケース70Eのうち、第1縁部分73が第1外面35に接しておらず、また第2縁部分75が第2外面55に接していない。このため、ケース70Eを介して第1外面35と第2外面55が電気的に接続されることがない。このため、ケース70Eは、切削加工が比較的容易な金属で構成することができる。
In the present embodiment, in the
本実施形態のサブモジュール20Eによれば、ケース70Eにより樹脂部60のうち半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50及び接合材24,26に接していない表面が、全て覆われているため、樹脂部60に生じたき裂を通じて金属を含んだガスが、サブモジュール20外に噴出することを抑制することができる。
According to the
なお、本実施形態において、ケース70Eは、金属で構成されているものとしたが、ケース70Eを構成する材料は、これに限定されるものではない。ケース70Eは、側部分71に加えて、第1外面35上にある空間E1を囲う第1縁部分73と、第2外面55上にある空間E2を囲う第2縁部分75を有する形状を実現できれば、様々な材料で構成することができる。例えば、ケース70Eは、切削加工が比較的容易な合成樹脂により構成することも可能である。
In the present embodiment, the
〔第4実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図7及び図8を参照して説明する。図7は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図である。図8は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの側面図である。なお、第1及び第3実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device submodule of the present embodiment. FIG. 8 is a side view of the semiconductor device submodule of the present embodiment. In addition, about the structure substantially common with 1st and 3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図7に示すように、本実施形態のサブモジュール20Fにおいて、ケース70Fは、樹脂部60の外側の面66を覆う側部分71に加えて、第1外面35上であってその縁部35eより内側にある空間F1を囲う第1縁部分74と、第2外面55上であってその縁部55eより内側にある空間F2を囲う第2縁部分76を有している。第1縁部分74及び第2縁部分76は、それぞれ、樹脂部60のうちチップ厚さ方向の外側にある面67,68を覆っている。
As shown in FIG. 7, in the
加えて、第1縁部分74は、樹脂部60のうち第1外面35の縁部35eに隣接しており、当該縁部35eも覆っている。同様に、第2縁部分76は、樹脂部60のうち第2外面55の縁部55eに隣接しており、当該縁部55eも覆っている。すなわち、ケース70Fは、樹脂部60のうち半導体素子22、第1金属導体30及び第2金属導体50及び接合材24,26に接していない表面の全てに加えて、第1外面35の縁部35e及び第2外面55の縁部55eも覆っている。
In addition, the
このようにケース70Fは、その第1縁部分74及び第2縁部分76が、それぞれ、第1外面35及び第2外面55に接しているため、電気絶縁材料で構成される必要がある。本実施形態において、ケース70Fは、電気絶縁性を有する合成樹脂で構成されている。
Thus, the
本実施形態のケース70Fは、例えば、半導体素子22、第1及び第2金属導体30,50、及び樹脂部60を完全に覆う合成樹脂製のケースを製作し、その後、第1外面35の縁部35eより内側にある部分F1と、第2外面55の縁部55eより外側にある部分F2とを、切削加工等により除去することにより、第1外面35のうち縁部35eを除く部分と、第2外面55のうち縁部55eを除く部分とを、それぞれサブモジュール20外に露出させる。また、図8に示すように、ケース70Fのうち側部分71には、ゲート端子29を通す貫通孔79を形成し、当該貫通孔79の内側にゲート端子29を通す。その後、縁部35eを除く部分、及び縁部55eを除く部分には、それぞれ接合材14,16が配置されて、サブモジュール20Fは、第1及び第2金属部材13,15に接合される(図1参照)。
The
本実施形態のサブモジュール20Fによれば、樹脂部60を覆うケース70Fのうち、第1縁部分74と第1外面35との間や、第2縁部分76と第2外面55との間から、樹脂部60に生じたき裂を通じて金属を含むガスがサブモジュール20外に噴出することを抑制することができる。
According to the
〔第5実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図9〜図11を参照して説明する。図9は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図11のIX−IX線による断面図である。図10は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの拡大側面図であり、図9の拡大図である。図11は、本実施形態の半導体装置用サブモジュールの断面図であり、図9に矢印Bで示す方向から見た底面図である。なお、第1実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device submodule of the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG. FIG. 10 is an enlarged side view of the semiconductor device submodule of the present embodiment, and is an enlarged view of FIG. 9. FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device submodule of the present embodiment, and is a bottom view as seen from the direction indicated by the arrow B in FIG. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本実施形態のサブモジュールは、略直方体状をなしており、図9に示すように、半導体素子22に第1金属導体30及び第2金属導体50が接合されたもの(以下、中間部品と記す)が2つ、チップ厚さ方向に垂直な方向において互いに間隔をあけて配置されており、これら2つの中間部品が一つの樹脂部60Gにより樹脂封止されている。
The submodule of this embodiment has a substantially rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 9, the
これら2つの中間部品は、樹脂部60Gのうち、チップ厚さ方向に垂直な方向において中央にある部分(以下、中央部と記す)62を介して結合されている。当該方向は、2つの中間部品が配列される方向であり、チップ厚さ方向に垂直な方向である。当該方向を、以下に「配列方向」と記して図に矢印Gで示す。なお、樹脂部60Gのうち、配列方向において各中間部品より外側にある2つの端部64は、中央部62を介して互いに結合されている。
These two intermediate parts are coupled via a portion 62 (hereinafter referred to as a central portion) 62 in the center in the direction perpendicular to the chip thickness direction of the
また、本実施形態においては、第1金属導体30は、第1外面35のうち配列方向の内側において当該第1外面35からチップ厚さ方向の外側(エミッタ側)に突出する電極37を有している。同様に、第2金属導体50は、第2外面55のうち配列方向の内側において当該第2外面55からチップ厚さ方向の外側(コレクタ側)に突出する電極57を有している。これら電極37,57は、それぞれ第1及び第2金属部材13,15に接合される(図1参照)。
In the present embodiment, the
本実施形態のサブモジュールは、図9及び図11に示すように、これら2つの中間部品にそれぞれ対応して2つのケース70Gを有している。各ケース70Gは、六面のうち一面に開口を有する箱状をなしており、本実施形態においては、略直方体状をなしている。ケース70Gは、電気絶縁材料で構成されており、例えば、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材とする複合材料で構成することができる。
As shown in FIGS. 9 and 11, the submodule of this embodiment has two
ケース70Gは、樹脂部60Gのうち配列方向Gの外側の端部64より外側にある部分(以下、側部分と記す)72と、当該側部分72から配列方向の内側に延びている部分(以下、内側延伸部と記す)77とを有している。内側延伸部77は、配列方向に垂直な断面が、矩形をなしており、且つ樹脂部60Gのうち端部64と第1及び第2金属導体30,50を囲う部分であり、側部分72の縁から上述した電極37,57まで延びている部分である。内側延伸部77の配列方向の開口縁77eは、これら電極37,57と当接している。
The
側部分72は、樹脂部60Gの端部64のうち配列方向の外側にある外面66Gを覆っている。内側延伸部77は、端部64のうち外面66Gから配列方向の内側に向けて延びる側面67G,68Gと、これら側面67G,68Gにそれぞれ連続して延びている第1外面35の一部と第2外面55の一部とを覆っている。
The
側部分72は、端部64のうち配列方向の外側の外面66Gを覆っている。一方、内側延伸部77は、端部64のうち外面66Gから配列方向内側に向けて延びる側面67G,68Gと、これら側面67G,68Gにそれぞれ連続して延びている第1外面35の一部と第2外面55の一部とを覆っている。
The
本実施形態のサブモジュールは、図11に示すように、2つのケース70Gを接続する部材(以下、接続用部材と記す)80を有している。接続用部材80は、配列方向Gに延びており、電極37から及び樹脂部60の中央部62から配列方向Gに垂直な方向に間隔をあけて延びている。接続用部材80のうち配列方向Gの2つの端部82は、それぞれ内側延伸部77の外面77cに結合されている。すなわち、2つのケース70Gは、当該接続用部材80により互いに結合されている。
As shown in FIG. 11, the submodule of the present embodiment has a member 80 (hereinafter referred to as a connecting member) 80 that connects the two
本実施形態によれば、半導体素子22に第1金属導体30及び第2金属導体50が接合された中間部品が樹脂部60Gにより樹脂封止されたものに、箱状のケース70Gを取り付ける、サブモジュールを構成することができる。本実施形態のように、2つの中間部品が一つの樹脂部60Gにより樹脂封止されている場合には、当該中間部品の配列方向Gの外側にある2つの端部に、それぞれケース70Gを取り付けることにより、樹脂部60Gのうちチップ厚さ方向に垂直な方向の外側にある外面66Gがケース70Gにより覆われたサブモジュールを実現することができる。
According to the present embodiment, the box-shaped
〔第6実施形態〕
本実施形態の半導体装置について図12を参照して説明する。図12は、本実施形態の半導体装置の断面図である。なお、第1実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図12に示すように、本実施形態の半導体装置10Hは、サブモジュール20からの熱を外部に放散するための部材(以下、放熱用部材と記す)90,95が、設けられている。2つの放熱用部材90,95は、それぞれ対応する第1金属部材13及び第2金属部材15に結合されている。具体的には、半導体装置10Hは、サブモジュール20から第1金属部材13に伝達された熱を外部に放散する第1放熱用部材90と、サブモジュール20から第2金属部材15に伝達された熱を外部に放散する第2放熱用部材95とを、有している。
As shown in FIG. 12, the
本実施形態において、第1放熱用部材90は、装置厚さ方向Aにおいて第1金属部材13の外側、すなわちエミッタ側に配置されている。第1放熱用部材90は、略板状をなしており且つ第1金属部材13の外面13cに沿って広がる部分(以下、板状部分と記す)92と、当該板状部分92から装置厚さ方向Aの外側に突出しているフィン94とを有している。
In the present embodiment, the first
第2放熱用部材95は、装置厚さ方向Aにおいて第2金属部材15の外側、すなわちコレクタ側に配置されている。第2放熱用部材95は、略板状をなしており且つ第2金属部材15の外面15cに沿って広がる板状部分97と、当該板状部分97から装置厚さ方向Aの外側に突出しているフィン99とを有している。
The second
本実施形態の半導体装置10Hは、これら放熱用部材90,95を備えることにより、サブモジュール20から第1及び第2金属部材13,15に伝達された熱を、当該半導体装置10外に良好に放散することができる。なお、半導体装置10Hは、フィン94,99が形成された外面を覆い、且つ当該外面との間に冷却液が流れる通路を形成するジャケットを、さらに有するものとしても良い。
The
また、本実施形態の半導体装置10Hにおいて、複数のサブモジュール20は、外囲器17、第1金属部材13及び第2金属部材15により囲まれて密閉された内部空間19内に配置されている。当該内部空間19内には、電気絶縁性物質が充填されており、本実施形態においては、シリコンゲルが充填されている。なお、内部空間19内には、電気絶縁性物質として、熱硬化性樹脂が充填されているものとしても良い。これにより、半導体素子22に大電流が流れてサブモジュール20外に金属を含むガスが噴出した場合であっても、当該ガスに含まれる金属が、外囲器17、第1金属部材13又は第2金属部材15に付着することを抑制することができ、半導体装置10内における所望の電気絶縁性能を確保することができる。また、内部空間19内に配置されたサブモジュール20等の構成部品の酸化を防止することも可能である。
Further, in the
なお、本実施形態においては、第1金属部材13及び第2金属部材15のそれぞれに対応して第1放熱用部材90及び第2放熱用部材95が設けられているものとしたが、本発明に係る放熱用部材を備えた半導体装置は、この態様に限定されるものではない。放熱用部材は、第1及び第2金属部材13,15のうちいずれか一方にのみに設けられるものとしても良い。
In the present embodiment, the first
なお、本実施形態の半導体装置10Hにおいて、サブモジュール20は、半導体素子22のチップ厚さ方向が、装置厚さ方向Aと一致するように配置されるものとしたが、本発明に係る半導体装置は、この態様に限定されるものではない。例えば、図13に示す変形例の半導体装置10Kのように、サブモジュール20Cは、半導体素子22のチップ厚さ方向が、装置厚さ方向Aに垂直な方向となるように配置されるものとすることも好適である。
In the
[他の実施形態] [Other embodiments]
上述した実施形態において、サブモジュール20内にある半導体素子22は、IGBT等のスイッチング素子を形成するものであり、第1主面23は、コレクタ電極面(図示せず)を含み、第2主面25は、エミッタ電極面(図示せず)と、ゲート電極面(図示せず)と、エミッタ電極面(図示せず)からゲート電極面(図示せず)を電気的に絶縁するガードリングとを含むものとしたが、本発明に係る半導体素子は、この態様に限定されるものではない。半導体素子の第1主面及び第2主面は、それぞれ第1金属導体及び第2金属導体に電気的に接続されており、且つ金属で構成されて電極面を有していれば良い。
In the embodiment described above, the
例えば、半導体素子が、ファスト・リカバリ・ダイオード(FRD:Fast Recovery Diode)等のダイオードを形成するものとしても良い。この場合、第1主面は、本実施形態と同様に、コレクタ電極面を含み、第2主面は、エミッタ電極面を含み、且つゲート電極面を含んでおらず、当該半導体素子が内部に配置されたサブモジュールは、ゲート端子を有していないものとすることができる。本発明に係る第1主面及び第2主面のうち一方は、コレクタ電極面に代えて、アノード電極面やドレイン電極面を含むものとしても良い。また、エミッタ電極面に代えて、カソード電極面やソース電極面を含むものとしても良い。 For example, the semiconductor element may form a diode such as a fast recovery diode (FRD). In this case, like the present embodiment, the first main surface includes the collector electrode surface, the second main surface includes the emitter electrode surface, and does not include the gate electrode surface. The arranged submodule may not have a gate terminal. One of the first main surface and the second main surface according to the present invention may include an anode electrode surface and a drain electrode surface instead of the collector electrode surface. Further, a cathode electrode surface or a source electrode surface may be included instead of the emitter electrode surface.
また、本発明に係る半導体装置内に配列されている複数の半導体素子は、全て同一種類のものでなくとも良い。本発明に係る半導体装置は、IGBT等のスイッチング素子を形成する半導体素子と、FRD等のダイオードを形成する半導体素子が、混在して配列されているものとしても良い。 Further, the plurality of semiconductor elements arranged in the semiconductor device according to the present invention need not all be of the same type. In the semiconductor device according to the present invention, a semiconductor element forming a switching element such as an IGBT and a semiconductor element forming a diode such as an FRD may be mixedly arranged.
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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。これら新規な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ともに、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10,10C,10H,10K:半導体装置、13:第1金属部材(金属部材)、13a:内面、13c:外面、14,14c:接合材、15:第2金属部材(金属部材)、15a:内面、15c:外面、16,16c:接合材、17:外囲器、18,18C:内部空間、19:ゲル(内部空間)20,20C,20E,20F:サブモジュール、22,22C:半導体素子、23:第1主面、24:接合材、25:第2主面、26:接合材、29:ゲート端子、30:第1金属導体(金属導体)、31:内面、35,35C:第1外面、35e:縁部、37:電極、50:第2金属導体(金属導体)、51:内面、52:内側部分、53:対向面、54:外側部分、55:第2外面、55C:第2外面、55e:縁部、57:電極、60,60C,60G:樹脂部、62:中央部(樹脂部)、64:端部(樹脂部)、66,66G:外面、66c,66e:面、67,67C,67G:側面、68,68C,68G:側面、70,70C,70E,70F,70G:ケース、71,72:側部分、73,74:第1縁部分(縁部分)、75,76:第2縁部分(縁部分)、76:第2縁部分、77:内側延伸部、77c:外面、77e:開口縁、79:貫通孔、80:接続用部材、82:端部、85:ボンディングワイヤ、90:第1放熱用部材(放熱用部材)、92:板状部分、94:フィン、95:第2放熱用部材(放熱用部材)、97:板状部分、99:フィン 10, 10C, 10H, 10K: semiconductor device, 13: first metal member (metal member), 13a: inner surface, 13c: outer surface, 14, 14c: bonding material, 15: second metal member (metal member), 15a: Inner surface, 15c: outer surface, 16, 16c: bonding material, 17: envelope, 18, 18C: inner space, 19: gel (inner space) 20, 20C, 20E, 20F: submodule, 22, 22C: semiconductor element , 23: first main surface, 24: bonding material, 25: second main surface, 26: bonding material, 29: gate terminal, 30: first metal conductor (metal conductor), 31: inner surface, 35, 35C: first 1 outer surface, 35e: edge, 37: electrode, 50: second metal conductor (metal conductor), 51: inner surface, 52: inner portion, 53: facing surface, 54: outer portion, 55: second outer surface, 55C: Second outer surface, 55e: edge, 57: electrode, 60, 0C, 60G: Resin part, 62: Center part (resin part), 64: End part (resin part), 66, 66G: Outer surface, 66c, 66e: Surface, 67, 67C, 67G: Side surface, 68, 68C, 68G : Side surface, 70, 70C, 70E, 70F, 70G: case, 71, 72: side portion, 73, 74: first edge portion (edge portion), 75, 76: second edge portion (edge portion), 76: Second edge portion, 77: inner extension portion, 77c: outer surface, 77e: opening edge, 79: through hole, 80: connection member, 82: end portion, 85: bonding wire, 90: first heat radiation member (heat radiation Member), 92: plate-like portion, 94: fin, 95: second heat radiating member (heat radiating member), 97: plate-like portion, 99: fin
Claims (15)
当該サブモジュールは、
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第1主面及び第2主面を有する半導体素子と、
第1主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第1外面を有する第1金属導体と、
第2主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第2外面を有する第2金属導体と、
第1外面の少なくとも一部と第2外面の少なくとも一部がそれぞれ前記サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第1金属導体及び第2金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、
前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、
を有する
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a submodule is arranged,
The submodule is
A semiconductor element having a first main surface and a second main surface extending in a direction perpendicular to the chip thickness direction;
A first metal conductor electrically connected to at least a portion of the first main surface and having a first outer surface;
A second metal conductor electrically connected to at least a portion of the second main surface and having a second outer surface;
A resin portion for resin-sealing the semiconductor element, the first metal conductor, and the second metal conductor such that at least a part of the first outer surface and at least a part of the second outer surface are exposed to the outside of the submodule, respectively.
A case that is disposed adjacent to the resin portion and at least partially surrounds the resin portion;
A semiconductor device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the case covers an outer surface of the resin portion that is outside in a direction perpendicular to the chip thickness direction.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。 The said case covers all the surfaces which are not in contact with the said semiconductor element, the 1st metal conductor, the 2nd metal conductor, and the joining material which joins these among the said resin parts. Alternatively, the semiconductor device according to claim 2.
前記チップ厚さ方向に垂直な方向において前記樹脂部の外側に配置されており、当該チップ厚さ方向に延びている側部分と、
当該側部分の一方の縁から第1外面に向けて延びており、第1外面上の空間を囲う第1縁部分と、
当該側部分の他方の縁から第2外面に向けて延びており、第2外面上の空間を囲う第2縁部分と、
を有し、
第1縁部分と第2縁部分は、当該側部分を介して互いに結合されており、それぞれ、樹脂部のうち当該チップ厚さ方向の外側にある面を覆っている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The case is
A side portion disposed outside the resin portion in a direction perpendicular to the chip thickness direction and extending in the chip thickness direction;
A first edge portion extending from one edge of the side portion toward the first outer surface and surrounding a space on the first outer surface;
A second edge portion extending from the other edge of the side portion toward the second outer surface and surrounding a space on the second outer surface;
Have
The first edge portion and the second edge portion are coupled to each other through the side portion, and each of the first edge portion and the second edge portion covers a surface of the resin portion that is outside the chip thickness direction. The semiconductor device according to claim 1.
前記ケースは、金属又は合成樹脂で構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The first edge portion and the second edge portion are not in contact with the first outer surface and the second outer surface, respectively.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the case is made of metal or synthetic resin.
前記ケースは、電気絶縁材料で構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The first edge portion and the second edge portion cover the edge portion of the first outer surface and the edge portion of the second outer surface, respectively.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the case is made of an electrically insulating material.
前記ケースは、ガラス繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂を母材とする複合材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The resin part is made of a thermosetting resin,
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the case is made of a composite material including glass fiber as a reinforcing material and a thermosetting resin as a base material.
前記サブモジュールは、当該ゲート電極面と電気的に接続されており且つ前記ケースを貫通して当該サブモジュール外に露出しているゲート端子を有し、
当該ケースのうち前記側部分には、当該ゲート端子が通る貫通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The second main surface includes a gate electrode surface,
The submodule has a gate terminal that is electrically connected to the gate electrode surface and is exposed outside the submodule through the case.
The semiconductor device according to claim 4, wherein a through hole through which the gate terminal passes is formed in the side portion of the case.
六面のうち一面に開口を有する箱状をなしており、且つ電気絶縁材料で構成されており、
前記樹脂部のうち前記チップ厚さ方向に垂直な方向において外側にある外面を覆う側部分と、
当該樹脂部のうち当該端面から当該チップ厚さ方向に垂直な方向を内側に向けて延びる側面と、これら側面にそれぞれ連続して延びている第1外面の一部及び第2外面の一部とを覆う内側延伸部と、
を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The case is
It has a box shape with an opening on one of the six surfaces, and is made of an electrically insulating material.
A side portion covering an outer surface on the outer side in a direction perpendicular to the chip thickness direction of the resin portion;
Of the resin portion, a side surface extending inward in a direction perpendicular to the chip thickness direction from the end surface, a part of the first outer surface and a part of the second outer surface respectively extending continuously to these side surfaces, An inner extension that covers,
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
第1金属部材から所定の装置厚さ方向に間隔をあけて配置されており、且つ第2金属導体と接合材により接合されて第2金属導体と電気的に接続される第2金属部材と、
第1金属部材から第2金属部材を電気的に絶縁し、第1金属部材と第2金属部材を接続し、且つ第1金属部材と第2金属部材との間において複数の前記サブモジュールを少なくとも部分的に囲う外囲器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置。 A first metal member joined to the first metal conductor by a joining material and electrically connected to the first metal conductor;
A second metal member that is disposed at a predetermined distance from the first metal member in the device thickness direction and is electrically connected to the second metal conductor by being joined to the second metal conductor by a joining material;
Electrically insulating the second metal member from the first metal member, connecting the first metal member and the second metal member, and at least including a plurality of the submodules between the first metal member and the second metal member; A partially enclosing envelope,
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
当該内部空間内において、前記装置厚さ方向に垂直な方向に間隔をあけて配列されている
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 The submodule is disposed in an internal space surrounded by the envelope, the first metal member, and the second metal member,
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is arranged at intervals in a direction perpendicular to the device thickness direction in the internal space.
ことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の半導体装置。 The sub-modules are arranged so that the chip thickness direction coincides with the device thickness direction, or the chip thickness direction coincides with a direction perpendicular to the device thickness direction. The semiconductor device according to claim 10, wherein:
当該内部空間内には、電気絶縁性物質が充填されている
ことを特徴とする請求項10ないし請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置。 The sub-module is disposed in an enclosed internal space surrounded by the envelope, the first metal member, and the second metal member,
13. The semiconductor device according to claim 10, wherein the internal space is filled with an electrically insulating material.
さらに備えることを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれか一項に記載の半導体装置。 A plate-like portion that is disposed outside at least one of the first metal member and the second metal member, and extends outward in the apparatus thickness direction from the plate-like portion extending along the metal member. A heat dissipating member capable of dissipating heat transmitted from the submodule,
The semiconductor device according to claim 10, further comprising:
そのチップ厚さ方向と垂直な方向に広がる第1主面及び第2主面を有する半導体素子と、
第1主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第1外面を有する第1金属導体と、
第2主面のうち少なくとも一部と電気的に接続されており、第2外面を有する第2金属導体と、
第1外面の少なくとも一部と第2外面の少なくとも一部がそれぞれ当該サブモジュール外に露出するように、前記半導体素子、第1金属導体及び第2金属導体を、樹脂封止する樹脂部と、
前記樹脂部に隣接して配置されており、当該樹脂部を少なくとも部分的に囲うケースと、
を有することを特徴とする半導体装置用サブモジュール。 A sub-module for a semiconductor device disposed in a semiconductor device,
A semiconductor element having a first main surface and a second main surface extending in a direction perpendicular to the chip thickness direction;
A first metal conductor electrically connected to at least a portion of the first main surface and having a first outer surface;
A second metal conductor electrically connected to at least a portion of the second main surface and having a second outer surface;
A resin portion for resin-sealing the semiconductor element, the first metal conductor, and the second metal conductor such that at least a part of the first outer surface and at least a part of the second outer surface are exposed to the outside of the submodule, respectively.
A case that is disposed adjacent to the resin portion and at least partially surrounds the resin portion;
A sub-module for a semiconductor device, comprising:
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JP2017140784A JP2019021831A (en) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | Semiconductor device and submodule for semiconductor device |
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WO2022013930A1 (en) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | 株式会社 東芝 | Semiconductor device |
JP7490778B2 (en) | 2020-07-13 | 2024-05-27 | 株式会社東芝 | Semiconductor Device |
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- 2017-07-20 JP JP2017140784A patent/JP2019021831A/en active Pending
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