JP2019083292A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両面冷却型の半導体装置において、上側放熱板と下側放熱板との間の平行度を確保し得る技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を挟んで対向している上側放熱板及び下側放熱板と、平面視したときに半導体装置の両側に位置し、半導体素子に電気的に接続されている第１リード及び第２リードとを備える。この半導体装置の上側放熱板及び下側放熱板の各々は、絶縁基板と、絶縁基板の一方側に位置するととともに半導体素子へ電気的に接続された内側導体層と、絶縁基板の他方側に位置する外側導体層とを有する。第１リード及び第２リードの各々は、上側放熱板と下側放熱板との一方の内側導体層に接合されているとともに、他方の絶縁基板に接触している。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、両面冷却型の半導体装置に関する。

特許文献１に、両面冷却型の半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を挟んで対向している上側放熱板及び下側放熱板と、上側放熱板又は下側放熱板を介して半導体素子に電気的に接続されている複数のリードとを備える。

特開２０１５−５７８０７号公報

上記した両面冷却型の半導体装置は、一般に冷却器と交互に配置された半導体モジュールに組み込まれて用いられる。このような半導体モジュールにおいて、より効果的な冷却特性を得るためには、上側放熱板と下側放熱板の各々が、隣接する冷却器に対して大きな面積で接触することが好ましい。しかしながら、仮に上側放熱板と下側放熱板との間の平行度が不十分であると、半導体装置と冷却器とを交互に配置した際に、上側放熱板又は下側放熱板と冷却器との間にクリアランスが生じるおそれがある。このようなクリアランスは、上側放熱板又は下側放熱板と冷却器との間の熱抵抗を増大させ、半導体モジュールの冷却特性を低下させる。そのことから、半導体装置の製造段階では、半導体素子、上側放熱板及び下側放熱板を互いに組み付ける際に、治具を用いて上側放熱板と下側放熱板との間の平行度を確保している。その結果、治具を考慮して半導体装置の構造が制限されることや、半導体装置の構造に応じて複雑な治具が必要とされることがある。本明細書は、このような治具を必要とすることなく、上側放熱板と下側放熱板との間の平行度を確保し得る技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を挟んで対向している上側放熱板及び下側放熱板と、平面視したときに半導体装置の両側に位置し、半導体素子に電気的に接続されている第１リード及び第２リードとを備える。この半導体装置の上側放熱板及び下側放熱板の各々は、絶縁基板と、絶縁基板の一方側に位置するととともに半導体素子へ電気的に接続された内側導体層と、絶縁基板の他方側に位置する外側導体層とを有する。第１リード及び第２リードの各々は、上側放熱板と下側放熱板との一方の内側導体層に接合されているとともに、他方の絶縁基板に接触している。

上記の半導体装置では、絶縁基板を有する上側放熱板及び下側放熱板が採用されており、第１リード及び第２リードの各々が、上側放熱板と下側放熱板と一方の内側導体層に接合されているとともに、他方の絶縁基板に接触している。このような構成によると、第１リード及び第２リードの各々は、上側放熱板又は下側放熱板の内側導体層を介して半導体素子と電気的に接続されるので、リードとしての本来の機能を発揮することができる。それとともに、第１リード及び第２リードの各々は、上側放熱板又は下側放熱板の他方の絶縁基板にも接触しているため、上側放熱板と下側放熱板との間を電気的に短絡させることなく、上側放熱板と下側放熱板との間の距離を維持する治具としても機能することができる。これにより、半導体装置の製造段階において、例えば半導体装置の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要とすることなく、上側放熱板と下側放熱板との間の平行度を確保することができる。

実施例１の半導体装置１０の平面図を示す。 実施例１の半導体装置１０の平面視における内部構造を示す。但し、モールド樹脂１２は破線で図示する。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を示す。 半導体装置１０の製造方法の第１工程であって、上側放熱板２２の内側導体層２８上に、はんだを介して、半導体素子２０を配置する態様を示す。 半導体装置１０の製造方法の第２工程であって、第１リフロー工程で積層体Ｘを形成する態様を示す。 半導体装置１０の製造方法の第３工程であって、下側放熱板２４の内側導体層３４上に、電力用リード１４及び信号用リード１８を、それぞれはんだを介して配置した後、積層体Ｘを下側放熱板２４の内側導体層３４上に配置する態様を示す。 半導体装置１０の製造方法の第４工程であって、第２リフロー工程を示す。 実施例２の半導体装置１００の内部構造を示す断面図である。 実施例３の半導体装置２００の内部構造を示す断面図である。 実施例４の半導体装置３００の平面視における内部構造を示す。但し、モールド樹脂１２は破線で図示する。 図１０のＸＩ−ＸＩ線における断面図を示す。

（実施例１）図面を参照して、実施例１における半導体装置１０について説明する。以下に説明するように、半導体装置１０は、両面冷却型構造を有する半導体装置である。図１−３に示すように、半導体装置１０は半導体素子２０、上側放熱板２２、下側放熱板２４、複数の電力用リード１４、１６、複数の信号用リード１８及びモールド樹脂１２を備える。半導体素子２０はモールド樹脂１２内に封止されている。モールド樹脂１２は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂で構成されることができる。複数の電力用リード１４、１６及び複数の信号用リード１８はモールド樹脂１２の内部から外部に亘って延びており、モールド樹脂１２の内部で半導体素子２０と電気的に接続されている。複数の電力用リード１４、１６及び複数の信号用リード１８は、導体（例えば銅といった金属材料）で構成されている。

半導体素子２０は、電力回路用のいわゆるパワー半導体素子である。半導体素子２０の具体的な種類や構造は特に限定されない。半導体素子２０には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）素子又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子などを採用することができる。また、半導体素子２０に用いられる半導体材料についても特に限定されず、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった窒化物半導体であってよい。半導体素子２０は、上面電極２０ａと下面電極２０ｂと複数の信号パッド２０ｃとを有する。上面電極２０ａと下面電極２０ｂは電力用の電極であり、信号パッド２０ｃは信号用の電極である。上面電極２０ａは半導体素子２０の上面に位置しており、下面電極２０ｂ及び信号パッド２０ｃは半導体素子２０の下面に位置している。半導体素子２０の上面電極２０ａ、下面電極２０ｂ及び信号パッド２０ｃを構成する材料は、特に限定されないが、例えばアルミニウム系又はその他の金属を採用することができる。半導体素子２０の下面電極２０ｂには、一方の電力用リード１４が電気的に接続されており、半導体素子２０の上面電極２０ａには、他方の電力用リード１６が電気的に接続されている。一方、半導体素子２０の複数の信号パッド２０ｃには、各々の信号用リード１８がそれぞれ電気的に接続されている。

図３に示すように、上側放熱板２２は、絶縁基板２６と、絶縁基板２６の一方側に位置する内側導体層２８と、他方側に位置する外側導体層３０とを有する。内側導体層２８と外側導体層３０とは、絶縁基板２６によって互いに絶縁されている。上側放熱板２２の内側導体層２８は、半導体素子２０の上面電極２０ａに接合されている。この接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されており、上側放熱板２２の内側導体層２８と半導体素子２０との間にははんだ層６０が形成されている。これにより、上側放熱板２２の内側導体層２８と半導体素子２０は電気的に接続されている。一例ではあるが、本実施例における上側放熱板２２は、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板である。絶縁基板２６は、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム等といったセラミックで構成されており、内側導体層２８と外側導体層３０とのそれぞれは、銅で構成されている。但し、上側放熱板２２はＤＢＣ基板に限定されず、一例ではあるが、絶縁基板２６の両面に高純度アルミニウムを接合したＤＢＡ(Direct Bonded Aluminum)基板であってもよい。絶縁基板２６については、セラミックに限定されず、他の絶縁体で構成されてもよい。内側導体層２８と外側導体層３０とについては、銅やアルミニウムに限定されず、その他の金属で構成されていてもよい。そして、絶縁基板２６と各導体層２８、３０との間の接合構造についても、特に限定されない。

下側放熱板２４は、絶縁基板３２と、絶縁基板３２の一方側に位置する複数の内側導体層３４と、他方側に位置する外側導体層３６とを有する。内側導体層３４と外側導体層３６とは、絶縁基板３２によって互いに絶縁されている。複数の内側導体層３４の内のひとつは、半導体素子２０の下面電極２０ｂに接合されている。一方で、他の複数の内側導体層３４は半導体素子２０の信号パッド２０ｃに接続されている。これらの接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されており、下側放熱板２４の内側導体層３４と下面電極２０ｂとの間、及び、下側放熱板２４の内側導体層３４と信号パッド２０ｃとの間には、それぞれはんだ層６２、６４が形成されている。これにより、下側放熱板２４の複数の内側導体層３４と半導体素子２０は電気的に接続されている。一例ではあるが、本実施例における上側放熱板２２は、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板である。絶縁基板３２は、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム等といったセラミックで構成されており、内側導体層３４と外側導体層３６とのそれぞれは、銅で構成されている。但し、下側放熱板２４はＤＢＣ基板に限定されず、一例ではあるが、絶縁基板３２の両面に高純度アルミニウムを接合したＤＢＡ(Direct Bonded Aluminum)基板であってもよい。絶縁基板３２については、セラミックに限定されず、他の絶縁体で構成されてもよい。内側導体層３４と外側導体層３６とについては、銅やアルミニウムに限定されず、その他の金属で構成されていてもよい。そして、絶縁基板３２と各導体層３４、３６との間の接合構造についても、特に限定されない。

上側放熱板２２、下側放熱板２４の各々の外側導体層３０、３６はそれぞれモールド樹脂１２の外部に露出している。即ち、上側放熱板２２及び下側放熱板２４は、半導体装置１０の電気回路の一部を構成するだけでなく、半導体素子２０の熱を外部に放出する放熱板としても機能する。このように、本実施例の半導体装置１０は、モールド樹脂１２の両面に放熱板２２、２４がそれぞれ露出する両面冷却構造を有する。

前述したように、本実施例の半導体装置１０では絶縁基板２６を有する上側放熱板２２及び絶縁基板３２を有する下側放熱板２４が採用されている。図２、３に示すように電力用リード１４はＺ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、電力用リード１４の接合面１４ｂは、半導体素子２０の下面電極２０ｂと接合されている内側導体層３４に接合されている。また電力用リード１４の接触面１４ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。同様に複数の信号用リード１８もＺ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、各々の信号用リード１８の接合面１８ｂは、半導体素子２０の信号パッド２０ｃと接合されている各々の内側導体層３４に接合されている。また各々の信号用リード１８の接触面１８ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。ここで、電力用リード１４は、本明細書が開示する技術における第１リードの一例であり、複数の信号用リード１８は、本明細書が開示する技術における第２リードの一例である。電力用リード１６においても上記同様の構造を有しており、一方で電力用リード１４とは反対に、接合面１６ｂが上側放熱板２２の内側導体層２８に接合されているとともに、接触面（不図示）が下側放熱板２４の絶縁基板３２に接触している（図２参照）。

このような構成によると、電力用リード１４及び信号用リード１８の各々は、下側放熱板２４の複数の内側導体層３４を介して半導体素子２０と電気的に接続される。同様に電力用リード１６は、上側放熱板２２の内側導体層２８を介して半導体素子２０と電気的に接続される。これにより、電力用リード１４、１６及び信号用リード１８の各々は、リードとしての本来の機能を発揮することができる。これら上記の接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。電力用リード１４及び信号用リード１８の各々は、本実施例では下側放熱板２４の内側導体層３４と接合されているが、特に限定されず、上側放熱板２２の内側導体層２８と接合されるように構成されていてもよい。電力用リード１６においても、同様に限定されない。

また、電力用リード１４、１６及び信号用リード１８の各々は、上側放熱板２２の絶縁基板２６、又は、下側放熱板２４の絶縁基板３２にも接触している。そのため、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間を電気的に短絡させることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の距離を維持する治具としても機能することができる。これにより、半導体装置１０の製造段階において、例えば半導体装置１０の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要とすることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の平行度を確保することができる。

図４−７を参照して、半導体装置１０の製造工程についての一実施例を説明する。図４に示すように、第１工程では、上側放熱板２２上に半導体素子２０を配置する。この工程では、先ず上側放熱板２２及び半導体素子２０を用意する。次いで、半導体素子２０を、上面電極２０ａを下側にして、上側放熱板２２の内側導体層２８上に、はんだ６０を介して配置する。このとき、半導体素子２０の下面電極２０ｂ及び信号パッド２０ｃ上にも、はんだ６２、６４をそれぞれ配置する。ここで、一例ではあるが、上側放熱板２２や半導体素子２０等を積層する作業は、予め治具Ａを上側放熱板２２の下に設置してから行ってもよい。これにより、後述するが、次工程の第１リフロー工程において、部材を直接触る必要がないため、部材を位置ずれさせることなく、リフロー炉へ移動させることができる。図５に示すように、第２工程では、第１リフローを行う。第１工程で配置したはんだ６０を、リフロー炉などによって加熱して、上側放熱板２２と半導体素子２０との間のはんだ付けを行う。このとき、他のはんだ６２、６４も加熱されて溶融することで、半導体素子２０上にはんだ６２、６４が溶着される。この第１リフロー工程によって、上側放熱板２２に半導体素子２０が接合されることで、積層体Ｘが形成される。ここで積層体Ｘは、治具Ａから取り外しておく。

図６に示すように、第３工程では、下側放熱板２４上にリードフレーム１９及び積層体Ｘを配置する。先ず、下側放熱板２４とリードフレーム１９を用意する。リードフレーム１９には、複数の電力用リード１４、１６及び複数の信号用リード１８が一体に設けられている。但し、図６、７において、一方の電力用リード１６は不図示のため、その説明は省略する。次いで、内側導体層３４が上側に位置するように、下側放熱板２４を治具Ａ上に配置する。次いで、リードフレーム１９を治具Ａに対して配置する。このとき、電力用リード１４と複数の信号用リード１８は、半導体素子２０の両側に分かれて配置され、電力用リード１４及び複数の信号用リード１８の各接合面１４ｂ、１８ｂは、それぞれはんだ６６、６８を介して内側導体層３４上に配置される。リードフレーム１９を配置した後、その上に第２工程で形成した積層体Ｘを反転させて配置する。次いで、一例ではあるが、重り７２を上側放熱板２２上にのせ、組み付けた部材全体を押圧してもよい。ここで、リードフレーム１９の左右の位置決めのため、治具Ａ上に下側放熱板２４を配置し、治具Ａに取り付けた基準ピン７０によってリードフレーム１９をガイドさせてもよい。これにより、下側放熱板２４に対して精度よくリードフレーム１９を配置することができる。同様に、一例ではあるが、リードフレーム１９を配置した後、積層体Ｘの左右の位置決めを行うため、治具Ｂをリードフレーム１９上に設置し、ガイドさせることで、積層体Ｘを配置してよい。さらに、一例ではあるが、治具Ｂは治具Ａの基準ピン７０にガイドさせて配置してもよい。これにより、下側放熱板２４及びリードフレーム１９に対して、積層体Ｘを精度よく配置することができる。

図７に示すように、第４工程では、第２リフローを行う。この工程では、はんだ６２、６４、６６、６８を例えばリフロー炉などによって加熱し、下側放熱板２４とリードフレーム１９と積層体Ｘとの間、電力用リード１４と内側導体層３４との間、及び、各信号用リード１８と内側導体層３４との間のはんだ付けを行う。このとき、リードフレーム１９上の電力用リード１４、複数の信号用リード１８の各々は、上側放熱板２２の絶縁基板２６と接触している状態で、下側放熱板２４の内側導体層３４と接合される。このような構成によると、電力用リード１４及び複数の信号用リード１８の各々が、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の距離を維持する治具としても機能することができる。電力用リード１４及び複数の信号用リード１８の各々は、上側放熱板２２の絶縁基板２６と接触しているので、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間を電気的に短絡させることもない。これにより、半導体装置１０の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要することなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との上下の位置決めすることができる。これは即ち、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の平行度を確保することを可能にする。最後に、各治具Ａ、Ｂを取り外し、半導体装置１０の各部材の組み付けが完成する。ここで、はんだ付けで用いるはんだは、一例ではあるが、シート形状であってもよい。上記した半導体装置１０の製造工程を除いて、半導体装置１０は従来と同様の製造工程で製造することができる。

（実施例２）図８を参照して、実施例２の半導体装置１００について説明する。半導体装置１００は、実施例１と同様に両面冷却型の構造を有し、半導体素子２０、上側放熱板２２、下側放熱板２４、複数の電力用リード１１４他、複数の信号用リード１１８及びモールド樹脂１２を備える。一方で、本実施例の半導体装置１００では、電力用リード１１４及び複数の信号用リード１１８がＵ字型形状の曲げ構造を有している。この点において、実施例１とは異なっている。なお、半導体装置１００を構成する他の各部材については、実施例１と同様の構成を採用することができるため、ここでは重複する説明を省略する。また、不図示の電力用リードについても説明を省略する。

本実施例の半導体装置１００では絶縁基板２６を有する上側放熱板２２及び絶縁基板３２を有する下側放熱板２４が採用されている。図８に示すように電力用リード１１４はＵ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、電力用リード１１４の接合面１１４ｂは、半導体素子２０の下面電極２０ｂと接合されている内側導体層３４に接合されている。また電力用リード１１４の接触面１１４ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。同様に複数の信号用リード１１８もＵ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、各々の信号用リード１１８の接合面１１８ｂは、半導体素子２０の信号パッド２０ｃと接合されている各々の内側導体層３４に接合されている。また各々の信号用リード１１８の接触面１１８ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。ここで、電力用リード１１４は、本明細書が開示する技術における第１リードの一例であり、複数の信号用リード１１８は、本明細書が開示する技術における第２リードの一例である。

このような構成によると、電力用リード１１４及び信号用リード１１８の各々は、下側放熱板２４の複数の内側導体層３４を介して半導体素子２０と電気的に接続されるので、リードとしての本来の機能を発揮することができる。これら上記の接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。電力用リード１１４及び信号用リード１１８の各々は、本実施例では下側放熱板２４の内側導体層３４と接合されているが、特に限定されず、上側放熱板２２の内側導体層２８と接合されるように構成されていてもよい。

また、電力用リード１１４及び複数の信号用リード１１８の各々は、上側放熱板２２の絶縁基板２６にも接触している。そのため、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間を電気的に短絡させることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の距離を維持する治具としても機能することができる。これにより、半導体装置１００の製造段階において、例えば半導体装置１００の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要とすることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の平行度を確保することができる。さらに、本実施例では、電力用リード１１４及び複数の信号用リード１１８の各々がＵ字型形状の構造を有しているため、実施例１と比較して治具としての強度を強くすることができ、半導体装置１００の組み付け作業をより安定に行うことができる。

（実施例３）図９を参照して、実施例３の半導体装置２００について説明する。半導体装置１００は、実施例１と同様に両面冷却型の構造を有し、半導体素子２０、上側放熱板２２、下側放熱板２４、複数の電力用リード２１４他、複数の信号用リード２１８及びモールド樹脂１２を備える。一方で、本実施例の半導体装置２００では、電力用リード２１４及び複数の信号用リード２１８が凸部２１４ｃ、２１８ｃを有している。これら凸部２１４ｃ、２１８ｃは、上側放熱板２２と下側放熱板２４に接するように形成されている。上記の点において、実施例１とは異なっている。なお、半導体装置２００を構成する他の各部材については、実施例１と同様の構成を採用することができるため、ここでは重複する説明を省略する。また、不図示の電力用リードについても説明を省略する。

本実施例の半導体装置２００では絶縁基板２６を有する上側放熱板２２及び絶縁基板３２を有する下側放熱板２４が採用されている。図９に示すように電力用リード２１４は凸部２１４ｃを有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、電力用リード２１４の接合面２１４ｂは、半導体素子２０の下面電極２０ｂと接合されている内側導体層３４に接合されている。また電力用リード２１４の接触面２１４ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。同様に複数の信号用リード２１８も凸部２１８ｃを有しており、下側放熱板２４の内側導体層３４に接合されているとともに、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。このとき、各々の信号用リード２１８の接合面２１８ｂは、半導体素子２０の信号パッド２０ｃと接合されている各々の内側導体層３４に接合されている。また各々の信号用リード２１８の接触面２１８ａは、上側放熱板２２の絶縁基板２６に接触している。ここで、電力用リード２１４は、本明細書が開示する技術における第１リードの一例であり、複数の信号用リード２１８は、本明細書が開示する技術における第２リードの一例である。

このような構成によると、電力用リード２１４及び信号用リード２１８の各々は、下側放熱板２４の複数の内側導体層３４を介して半導体素子２０と電気的に接続されるので、リードとしての本来の機能を発揮することができる。これら上記の接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。電力用リード２１４及び信号用リード２１８の各々は、本実施例では下側放熱板２４の内側導体層３４と接合されているが、特に限定されず、上側放熱板２２の内側導体層２８と接合されるように構成されていてもよい。また、電力用リード２１４及び複数の信号用リード２１８における各々の凸部２１４ｃ、２１８ｃの位置は、特に限定されず、電力用リード２１４及び複数の信号用リード２１８の端部に形成されていてもよいし、中央に位置する部分に形成されていてもよい。

また、電力用リード２１４及び複数の信号用リード２１８の各々は、上側放熱板２２の絶縁基板２６にも接触している。そのため、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間を電気的に短絡させることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の距離を維持する治具としても機能することができる。これにより、半導体装置２００の製造段階において、例えば半導体装置２００の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要とすることなく、上側放熱板２２と下側放熱板２４との間の平行度を確保することができる。さらに、本実施例では、電力用リード２１４及び複数の信号用リード２１８の各々が凸部２１４ｃ、２１８ｃを有しているため、治具としての強度を強くすることができ、半導体装置２００の組み付け作業をより安定に行うことができる。

（実施例４）図１０、１１を参照して、実施例４の半導体装置３００について説明する。半導体装置３００は、実施例１と同様に両面冷却型の構造を有している。半導体装置３００は、第１半導体素子３２０、第２半導体素子３４０、上側放熱板３２２、下側放熱板３２４、複数の電力用リード３１４、３１５、３１６、複数の信号用リード３１７、３１８及びモールド樹脂３１２を備える。即ち、本実施例の半導体装置３００は、第１半導体素子３２０及び第２半導体素子３４０の二つを内蔵する構造（例えば、２ｉｎ１構造と称される）を有している。この点において、実施例１と比較して異なっている。

第１半導体素子３２０及び第２半導体素子３４０はモールド樹脂３１２内に封止されている。モールド樹脂３１２は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂で構成されることができる。複数の電力用リード３１４、３１５、３１６及び複数の信号用リード３１７、３１８はモールド樹脂３１２の内部から外部に亘って延びており、モールド樹脂３１２の内部で第１半導体素子３２０又は第２半導体素子３４０と電気的に接続されている。複数の電力用リード３１４、３１５、３１６及び複数の信号用リード３１７、３１８は、導体（例えば銅といった金属材料）で構成されている。

第１半導体素子３２０は、上面電極３２０ａと下面電極３２０ｂと複数の信号パッド３２０ｃとを有する。上面電極３２０ａと下面電極３２０ｂは電力用の電極であり、信号パッド３２０ｃは信号用の電極である。上面電極３２０ａは第１半導体素子３２０の上面に位置しており、下面電極３２０ｂ及び信号パッド３２０ｃは第１半導体素子３２０の下面に位置している。第１半導体素子３２０には二つの電力用リード３１４、３１６が接続されている。第１半導体素子３２０の下面電極３２０ｂには、一方の電力用リード３１４が電気的に接続されており、第１半導体素子３２０の上面電極３２０ａには、他方の電力用リード３１６が電気的に接続されている。一方、第１半導体素子３２０の複数の信号パッド３２０ｃには、各々の信号用リード３１８がそれぞれ電気的に接続されている。同様に第２半導体素子３４０も、上面電極（不図示）と下面電極３４０ｂと複数の信号パッド３４０ｃとを有する。上面電極（不図示）と下面電極３４０ｂは電力用の電極であり、信号パッド３４０ｃは信号用の電極である。上面電極（不図示）は第２半導体素子３４０の上面に位置しており、下面電極３４０ｂ及び信号パッド３４０ｃは第２半導体素子３４０の下面に位置している。第２半導体素子３４０には二つの電力用リード３１４、３１５が接続されている。第２半導体素子３４０の下面電極３４０ｂには、一方の電力用リード３１５が電気的に接続されており、第２半導体素子３４０の上面電極（不図示）には、他方の電力用リード３１４が電気的に接続されている。一方、第２半導体素子３４０の複数の信号パッド３４０ｃには、各々の信号用リード３１７がそれぞれ電気的に接続されている。半導体素子３２０、３４０の種類や具体的な構造については、実施例１における半導体素子２０と同様に、特に限定されない。第１半導体素子３２０の上面電極３２０ａ、下面電極３２０ｂ及び信号パッド３２０ｃを構成する材料についても、特に限定されない。第２半導体素子３４０の上面電極（不図示）、下面電極３４０ｂ及び信号パッド３４０ｃを構成する材料もまた、実施例１と同様に特に限定されない。

図１０に示すように、本実施例における半導体装置３００では、第１半導体素子３２０と第２半導体素子３４０とが、互いに上下反転させた姿勢で配置されている。第１半導体素子３２０と第２半導体素子３４０とは直列に接続されており、そのために、上側放熱板３２２、下側放熱板３２４及び複数の電力用リード３１４、３１５、３１６には、下記する構成が採用されている。

下側放熱板３２４は、絶縁基板３３２と、絶縁基板３３２の一方側に位置する複数の内側導体層３３４と、他方側に位置する外側導体層３３６とを有する。下側放熱板３２４は、例えばＤＢＣ基板であってよいが、実施例１と同様に、その具体的な構成については特に限定されない。内側導体層３３４と外側導体層３３６とは、絶縁基板３３２によって互いに絶縁されている。下側放熱板３２４の内側導体層３３４は、第１半導体素子３２０の下面電極３２０ｂと接合される部分と、第１半導体素子３２０の信号パッド３２０ｃと接合される部分と、第２半導体素子３４０の上面電極（不図示）と接合される部分とを有している。これらの接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第１半導体素子３２０の下面電極３２０ｂとの間、下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第１半導体素子３２０の信号パッド３２０ｃとの間には、それぞれはんだ層３６２、３６４が介挿されている。また下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第２半導体素子３４０の上面電極（不図示）との間には、不図示のはんだ層が介挿されている。以上より、下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第１半導体素子３２０及び第２半導体素子３４０は電気的に接続されている。

下側放熱板３２４と同様に、上側放熱板３２２は、絶縁基板３２６と、絶縁基板３２６の一方側に位置する複数の内側導体層３２８と、他方側に位置する外側導体層３３０とを有する。内側導体層３２８と外側導体層３３０とは、絶縁基板３２６によって互いに絶縁されている。上側放熱板３２２の内側導体層３２８（一部不図示）は、第１半導体素子３２０の上面電極３２０ａと接合される部分と、第２半導体素子３４０の下面電極３４０ｂと接合される部分と、第２半導体素子３４０の信号パッド３４０ｃと接合される部分とを有している。これらの接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第１半導体素子３２０の上面電極３２０ａとの間には、はんだ層３６０が介挿されている。また下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第２半導体素子３４０の下面電極３４０ｂとの間、下側放熱板３２４の内側導体層３３４と第２半導体素子３４０の信号パッド３４０ｃとの間にはそれぞれ不図示のはんだ層が介挿されている。以上より、上側放熱板３２２の内側導体層３２８と第１半導体素子３２０及び第２半導体素子３４０は電気的に接続されている。

上側放熱板３２２、下側放熱板３２４の各々の外側導体層３３０、３３６はそれぞれモールド樹脂３１２の外部に露出している。即ち、上側放熱板３２２及び下側放熱板３２４は、半導体装置３００の電気回路の一部を構成するだけでなく、第１半導体素子３２０及び第２半導体素子３４０の熱を外部に放出する放熱板としても機能する。このように、本実施例の半導体装置３００は、モールド樹脂３１２の両面に放熱板３２２、３２４がそれぞれ露出する両面冷却構造を有する。

本実施例の半導体装置３００では、実施例１と同様に絶縁基板３２６を有する上側放熱板３２２及び絶縁基板３３２を有する下側放熱板３２４が採用されている。図１１に示すように電力用リード３１４はＺ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板３２４の内側導体層３３４に接合されているとともに、上側放熱板３２２の絶縁基板３２６に接触している。このとき、電力用リード３１４の接合面３１４ｂは、第１半導体素子３２０の下面電極３２０ｂと接合されている内側導体層３３４に接合されている。また電力用リード３１４の接触面３１４ａは、上側放熱板３２２の絶縁基板３２６に接触している。同様に複数の信号用リード３１８もＺ字型形状の曲げ構造を有しており、下側放熱板３２４の内側導体層３３４に接合されているとともに、上側放熱板３２２の絶縁基板３２６に接触している。このとき、各々の信号用リード３１８の接合面３１８ｂは、第１半導体素子３２０の信号パッド３２０ｃと接合されている各々の内側導体層３３４に接合されている。また各々の信号用リード３１８の接触面３１８ａは、上側放熱板３２２の絶縁基板３２６に接触している。ここで、電力用リード３１４は、本明細書が開示する技術における第１リードの一例であり、複数の信号用リード３１８は、本明細書が開示する技術における第２リードの一例である。電力用リード３１５、３１６及び複数の信号用リード３１７においても上記と同様の構造を有する。一方で、電力用リード３１４及び複数の信号用リード３１８とは反対に、電力用リード３１５、３１６及び複数の信号用リード３１７の各々の接合面３１５ｂ、３１６ｂ、３１７ｂが上側放熱板３２２の内側導体層３２８に接合されているとともに、各々の接触面（不図示）が下側放熱板３２４の絶縁基板３３２に接触している（図１０参照）。

このような構成によると、電力用リード３１４及び信号用リード３１８の各々は、下側放熱板３２４の複数の内側導体層３３４を介して第１半導体素子３２０と電気的に接続される。同様に電力用リード３１５、３１６及び信号用リード３１７の各々は、上側放熱板３２２の複数の内側導体層３２８を介して第２半導体素子３４０と電気的に接続される。これにより、電力用リード３１４、３１５、３１６及び信号用リード３１７、３１８の各々は、リードとしての本来の機能を発揮することができる。これら上記の接合には、特に限定されないが、本実施例でははんだ付けが採用されている。電力用リード３１４及び信号用リード３１８の各々は、本実施例では下側放熱板３２４の内側導体層３３４と接合されているが、特に限定されず、上側放熱板３２２の内側導体層３２８と接合されるように構成されていてもよい。電力用リード３１５、３１６及び複数の信号用リード３１７においても、同様に限定されない。

また、電力用リード３１４、３１５、３１６及び信号用リード３１７、３１８の各々は、上側放熱板３２２の絶縁基板３２６、又は、下側放熱板３２４の絶縁基板３３２にも接触している。そのため、上側放熱板３２２と下側放熱板３２４との間を電気的に短絡させることなく、上側放熱板３２２と下側放熱板３２４との間の距離を維持する治具としても機能することができる。これにより、半導体装置３００の製造段階において、例えば半導体装置３００の構造を制限するような治具や、複雑な構造を有する治具を必要とすることなく、上側放熱板３２２と下側放熱板３２４との間の平行度を確保することができる。

上記した各実施例では、電力用リードや信号用リードといったリードが、上側放熱板と下側放熱板との両者に接触するように構成されており、それらのリードが半導体装置の製造段階において治具として機能することを特徴とする。これに対して、他の構成例としては、製造段階で用意するリードフレームの一部であって、完成後の半導体装置ではリードとして機能しない部分を、上側放熱板と下側放熱板との両者に接触させることで、治具として機能させてもよい。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０、１００、２００、３００：半導体装置
１２、３１２：モールド樹脂
１４、１６、３１４、３１５、３１６：電力用リード
１４ａ、１１４ａ、２１４ａ、３１４ａ：電力用リードの接触面
１４ｂ、１６ｂ、１１４ｂ、２１４ｂ、３１４ｂ、３１５ｂ、３１６ｂ：電力用リードの接合面
１８、１１８、２１８、３１７、３１８：信号用リード
１８ａ、１１８ａ、２１８ａ、３１８ａ：信号用リードの接触面
１８ｂ、１１８ｂ、２１８ｂ、３１７ｂ、３１８ｂ：信号用リードの接合面
１９：リードフレーム
２０、３２０、３４０：半導体素子
２０ａ、３２０ａ：上面電極
２０ｂ、３２０ｂ、３４０ｂ：下面電極
２０ｃ、３２０ｃ、３４０ｃ：信号パッド
２２、３２２：上側放熱板
２４、３２４：下側放熱板
２６、３２、３２６、３３２：絶縁基板
２８、３４、３２８、３３４：内側導体層
３０、３６、３３０、３３６：外側導体層
６０、６２、６４、６６、６８、３６０、３６２、３６４：はんだ層
２１４ｃ、２１８ｃ：凸部

Claims (1)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を挟んで対向している上側放熱板及び下側放熱板と、
   平面視したときに半導体装置の両側に位置するとともに、前記半導体素子に電気的に接続されている第１リード及び第２リードと、を備え、
   前記上側放熱板及び前記下側放熱板の各々は、絶縁基板と、前記絶縁基板の一方側に位置するととともに前記半導体素子へ電気的に接続された内側導体層と、前記絶縁基板の他方側に位置する外側導体層とを有し、
   前記第１リード及び前記第２リードの各々は、前記上側放熱板と前記下側放熱板との一方の前記内側導体層に接合されているとともに、他方の前記絶縁基板に接触している、
   半導体装置。

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