JP2020092108A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を備える半導体装置に関し、特に半導体素子がスイッチング素子である半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a semiconductor element, and particularly to a semiconductor device in which the semiconductor element is a switching element.
従来、MOSFETやIGBTなどの半導体素子を搭載した半導体装置が広く知られている。特許文献1には、このような半導体素子を搭載した半導体装置の一例が開示されている。当該半導体装置では、支持層に相当する絶縁シートに、配線層に相当するヒートスプレッダが接合されている(特許文献1の図1参照)。半導体素子は、ヒートスプレッダに接合されている。 Conventionally, a semiconductor device having a semiconductor element such as a MOSFET or an IGBT mounted thereon is widely known. Patent Document 1 discloses an example of a semiconductor device mounting such a semiconductor element. In the semiconductor device, the heat spreader corresponding to the wiring layer is joined to the insulating sheet corresponding to the support layer (see FIG. 1 of Patent Document 1). The semiconductor element is bonded to the heat spreader.
特許文献1に開示されている半導体装置において、絶縁シートは、アルミナなどの無機材料と、エポキシ樹脂とを含む材料からなる。一方、ヒートスプレッダは、一般的に金属板である。このため、当該半導体装置においては、非金属材料から構成された絶縁シートと、金属材料から構成されたヒートスプレッダとが、ハンダなどを用いた分子間力接合により互いに接合されている。このような異種材料どうしの接合がなされると、当該半導体装置の使用時において、絶縁シートとヒートスプレッダとの界面剥離の懸念があるため、改善が望まれる。 In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the insulating sheet is made of a material containing an inorganic material such as alumina and an epoxy resin. On the other hand, the heat spreader is generally a metal plate. Therefore, in the semiconductor device, the insulating sheet made of a non-metal material and the heat spreader made of a metal material are joined to each other by intermolecular force joining using solder or the like. If such dissimilar materials are bonded to each other, there is a fear of interfacial peeling between the insulating sheet and the heat spreader when the semiconductor device is used, and therefore improvement is desired.
本発明は上記事情に鑑み、支持層と配線層との接合信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することをその課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the bonding reliability between a support layer and a wiring layer.
本発明によれば、厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有する支持層と、前記主面に接合された配線層と、前記厚さ方向において前記配線層に対して前記支持層とは反対側に位置し、かつ前記配線層に接合された半導体素子と、前記主面と前記配線層との間に介在する接合層と、を備え、前記配線層は、前記接合層を介した分子接合により前記主面に接合されていることを特徴とする半導体装置が提供される。 According to the present invention, a support layer having a main surface and a back surface facing opposite sides in the thickness direction, a wiring layer bonded to the main surface, and the support layer with respect to the wiring layer in the thickness direction. A semiconductor element located on the opposite side to and joined to the wiring layer; and a joining layer interposed between the main surface and the wiring layer, the wiring layer interposing the joining layer. A semiconductor device is provided, which is bonded to the main surface by the molecular bonding described above.
本発明の実施において好ましくは、前記支持層は、前記裏面を含む絶縁部と、前記主面を含む支持部と、前記絶縁部と前記支持部との間に介在する中間部と、を有し、前記支持部は、前記中間部を介した分子接合により前記絶縁部に接合されている。 In the practice of the present invention, preferably, the supporting layer has an insulating portion including the back surface, a supporting portion including the main surface, and an intermediate portion interposed between the insulating portion and the supporting portion. The supporting portion is joined to the insulating portion by molecular joining via the intermediate portion.
本発明の実施において好ましくは、前記支持部の前記厚さ方向のヤング率は、前記配線層の前記厚さ方向のヤング率よりも小である。 In the practice of the present invention, preferably, the Young's modulus of the support portion in the thickness direction is smaller than the Young's modulus of the wiring layer in the thickness direction.
本発明の実施において好ましくは、前記支持部の厚さは、前記配線層の厚さよりも小である。 In the practice of the present invention, preferably, the thickness of the supporting portion is smaller than the thickness of the wiring layer.
本発明の実施において好ましくは、前記支持部は、グラファイトを含む材料からなり、前記配線層は、銅を含む材料からなる。 In the practice of the present invention, preferably, the supporting portion is made of a material containing graphite, and the wiring layer is made of a material containing copper.
本発明の実施において好ましくは、前記絶縁部の前記厚さ方向のヤング率は、前記支持部の前記厚さ方向のヤング率よりも大である。 In the practice of the invention, preferably, the Young's modulus of the insulating portion in the thickness direction is higher than the Young's modulus of the supporting portion in the thickness direction.
本発明の実施において好ましくは、前記絶縁部の厚さは、前記配線層の厚さよりも小であり、かつ前記支持部の厚さよりも大である。 In the practice of the present invention, preferably, the thickness of the insulating portion is smaller than the thickness of the wiring layer and larger than the thickness of the supporting portion.
本発明の実施において好ましくは、前記絶縁部は、窒化アルミニウムを含むセラミックスである。 In the practice of the present invention, preferably, the insulating portion is a ceramic containing aluminum nitride.
本発明の実施において好ましくは、前記支持層は、絶縁板であり、前記配線層は、炭素を含む材料からなり、かつ前記主面に接合される基層と、前記基層に積層され、かつ前記半導体素子が接合される導電層と、を有し、前記基層の厚さは、前記支持層の厚さよりも大である。 In the practice of the present invention, preferably, the support layer is an insulating plate, the wiring layer is made of a material containing carbon, and a base layer bonded to the main surface, and laminated on the base layer, and the semiconductor A conductive layer to which the element is bonded, and the thickness of the base layer is larger than the thickness of the support layer.
本発明の実施において好ましくは、前記基層は、単結晶グラファイトを含む材料からなり、前記単結晶グラファイトの面内方向は、前記厚さ方向に平行である。 In the practice of the present invention, preferably, the base layer is made of a material containing single crystal graphite, and the in-plane direction of the single crystal graphite is parallel to the thickness direction.
本発明の実施において好ましくは、前記配線層および前記半導体素子と、前記支持層の一部と、を覆う封止樹脂をさらに備え、前記裏面は、前記封止樹脂から露出している。 In the practice of the present invention, preferably, a sealing resin covering the wiring layer and the semiconductor element and a part of the support layer is further provided, and the back surface is exposed from the sealing resin.
本発明の実施において好ましくは、前記支持層は、前記厚さ方向に対して直交する方向に互いに離間した第1支持層および第2支持層を含み、前記配線層は、前記第1支持層に接合された第1配線層と、前記第2支持層に接合された第2配線層と、を含み、前記半導体素子は、前記第1配線層に接合された第1素子と、前記第2配線層に接合された第2素子と、を含み、前記第1配線層に接続された第1入力端子と、前記第2素子に接続された第2入力端子と、前記第2配線層に接続された出力端子と、前記第1素子と前記第2配線層とに接合された導通部材と、をさらに備え、前記封止樹脂は、前記導通部材と、前記第1入力端子、前記第2入力端子および前記出力端子のそれぞれ一部ずつと、を覆っている。 In the practice of the present invention, preferably, the support layer includes a first support layer and a second support layer that are separated from each other in a direction orthogonal to the thickness direction, and the wiring layer is formed on the first support layer. A first wiring layer bonded to the first wiring layer, and a second wiring layer including a first wiring layer bonded to the second support layer; and a second wiring layer bonded to the second support layer. A second input element connected to the first wiring layer, a second input terminal connected to the second wiring element, and a second input element connected to the second wiring layer. Further comprising: an output terminal; and a conductive member joined to the first element and the second wiring layer, wherein the sealing resin includes the conductive member, the first input terminal, and the second input terminal. And a part of each of the output terminals.
本発明の実施において好ましくは、前記厚さ方向に沿って視て、前記第1支持層の面積は、前記第1配線層の面積よりも大であり、前記第2支持層の面積は、前記第2配線層の面積よりも大である。 In the practice of the present invention, preferably, the area of the first support layer is larger than the area of the first wiring layer and the area of the second support layer is the same as the area of the second support layer when viewed along the thickness direction. It is larger than the area of the second wiring layer.
本発明の実施において好ましくは、前記厚さ方向に沿って視て、前記第1支持層の面積は、前記第1配線層の面積よりも小であり、前記第2支持層の面積は、前記第2配線層の面積よりも小である。 In the practice of the present invention, preferably, the area of the first support layer is smaller than the area of the first wiring layer and the area of the second support layer is the same as viewed in the thickness direction. It is smaller than the area of the second wiring layer.
本発明の実施において好ましくは、前記第1入力端子および前記第2入力端子のそれぞれ一部は、前記厚さ方向に対して直交する一方向の一方側において前記封止樹脂から露出し、前記出力端子の一部は、前記一方向の他方側において前記封止樹脂から露出している。 In implementation of the present invention, preferably, a part of each of the first input terminal and the second input terminal is exposed from the sealing resin on one side in one direction orthogonal to the thickness direction, and the output is provided. A part of the terminal is exposed from the sealing resin on the other side in the one direction.
本発明の実施において好ましくは、前記第1入力端子および前記第2入力端子は、前記厚さ方向において互いに離間し、前記第1入力端子は、前記封止樹脂から露出する第1端子部を有し、前記第2入力端子は、前記封止樹脂から露出する第2端子部を有し、前記厚さ方向に沿って視て、前記第2端子部の少なくとも一部が、前記第1端子部に重なっている。 In implementation of the present invention, preferably, the first input terminal and the second input terminal are separated from each other in the thickness direction, and the first input terminal has a first terminal portion exposed from the sealing resin. The second input terminal has a second terminal portion exposed from the sealing resin, and at least a part of the second terminal portion is the first terminal portion when viewed along the thickness direction. Overlaps with.
本発明にかかる半導体装置によれば、支持層と配線層との接合信頼性の向上を図ることが可能となる。 According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to improve the joint reliability between the support layer and the wiring layer.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について、添付図面に基づいて説明する。 A mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施形態〕
図1〜図13に基づき、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置A10について説明する。半導体装置A10は、支持層10、接合層19、配線層20、第1入力端子31、第2入力端子32、出力端子33、絶縁材39、複数の半導体素子40、複数の導通部材50、および封止樹脂60を備える。これらに加え、半導体装置A10は、一対の絶縁層23、一対のゲート配線層24、一対の検出配線層25、一対のゲート端子34、一対の検出端子35、複数のダミー端子36、複数のゲートワイヤ51、複数の検出ワイヤ52、一対の第1ワイヤ531および一対の第2ワイヤ532をさらに備える。これらの図が示す半導体装置A10は、複数の半導体素子40がたとえばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である電力変換装置(パワーモジュール)である。半導体装置A10は、モータの駆動源、様々な電気製品のインバータ装置、およびDC/DCコンバータなどに用いられる。ここで、図3は、理解の便宜上、封止樹脂60を透過している。図4は、理解の便宜上、図3に対してさらに第2入力端子32および複数の導通部材50を透過している。図3および図4において透過したこれらの要素を想像線(二点鎖線)で示している。
[First Embodiment]
A semiconductor device A10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor device A10 includes a
半導体装置A10の説明においては、支持層10の厚さ方向を「厚さ方向z」と呼ぶ。厚さ方向zに対して直交する方向を「第1方向x」と呼ぶ。厚さ方向zおよび第1方向xの双方に対して直交する方向を「第2方向y」と呼ぶ。図1および図2に示すように、半導体装置A10は、厚さ方向zに沿って視て矩形状である。第1方向xは、半導体装置A10の長手方向に対応する。第2方向yは、半導体装置A10の短手方向に対応する。また、半導体装置A10の説明においては、便宜上、第1方向xにおいて第1入力端子31および第2入力端子32が位置する側を「第1方向xの一方側」と呼ぶ。第1方向xにおいて出力端子33が位置する側を「第1方向xの他方側」と呼ぶ。なお、「厚さ方向z」、「第1方向x」、「第2方向y」、「第1方向xの一方側」および「第1方向xの他方側」は、後述する半導体装置A20〜半導体装置A40の説明においても適用する。
In the description of the semiconductor device A10, the thickness direction of the
支持層10は、図9および図10に示すように、配線層20を支持している。支持層10は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く主面10Aおよび裏面10Bを有する。これらのうち、主面10Aは、配線層20に対向している。図5に示すように、裏面10Bは、封止樹脂60から露出している。半導体装置A10をヒートシンクに取り付ける際、裏面10Bは、当該ヒートシンクに対向する。半導体装置A10においては、支持層10は、絶縁部11、支持部12および中間部13を有する。
The
図12および図13に示すように、絶縁部11は、裏面10Bを含む。絶縁部11は、たとえば、窒化アルミニウム(AlN)を含むセラミックスである。絶縁部11の厚さt1は、配線層20の厚さt3の厚さよりも小であり、かつ支持部12の厚さt2よりも大である。絶縁部11の厚さ方向zのヤング率は、支持部12の厚さ方向zのヤング率よりも大である。
As shown in FIGS. 12 and 13, the insulating
図12および図13に示すように、支持部12は、主面10Aを含む。支持部12は、たとえば、グラファイト(黒鉛)およびエポキシ樹脂を含む材料からなるシートである。その他、支持部12は、シリコーンゴムを含む材料からなるシートでもよい。支持部12の厚さt2は、配線層20の厚さt3よりも小である。支持部12の厚さ方向zのヤング率は、配線層20の厚さ方向zのヤング率よりも小である。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
図12および図13に示すように、中間部13は、絶縁部11と支持部12との間に介在している。支持部12は、中間部13を介した分子接合により絶縁部11に接合されている。中間部13は、トリアジンジチオールを含む分子接合剤が由来となっている。中間部13の厚さは約10nmである。中間部13は透明である。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
中間部13を介した絶縁部11と支持部12との分子接合の方法について説明する。まず、絶縁部11の表面にプラズマ処理を行うことにより、当該表面を粗化させ、かつ当該表面にヒドロキシ基を生成させる。次いで、プラズマ処理された絶縁部11の表面に、トリアジンジチオールを含む分子接合剤を塗布する。当該分子接合剤は、たとえば、6−(3−トリエトキシシリルプロピルアミノ)−1,3,5−トリアジン−2,4−ジチオールモノナトリウム塩の水溶液である。次いで、表面に分子接合剤が塗布された絶縁部11を加熱処理することにより、絶縁部11に生成されたヒドロキシ基と当該分子接合剤に含有された有機化合物が化学結合する。この結果、絶縁部11の表面には、絶縁部11と化学結合されたトリアジンジチオールが生成される。最後に、当該トリアジンジチオールが生成された絶縁部11の表面に支持部12を密着させて加熱および加圧処理を行うことにより、支持部12は、中間部13を介した分子接合により絶縁部11に接合される。たとえば、支持部12がグラファイトおよびエポキシ樹脂を含む材料からなるシートである場合、トリアジンジチオールに含まれるチオール基と、支持部12に含まれるエポキシ基とが化学結合する。絶縁部11と支持部12との間に介在し、かつ絶縁部11と支持部12との双方に化学結合された有機化合物が中間部13となる。
A method of molecular bonding between the insulating
図3、図9および図10に示すように、支持層10は、厚さ方向zに直交する方向(半導体装置A10が示す例においては第1方向x)において互いに離間した第1支持層101および第2支持層102を含む。第1支持層101および第2支持層102は、厚さ方向zに沿って視て第2方向yを長辺とする矩形状である。
As shown in FIGS. 3, 9 and 10, the
配線層20は、図9および図10に示すように、支持層10の主面10Aに接合されている。配線層20は、第1入力端子31、第2入力端子32、出力端子33および複数の導通部材50とともに、半導体装置A10の外部と、複数の半導体素子40との導電経路を構成している。半導体装置A10においては、配線層20は、銅を含む材料からなる。配線層20は、たとえば銅板である。図11および図12に示す配線層20の厚さt3は、たとえば1mm以上である。複数の半導体素子40に対向する配線層20の表面には、たとえば、銀(Ag)めっき、またはアルミニウム(Al)層、ニッケル(Ni)層、銀層の順に積層された複数種の金属めっきを施してもよい。
The
図3、図9および図10に示すように、配線層20は、第1配線層201および第2配線層202を含む。第1配線層201は、第1支持層101に接合されている。第2配線層202は、第2支持層102に接合されている。このため、第1配線層201および第2配線層202は、第1方向xにおいて互いに離間している。半導体装置A10においては、厚さ方向zに沿って視て、第1支持層101の面積は、第1配線層201の面積よりも大である。厚さ方向zに沿って視て、第2支持層102の面積は、第2配線層202の面積よりも大である。これにより、半導体装置A10においては、支持層10の主面10Aの一部が封止樹脂60に覆われた構成となっている。
As shown in FIGS. 3, 9 and 10, the
接合層19は、図12および図13に示すように、支持層10の主面10Aと、配線層20との間に介在している。配線層20は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。接合層19は、トリアジンジチオールを含む分子接合剤が由来となっている。接合層19の厚さは約10nmである。接合層19は透明である。接合層19を介した主面10Aと配線層20との分子接合の方法は、先述した中間部13を介した絶縁部11と支持部12との分子接合の方法において、絶縁部11を配線層20に替えた場合と同様である。主面10Aと配線層20との間に介在し、かつ主面10Aと配線層20との双方に化学結合された有機化合物が接合層19となる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
一対の絶縁層23は、図3、図9および図10に示すように、第1配線層201および第2配線層202の各々に配置されている。一対の絶縁層23は、第1方向xにおいて互いに離間している。一対の絶縁層23は、第2方向yに延びる帯状である。第1方向xの一方側に位置する絶縁層23は、第1配線層201に配置されている。第1方向xの他方側に位置する絶縁層23は、第2配線層202に配置されている。絶縁層23は、たとえば、セラミックスまたはガラスエポキシ樹脂である。
The pair of insulating
一対のゲート配線層24は、図3、図9および図10に示すように、一対の絶縁層23の上に配置されている。一対のゲート配線層24は、第2方向yに延びる帯状である。一対のゲート配線層24の幅は、ともに略等しい。ゲート配線層24は、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔である。なお、ゲート配線層24の表面には、たとえば銀めっきを施してもよい。
The pair of gate wiring layers 24 are arranged on the pair of insulating
一対の検出配線層25は、図3、図9および図10に示すように、一対の絶縁層23の上に配置されている。一対の検出配線層25は、第2方向yに延びる帯状である。一対の検出配線層25の各々の幅は、ゲート配線層24の幅と略等しい。第1方向xの一方側に位置する絶縁層23において、検出配線層25は、ゲート配線層24よりも第1方向xの一方側に位置する。第1方向xの他方側に位置する絶縁層23において、検出配線層25は、ゲート配線層24よりも第1方向xの他方側に位置する。検出配線層25は、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔である。なお、検出配線層25の表面には、たとえば銀めっきを施してもよい。
The pair of detection wiring layers 25 are arranged on the pair of insulating
第1入力端子31および第2入力端子32は、図2〜図5に示すように、第1方向xの一方側に位置する。第1入力端子31および第2入力端子32には、電力変換対象となる直流電力(電圧)が入力される。第1入力端子31は、正極(P端子)である。第2入力端子32は、負極(N端子)である。図10に示すように、第2入力端子32は、厚さ方向zにおいて第1入力端子31および第1配線層201の双方に対して離間して配置されている。第1入力端子31および第2入力端子32は、銅または銅合金からなる金属板である。
The
第1入力端子31は、図4に示すように、第1接続部311および第1端子部312を有する。第1入力端子31において、第1接続部311および第1端子部312との境界は、第2方向yおよび厚さ方向zに沿った面であって、かつ第1方向xの一方側に位置する封止樹脂60の第1側面63A(詳細は後述)を含む面を通過する。第1接続部311は、その全体が封止樹脂60に覆われている。第1接続部311の第1方向xの他方側は、櫛歯状となっている。この櫛歯状の部分が、ハンダ接合または超音波接合などにより第1配線層201に接続されている。これにより、第1入力端子31は、第1配線層201に導通している。
As shown in FIG. 4, the
図4および図5に示すように、第1端子部312は、封止樹脂60から第1方向xの一方側に延びている。厚さ方向zに沿って視て、第1端子部312は矩形状である。第1端子部312の第2方向yの両側は、封止樹脂60に覆われている。それ以外の第1端子部312の部分は、封止樹脂60から露出している。これにより、第1入力端子31は、第1配線層201および封止樹脂60の双方に支持されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the first
第2入力端子32は、図3に示すように、第2接続部321および第2端子部322を有する。厚さ方向zに沿って視て、第2入力端子32における第2接続部321と第2端子部322との境界は、第1入力端子31における第1接続部311と第1端子部312との境界に一致している。
The
図3に示すように、第2接続部321は、連結部321Aおよび複数の延出部321Bを有する。連結部321Aは、第2方向yに延びる帯状である。連結部321Aの第1方向xの一方側は、第2端子部322につながっている。複数の延出部321Bは、連結部321Aから第1方向xの他方側に向けて延びている。複数の延出部321Bは、第1方向xに延びる帯状である。
As shown in FIG. 3, the second connecting
図2および図3に示すように、第2端子部322は、封止樹脂60から第1方向xの一方側に延びている。厚さ方向zに沿って視て、第2端子部322は矩形状である。第2端子部322の第2方向yの両側は、封止樹脂60に覆われている。それ以外の第2端子部322の部分は、封止樹脂60から露出している。図4に示すように、厚さ方向zに沿って視て、第2端子部322は、第1入力端子31の第1端子部312に重なっている。図10に示すように、第2端子部322は、第1端子部312に対して厚さ方向zにおいて支持層10の主面10Aが向く側に離間している。なお、半導体装置A10が示す例においては、第2端子部322の形状は、第1端子部312の形状と同一である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the second
絶縁材39は、図10に示すように、厚さ方向zにおいて第1入力端子31と第2入力端子32との間に介在している。絶縁材39は平板である。絶縁材39は、たとえば絶縁紙からなる。厚さ方向zに沿って視て、第1入力端子31の全体が絶縁材39に重なっている。第2入力端子32においては、厚さ方向zに沿って視て、第2接続部321の連結部321Aの一部と、第2端子部322の全体とが絶縁材39に重なっている。このため、厚さ方向zに沿って視て、第1入力端子31に重なる第2入力端子32の部分は、全て絶縁材39に接している。これにより、第1入力端子31および第2入力端子32は、互いに電気絶縁されている。絶縁材39の一部(第1方向xの他方側、および第2方向yの両側)は、封止樹脂60に覆われている。
As shown in FIG. 10, the insulating
図3、図4および図10に示すように、絶縁材39は、介在部391および延出部392を有する。介在部391は、第1入力端子31の第1端子部312と、第2入力端子32の第2端子部322との間に挟まれている。延出部392は、介在部391から第1端子部312および第2端子部322よりもさらに第1方向xの一方側に向けて延びている。延出部392の第2方向yの両側は、封止樹脂60に覆われている。
As shown in FIGS. 3, 4 and 10, the insulating
出力端子33は、図2〜図5に示すように、第1方向xの他方側に位置する。出力端子33から、複数の半導体素子40により電力変換された交流電力(電圧)が出力される。出力端子33は、銅または銅合金からなる金属板である。出力端子33は、接続部331および端子部332を有する。接続部331と端子部332との境界は、第2方向yおよび厚さ方向zに沿った面であって、かつ第1方向xの他方側に位置する封止樹脂60の第1側面63Aを含む面を通過する。接続部331は、その全体が封止樹脂60に覆われている。接続部331の第1方向xの一方側には、櫛歯部331Aが設けられている。櫛歯部331Aが、ハンダ接合または超音波接合などにより第2配線層202に接続されている。これにより、出力端子33は、第2配線層202に導通している。図2および図5に示すように、端子部332は、封止樹脂60から第1方向xの他方側に延びている。厚さ方向zに沿って視て、端子部332は矩形状である。端子部332の第2方向yの両側は、封止樹脂60に覆われている。それ以外の端子部332の部分は、封止樹脂60から露出している。これにより、出力端子33は、第2配線層202および封止樹脂60の双方に支持されている。
The
複数の半導体素子40は、図9および図10に示すように、厚さ方向zにおいて配線層20に対して支持層10とは反対側に位置する。複数の半導体素子40は、配線層20に接合されている。複数の半導体素子40は、いずれも同一の素子である。半導体素子40は、たとえば、炭化ケイ素(SiC)を主とする半導体材料を用いて構成されたMOSFETである。なお、半導体素子40は、MOSFETに限らずMISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor)を含む電界効果トランジスタや、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなバイポーラトランジスタでもよい。半導体装置A10の説明においては、半導体素子40がnチャンネル型のMOSFETである場合を対象とする。
As shown in FIGS. 9 and 10, the plurality of
図3に示すように、複数の半導体素子40は、複数の第1素子401と、複数の第2素子402とを含む。図3および図9複数の第1素子401は、第1配線層201に接合されている。複数の第1素子401は、第2方向yに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第1素子401は、半導体装置A10の上アーム回路(高電圧領域)を構成している。第1配線層201において、複数の第1素子401は、絶縁層23よりも第1方向xの他方側に位置する。
As shown in FIG. 3, the plurality of
図3および図10に示すように、複数の第2素子402は、第2配線層202に接合されている。複数の第2素子402は、第2方向yに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第2素子402は、半導体装置A10の下アーム回路(低電圧領域)を構成している。第2配線層202において、複数の第2素子402は、絶縁層23よりも第1方向xの一方側に位置する。
As shown in FIGS. 3 and 10, the plurality of
図3に示すように、複数の第1素子401および複数の第2素子402は、これらが全体として配線層20に千鳥配置されている。半導体装置A10が示す例においては、第1素子401および第2素子402のそれぞれの個数は4つである。第1素子401および第2素子402のそれぞれの個数は本構成に限定されず、半導体装置A10に要求される性能に応じて自在に設定可能である。
As shown in FIG. 3, the plurality of
図11〜図13に示すように、複数の半導体素子40の各々は、第1面40A、第2面40B、第1電極41、第2電極42、ゲート電極43および絶縁膜44を有する。第1面40Aおよび第2面40Bは、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く。第1面40Aは、厚さ方向zにおいて支持層10の主面10Aと同じ側を向く。このため、第2面40Bは、配線層20に対向している。
As shown in FIGS. 11 to 13, each of the plurality of
図11〜図13に示すように、第1電極41は、第1面40Aに設けられている。第1電極41には、半導体素子40の内部からソース電流が流れる。
As shown in FIGS. 11 to 13, the
図12および図13に示すように、第2電極42は、第2面40Bの全体にわたって設けられている。第2電極42には、半導体素子40の内部に向けてドレイン電流が流れる。第2電極42は、導電性を有する導電接合層49により配線層20に接合されている。具体的には、複数の第1素子401の第2電極42は、導電接合層49により第1配線層201に接合されている。複数の第2素子402の第2電極42は、導電接合層49により第2配線層202に接合されている。導電接合層49は、たとえば、錫(Sn)を主成分とする鉛フリーハンダ、または焼成銀である。これにより、第1入力端子31は、第1配線層201を介して複数の第1素子401の第2電極42に導通している。出力端子33は、第2配線層202を介して複数の第2素子402の第2電極42に導通している。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
図11〜図13に示すように、ゲート電極43は、第1面40Aに設けられている。ゲート電極43には、半導体素子40を駆動させるためのゲート電圧が印加される。ゲート電極43の大きさは、第1電極41の大きさよりも小とされている。
As shown in FIGS. 11 to 13, the
図11〜図13に示すように、絶縁膜44は、第1面40Aに設けられている。絶縁膜44は、電気絶縁性を有する。絶縁膜44は、厚さ方向zに沿って視て第1電極41およびゲート電極43をそれぞれ囲んでいる。絶縁膜44は、たとえば二酸化ケイ素層、窒化ケイ素(Si3N4)層、ポリベンゾオキサゾール(PBO)層が第1面40Aからこの順で積層されたものである。なお、絶縁膜44においては、当該ポリベンゾオキサゾール層に代えてポリイミド層でもよい。
As shown in FIGS. 11 to 13, the insulating
複数の導通部材50は、図3、図9および図12に示すように、複数の第1素子401の第1電極41と、第2配線層202とに接合されている。厚さ方向zに沿って視て、複数の導通部材50は、第1方向xに延びる帯状である。導通部材50は、銅または銅合金からなる金属片である。複数の導通部材50の第1方向xの一方側に位置する端部は、導電接合層49により複数の第1素子401の第1電極41に接合されている。複数の導通部材50の第1方向xの他方側に位置する端部は、導電接合層49により第2配線層202に接合されている。これにより、出力端子33は、第2配線層202を介して複数の第1素子401の第1電極41に導通している。なお、導通部材50は、複数のワイヤから構成されたものでもよい。当該ワイヤは、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
The plurality of
図3、図10および図13に示すように、第2入力端子32の複数の延出部321Bの第1方向xの他方側に位置する端部は、導電接合層49により複数の第2素子402の第1電極41に接続されている。これにより、第2入力端子32は、複数の第2素子402の第1電極41に導通している。
As shown in FIGS. 3, 10 and 13, the ends of the plurality of extending
複数のゲートワイヤ51は、図3に示すように、複数の第1ゲートワイヤ511と、複数の第2ゲートワイヤ512とを含む。複数の第1ゲートワイヤ511は、複数の第1素子401のゲート電極43と、第1配線層201の上に位置する一方のゲート配線層24とに接続されている(図3および図11参照)。これにより、複数の第1素子401のゲート電極43は、当該ゲート配線層24に導通している。複数の第2ゲートワイヤ512は、複数の第2素子402のゲート電極43と、第2配線層202の上に位置する他方のゲート配線層24とに接続されている(図3および図11参照)。これにより、複数の第2素子402のゲート電極43は、当該ゲート配線層24に導通している。ゲートワイヤ51は、たとえば、金(Au)、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる。
As shown in FIG. 3, the plurality of
複数の検出ワイヤ52は、図3に示すように、複数の第1検出ワイヤ521と、複数の第2検出ワイヤ522とを含む。複数の第1検出ワイヤ521は、複数の第1素子401の第1電極41と、第1配線層201の上に位置する一方の検出配線層25とに接続されている(図3および図11参照)。これにより、複数の第1素子401の第1電極41は、当該検出配線層25に導通している。複数の第2検出ワイヤ522は、複数の第2素子402の第1電極41と、第2配線層202の上に位置する他方の検出配線層25とに接続されている。これにより、複数の第2素子402の第1電極41は、当該検出配線層25に導通している。検出ワイヤ52は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
As shown in FIG. 3, the plurality of
一対のゲート端子34、一対の検出端子35および複数のダミー端子36は、図3に示すように、第2方向yにおいて配線層20に隣接している。これらの端子は、第1方向xに沿って配列されている。一対のゲート端子34、一対の検出端子35および複数のダミー端子36は、いずれも同一のリードフレームから構成される。
As shown in FIG. 3, the pair of
一対のゲート端子34には、図3に示すように、その一方が第1配線層201に隣接し、その他方が第2配線層202に隣接している。第1配線層201に隣接しているゲート端子34には、複数の第1素子401を駆動させるためのゲート電圧が印加される。第2配線層202に隣接しているゲート端子34には、複数の第2素子402を駆動させるためのゲート電圧が印加される。一対のゲート端子34の各々は、接続部341および端子部342を有する。接続部341は、封止樹脂60に覆われている。これにより、一対のゲート端子34は、封止樹脂60に支持されている。なお、接続部341の表面には、たとえば銀めっきを施してもよい。端子部342は、接続部341につながり、かつ封止樹脂60から露出している(図3参照)。図1に示すように、第1方向xに沿って視て、端子部342はL字状をなしている。
As shown in FIG. 3, one of the pair of
一対の検出端子35は、図3に示すように、第1方向xにおいて一対のゲート端子34に隣接している。第1配線層201に隣接している検出端子35には、複数の第1素子401の第1電極41に印加される電圧、すなわちソース電流に対応した電圧が検出される。第2配線層202に隣接している検出端子35には、複数の第2素子402の第1電極41に印加される電圧が印加される。一対の検出端子35の各々は、接続部351および端子部352を有する。接続部351は、封止樹脂60に覆われている。これにより、一対の検出端子35は、封止樹脂60に支持されている。なお、接続部351の表面には、たとえば銀めっきを施してもよい。端子部352は、接続部351につながり、かつ封止樹脂60から露出している(図3参照)。図1に示すように、第1方向xに沿って視て、端子部352はL字状をなしている。
As shown in FIG. 3, the pair of
複数のダミー端子36は、図3に示すように、第1方向xにおいて一対の検出端子35に対して一対のゲート端子34とは反対側に位置する。半導体装置A10が示す例においては、ダミー端子36の個数は6つである。これらのうち、3つのダミー端子36は、第1方向xの一方側に位置する。残り3つのダミー端子36は、第1方向xの他方側に位置する。なお、ダミー端子36の個数は、本構成に限定されない。さらに、半導体装置A10において、複数のダミー端子36を備えない構成でもよい。複数のダミー端子36の各々は、接続部361および端子部362を有する。接続部361は、封止樹脂60に覆われている。これにより、複数のダミー端子36は、封止樹脂60に支持されている。なお、接続部361の表面には、たとえば銀めっきを施してもよい。端子部362は、接続部361につながり、かつ封止樹脂60から露出している(図3参照)。図1、図6および図7に示すように、第1方向xに沿って視て、端子部362はL字状をなしている。なお、一対のゲート端子34の端子部342、および一対の検出端子35の端子部352の各々の形状は、端子部362の形状と同一である。
As shown in FIG. 3, the plurality of
一対の第1ワイヤ531は、図3に示すように、一対のゲート端子34と、一対のゲート配線層24とに個別に接続されている。これにより、第1配線層201に隣接する一方のゲート端子34は、複数の第1素子401のゲート電極43に導通している。第2配線層202に隣接する他方のゲート端子34は、複数の第2素子402のゲート電極43に導通している。第1ワイヤ531は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
As shown in FIG. 3, the pair of
一対の第2ワイヤ532は、図3に示すように、一対の検出端子35と、一対の検出配線層25とに個別に接続されている。これにより、第1配線層201に隣接する一方の検出端子35は、複数の第1素子401の第1電極41に導通している。第2配線層202に隣接する他方の検出端子35は、複数の第2素子402の第1電極41に導通している。第2ワイヤ532は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
As shown in FIG. 3, the pair of
封止樹脂60は、図9および図10に示すように、支持層10、第1入力端子31、第2入力端子32および出力端子33のそれぞれ一部ずつと、配線層20、複数の半導体素子40および複数の導通部材50を覆っている。封止樹脂60は、一対の絶縁層23、一対のゲート配線層24、一対の検出配線層25、複数のゲートワイヤ51、複数の検出ワイヤ52、一対の第1ワイヤ531および一対の第2ワイヤ532を覆っている。さらに封止樹脂60は、一対のゲート端子34、一対の検出端子35および複数のダミー端子36のそれぞれ一部ずつを覆っている。封止樹脂60は、たとえば黒色のエポキシ樹脂が由来となっている。図2〜図8に示すように、封止樹脂60は、頂面61、底面62、一対の第1側面63A、一対の第2側面63B、複数の第3側面63C、複数の第4側面63D、複数の切欠部63Eおよび複数の取付け孔64を有する。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the sealing
図9および図10に示すように、頂面61は、厚さ方向zにおいて支持層10の主面10Aと同じ側を向く。底面62は、厚さ方向zにおいて頂面61とは反対側を向く。図5に示すように、底面62から支持層10(絶縁部11)の裏面10Bが露出している。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
図2〜図7、および図10に示すように、一対の第1側面63Aは、頂面61および底面62の双方につながり、かつ第1方向xを向く。第1方向xの一方側に位置する第1側面63Aからは、第1入力端子31の第1端子部312、および第2入力端子32の第2端子部322が第1方向xの一方側に向けて延びている。第2方向yの他方側に位置する第1側面63Aからは、出力端子33の端子部332が第1方向xの他方側に向けて延びている。このように、第1入力端子31および第2入力端子32のそれぞれ一部は、第1方向xの一方側において封止樹脂60から露出している。あわせて、出力端子33の一部は、第1方向xの他方側において封止樹脂60から露出している。
As shown in FIGS. 2 to 7 and 10, the pair of
図2〜図8に示すように、一対の第2側面63Bは、頂面61および底面62の双方につながり、かつ第2方向yを向く。一対の第2側面63Bのいずれか一方からは、一対のゲート端子34の端子部342、一対の検出端子35の端子部352、および複数のダミー端子36の端子部362が露出している。
As shown in FIGS. 2 to 8, the pair of second side surfaces 63B is connected to both the
図2〜図7、および図10に示すように、複数の第3側面63Cは、頂面61および底面62の双方につながり、かつ第2方向yを向く。複数の第3側面63Cは、第1方向xの一方側に位置する一対の第3側面63Cと、第1方向xの他方側に位置する一対の第3側面63Cとを含む。第1方向xの一方側および他方側の各々において、一対の第3側面63Cは、第2方向yにおいて対向している。また、第1方向xの一方側および他方側の各々において、一対の第3側面63Cは、第1側面63Aの第2方向yの両端につながっている。
As shown in FIGS. 2 to 7 and 10, the plurality of third side surfaces 63C are connected to both the
図2〜図10に示すように、複数の第4側面63Dは、頂面61および底面62の双方につながり、かつ第1方向xを向く。複数の第4側面63Dは、第1方向xにおいて一対の第1側面63Aよりも半導体装置A10の外側に位置する。複数の第4側面63Dは、第1方向xの一方側に位置する一対の第4側面63Dと、第1方向xの他方側に位置する一対の第4側面63Dとを含む。第1方向xの一方側および他方側の各々において、一対の第4側面63Dの第2方向yの両端は、一対の第2側面63Bと、一対の第3側面63Cとにつながっている。
As shown in FIGS. 2 to 10, the plurality of fourth side surfaces 63D are connected to both the
図2および図5に示すように、複数の切欠部63Eの各々は、第1側面63Aと第3側面63Cとの境界に位置する。厚さ方向zに沿って視て、複数の切欠部63Eは、いずれも第1方向xおよび第2方向yの双方に対して傾斜している。
As shown in FIGS. 2 and 5, each of the plurality of
図9に示すように、複数の取付け孔64は、厚さ方向zにおいて頂面61から底面62に至って封止樹脂60を貫通している。複数の取付け孔64は、半導体装置A10をヒートシンクに取り付ける際に利用される。図2および図5に示すように、厚さ方向zに沿って視て、複数の取付け孔64の孔縁は円形状である。複数の取付け孔64は、厚さ方向zに沿って視て封止樹脂60の四隅に位置する。
As shown in FIG. 9, the plurality of mounting
次に、半導体装置A10の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the semiconductor device A10 will be described.
半導体装置A10は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く主面10Aおよび裏面10Bを有する支持層10と、主面10Aに接合された配線層20と、主面10Aと配線層20との間に介在する接合層19とを備える。配線層20は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。これにより、主面10Aとの配線層20との接合状態は、ハンダなどを用いた分子間力接合と比較して、より強固で、かつ熱に強いものとなる。したがって、半導体装置A10によれば、支持層10と配線層20との接合信頼性の向上を図ることが可能となる。
The semiconductor device A10 includes a
半導体装置A10の支持層10は、裏面10Bを含む絶縁部11と、主面10Aを含む支持部12と、絶縁部11と支持部12との間に介在する中間部13とを有する。支持部12は、中間部13を介した分子接合により絶縁部11に接合されている。このため、絶縁部11と支持部12との接合状態は、分子間力接合よりも強固で、かつ熱に強いものとなる。この場合において、支持部12の厚さ方向zのヤング率は、配線層20の厚さ方向zのヤング率よりも小である。これにより、半導体素子40から発生した熱に起因し、かつ主面10Aと配線層20との界面に作用する熱応力を緩和することができる。
The
図12および図13に示すように、絶縁部11の厚さt1は、支持部12の厚さt2よりも大である。換言すれば、支持部12の厚さt2は、絶縁部11の厚さt1よりも小である。これにより、配線層20から支持部12に伝導された熱を、より速やかに絶縁部11に伝導させることができる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the thickness t1 of the insulating
図12および図13に示すように、絶縁部11の厚さt1、および支持部12の厚さt2の各々は、配線層20の厚さt3よりも小である。換言すれば、配線層20の厚さt3は、絶縁部11の厚さt1、および支持部12の厚さt2の各々よりも大である。これにより、たとえば金属箔である場合と比較して、厚さ方向zに対して直交する方向における配線層20の単位長さ当たりの熱抵抗が軽減される。これにより、半導体素子40から発生した熱が配線層20において局所的に集中することが緩和され、かつ当該熱がより広範に伝わりやすくなる。
As shown in FIGS. 12 and 13, each of the thickness t1 of the insulating
半導体装置A10は、配線層20および半導体素子40と、支持層10の一部とを覆う封止樹脂60をさらに備える。支持層10の裏面10Bは、封止樹脂60から露出している。これにより、半導体装置A10の放熱性をより向上させることができる。
The semiconductor device A10 further includes a sealing
半導体装置A10においては、厚さ方向zに沿って視て、第1支持層101の面積は、第1配線層201の面積よりも大である。あわせて、厚さ方向zに沿って視て、第2支持層102の面積は、第2配線層202の面積よりも大である。これにより、半導体装置A10の絶縁耐圧の向上を図ることができる。
In the semiconductor device A10, the area of the
半導体装置A10は、第1配線層201に接続された第1入力端子31と、第2素子402に接続された第2入力端子32とをさらに備える。第1入力端子31および第2入力端子32は、第1方向xの一方側に位置する。第1入力端子31および第2入力端子32は、厚さ方向zにおいて互いに離間している。厚さ方向zに沿って視て、第2入力端子32の少なくとも一部(第2端子部322)が、第1入力端子31に重なっている。これにより、半導体装置A10の使用時に、第2入力端子32から発生する磁界により、第1入力端子31の自己インダクタンスを低減させることができるため、半導体装置A10の電力変換効率の低下が抑制される。
The semiconductor device A10 further includes a
〔第2実施形態〕
図14〜図17に基づき、本発明の第2実施形態にかかる半導体装置A20について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A10の同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。ここで、図14は、理解の便宜上、封止樹脂60を透過している。透過した封止樹脂60を想像線で示している。
[Second Embodiment]
A semiconductor device A20 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these figures, the same or similar elements of the semiconductor device A10 described above are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted. Here, in FIG. 14, for convenience of understanding, the sealing
半導体装置A20は、支持層10および配線層20の構成が、先述した半導体装置A10におけるこれらの構成と異なる。
The semiconductor device A20 is different from the semiconductor device A10 described above in the configurations of the
図14〜図17に示すように、半導体装置A20においては、厚さ方向zに沿って視て、第1支持層101の面積は、第1配線層201の面積よりも小である。厚さ方向zに沿って視て、第2支持層102の面積は、第2配線層202の面積よりも小である。これにより、半導体装置A20においては、封止樹脂60の底面62と配線層20との間に、封止樹脂60の一部が介在する構成となっている。
As shown in FIGS. 14 to 17, in the semiconductor device A20, the area of the
次に、半導体装置A20の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the semiconductor device A20 will be described.
半導体装置A20は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く主面10Aおよび裏面10Bを有する支持層10と、主面10Aに接合された配線層20と、主面10Aと配線層20との間に介在する接合層19とを備える。配線層20は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。したがって、半導体装置A20によっても、支持層10と配線層20との接合信頼性の向上を図ることが可能となる。
The semiconductor device A20 includes a
半導体装置A20においては、厚さ方向zに沿って視て、第1支持層101の面積は、第1配線層201の面積よりも小である。あわせて、厚さ方向zに沿って視て、第2支持層102の面積は、第2配線層202の面積よりも小である。これにより、厚さ方向zにおいて支持層10の裏面10Bと同じ側を向く配線層20の表面の一部が、封止樹脂60に接する構成となる。このため、裏面10Bが封止樹脂60の底面62から露出した状態であっても、支持層10および配線層20が底面62から脱落することを防止できる。
In the semiconductor device A20, the area of the
〔第3実施形態〕
図18〜図22に基づき、本発明の第3実施形態にかかる半導体装置A30について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A10の同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。ここで、図18の断面位置は、先述した半導体装置A10の図9の断面位置と同一である。図19の断面位置は、先述した半導体装置A10の図10の断面位置と同一である。
[Third Embodiment]
A semiconductor device A30 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these figures, the same or similar elements of the semiconductor device A10 described above are designated by the same reference numerals, and duplicate description is omitted. Here, the cross-sectional position in FIG. 18 is the same as the cross-sectional position in FIG. 9 of the semiconductor device A10 described above. The sectional position of FIG. 19 is the same as the sectional position of FIG. 10 of the semiconductor device A10 described above.
半導体装置A30は、支持層10および配線層20の構成が、先述した半導体装置A10におけるこれらの構成と異なる。
In the semiconductor device A30, the configurations of the
図18〜図21に示すように、半導体装置A30においては、支持層10は、絶縁部11、支持部12および中間部13を有さない絶縁板である。支持層10は、たとえば、窒化アルミニウムを含むセラミックスである。
As shown in FIGS. 18 to 21, in the semiconductor device A30, the
図18〜図21に示すように、半導体装置A30においては、配線層20は、基層21および導電層22を有する。基層21は、配線層20の体積の大半を占めている。基層21は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。基層21は、炭素を含む材料からなる。半導体装置A30においては、基層21は、単結晶グラファイトを含む材料からなる。なお、基層21の材料は、たとえば炭素繊維強化樹脂(carbon fiber reinforced plastic,CFRP)を含むものでもよい。図22に示すように、単結晶グラファイトの結晶21Aが連なる方向である当該単結晶グラファイトの面内方向は、厚さ方向zに平行である。単結晶グラファイトの結晶21Aが積層する方向である当該単結晶グラファイトの面外方向は、厚さ方向zに対して直交する方向(半導体装置A30が示す例においては第2方向y)に平行である。図20および図21に示すように、基層21の厚さt5は、支持層10の厚さt4よりも大である。
As shown in FIGS. 18 to 21, in the semiconductor device A30, the
図18〜図21に示すように、導電層22は、基層21に積層されている。複数の半導体素子40は、導電層22に接合されている。導電層22は、スパッタリング法により形成された金属薄膜層と、電解めっきにより形成されためっき層とを含む。これらは、基層21に対して当該金属薄膜層、当該めっき層の順に積層されている。当該金属薄膜層は、チタン(Tい)および銅を含む。当該めっき層は、銅を含む。
As shown in FIGS. 18 to 21, the
接合層19を介した支持層10の主面10Aと、配線層20の基層21との分子接合の方法について説明する。まず、主面10Aと、配線層20の基層21の表面との各々にプラズマ処理を行うことにより、これらの面を粗化させ、かつこれらの面にヒドロキシ基を生成させる。次いで、これらの面に、トリアジンジチオールを含む分子接合剤を塗布する。当該分子接合剤は、先述した半導体装置A10にかかる分子接合に用いる分子接合剤の具体例と同一である。次いで、支持層10および基層21を加熱処理することにより、これらに生成されたヒドロキシ基と当該分子接合剤に含有された有機化合物が化学結合する。この結果、主面10Aには、絶縁部11と化学結合されたトリアジンジチオールが生成される。同様に、当該分子接合剤が塗布された基層21の表面には、基層21と化学結合されたトリアジンジチオールが生成される。最後に、それぞれにトリアジンジチオールが生成された主面10Aと、基層21の表面とを互いに密着させて加熱および加圧処理を行うことにより、トリアジンジチオールどうしがジスルフィド結合する。これにより、基層21は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合される。
A method of molecular bonding between the
次に、半導体装置A30の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the semiconductor device A30 will be described.
半導体装置A30は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く主面10Aおよび裏面10Bを有する支持層10と、主面10Aに接合された配線層20と、主面10Aと配線層20との間に介在する接合層19とを備える。配線層20は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。したがって、半導体装置A30によっても、支持層10と配線層20との接合信頼性の向上を図ることが可能となる。
The semiconductor device A30 includes a
半導体装置A30においては、支持層10は絶縁板である。配線層20は、支持層10の主面10Aに接合される基層21と、基層21に積層され、かつ半導体素子40が接合される導電層22とを有する。基層21は、単結晶グラファイトを含む材料からなる。図22に示すように、当該単結晶グラファイトの面内方向は、厚さ方向zに平行である。図20および図21に示すように、基層21の厚さt5は、支持層10の厚さt4よりも大である。これにより、厚さ方向zと、厚さ方向zに直交する一方向(半導体装置A30が示す例においては第1方向x)との双方における配線層20の単位長さ当たりの熱抵抗を低減することができる。単結晶グラファイトの面内方向の熱伝導率は、銅の熱伝導率(398W/(m・K))の約4倍である。このため、半導体装置A30の放熱性を、先述した半導体装置A10よりもさらに向上させることが可能である。
In the semiconductor device A30, the
〔第4実施形態〕
図23および図24に基づき、本発明の第4実施形態にかかる半導体装置A40について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A10の同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。ここで、図23の断面位置は、先述した半導体装置A10の図9の断面位置と同一である。図24の断面位置は、先述した半導体装置A10の図10の断面位置と同一である。
[Fourth Embodiment]
A semiconductor device A40 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these figures, the same or similar elements of the semiconductor device A10 described above are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted. Here, the sectional position of FIG. 23 is the same as the sectional position of FIG. 9 of the semiconductor device A10 described above. The sectional position of FIG. 24 is the same as the sectional position of FIG. 10 of the semiconductor device A10 described above.
半導体装置A40は、支持層10および配線層20の構成が、先述した半導体装置A30におけるこれらの構成と異なる。
In the semiconductor device A40, the configurations of the
図23および図24に示すように、半導体装置A40においては、厚さ方向zに沿って視て、第1支持層101の面積は、第1配線層201の面積よりも小である。厚さ方向zに沿って視て、第2支持層102の面積は、第2配線層202の面積よりも小である。これにより、半導体装置A40においては、封止樹脂60の底面62と配線層20との間に、封止樹脂60の一部が介在する構成となっている。
As shown in FIGS. 23 and 24, in the semiconductor device A40, the area of the
次に、半導体装置A40の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the semiconductor device A40 will be described.
半導体装置A40は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く主面10Aおよび裏面10Bを有する支持層10と、主面10Aに接合された配線層20と、主面10Aと配線層20との間に介在する接合層19とを備える。配線層20は、接合層19を介した分子接合により主面10Aに接合されている。したがって、半導体装置A40によっても、支持層10と配線層20との接合信頼性の向上を図ることが可能となる。
The semiconductor device A40 includes a
本発明は、先述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the present invention can be modified in various ways.
A10,A20,A30,A40:半導体装置
10:支持層
10A:支持面
10B:底面
101:第1支持層
102:第2支持層
11:絶縁部
12:支持部
13:中間部
19:接合層
20:配線層
201:第1配線層
202:第2配線層
23:絶縁層
24:ゲート配線層
25:検出配線層
31:第1入力端子
311:第1接続部
312:第1端子部
32:第2入力端子
321:第2接続部
321A:連結部
321B:延出部
322:第2端子部
33:出力端子
331:接続部
331A:櫛歯部
332:端子部
34:ゲート端子
341:接続部
342:端子部
35:検出端子
351:接続部
352:端子部
36:ダミー端子
361:接続部
362:端子部
39:絶縁材
391:介在部
392:延出部
40:半導体素子
40A:第1面
40B:第2面
401:第1素子
402:第2素子
41:第1電極
42:第2電極
43:ゲート電極
44:絶縁膜
49:導電接合層
50:導通部材
51:ゲートワイヤ
511:第1ゲートワイヤ
512:第2ゲートワイヤ
52:検出ワイヤ
521:第1検出ワイヤ
522:第2検出ワイヤ
531:第1ワイヤ
532:第2ワイヤ
60:封止樹脂
61:頂面
62:底面
63A:第1側面
63B:第2側面
63C:第3側面
63D:第4側面
63E:切欠部
64:取付け孔
t1,t2,t3:厚さ
t4,t5:厚さ
z:厚さ方向
x:第1方向
y:第2方向
A10, A20, A30, A40: Semiconductor device 10: Support layer 10A: Support surface 10B: Bottom surface 101: First support layer 102: Second support layer 11: Insulating portion 12: Support portion 13: Intermediate portion 19: Bonding layer 20 : Wiring layer 201: First wiring layer 202: Second wiring layer 23: Insulating layer 24: Gate wiring layer 25: Detection wiring layer 31: First input terminal 311: First connecting portion 312: First terminal portion 32: Second 2 input terminal 321: 2nd connection part 321A: connection part 321B: extension part 322: 2nd terminal part 33: output terminal 331: connection part 331A: comb tooth part 332: terminal part 34: gate terminal 341: connection part 342 : Terminal part 35: Detection terminal 351: Connection part 352: Terminal part 36: Dummy terminal 361: Connection part 362: Terminal part 39: Insulating material 391: Interposition part 392: Extension part 40: Semiconductor element 40A: First surface 40B : Second surface 401: First element 402: Second element 41: First electrode 42: Second electrode 43: Gate electrode 44: Insulating film 49: Conductive bonding layer 50: Conductive member 51: Gate wire 511: First gate Wire 512: Second gate wire 52: Detection wire 521: First detection wire 522: Second detection wire 531: First wire 532: Second wire 60: Sealing resin 61: Top surface 62: Bottom surface 63A: First side surface 63B: Second side surface 63C: Third side surface 63D: Fourth side surface 63E: Notch portion 64: Mounting hole t1, t2, t3: Thickness t4, t5: Thickness z: Thickness direction x: First direction y: First 2 directions
Claims (16)
前記主面に接合された配線層と、
前記厚さ方向において前記配線層に対して前記支持層とは反対側に位置し、かつ前記配線層に接合された半導体素子と、
前記主面と前記配線層との間に介在する接合層と、を備え、
前記配線層は、前記接合層を介した分子接合により前記主面に接合されていることを特徴とする、半導体装置。 A support layer having a main surface and a back surface facing each other in the thickness direction,
A wiring layer bonded to the main surface,
A semiconductor element located on the side opposite to the support layer with respect to the wiring layer in the thickness direction, and joined to the wiring layer,
A bonding layer interposed between the main surface and the wiring layer,
The semiconductor device, wherein the wiring layer is bonded to the main surface by molecular bonding via the bonding layer.
前記支持部は、前記中間部を介した分子接合により前記絶縁部に接合されている、請求項1に記載の半導体装置。 The supporting layer has an insulating portion including the back surface, a supporting portion including the main surface, and an intermediate portion interposed between the insulating portion and the supporting portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the support part is bonded to the insulating part by molecular bonding via the intermediate part.
前記配線層は、銅を含む材料からなる、請求項3または4に記載の半導体装置。 The support part is made of a material containing graphite,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the wiring layer is made of a material containing copper.
前記配線層は、炭素を含む材料からなり、かつ前記主面に接合される基層と、前記基層に積層され、かつ前記半導体素子が接合される導電層と、を有し、
前記基層の厚さは、前記支持層の厚さよりも大である、請求項1に記載の半導体装置。 The support layer is an insulating plate,
The wiring layer is made of a material containing carbon, and has a base layer bonded to the main surface, and a conductive layer laminated on the base layer and bonded to the semiconductor element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the base layer has a thickness greater than that of the support layer.
前記単結晶グラファイトの面内方向は、前記厚さ方向に平行である、請求項9に記載の半導体装置。 The base layer is made of a material containing single crystal graphite,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the in-plane direction of the single crystal graphite is parallel to the thickness direction.
前記裏面は、前記封止樹脂から露出している、請求項1ないし10のいずれかに記載の半導体装置。 Further comprising a sealing resin that covers the wiring layer and the semiconductor element, and a part of the support layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the back surface is exposed from the sealing resin.
前記配線層は、前記第1支持層に接合された第1配線層と、前記第2支持層に接合された第2配線層と、を含み、
前記半導体素子は、前記第1配線層に接合された第1素子と、前記第2配線層に接合された第2素子と、を含み、
前記第1配線層に接続された第1入力端子と、
前記第2素子に接続された第2入力端子と、
前記第2配線層に接続された出力端子と、
前記第1素子と前記第2配線層とに接合された導通部材と、をさらに備え、
前記封止樹脂は、前記導通部材と、前記第1入力端子、前記第2入力端子および前記出力端子のそれぞれ一部ずつと、を覆っている、請求項11に記載の半導体装置。 The support layer includes a first support layer and a second support layer separated from each other in a direction orthogonal to the thickness direction,
The wiring layer includes a first wiring layer joined to the first support layer and a second wiring layer joined to the second support layer,
The semiconductor element includes a first element joined to the first wiring layer and a second element joined to the second wiring layer,
A first input terminal connected to the first wiring layer;
A second input terminal connected to the second element;
An output terminal connected to the second wiring layer,
A conductive member joined to the first element and the second wiring layer,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the sealing resin covers the conductive member and a part of each of the first input terminal, the second input terminal, and the output terminal.
前記出力端子の一部は、前記一方向の他方側において前記封止樹脂から露出している、請求項12ないし14のいずれかに記載の半導体装置。 Part of each of the first input terminal and the second input terminal is exposed from the sealing resin on one side in one direction orthogonal to the thickness direction,
15. The semiconductor device according to claim 12, wherein a part of the output terminal is exposed from the sealing resin on the other side in the one direction.
前記第1入力端子は、前記封止樹脂から露出する第1端子部を有し、
前記第2入力端子は、前記封止樹脂から露出する第2端子部を有し、
前記厚さ方向に沿って視て、前記第2端子部の少なくとも一部が、前記第1端子部に重なっている、請求項15に記載の半導体装置。 The first input terminal and the second input terminal are separated from each other in the thickness direction,
The first input terminal has a first terminal portion exposed from the sealing resin,
The second input terminal has a second terminal portion exposed from the sealing resin,
The semiconductor device according to claim 15, wherein at least a part of the second terminal portion overlaps with the first terminal portion when viewed along the thickness direction.
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