JP4622646B2

JP4622646B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4622646B2
Application number: JP2005120993A
Authority: JP
Inventors: 純石川
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: JP2006303086A

Description

この発明は、半導体装置に係り、特にベース板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置される半導体装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されている半導体装置では、ベース基板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置されている。ここで絶縁基板は、セラミック板の上面及び下面にそれぞれ銅パターンが接合された構成を有しており、ベース基板上に絶縁基板の下面の銅パターンがはんだにより接合されると共に絶縁基板の上面の銅パターン上にはんだにより半導体素子の裏面電極が接合されている。

特開２０００−４９２８１号公報

このような半導体装置では、例えば、絶縁基板から独立して配設された外部電極部と絶縁基板の上面の銅パターンとをワイヤボンディングにより互いに接続することにより、外部電極部を介して半導体素子の裏面電極を装置の外部に取り出すことができる。

しかしながら、上述のように絶縁基板の上面の銅パターンと外部電極部とをワイヤボンディングにより接続する場合、ボンディング用のツールがこの半導体装置内の部分と干渉しないようにボンディング付近にクリアランスを設ける必要があり、そのため半導体装置が大型化してしまう。
また、ワイヤボンディングに用いられるワイヤは、電流が流れる断面積が小さいため電気抵抗が大きく、またインダクタンスも大きいため、電気的なエネルギー損失が大きいという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型で且つエネルギー損失を低減することができる半導体装置を提供することを目的とする。

この発明に係る半導体装置は、ベース板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置された半導体装置において、絶縁基板は、平板状の絶縁板と、絶縁板の第１の主面上に直接接合される配線パターン部及び配線パターン部よりも厚く形成されると共に配線パターン部から延長して外方に引き出される第１外部電極部を有し、前記配線パターン部の上に前記半導体素子が接合される第１導電部材と、絶縁板の第２の主面上に直接接合される配線パターン部を形成する第２導電部材と、一端部である延長部が半導体素子上面の対応する電極部に直接接合されると共に他端部が外方に引き出される第２外部電極部とを備え、延長部は、該延長部以外である第２外部電極部の部位より薄く形成されると共にアーチ状に形成されることを特徴とするものである。

第１導電部材は、その配線パターン部と第１外部電極部との間に段差を有し、第１導電部材の配線パターン部に対して第１外部電極部を垂直に折り曲げて立設させることにより第１外部電極部を上方に引き出すことができる。
また、ベース板の上に第２導電部材の配線パターン部を接合することができる。
なお、絶縁板はセラミックまたは樹脂から形成することができる。
また、第２外部電極部は、第１導電部材上に樹脂部材を介して配置することができる。

この発明によれば、小型で且つエネルギー損失を低減することができる半導体装置を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
参考形態．
図１に、この発明の参考形態に係る半導体装置の構成を示す。この半導体装置は、パワーモジュール等として用いられるものであり、ＣｕまたはＡｌ等からなる放熱性のベース板１を有している。このベース板１上に、はんだ２を介してセラミック絶縁基板３が配置されており、さらに、セラミック絶縁基板３上に、はんだ４を介してパワーチップ等の半導体素子５が搭載されている。

セラミック絶縁基板３は、セラミックからなる平板状の絶縁板６と、絶縁板６の第１の主面としての上面に配置される第１導電部材７と、絶縁板６の第２の主面としての下面に配置される第２導電部材８とを有するものである。第１導電部材７は、配線パターン部９とこの配線パターン部９の一端部から上方に延長して配線パターン部９に対して垂直に立設される第１外部電極部１０とを有しており、その配線パターン部９が絶縁板６の上面に直接接合されている。また、第２導電部材８からなる配線パターン部が絶縁板６の下面に直接接合されている。この第２導電部材８の配線パターン部がはんだ２を介してベース板１の上面に接合されると共に、第１導電部材７の配線パターン部９の上面に半導体素子５の裏面電極がはんだ４を介して接合されている。

なお、例えば、絶縁板６は０．６ｍｍ程度の厚さを有し、第１導電部材７の配線パターン部９及び第２導電部材８の配線パターン部はそれぞれ０．３ｍｍ程度の厚さを有している。また、このとき、第１導電部材７の第１外部電極部１０は１ｍｍ程度の厚さを有し、第１外部電極部１０の厚さが配線パターン部９の厚さよりも大きい値を有するように構成されている。

また、ベース板１の周縁部に樹脂等からなるケース１１が固定され、ベース板１の上に配置された半導体素子５等がこのケース１１の内部に収容されると共にセラミック絶縁基板３の第１導電部材７の第１外部電極部１０がケース１１の外部にまで引き出されている。また、断面Ｌ字状の第２外部電極部１２が樹脂部材１３を介して第１導電部材７に対向するように配置されてケース１１の内部から外部へ引き出されており、ケース１１内に位置する第２外部電極部１２の部分と半導体素子５上面の対応する電極部とがボンディングワイヤ１４により互いに接続されている。さらに、Ｌ字状の制御端子部１５がケース１１内にインサート成形されてケース１１の内部から外部へ引き出されており、ケース１１内に位置する制御端子部１５の部分と半導体素子５上面の対応する電極部とがボンディングワイヤ１６により互いに接続されている。

なお、例えば半導体素子５上面にソース（またはエミッタ）電極部及びゲート電極部がそれぞれ設けられると共に半導体素子５の裏面電極としてドレイン（またはコレクタ）電極部が設けられ、第２外部電極部１２をボンディングワイヤ１４によりソース（またはエミッタ）電極部に接続し、制御端子部１５をボンディングワイヤ１６によりゲート電極部に接続することにより、第２外部電極部１２、制御端子部１５及び第１導電部材７の第１外部電極部１０をそれぞれこの半導体装置のソース（またはエミッタ）電極、ゲート電極及びドレイン（またはコレクタ）電極として用いることができる。

また、図２及び３を参照して、セラミック絶縁基板３の製造方法を説明する。まず、図２に示されるように、セラミックからなる絶縁板６の上面に第１導電部材７の配線パターン部９を直接接合してセラミック絶縁基板３の上面側のパターンを形成する。ここで、第１導電部材７は、配線パターン部９と第１外部電極部１０との間に段差１７を有しており、段差１７及び第１外部電極部１０が絶縁板６の上面から外部にはみ出している。また、第２導電部材８からなる配線パターン部を絶縁板６の下面に直接接合してセラミック絶縁基板３の下面側のパターンを形成する。
なお、第１導電部材７の配線パターン部９と絶縁板６は、両者の活性面を出して共有結合させる、あるいはロー付けする等の方法により互いに接合することができる。同様の方法により、第２導電部材８の配線パターン部と絶縁板６も互いに接合することができる。
次に、図２に破線矢印で示されるように、第１導電部材７の第１外部電極部１０を段差１７付近を中心にして配線パターン部９に対して折り曲げることにより、図３に示されるように、第１外部電極部１０を配線パターン部９に対して垂直に立設させる。
このようにして、セラミック絶縁基板３を製造することができる。

次に、この参考形態に係る半導体装置の作用を説明する。セラミック絶縁基板３の第１導電部材７は、半導体素子５の裏面電極が接合される配線パターン部９と、第１外部電極部１０とが一体に形成された構造を有するため、ワイヤボンディングにより配線パターン部９と第１外部電極部１０とを接続する必要がなくなる。したがって、ボンディング用のツールの干渉を防止するためのクリアランスの確保が不要となり、小型の半導体装置を実現することができると共に、装置の小型化により部品費が低減され、製造コストを低減することもできる。
また、配線パターン部９と第１外部電極部１０とがボンディングワイヤを用いずに直接に接続されているため、電気的なエネルギー損失を低減することができる。

また、セラミック絶縁基板３の配線パターン部９と第１外部電極部１０とをワイヤボンディングにより接続する工程を省略できるため、この半導体装置の組み立てを容易に行うことができる。
また、セラミック絶縁基板３を用いているため、この装置全体の部品点数を低減することができる。
さらに、第１導電部材７の第１外部電極部１０は配線パターン部９よりも厚く形成されて電極として十分な強度を有するため、第１外部電極部１０をケース１１の上方に引き出して外部の機器を接続して用いることができる。

実施の形態１．
次に図４を参照して、この発明の実施の形態１に係る半導体装置について説明する。この実施の形態１は、上述の参考形態の半導体装置において、ボンディングワイヤ１４を用いずに、ケース１１内に位置する第２外部電極部１２の部分を延長してその延長部分２１の先端部２１ａを半導体素子５上面の対応する電極部に直接に接続したものである。第２外部電極部１２の延長部分２１は、半導体素子５との間の応力を緩和するために薄く形成されると共に応力を分散するためにアーチ状に形成されている。また、この延長部分２１の先端部２１ａは、半導体素子５上面の対応する電極部に超音波接合により直接接合されている。

このような構成にすれば、上記の参考形態に係る半導体装置の作用に加え、第２外部電極部１２と半導体素子５上面の対応する電極部とをワイヤボンディングすることなく接続することができるため、この半導体装置がさらに小型化されると共に電気的なエネルギー損失がより低減され、また、装置の組み立てがより容易になる。

なお、上述の参考形態及び実施の形態１において、半導体素子５上面にソース（またはエミッタ）電極を設け、半導体素子５の裏面電極としてドレイン（またはコレクタ）電極部を設ける代わりに、半導体素子５の裏面電極としてソース（またはエミッタ）電極を設け、半導体素子５上面にドレイン（またはコレクタ）電極部を設けて第２外部電極部１２を接続することにより、第２外部電極部１２及び第１導電部材７の第１外部電極部１０をそれぞれこの半導体装置のドレイン（またはコレクタ）電極及びソース（またはエミッタ）電極として用いることもできる。

また、参考形態及び実施の形態１において、セラミック絶縁基板３の第１導電部材７及び第２導電部材８はそれぞれＣｕまたはＡｌから形成することができる。このとき第１及び第２導電部材７及び８の双方をＣｕまたはＡｌから形成してもよいし、一方をＣｕから他方をＡｌから形成してもよい。

なお、絶縁板６の下面を第１の主面として第１導電部材７の配線パターン部９を直接接合し、絶縁板６の上面を第２の主面として第２導電部材８を直接接合することにより形成されたセラミック絶縁基板を用いることもできる。
また、絶縁板６は、樹脂から形成することもできる。

この発明の参考形態に係る半導体装置を示す断面図である。参考形態におけるセラミック絶縁基板の製造の様子を示す図である。参考形態におけるセラミック絶縁基板の製造の様子を示す図である。この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１ベース板、２，４はんだ、３セラミック絶縁基板、５半導体素子、６絶縁板、７第１導電部材、８第２導電部材、９配線パターン部、１０第１外部電極部、１１ケース、１２第２外部電極部、１３樹脂部材、１４，１６ボンディングワイヤ、１５制御端子部、１７段差、２１延長部分、２１ａ先端部。

Claims

ベース板の上に絶縁基板を介して半導体素子が配置された半導体装置において、
前記絶縁基板は、
平板状の絶縁板と、
前記絶縁板の第１の主面上に直接接合される配線パターン部及び前記配線パターン部よりも厚く形成されると共に前記配線パターン部から延長して外方に引き出される第１外部電極部を有し、前記配線パターン部の上に前記半導体素子が接合される第１導電部材と、
前記絶縁板の第２の主面上に直接接合される配線パターン部を形成する第２導電部材と、
一端部である延長部が半導体素子上面の対応する電極部に直接接合されると共に他端部が外方に引き出される第２外部電極部と
を備え、
前記延長部は、該延長部以外である前記第２外部電極部の部位より薄く形成されると共にアーチ状に形成されることを特徴とする半導体装置。
前記第１導電部材はその配線パターン部と第１外部電極部との間に段差を有し、前記第１導電部材の配線パターン部に対して第１外部電極部を垂直に折り曲げて立設させることにより第１外部電極部が上方に引き出される請求項１に記載の半導体装置。
ベース板の上に前記第２導電部材の配線パターン部が接合される請求項１または２に記載の半導体装置。
前記絶縁板は、セラミックまたは樹脂からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記第２外部電極部は、前記第１導電部材上に樹脂部材を介して配置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。