JP4702279B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁層を内蔵する一対の放熱板を対向させ、これら放熱板の内面間に半導体素子を介在させたものをモールド樹脂で封止し、各放熱板から放熱させるようにした半導体装置、いわゆる両面放熱型の半導体装置およびその製造方法に関する。
従来より、この種の両面放熱型の半導体装置は、一般に、半導体素子と、半導体素子を挟むように半導体素子の両面に配置され半導体素子と電気的・熱的に接続された一対の放熱板と、半導体素子および両放熱板を封止するモールド樹脂とを備え、両放熱板のそれぞれの外面に電気絶縁性を有する絶縁層を設けるとともに、この絶縁層をモールド樹脂から露出させた構成を有している(たとえば、特許文献1参照)。
特開2006−93733号公報
ところで、このような半導体装置は、たとえば車両のインバータなどに適用されるが、近年、EHV車両の普及などに伴い、インバータのコスト低減の要求と小型化の要求が高まってきている。
この種の半導体装置によってインバータを構成する場合、放熱板の外面すなわち放熱面に設けられた絶縁層に、シリコーングリスなど、電気絶縁性のグリス等を塗布し、これを介して冷却装置に接触させることが多い。
このようなグリスは印刷や刷毛によって塗布され、摩擦を伴う。よって、グリスの塗布工程では、放熱面に電荷が溜まりやすい。したがって、グリスの塗布時には、両方の放熱面から内部回路に静電気が印加されることは避けられない。
特に、放熱板の放熱面に絶縁層を設けた構成の場合には、表裏の放熱面に電荷が溜まりやすく、絶縁層の浮遊容量を介した静電誘導により、半導体素子を含む内部回路にも電荷の移動が発生する。こうして、内部回路に加わる電圧が耐圧を超えた場合、当該内部回路が破壊する恐れがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、両面放熱型の半導体装置において、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れるのを防止することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、両放熱板(21、22)のそれぞれの外面に設けられている絶縁層(21a、22a)におけるモールド樹脂(80)から露出する面に、導電性を有する導体層(21b、22b)を取り付け、一方の放熱板(21)側に位置する導体層(21b)と他方の放熱板(22)側に位置する導体層(22b)とを、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続したことを、第1の特徴とする。
それによれば、それぞれの放熱板(21、22)の外面すなわち放熱面に設けられた絶縁層(21a、22a)同士が、導体層(21b、22b)、接続部材(25〜27)を介して導通されて等電位となり、両放熱板(21、22)間の内部回路に静電誘導が発生するのを防止できるため、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れるのを防止できる。その結果、内部回路の破壊などを未然に防ぐことが可能となる。
ここで、導体層(21b、22b)を、当該導体層(21b、22b)が設けられる側の放熱板(21、22)と同じ材料よりなるものとしてもよい。
それによれば、絶縁層(21a、22a)を挟む導体層(21b、22b)と放熱板(21、22)とを同じ材料にて構成することになるため、温度変化などによる絶縁層(21a、22a)の反りを防止するうえで、好ましい。
さらに、当該絶縁層(21a、22a)の反りを防止することを考慮した場合、導体層(21b、22b)を、当該導体層(21b、22b)が設けられる側の放熱板(21、22)の板厚と同じ膜厚とすることが好ましい。つまり、絶縁層(21a、22a)を挟む導体層(21b、22b)と放熱板(21、22)とを同じ厚さにすることがより好ましい。
また、導体層(21b、22b)を、導電性の塗料により形成された塗膜よりなるものとしてもよいし、スパッタリング法もしくは蒸着法により成膜された膜よりなるものとしてもよい。
また、一方の放熱板(21)側に位置する導体層(21b)と他方の放熱板(22)側に位置する導体層(22b)と接続部材(25)とを、一枚の金属箔(K)により構成されたものとすれば、両導体層(21b、22b)と接続部材(25)との接続構成を簡略化できる(後述の図5参照)。
また、この金属箔(K)を、中間部を折り曲げることにより当該中間部の両側に位置する両端部を対向させ、当該対向する両端部の間に半導体素子(11、12)および両放熱板(21、22)を挟みこんだ形状をなすものとしてもよい。この場合、金属箔(K)のうち両端部のそれぞれが導体層(21b、22b)として構成されて絶縁層(21a、22a)に取り付けられ、中間部が接続部材(25)として構成されたものとなる。
また、接続部材(26)としては、互いに対向する両端部の間に半導体素子(11、12)および両放熱板(21、22)が挟み込まれるように中間部が折り曲げられた形状をなしており、接続部材(26)自身の弾性力によって両端部のそれぞれが導体層(21b、22b)に接続されたものにできる(後述の図7参照)。
また、それぞれの導体層(21b、22b)に、両放熱板(21、22)の端面側に位置するモールド樹脂(80)の端面(81)よりも外方に突出する突出部(21c、22c)を設け、それぞれの突出部(21c、22c)同士を、同一方向に突出させ、これら突出部(21c、22c)を接続部材(27)に挿入して接続するようにしてもよい。それによれば、接続部材(27)として汎用の部材を使用できる(後述の図8参照)。
また、このような突出部(21c、22c)を設けた半導体装置においては、さらに、半導体素子(11、12)と電気的に接続されるとともに一部がモールド樹脂(80)の内部に位置し残部がモールド樹脂(80)の外部に突出する端子(60)を備えていてもよい。
そして、このような端子(60)を備えている場合には、それぞれの導体層(21b、22b)における突出部(21c、22c)と端子(60)とを、同一の方向に突出させたものとしてもよいし、異なる方向に突出させたものとしてもよい。
ただし、異なる方向に突出させたものとすれば、同一方向の場合に比べて突出部(21c、22c)と端子(60)との間の沿面距離を大きくとりやすく、両者の絶縁性の確保の面で好ましい(後述の図9参照)。
また、接続部材(25)の一部をモールド樹脂(80)に埋設すれば、接続部材(25)の保護および装置の小型化に有利である(後述の図2参照)。
また、絶縁層(21a、22a)をセラミックより構成し、導体層(21b、22b)を絶縁層(21a、22a)にロウ付けされたロウ材よりなるものとしてもよい。
また、上記した両放熱板(21、22)の導体層(21b、22b)と接続部材(25)とを一枚の金属箔(K)により構成した半導体装置を製造する製造方法としては、次のようなものにできる。
すなわち、半導体素子(11、12)を挟むように半導体素子(11、12)の両面に一対の放熱板(21、22)を配設し、両放熱板(21、22)のそれぞれの外面が露出するようにモールド樹脂(80)によって封止したワーク(300)を用意するとともに、金属箔(K)として当該金属箔(K)のうち導体層(21b、22b)として構成される部位に絶縁層(21a、22a)を貼り付けたものを用意し、金属箔(K)のうち導体層(21b、22b)として構成される部位を、絶縁層(21a、22a)を介して、ワーク(300)における両放熱板(21、22)のそれぞれの外面に貼り付けるようにする(後述の図6参照)。
それによれば、上記金属箔(K)により構成される半導体装置を容易に製造することができる。
ところで、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れることは、上述したように、半導体装置を冷却装置に組み付けるときのグリス塗布時に起こりやすい。そこで、半導体装置を冷却装置に組み付けた後では、半導体装置から接続部材を取り外してもよいと考えられる。
その点を考慮して、本発明は、両面放熱型の半導体装置において、半導体素子(11、12)と電気的に接続されるとともに一部がモールド樹脂(80)の内部に位置し残部がモールド樹脂(80)の外部に突出する端子(60)を備え、両放熱板(21、22)に設けられたそれぞれの絶縁層(21a、22a)のモールド樹脂(80)から露出する面に、導体層(21b、22b)を取り付け、それぞれの導体層(21b、22b)に、両放熱板(21、22)の端面側に位置するモールド樹脂(80)の端面(81)よりも外方に突出する突出部(21c、22c)を設け、それぞれの突出部(21c、22c)と端子(60)とを同一の方向に突出させ、これら端子(60)および突出部(21c、22c)同士を当該端子(60)および突出部(21c、22c)同士を電気的に接続するための接続部材(27)に対して着脱可能としたことを、第2の特徴とする(後述の図10参照)。
それによれば、それぞれの導体層(21b、22b)における突出部(21c、22c)同士および端子(60)が、同一方向に突出しているから、これら突出部(21c、22c)同士および端子(60)の3者を、着脱可能な接続部材(27)に対して取り付けやすい。
そして、この場合、突出部(21c、22c)同士および端子(60)を接続部材(27)に取り付けて電気的に接続すれば、上記第1の特徴を有する半導体装置と同様に、静電気による静電誘導によって当該内部回路に電流が流れるのを防止することができる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の概略平面構成を示す図である。また、図2は、図1中のA−A一点鎖線に沿った概略断面構成を示す図である。
図1、図2に示されるように、本実施形態における半導体装置100は、半導体素子11、12と、この半導体素子11、12を挟むように半導体素子11、12の両面に配置された一対の放熱板21、22と、それぞれの放熱板21、22の外面すなわち放熱面に設けられた絶縁層21a、22aと、半導体素子11、12および両放熱板21、22を封止するモールド樹脂80とを備えて構成されている。
ここで、本半導体装置100においては、このモールド樹脂80の封止は、一対の放熱板21、22の放熱面がモールド樹脂80から露出するように行われている。そして、半導体素子11、12は、ターミナル41、42および各導電性接合部材51、52、53を介して、一対の放熱板21、22に挟み付けられている。
半導体素子11、12は、図1、図2に示されるように、平面的に並列に配置された第1の半導体素子11と第2の半導体素子12との2個が設けられている。つまり、一対の放熱板21、22に2個の半導体素子11、12が挟まれている。
本例では、半導体素子11、12は2個設けられているが、本実施形態の半導体装置100において、一対の放熱板21、22に挟まれる半導体素子は1個であってもよいし、3個もしくはそれ以上であってもよい。
この構成の場合、図2に示されるように、第1の半導体素子11および第2の半導体素子12と第1の放熱板21との間は、第1の導電性接合部材51によって接合されている。また、両半導体素子11、12とターミナル41、42との間は、第2の導電性接合部材52によって接合されている。さらに、ターミナル41、42と第2の放熱板22との間は、第3の導電性接合部材53によって接合されている。
ここで、これら第1、第2、第3の導電性接合部材51、52、53としては、はんだや導電性接着剤等を採用することができる。具体的に、これら第1、第2、第3の導電性接合部材51〜53としては、たとえばSn(すず)系はんだを用いることができる。
これにより、上記した構成においては、第1および第2の半導体素子11、12の上面側では、第1の導電性接合部材51から第1の放熱板21を介して放熱が行われ、第1および第2の半導体素子11、12の下面側では、第2の導電性接合部材52、ターミナル41、42、第3の導電性接合部材53および第2の放熱板22を介して放熱が行われる構成となっている。
そして、第1の放熱板21においては、図2中の上面が放熱面として構成され、第2の放熱板22においては、図2中の下面が放熱面として構成されている。ここで、各放熱板21、22の放熱面は、板状の放熱板21、22における最も広い面すなわち主表面であり、たとえば略四角形をなしている。
ここで、第1の半導体素子11および第2の半導体素子12としては、特に限定されるものではなく、シリコン半導体基板などを用いて通常の半導体製造技術を用いて製造される素子等を採用することができる。
具体的に、本実施形態において、上記第1の半導体素子11は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成されており、第2の半導体素子12は、FWD(フリーホイールダイオード)から構成されている。また、上記第1および第2の半導体素子11、12は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。
また、図2における第1および第2の半導体素子11、12の上面および下面には、図示しない電極が形成されている。この電極は、たとえばアルミニウムや、チタン、ニッケル、金、銀、銅などから形成されたものであり、それぞれの面において各導電性接合部材51、52と電気的に接続されている。
そして、第1および第2の半導体素子11、12の上面側の電極は、第1の放熱板21に対して、第1の導電性接合部材51を介して電気的に接続されており、一方、第1および第2の半導体素子11、12の下面側の電極は、第2の導電性接合部材52を介してターミナル41、42に対して、電気的に接続されている。
さらに、ターミナル41、42における半導体素子11、12側の面とは反対側の面において、第3の導電性接合部材53を介して第2の放熱板22とターミナル41、42とが電気的に接続されている。つまり、図2において、第1および第2の半導体素子11、12の下面側の電極は、ターミナル41、42を介して第2の放熱板22と電気的に接続されている。
ここで、両放熱板21、22およびターミナル41、42は、たとえば、Cu、Al、または銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属で構成されている。また、これら部材21、22、41、42における導電性接合部材51〜53が配置される部位には、はんだ付け性を確保するためのNiメッキやAuメッキなどの表面処理が施されていてもよい。
本実施形態の第1の放熱板21および第2の放熱板22は、全体としてほぼ長方形状の板材として構成されている。また、ターミナル41、42は、各半導体素子11、12のそれぞれに対応して設けられているが、このターミナル41、42としては、たとえば、それぞれの半導体素子11、12よりも1回り小さい程度の大きさを有する矩形状の板材を採用することができる。
ここで、ターミナル41、42は、半導体素子11、12と第2の放熱板22との間に介在することによって、それぞれの半導体素子11、12と第2の放熱板22とを熱的および電気的に接続するとともに、第1の半導体素子11から後述するボンディングワイヤ70を引き出す際の当該ワイヤ70の高さを確保すること等を目的として、それぞれの半導体素子11、12と第2の放熱板22との間の高さを確保する役割を有している。
また、図示しないが、第1の放熱板21および第2の放熱板22においては、それぞれ外部と電気的に接続される端子部が設けられている。これら端子部は、たとえば、第1の半導体素子11の主電極であるコレクタ電極やエミッタ電極の取り出し電極などとして構成されるものである。
このように、第1の放熱板21および第2の放熱板22は、それぞれ、電極と放熱体とを兼ねる金属体として構成されており、半導体装置100において各半導体素子11、12からの放熱を行う機能を有するとともに各半導体素子11、12の電極としての機能も有する。
また、図1、図2に示されるように、モールド樹脂80の内部において第1の半導体素子11の周囲には、信号端子60が設けられている。この信号端子60は、銅や42アロイなどの導電材料からなり、たとえば、リードフレームなどを用いて構成されるものである。
この信号端子60は、図1に示されるように、本例では複数本設けられており、第1の半導体素子11に設けられている信号電極(たとえばゲート電極)などと導通する端子や基準端子となるものである。
そして、図1、図2に示されるように、各信号端子60と第1の半導体素子11とは、モールド樹脂80の内部にて、上記ボンディングワイヤ70によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ70はワイヤボンディング等により形成され、金やアルミ等からなるものである。
こうして、各信号端子60は、モールド樹脂80内に位置するインナーリードの部分にて第1の半導体素子11と電気的に接続されるとともに、モールド樹脂80の外部に突出するアウターリードの部分にて、外部回路などと電気的に接続可能になっている。
さらに、本実施形態の半導体装置100においては、装置100のほぼ全体がモールド樹脂80によりモールドされ封止されている。具体的には、図1、図2に示されるように、一対の放熱板21、22の隙間、並びに、半導体素子11、12およびターミナル41、42の周囲部分に、モールド樹脂80が充填封止されている。
そして、上述したように、一対の放熱板21、22のそれぞれの放熱面がモールド樹脂80から露出している。このモールド樹脂80は、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、放熱板21、22等をモールド樹脂80で封止するにあたっては、金型を使用し、トランスファーモールド法によって容易に行うことができる。
さらに、本半導体装置100においては、第1の放熱板21の外面である放熱面には、第1の絶縁層21aが設けられ、第2の放熱板22の外面である放熱面には、第2の絶縁層22aが設けられている。
これら両絶縁層21a、22aは電気絶縁性を有するものであり、具体的にはセラミックや樹脂などよりなる。たとえば、セラミックとしては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのセラミックよりなる溶射膜や単板などが挙げられる。また、樹脂としては、エポキシ、ポリイミド等の樹脂などが挙げられるが、さらに、熱伝導性を確保するためには、これらの樹脂を基材として銀などの金属やカーボンなどよりなるフィラーが充填された樹脂などが挙げられる。
また、各絶縁層21a、22aの平面形状は、たとえば各放熱板21、22の放熱面よりも一回り大きい四角形である。そして、これら絶縁層21a、22aはモールド樹脂80から露出している。
さらに、第1の絶縁層21aの外面すなわちモールド樹脂80から露出する面には、第1の導体層21bが取り付けられており、第2の絶縁層22aの外面すなわちモールド樹脂80から露出する面には、第2の導体層22bが取り付けられている。
これら両導体層21b、22bは導電性を有するものであり、具体的にはCu、Al、または銅合金もしくはアルミ合金等などの金属板や金属箔などよりなるものである。各導体層21b、22bの平面形状は、特に限定するものではないが、たとえば各放熱板21、22の放熱面と同程度の四角形である。そして、これら導体層21b、22bはモールド樹脂80から露出している。
ここで、第1の放熱板21と第1の絶縁層21aと第1の導体層21bとの間、および、第2の放熱板22と第2の絶縁層22aと第2の導体層22bとの間は、ロウ付けや接着剤などにより接合され固定されている。なお、これらの間は、互いの部材を押しつけ合うことにより単に接する形で固定されていてもよい。
また、各絶縁層21a、22aおよび導体層21b、22bについては、絶縁層21a、22aが上記したセラミックよりなる場合には、導体層21b、22bはメタライズよりなるもの、つまり、この絶縁層21a、22aにロウ付けされた一般的な金属よりなるロウ材、特にチタンなどの活性金属よりなるロウ材よりなるものであってもよい。
また、絶縁層21a、22aが樹脂よりなる場合には、当該絶縁層21a、22aと金属よりなる導体層21b、22bとを一体成形されたものとすることで、これら両者が組み付けられていてもよい。
さらに、導体層21b、22bとしては、導電性の塗料により形成された塗膜であるってもよい。具体的に、そのような塗膜としては、銀ペーストなど、金属粉を樹脂に混合してなるペーストを塗布して硬化させることで成膜されたものにできる。また、導体層21b、22bは、スパッタリング法もしくは蒸着法により成膜されたCu、Au、Alなどよりなる膜であってもよい。
そして、本実施形態の半導体装置100においては、図1、図2に示されるように、第1の放熱板21側に位置する第1の導体層21bと第2の放熱板22側に位置する第2の導体層22bとは、導電性を有する接続部材としての接続部材25を介して電気的に接続されている。
ここでは、接続部材25は、CuやAlなどの金属板を略U字形状に折り曲げたものであり、接続部材25の一端部と第1の導体層21bとが電気的・機械的に接続され、接続部材25の他端部と第2の導体層22bとが電気的・機械的に接続されている。ここで、接続部材25と各導体層21b、22bとの接続は、図示しないはんだや導電性接着剤あるいは溶接などにより行われている。
また、図1、図2に示されるように、本実施形態においては、接続部材25の一部がモールド樹脂80に埋設されている。具体的には、接続部材25の両端部の間に位置する部位が、両放熱板21、22の端面のうち信号端子60とは反対側に位置するモールド樹脂80の部分に、埋設されている。
このような半導体装置100の製造方法について説明する。まず、第1の放熱板21の放熱面、第2の放熱板22の放熱面に、それぞれ第1の絶縁層21aおよび第1の導体層21b、第2の絶縁層22aおよび第2の導体層22bを取り付ける。
そして、第1の放熱板21に、両半導体素子11、12とターミナル41、42をはんだ付けする。続いて、第1の半導体素子11と信号端子60とをワイヤボンディングし、次いで、各ターミナル41、42に第2の放熱板22をはんだ付けする。
その後、第1の導体層21bと第2の導体層22bとを接続部材25によって接続する。しかる後、トランスファーモールド法により、両放熱板21、22の隙間および外周部等にモールド樹脂80を充填する。これにより、図1、図2に示されるように、両放熱板21、22の隙間および外周部等および接続部材25の一部が、モールド樹脂80により封止される。
こうして、上記した半導体装置100が完成する。そして、この半導体装置100はたとえば車両のインバータなどに適用される。この場合、この種の一般的な半導体装置と同様に、電気絶縁性のグリスを介して冷却装置に取り付けられる。
図3は、本半導体装置100を冷却装置200に取り付けた状態を示す概略断面図である。本実施形態の半導体装置100においては、それぞれの導体層21b、22bの外側に、シリコーングリスなどよりなる電気絶縁性のグリス210を塗布し、これを介して、その外側に冷却装置200を接触させる。なお、この冷却装置200は、たとえば内部を冷却水が流れるものであり、半導体装置100からの熱を効果的に放熱するようにしたものである。
そのため、本実施形態では、当該グリス210の塗布工程では、両放熱板21、22の放熱面に電荷が溜まりやすい。しかし、本実施形態では、その対策として、両面放熱型の半導体装置100において、両放熱板21、22に設けられたそれぞれの絶縁層21a、22aの外側に、導体層21b、22bを取り付けるとともに、これら両導体層21b、22b同士を、接続部材25を介して電気的に接続している。
ここで、図4は、本実施形態の半導体装置100の等価回路を示す図である。ここでは、第1の半導体素子11はIGBTであり、第2の半導体素子12はFWDである。そして、各絶縁層21a、22aとこれを挟む放熱板21、22および導体層21b、22bにより、それぞれ容量C1、C2が構成されるとともに、両半導体素子11、12により内部回路が構成されている。
そして、本実施形態では、それぞれの放熱板21、22の放熱面に設けられた絶縁層21a、22a同士が、導体層21b、22bおよび接続部材25を介して導通されて等電位となっている。それにより、両放熱板21、22間の半導体素子11、12により構成される内部回路に静電誘導が発生するのを防止できる。
このように、本実施形態によれば、半導体装置100における放熱面の表面の電位を表裏で同一電位とすることで静電気を遮蔽した構成となることから、静電気による静電誘導によって当該内部回路に電流が流れるのを防止することができる。そして、結果的に、半導体装置100における内部回路の破壊を未然に防ぐことが可能となる。
また、従来の半導体装置では、帯電対策として両放熱板の放熱面のそれぞれにおいて接地を行うことが必要であり、そのための処置が煩雑になり問題であった。しかし、本実施形態では、両放熱板21、22の導体層21b、22bが接続部材25で導通されているため、接続部材25を介して接地すれば、両方の放熱板21、22を一括して接地するkとができ、帯電防止処置がとりやすい。
また、上記したように内部回路に対して静電気を遮蔽する効果を奏するため、信号端子60や上記した図示しない放熱板21、22の端子部を、直接接地処理しなくても済むので、これらの端子を曲げる等の加工が不要となる。
また、本半導体装置100を空冷で使用する場合には、乾燥した空気の通過によって静電気が生じ、この静電気による内部回路の破壊が懸念されるが、本実施形態では、この静電気に対しても上記同様の遮蔽効果が発揮される。
また、本実施形態の半導体装置100は、このように接続部材25により静電気を遮蔽した構造を有するため、上記したグリス210の塗布工程以外にも、使用時や保管時などにおいて発生する静電気に対しても同様の効果を発揮するものである。
また、上記したように、放熱板21、22や導体層21b、22bは上記した各種の金属により構成できるが、特に本構成においては、第1の導体層21bおよび第1の放熱板21同士を同じ材料により構成し、第2の導体層22bおよび第2の放熱板22同士を同じ材料により構成することが好ましい。
たとえば、絶縁層21a、22aを挟んで対向する導体層21b、22bと放熱板21、22とを異なる材料とした場合、温度変化が生じた際に、当該導体層21b、22bと放熱板21、22とで熱膨張・収縮の度合が異なるため、その間に位置する絶縁層21a、22aに反りが生じやすい。
その点、上記好ましい構成のように、絶縁層21a、22aを挟む導体層21b、22bと放熱板21、22とを、たとえば両者ともCuとするなど、同じ材料にて構成することにより、温度変化の際に、当該導体層21b、22bと放熱板21、22とで熱膨張・収縮の度合が同程度となる。そのため、温度変化などによる絶縁層21a、22aの反りを防止することができる。
さらに、たとえば、放熱板21、22は1〜2mm程度の厚さであるが、上記したような絶縁層21a、22aの反りを防止することを考慮した場合には、絶縁層21a、22aを挟む導体層21b、22bと放熱板21、22とを同じ厚さにすることがより好ましい。
つまり、第1の導体層21bおよび第1の放熱板21同士を同じ厚さにより構成し、第2の導体層22bおよび第2の放熱板22同士を同じ厚さにより構成することが好ましい。これは、導体層21b、22bと放熱板21、22とで異なる厚さとした場合に比べて、温度変化の際に、当該導体層21b、22bと放熱板21、22とで熱膨張・収縮の度合をより同程度に近いものにできるためである。
また、本実施形態では、接続部材25の一部をモールド樹脂80に埋設しているため、モールド樹脂80による接続部材25の保護が図れ、また、半導体装置100の小型化という点でも有利である。また、接続部材25の一部をモールド樹脂80に埋設させることで、半導体装置100においてモールド樹脂80から露出する他の端子部分などと、短絡しないように沿面距離を確保しやすくできる。
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置101の概略断面構成を示す図である。上記第1実施形態では接続部材25と各導体層21b、22bとが別体のものであったが、本実施形態では、これらが一枚の金属箔Kにより構成されていることが相違点であり、以下この相違点を中心に述べることとする。
図5に示されるように、第1の放熱板21側に位置する第1の導体層21bと第2の放熱板22側に位置する第2の導体層22bと接続部材25とは、一枚の金属箔Kにより構成されている。
具体的には、金属箔Kは、CuやAlなどの箔よりなるもので、中間部25を折り曲げることにより当該中間部25の両側に位置する両端部21b、22bを対向させた略U字形の折り曲げ形状をなしている。
そして、モールド樹脂80における第1の絶縁層21a側の面から第2の絶縁層22a側の面に渡って、モールド樹脂80を包み込んでいる。それにより、金属箔Kは、当該対向する両端部21b、22bの間に半導体素子11、12および両放熱板21、22を挟みこんでいる。
そして、金属箔Kのうち両端部21b、22bのそれぞれが導体層21b、22bとして構成されて絶縁層21a、22aに取り付けられている。この金属箔Kの導体層21b、22bと各絶縁層21a、22aとの取付方法は、上記実施形態と同様に、ロウ付け、接着、接触などにより行われる。
また、金属箔Kの折り曲げ部分である中間部25が接続部材25として構成されている。なお、この金属箔Kにおける導体層21b、22bおよび接続部材25の平面形状は、上記図1に示した導体層21b、22bおよび接続部材25を一体につないだものと同様のものにできる。
また、図5に示される半導体装置101においては、接続部材25の一部が、モールド樹脂80により封止されておらず、接続部材25の全体ひいては金属箔Kの全体がモールド樹脂80から露出している。
次に、本実施形態の半導体装置101の製造方法について、図6を参照して述べる。図6は、本半導体装置101の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、半導体素子11、12をターミナル41、42を介して一対の放熱板21、22で挟んではんだ付けするとともに、信号端子60と第1の半導体素子11とでワイヤボンディングを行う。そして、このものを、両放熱板21、22のそれぞれの外面が露出するようにモールド樹脂80によって封止することにより、図6(b)に示されるようなワーク300を作製する。
一方で、図6(a)に示されるように、金属箔Kとして当該金属箔Kのうち導体層21b、22bとして構成される部位に絶縁層21a、22aを貼り付けたものを作製する。この場合、金属箔Kと絶縁層21a、22aとの取付方法は、ロウ付けや接着剤などにより行う。
次に、こうして作製されたワーク300および金属箔Kを用いて、図6(b)に示されるように、金属箔Kのうち導体層21b、22bとして構成される部位を、絶縁層21a、22aを介して、ワーク300における両放熱板21、22のそれぞれの外面すなわち放熱面に貼り付ける。ここでも、絶縁層21a、22aと放熱面との取付は、接着剤などにより行う。
こうして、図5に示される本実施形態の半導体装置101ができあがる。このように、本実施形態によれば、両導体層21b、22bと接続部材25とが予め一体となっており、これら両者を接続することが不要であるため、組み付けの簡易化が図られ、上記図6に示されるように、半導体装置101を容易に製造することができる。
なお、上記図6に示される例では、予め絶縁層21a、22aを貼り付けた金属箔Kを用いて、ワーク300を挟み込むことにより半導体装置101を作製したが、本半導体装置101は、次のようにして作製してもよい。
たとえば、あらかじめワークとして絶縁層21a、22aまで組み付けられたものを作製する。このようなワークは、上記図6に示されるワーク300に対して、さらに絶縁層21a、22aを取り付けたものに相当するものである。そして、後は、金属箔Kのみを用いて、上記図6の方法と同様の要領にて当該ワークを挟み込むことにより、半導体装置101を作製する。
なお、この場合、金属箔Kの絶縁層21a、22aへの取付は、接着でもよいが、単なる接触、すなわち、金属箔K自体の塑性変形を利用した押しつけにより行うようにしてもよい。このことは、たとえば金属箔Kとして汎用のアルミ箔を用い、ワークをラッピングすることであり、簡単な組み付け方法である。
さらに別の方法としては、接続部材25を介してつながっている導体層21b、22bをロウ付け等により絶縁層21a、22aの一面に接合し、放熱板21、22を絶縁層21a、22aの他面に接合した部品を用意する。この放熱板21に、導電性接合部材51を介して両素子11、12を載せ、さらに導電性接合部材52を介してターミナル41、42と導電性接合部材53を各々載せ、リフロー接合する。その後にワイヤボンドで素子11と信号端子60を接続する。そして、放熱板22と21が向かい合うように接続部材25の中間部分で折り曲げ、ターミナル41、42、両素子11、12を挟みこんで、リフロー接合する。最後に導体層21b、22bが露出するよう成形してモールド樹脂80で封止する。
このように、本実施形態の半導体装置101は、接続部材25と各導体層21b、22bとが一枚の金属箔Kにより一体に構成されていること、および、接続部材25がモールド樹脂80により封止されていないことを除けば、上記第1実施形態のものと同様であり、それによる効果も同様である。
なお、本実施形態においても、たとえば上記図6に示されるワーク300において、モールド樹脂80による封止を行わないものを作製し、これに、金属箔Kの取付を行った後、モールド樹脂80にて封止を行うようにしてもよい。それにより、本実施形態においても、金属箔Kにおける接続部材25の一部がモールド樹脂80で封止されている構成を実現してもよい。
(第3実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置102の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、接続部材26として半導体装置102に対して着脱可能なクリップ26を採用したところが、上記第1実施形態との相違点であり、以下、この相違点を中心に述べることとする。
図7に示されるように、本半導体装置102における接続部材としてのクリップ26は、モールド樹脂80の両端部に対して2個取り付けられている。なお、このクリップ26は1個であってもよい。
このクリップ26は、互いに対向する両端部の間に半導体素子11、12および両放熱板21、22が挟み込まれるように中間部が折り曲げられた形状をなしている。本実施形態では、クリップ26は、ステンレスやCuなどのバネ弾性を有する導電金属製の板材を略U字形状に折り曲げられてなるものである。
そして、クリップ26は、それ自身の弾性力によって、モールド樹脂80をその厚み方向に挟みつけており、クリップ26の両端部のそれぞれが導体層21b、22bに接続されている。
ここでは、導体層21b、22bは、絶縁層21a、22aよりも、モールド樹脂80の端面側まではみ出しており、当該はみ出し部にてクリップ26の両端部が接続されている。そして、クリップ26と導体層21b、22bとの取付方法は、上記弾性力による押しつけを利用した接触によってなされており、この弾性力によってクリップ26は導体層21b、22bに対して取り付け・取り外しが可能となっている。
このように、本実施形態の半導体装置102によっても、両方の導体層21b、22b同士が接続部材としてのクリップ26を介して電気的に接続されているため、上記第1実施形態と同様に、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れるのを防止できる。そして、本実施形態では、弾性力で着脱可能なクリップ26を接続部材として用いているため、接続部材の取付が簡単である。
このような本実施形態の半導体装置102は、導体層21b、22bまで取り付けられモールド樹脂80により封止されたワークに対して、クリップ26を取り付けることにより、容易に製造することができる。
なお、本実施形態においても、たとえば、モールド樹脂80の封止前のワークに対して、クリップ26を接続しておき、樹脂封止時には、クリップ26の一部もモールド樹脂80で封止することにより、クリップ26の一部がモールド樹脂80で封止された構成を実現してもよい。
また、上記図7では、導体層21b、22bにおける絶縁層21a、22aからのはみ出し部にてクリップ26の両端部が接続されているが、導体層21b、22bは絶縁層21a、22aの範囲内に収まるものとし、絶縁層21a、22aの部分にてクリップ26の接続を行ってもよい。
(第4実施形態)
図8は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置103の概略断面構成を示す図である。以下、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。
図8に示されるように、本実施形態の半導体装置103においては、それぞれの導体層21b、22bには、両放熱板21、22の端面側に位置するモールド樹脂80の端面81よりも外方に突出する突出部21c、22cが一体に設けられている。
これら突出部21c、22cは、それぞれ板状の導体層21b、22bから棒状に突出するものである。そして、それぞれの導体層21b、22bにおける突出部21c、22c同士が、接続部材27に挿入されている。
ここでは、接続部材27は、導電性を有する導電スポンジ27よりなる。この導電スポンジ27は、一般に知られている汎用部材であり、金属粉やカーボンなどの導電性材料を練り込んだ材料よりなるスポンジ状のものである。そして、この導電スポンジ27に対して、各導体層21b、22bにおける突出部21c、22cが差し込まれることにより、両突出部21c、22cは導電スポンジ27により電気的に接続されている。
また、本実施形態では、図8に示されるように、信号端子60のモールド樹脂80からの突出方向と、それぞれの導体層21b、22bにおける突出部21c、22cの突出方向とが、同一の方向である。
そのため、導電スポンジ27においては、信号端子60に対応する部位に開口部27aを設け、モールド樹脂80から突出する信号端子60のアウターリード部分と導電スポンジ27とが接触しないようにしている。そして、信号端子60は、この開口部27aを介して外部との電気的な接続が可能となっている。なお、導電スポンジ27は、このような開口部27aを設けた構成であること以外にも、信号端子60と干渉しないような形状であればよい。
このように、本実施形態においても、両方の導体層21b、22b同士が接続部材としての導電スポンジ27を介して電気的に接続されているため、上記第1実施形態と同様に、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れるのを防止できる。
また、本実施形態では、両導体層21b、22bにおける突出部21c、22c同士を、同一方向に突出させたものとしているため、接続部材として汎用の導電スポンジ27を適用して、簡単に電気的な接続を行える。ここで、同様の汎用の接続部材としては、差し込みにより接続を行えるコネクタなどであってもよい。
(第5実施形態)
図9は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置104の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第4実施形態において、突出部21c、22cの方向を変更したものである。
図9に示されるように、本実施形態の半導体装置104においては、信号端子60のモールド樹脂80からの突出方向と、両突出部21c、22cの突出方向とを、互いに異なる方向としている。ここでは、両突出方向を互いに反対向きとしている。そして、両突出部21c、22cが挿入されている導電スポンジ27も、信号端子60とは反対側に位置している。
この場合には、上記図8に比べて、信号端子60のアウターリード部分と導電スポンジ27とが接触する恐れはほとんどない。つまり、本実施形態では、信号端子60に干渉することなく、両突出部21c、22cに導電スポンジ27を取り付けやすい。そして、本実施形態では、導電スポンジ27には上記図8に示したような導電スポンジ27の開口部27aが不要である。
また、本実施形態のように、信号端子60のアウターリードの突出方向と両突出部21c、22cの突出方向とを、互いに異なる方向とすれば、上記した同一方向の場合に比べて突出部21c、22cと信号端子60との間の沿面距離を大きくとりやすく、これら両者の絶縁性を確保するという面で好ましい。なお、本実施形態においても、接続部材としては、差し込みにより接続を行える汎用のコネクタなどであってもよい。
(第6実施形態)
図10は、本発明の第6実施形態に係る半導体装置105の概略断面構成を示す図である。
図10に示される構成は、上記図8に示した構成と同様に、両導体層21b、22bにモールド樹脂80の端面81よりも外方に突出する突出部21c、22cを設け、両突出部21c、22cと信号端子60とを、同一の方向に突出させた構造としている。
しかし、本実施形態では、上記図8に示した構成とは異なり、導電スポンジ27に開口部27aを設けずに、信号端子60のアウターリード部分も導電スポンジ27に差し込んでいる。
上述したように、静電気による静電誘導によって内部回路に電流が流れることは、半導体装置を冷却装置に組み付けるときのグリス210の塗布時に起こりやすい。そこで、この組み付け時に半導体装置において両導体層が接続部材にて電気的に接続されていれば、効果は発揮されるものであり、半導体装置を冷却装置に組み付けた後では、接続部材を取り外してもよいと考えられる。
そこで、本実施形態では、この図10に示される状態にて、半導体装置105を上記第1実施形態と同様に冷却装置に組み付け、その後は、導電スポンジ27を取り外すこととする。この導電スポンジ27は、両突出部21c、22c同士および信号端子60に対して挿入するだけで取り付けでき、抜くことで取り外しできる。
つまり、本実施形態の半導体装置105では、信号端子60および両突出部21c、22cは、導電スポンジ27に対して着脱可能なものであり、本半導体装置105自身は導電スポンジ27を取り外したもの、つまり、図10において導電スポンジ27を省略したものとして提供される。
本実施形態の半導体装置105では、両突出部21c、22c同士および信号端子60を、同一方向に突出させているため、これら両突出部21c、22c同士および信号端子60を導電スポンジ27に挿入することで、導電スポンジ27に対して一括して接続しやすい。
そして、この導電スポンジ27により、突出部21c、22cおよび信号端子60を電気的に接続した状態で、冷却装置への組み付けを行えば、上記実施形態と同様に、静電気による静電誘導によって当該内部回路に電流が流れるのを防止することができる。
また、この場合、半導体装置105を保管しておくときなどに、突出部21c、22c同士および信号端子60を介して接地すれば、内部回路を電気的な外乱から保護することができる。
また、本実施形態の接続部材としては、導電スポンジ27以外にも、差し込みすなわち挿入により着脱可能な接続を行える汎用のコネクタなどであってもよい。さらには、本実施形態の接続部材としては、それら以外にも、突出部21c、22cおよび信号端子60に対して着脱可能なものであればよく、特に限定されるものではない。
その点を考慮すれば、上記クリップ26を用いた上記第3実施形態の半導体装置(上記図7参照)においても、当該クリップ26は導体層21b、22bに対して着脱可能な接続部材であるため、半導体装置の冷却装置への組み付け後に、当該クリップ26を外してもよい。
(他の実施形態)
なお、放熱板21、22の形状は、上記した略矩形板状のものに限定されるものではなく、たとえば三角板状、円形板状など適宜設計変更したものを用いてもよい。また、半導体素子としては、上記したIGBTやサイリスタ等のパワー半導体素子やFWDなどに限定されるものではない。
また、接続部材としては、上述した実施形態に示したものに限定するものではなく、それぞれの放熱板の外側に設けられた絶縁層のさらに外側に設けられた導体層同士を電気的に接続するものであればよく、その形状や材質あるいは個数なども適宜、設計変更してもよい。
また、上述したように、ターミナル41、42は、半導体素子11、12と第2の放熱板22との間に介在し、第1の半導体素子11と第2の放熱板22との間の高さを確保するなどの役割を有するものであるが、可能であるならば、上記各実施形態において、ターミナル41、42は存在しないものであってもよい。
たとえば、ターミナル41、42に代えて、第2の放熱板22において半導体素子11、12側に突出する凸部を設け、この凸部により、ターミナル41、42の機能を代用させてもよい。また、半導体素子11、12と第2の放熱板22との高さを確保することが不要ならば、単にターミナル41、42を省略してもよい。
また、放熱板21、22としては、ヒートシンクが一般に考えられるが、これに限定されるものではなく、たとえば、リードフレームのアイランド部などを放熱板21、22として構成してもかまわない。
本発明の第1実施形態に係る半導体装置の概略平面図である。 図1中のA−A概略断面図である。 図1中の半導体装置を冷却装置に組み付けた状態を示す概略断面図である。 図1中の半導体装置の等価回路を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図6中の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第4実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第5実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第6実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
符号の説明
11…第1の半導体素子、12…第2の半導体素子、21…第1の放熱板、
21a…第1の絶縁層、21b…第1の導体層、21c…第1の導体層の突出部、
22…第2の放熱板、22a…第2の絶縁層、22b…第2の導体層、
22c…第2の導体層の突出部、25…接続部材、
26…接続部材としてのクリップ、27…接続部材としての導電スポンジ、
60…信号端子、80…モールド樹脂、81…モールド樹脂の端面、
300…ワーク、K…金属箔。

Claims (16)

  1. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と、
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え、
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記導体層(21b、22b)は、当該導体層(21b、22b)が設けられる側の前記放熱板(21、22)と同じ材料よりなるものであることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記導体層(21b、22b)は、当該導体層(21b、22b)が設けられる側の前記放熱板(21、22)の板厚と同じ膜厚であることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
  3. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記導体層(21b、22b)は、導電性の塗料により形成された塗膜であることを特徴とする半導体装置。
  4. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記導体層(21b、22b)は、スパッタリング法もしくは蒸着法により成膜された膜であることを特徴とする半導体装置。
  5. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記一方の放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と前記他方の放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)と前記接続部材(25)とは、一枚の金属箔(K)により構成されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 前記金属箔(K)は、中間部を折り曲げることにより当該中間部の両側に位置する両端部を対向させ、当該対向する両端部の間に前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を挟みこんだ形状をなしており、
    この金属箔(K)のうち前記両端部のそれぞれが前記導体層(21b、22b)として構成されて前記絶縁層(21a、22a)に取り付けられており、前記中間部が前記接続部材(25)として構成されていることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
  7. 前記接続部材(26)は、互いに対向する両端部の間に前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)が挟み込まれるように中間部が折り曲げられた形状をなしており、
    前記接続部材(26)自身の弾性力によって前記両端部のそれぞれが前記導体層(21b、22b)に接続されたものであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の半導体装置。
  8. それぞれの前記導体層(21b、22b)には、前記両放熱板(21、22)の端面側に位置する前記モールド樹脂(80)の端面(81)よりも外方に突出する突出部(21c、22c)が設けられており、
    それぞれの前記導体層(21b、22b)における前記突出部(21c、22c)同士は、同一方向に突出するものであり、これら突出部(21c、22c)を前記接続部材(27)に挿入することにより前記両導体層(21b、22b)が電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 前記半導体素子(11、12)と電気的に接続されるとともに一部が前記モールド樹脂(80)の内部に位置し残部が前記モールド樹脂(80)の外部に突出する端子(60)を備えており、
    それぞれの前記導体層(21b、22b)における前記突出部(21c、22c)と前記端子(60)とは、同一の方向に突出していることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
  10. 前記半導体素子(11、12)と電気的に接続されるとともに一部が前記モールド樹脂(80)の内部に位置し残部が前記モールド樹脂(80)の外部に突出する端子(60)を備えており、
    それぞれの前記導体層(21b、22b)における前記突出部(21c、22c)と前記端子(60)とは、異なる方向に突出していることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
  11. 前記接続部材(25)の一部が前記モールド樹脂(80)に埋設されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の半導体装置。
  12. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記接続部材(26)は、互いに対向する両端部の間に前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)が挟み込まれるように中間部が折り曲げられた形状をなしており、
    前記接続部材(26)自身の弾性力によって前記両端部のそれぞれが前記導体層(21b、22b)に接続されたものであることを特徴とする半導体装置。
  13. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    それぞれの前記絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    一方の前記放熱板(21)側に位置する前記導体層(21b)と他方の前記放熱板(22)側に位置する前記導体層(22b)とは、導電性を有する接続部材(25、26、27)を介して電気的に接続されており、
    前記接続部材(25)の一部が前記モールド樹脂(80)に埋設されていることを特徴とする半導体装置。
  14. 前記絶縁層(21a、22a)はセラミックよりなり、前記導体層(21b、22b)は前記絶縁層(21a、22a)にロウ付けされたロウ材よりなることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記載の半導体装置。
  15. 請求項5または6に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に前記一対の放熱板(21、22)を配設し、前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面が露出するように前記モールド樹脂(80)によって封止したワーク(300)を用意するとともに、
    前記金属箔(K)として当該金属箔(K)のうち前記導体層(21b、22b)として構成される部位に前記絶縁層(21a、22a)を貼り付けたものを用意し、
    前記金属箔(K)のうち前記導体層(21b、22b)として構成される部位を、前記絶縁層(21a、22a)を介して、前記ワーク(300)における前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面に貼り付けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  16. 半導体素子(11、12)と、
    前記半導体素子(11、12)を挟むように前記半導体素子(11、12)の両面に配置され前記半導体素子(11、12)と電気的・熱的に接続された一対の放熱板(21、22)と、
    前記半導体素子(11、12)および前記両放熱板(21、22)を封止するモールド樹脂(80)とを備え、
    前記両放熱板(21、22)のそれぞれの外面には電気絶縁性を有する絶縁層(21a、22a)が設けられるとともに、この絶縁層(21a、22a)は前記モールド樹脂(80)から露出している半導体装置において、
    前記半導体素子(11、12)と電気的に接続されるとともに一部が前記モールド樹脂(80)の内部に位置し残部が前記モールド樹脂(80)の外部に突出する端子(60)を備えており、
    前記両放熱板(21、22)に設けられたそれぞれの絶縁層(21a、22a)の前記モールド樹脂(80)から露出する面には、導電性を有する導体層(21b、22b)が取り付けられており、
    それぞれの前記導体層(21b、22b)には、前記両放熱板(21、22)の端面側に位置する前記モールド樹脂(80)の端面(81)よりも外方に突出する突出部(21c、22c)が設けられており、
    それぞれの前記導体層(21b、22b)における前記突出部(21c、22c)と前記端子(60)とは、同一の方向に突出しており、
    前記端子(60)および前記両突出部(21c、22c)は、前記端子(60)および前記両突出部(21c、22c)同士を電気的に接続するための接続部材(27)に対して着脱可能であることを特徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4935783B2 (ja) * 2008-09-08 2012-05-23 株式会社デンソー 半導体装置および複合半導体装置
JP5577839B2 (ja) * 2009-06-05 2014-08-27 大日本印刷株式会社 半導体装置
JP5557585B2 (ja) * 2010-04-26 2014-07-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP5382049B2 (ja) * 2010-06-30 2014-01-08 株式会社デンソー 半導体装置
EP2722879B1 (en) * 2011-06-16 2020-07-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor unit and semiconductor device using the same
JP5898894B2 (ja) * 2011-09-27 2016-04-06 新電元工業株式会社 半導体装置及び半導体システム
JP5663462B2 (ja) * 2011-12-15 2015-02-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュールおよびパワーモジュール
CN104247012B (zh) * 2012-10-01 2017-08-25 富士电机株式会社 半导体装置及其制造方法
JP2018195694A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 株式会社Soken 電力変換器
JP6906228B2 (ja) 2017-08-18 2021-07-21 ナミックス株式会社 半導体装置
CN109891576B (zh) 2017-08-25 2021-06-01 华为技术有限公司 半导体模块及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11204703A (ja) * 1998-01-09 1999-07-30 Toshiba Corp 半導体モジュール
JP2004006967A (ja) * 2003-07-28 2004-01-08 Denso Corp 半導体装置
JP2005123233A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Denso Corp 半導体装置の冷却構造
JP2005340639A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Toyota Industries Corp 半導体装置及び三相インバータ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11204703A (ja) * 1998-01-09 1999-07-30 Toshiba Corp 半導体モジュール
JP2004006967A (ja) * 2003-07-28 2004-01-08 Denso Corp 半導体装置
JP2005123233A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Denso Corp 半導体装置の冷却構造
JP2005340639A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Toyota Industries Corp 半導体装置及び三相インバータ装置

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