JP5029078B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
化が可能な電力用半導体装置に関する。
半田で多層基板に接続させるフリップチップ構造の検討が進んでいる。特許文献1には高
熱伝導性絶縁基板で半導体チップを挟むと共に、半導体チップの電極と高熱伝導性絶縁基
板の電極パターンとろう付けにより接合することにより電気抵抗と熱抵抗を低下させた半
導体装置が開示されている。また、2枚の高熱伝導性絶縁基板には凹部と凸部を設けて位
置決めのスペーサとして使用することが開示されている。
ッタ領域26,アノード領域30と、第2電極が接続された第2半導体領域であるn型高抵抗領域27(IGBTの場合には第4半導体領域であるp型コレクタ領域37が第2電極とn型高抵抗領域27の間に挿入される。パワーMOSFETの場合には37は低抵抗なn型ドレイン領域となる。)、カソード領域29を有し、前記第2半導体領域の中にはp型の第3半導体領域であるフローティングフィールドリング28,31を設け、この第3半導体領域が前記第1電極と前記第2電極との間の耐圧を高く保つ高耐圧確保領域として働き、第1電極と第2電極に電圧が印加されるとp型領域26,30とn型領域27,29との間に横方向の空乏層が広がることにより耐圧が確保される。この第3半導体領域で囲まれる内側の半導体主面、更に詳しくは第1半導体領域の内側の半導体主面に前記第1電極用の第1電極パッドであるエミッタ電極パッド23,アノード電極パッド33を設けたIGBT(スイッチング素子)1やダイオード2の半導体チップと、該IGBT1やダイオード2の半導体チップの電極を取り出すために第1電極配線層16a,16cと該第1電極配線層より内層の第2電極配線層17a,17bを有する多層基板10を用い、該多層基板10に前記第3半導体領域で囲まれる内側の半導体主面に対向する領域内に局在する第1電極配線層16a,16cを設け、該第1電極配線層16a,16cと前記第1電極パッドであるエミッタ電極パッド23,アノード電極パッド33を導電性接着部材18a,18cで接続させ、前記第1電極配線層と第2電極配線層17aとを導電性のスルーホールで接続し、前記第2電極配線層17aを前記第3半導体領域で囲まれる内側の半導体主面に対向する領域の外まで延在させて第1電極端子であるエミッタ電極端子11を設けた。
にした場合である。本実施例では実装密度が高くできる。
1ca,1cb,1cc,1cd 半導体素子(半導体チップ)
2 ダイオード
10 多層基板
11 (共通)エミッタ(ソース)電極端子
12 (共通)コレクタ(ドレイン)電極端子
13 (共通)ゲート電極端子
40a,40b,40c,40d (共通)ゲート電極端子
13a,13b,13c,13d,13e,13f (共通)補助ソース電極端子
14 高熱伝導絶縁樹脂
15 支持体
16a,16b,16c 第1電極用配線層
16e シールド電極層
17a,17b 第2電極用配線層
18 半田バンプ
18a,18c,18d,18e,18f,32a,32b,34,35 導電性接着部材
19a,19b,19c,19d,20a,20c 導電性スルーホール
21,22 支持体の接着部材
23 エミッタ(ソース)電極パッド
24 ゲート電極パッド
26 エミッタ(ソース)領域
27 高抵抗コレクタ(ドレイン)領域
28,31 フローティングフィールドリング
29 カソード領域
30 アノード領域
33 アノード電極パッド
36 導電性部材
37 コレクタ(ドレイン)領域
40 補助エミッタ(ソース)電極端子
101〜112 IGBT
120,121 放熱フィン
201a〜201f 半導体素子ユニット
500,513 グランドライン
501 電源ライン
502u,502v,502w 出力ライン
503u,503v,503w,504u,504v,504w 入力ライン
506、512 絶縁層
507 高熱伝導絶縁樹脂
508u,508v,508w 制御回路
509u,509v,509w 制御信号線
510 電源用キャパシタ
510N,510P 電源用キャパシタの電極
511a〜511e 配線
514,515,516 放熱フィン
517,518 高熱伝導部材
519,520 導電配線
600 電力用半導体モジュール
Claims (7)
- 第1電極が接続された第1導電型の第1半導体領域と、
第2電極が接続された第2導電型の第2半導体領域を有し、
前記第2半導体領域に第1導電型の第3半導体領域を設け、
該第3半導体領域で囲まれる内側の半導体基板主面に前記第1電極用の第1電極パッドを設けた半導体チップと、
該半導体チップの電極を前記第1電極パッドから取り出す第1配線層と該第1配線層より内層の第2配線層とを
有する多層基板とを備え、
該多層基板に前記第3半導体領域で囲まれる内側の半導体基板主面に対向する領域内に第1電極用第1配線層部を設け、
該第1電極用第1配線層部と前記第1電極パッドとを導電性接着部材で接続し、
前記第1電極用第1配線層部と第2配線層とを導電性のスルーホール部で接続し、
前記第2配線層を前記第3半導体領域で囲まれる内側の半導体基板主面に対向する領域外まで延在させたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1において、前記第2電極は前記第2導電型の第2半導体領域と直接接続させないで、
該第2導電型の第2半導体領域に接する第1導電型の第4半導体領域を介して接続させたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記半導体チップの前記第1電極を第1主面に設け、
前記第2電極を前記第1主面の裏面である第2主面に設け、
前記第1主面側に設けた第1電極端子と、前記第2主面に設けた第2電極端子と、
前記第1電極と前記第1電極端子とを第1導電体で接続し、
前記第2電極と前記第2電極端子とを第2導電体で接続し、
前記第1電極端子と前記半導体チップと前記第2電極端子とを絶縁封止材料で接続させたこと特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかにおいて、
前記第1電極端子と前記第2電極端子の間の前記半導体チップの周辺に、前記絶縁封止材料とは異なる支持材料を配置したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかにおいて、
前記第3半導体領域で囲まれる内側の、前記多層基板の半導体チップに対向する面にシールド電極を設けたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかにおいて、
前記絶縁封止材料は、エポキシ樹脂成分と無機フィラとを含み、熱伝導率が5W/mK以上で体積抵抗率1016Ωcm以上の絶縁樹脂部材であることを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかにおいて、
前記半導体チップがバンドギャップが2.0eV以上のワイドバンドギャップ半導体基板を用いたことを特徴とする電力用半導体装置。
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