JP5277806B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of miniaturizing the constitution of the whole of a switching element when the switching element used in an environment of a large current is formed relative to a case where a switching element is formed by using a semiconductor device in the prior art. <P>SOLUTION: This semiconductor device includes a plurality of sets of first and second semiconductor chips 13, 14, and is structured such that the surface sides of the first and second semiconductor chips 13, 14 are connected to an intermediate member 15, and the backsides thereof are connected to a first radiation member 16 or a second radiation member 17, or the surface sides are connected to the first radiation member 16 or the second radiation member 17, and connected to the first intermediate member 15, thereby a circuit is formed wherein a switching element 11 and a diode 12 formed in the first and second semiconductor chips 13, 14 of each set are connected in parallel to each other, and circuits each composed of the switching element 11 and the diode 12 formed in the first and second semiconductor chips 13, 14 of each set are connected in parallel to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体チップの表面側および裏面側に放熱部材を配置し、半導体チップの表面および裏面から放熱を行うことができる半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device that can dissipate heat from the front and back surfaces of a semiconductor chip by disposing heat radiating members on the front and back sides of the semiconductor chip.

従来より、半導体チップを挟むように、半導体チップの表面および裏面に一対の放熱部材を配置することにより、半導体チップの表面および裏面から放熱を行うことができる半導体装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device that can dissipate heat from the front and back surfaces of a semiconductor chip by arranging a pair of heat dissipation members on the front and back surfaces of the semiconductor chip so as to sandwich the semiconductor chip is known.

例えば、特許文献1には、半導体チップとして絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTという)およびフリーホイールダイオード(以下、FWDという)を備えて構成された半導体装置が開示されている。具体的には、このような半導体装置では、IGBTおよびFWDの表面側にはそれぞれ中間部材が配置され、IGBT、FWDおよび中間部材を挟むように一対の放熱部材が配置されている。そして、これらIGBT、FWD、中間部材および放熱部材が、放熱部材のうちIGBTおよびFWD側の面と反対側の面が露出されるように樹脂により封止されている。   For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor device that includes an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) and a free wheel diode (hereinafter referred to as FWD) as a semiconductor chip. Specifically, in such a semiconductor device, an intermediate member is disposed on the surface side of the IGBT and FWD, respectively, and a pair of heat dissipation members are disposed so as to sandwich the IGBT, FWD, and the intermediate member. And these IGBT, FWD, an intermediate member, and a heat radiating member are sealed with resin so that the surface on the opposite side to the surface of IGBT and FWD side among heat radiating members may be exposed.

かかる半導体装置は、例えば、インバータ等のスイッチング素子として三相回路を構成するように配置されて使用される。この三相回路は、例えば、U相回路、V相回路およびW相回路を有し、各相回路は駆動する負荷の上流側のスイッチングを行う上側アーム素子および下流側のスイッチングを行う下側アーム素子を備えている。そして、半導体装置がスイッチング素子として、例えば、400A〜800Aの大電流の環境下で使用される場合には、半導体装置は各相回路の上側アーム素子および下側アーム素子を構成するIGBTおよびFWDのチップ面積が大電流を許容することができるように電流に応じたチップ面積とされて使用される。   Such a semiconductor device is used, for example, so as to constitute a three-phase circuit as a switching element such as an inverter. This three-phase circuit has, for example, a U-phase circuit, a V-phase circuit, and a W-phase circuit, and each phase circuit has an upper arm element that performs upstream switching of a drive load and a lower arm that performs downstream switching. It has an element. When the semiconductor device is used as a switching element, for example, in an environment with a large current of 400A to 800A, the semiconductor device is an IGBT or FWD that constitutes the upper arm element and the lower arm element of each phase circuit. The chip area is set to a chip area corresponding to the current so that a large current can be allowed.

しかしながら、上記特許文献1の半導体装置において、IGBTおよびFWDのチップ面積をチップ平面方向に増加して半導体装置を構成する場合には、IGBTおよびFWDを構成する基板に欠陥が導入される可能性が高くなる。このため、IGBTおよびFWDのチップ内に欠陥が発生する可能性が高くなり、半導体装置の歩留まりが低下するという問題がある。さらに、半導体装置がチップ平面方向に大型化するという問題がある。   However, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, when the semiconductor device is configured by increasing the chip area of the IGBT and FWD in the chip plane direction, there is a possibility that defects are introduced into the substrate constituting the IGBT and FWD. Get higher. For this reason, there is a high possibility that defects are generated in the IGBT and FWD chips, and there is a problem that the yield of the semiconductor device is lowered. Furthermore, there is a problem that the semiconductor device is increased in size in the chip plane direction.

そこで、各相回路の上側アーム素子および下側アーム素子をそれぞれ複数のIGBTおよびFWDのチップを用いて構成し、各チップのIGBTおよびFWDを互いに並列接続した構成が採用されている。このような構成とすることにより、電流に応じたチップ面積を得ることができると共に、IGBTおよびFWD内に欠陥が発生する可能性を低減することができ、歩留まりが低下することを抑制することができる。そして、このような構成において、IGBTおよびFWDのチップそれぞれを特許文献1に記載された構造の半導体装置とし、各半導体装置を積層した配置とすることにより、チップ平面方向に大型化することを防止することができる。
特開2006−147852号公報
Therefore, a configuration is adopted in which the upper arm element and the lower arm element of each phase circuit are configured using a plurality of IGBT and FWD chips, respectively, and the IGBT and FWD of each chip are connected in parallel to each other. With such a configuration, it is possible to obtain a chip area corresponding to the current, to reduce the possibility of defects occurring in the IGBT and FWD, and to suppress a decrease in yield. it can. In such a configuration, each of the IGBT and FWD chips is configured as a semiconductor device having a structure described in Patent Document 1, and the semiconductor devices are stacked to prevent the chip from being enlarged in the chip plane direction. can do.
JP 2006-147852 A

しかしながら、このように上記特許文献1の半導体装置を積層した構造では、半導体装置がチップ平面方向に大型化することを防止することはできるものの、チップ平面方向と垂直な方向(高さ方向)に大型化してしまうという問題がある。   However, in the structure in which the semiconductor devices of Patent Document 1 are stacked in this way, the semiconductor device can be prevented from increasing in size in the chip plane direction, but in a direction (height direction) perpendicular to the chip plane direction. There is a problem of increasing the size.

本発明は上記点に鑑みて、半導体チップを挟むように放熱部材を配置して半導体装置を構成すると共にこの半導体装置を用いて大電流の環境下で使用されるスイッチング素子を構成した場合に、従来の半導体装置を用いてスイッチング素子を構成する場合よりもスイッチング素子全体の体格を小型化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。   In view of the above points, the present invention configures a semiconductor device by disposing a heat dissipation member so as to sandwich a semiconductor chip, and configures a switching element used in a high current environment using this semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of reducing the size of the entire switching element as compared with the case where the switching element is configured using a conventional semiconductor device.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)と、第1半導体チップ(13)と第2半導体チップ(14)との間に配置され、第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)と熱的および電気的に接続される中間部材(15)と、第1、第2半導体チップ(13、14)および中間部材(15)を挟むように配置され、第1、第2半導体チップ(13、14)と熱的および電気的に接続される第1、第2放熱部材(16、17)と、第1、第2半導体チップ(13、14)と中間部材(15)および第1、第2放熱部材(16、17)との間に配置され、第1、第2半導体チップ(13、14)と中間部材(15)および第1、第2放熱部材(16、17)とを接続する接続部材(18)と、を有する半導体装置において次のことを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first semiconductor chip (13), the second semiconductor chip (14), the first semiconductor chip (13), and the second semiconductor chip (14) An intermediate member (15) disposed between and thermally and electrically connected to the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14); the first and second semiconductor chips (13, 14); First and second heat radiating members (16, 17) disposed so as to sandwich the intermediate member (15) and thermally and electrically connected to the first and second semiconductor chips (13, 14); The second semiconductor chip (13, 14) is disposed between the intermediate member (15) and the first and second heat radiating members (16, 17), and the first and second semiconductor chips (13, 14) and the middle. A member (15) and first and second heat dissipating members (16, 17); Is characterized that: in a semiconductor device having a connecting member for connecting (18), the.

すなわち、請求項1に記載の発明では、第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)を複数組備え、第1半導体チップ(13)にスイッチング素子(11)を形成すると共に、第2半導体チップ(14)にダイオード(12)を形成し、スイッチング素子(11)およびダイオード(12)を第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)の表面と裏面との間を電流が流れる縦型素子とする。そして、第1、第2半導体チップ(13、14)を、第1、第2半導体チップ(13、14)の表面側を中間部材(15)と接続し、かつ第1、第2半導体チップ(13、14)の裏面側を第1放熱部材(16)または第2放熱部材(17)と接続するか、もしくは、第1、第2半導体チップ(13、14)の表面側を第1放熱部材(16)または第2放熱部材(17)と接続し、かつ第1、第2半導体チップ(13、14)の裏面側を中間部材(15)と接続することにより、各組の第1、第2半導体チップ(13、14)に形成されたスイッチング素子(11)とダイオード(12)とを並列接続された回路にすると共に、各組の第1、第2半導体チップ(13、14)に形成されたスイッチング素子(11)とダイオード(12)とで構成される回路をそれぞれ並列接続した構成としている。そして、ダイオード(12)をスイッチング素子(11)が通電しているときに遮断状態にすると共に、スイッチング素子(11)をダイオード(12)が通電しているときに遮断状態にする。また、中間部材(15)を、板形状とし、一面に第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)を備えると共に、一面と反対側の他面に第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)を備え、第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)をそれぞれ中間部材(15)を挟んで対向するように配置する。 That is, according to the first aspect of the present invention, a plurality of first semiconductor chips (13) and second semiconductor chips (14) are provided, and the switching elements (11) are formed in the first semiconductor chip (13). The diode (12) is formed on the two semiconductor chips (14), and the switching element (11) and the diode (12) are connected between the first semiconductor chip (13) and the front surface and the back surface of the second semiconductor chip (14). It is assumed that the vertical element flows. The first and second semiconductor chips (13, 14) are connected to the intermediate member (15) on the surface side of the first and second semiconductor chips (13, 14), and the first and second semiconductor chips ( 13, 14) is connected to the first heat radiating member (16) or the second heat radiating member (17), or the surface side of the first and second semiconductor chips (13, 14) is connected to the first heat radiating member. (16) or the second heat dissipating member (17) and the back side of the first and second semiconductor chips (13, 14) are connected to the intermediate member (15), whereby the first and second of each set The switching elements (11) and diodes (12) formed on the two semiconductor chips (13, 14) are connected in parallel and formed on the first and second semiconductor chips (13, 14) of each set. Switching element (11) and diode (12) Has a circuit made a configuration connected in parallel, respectively. The diode (12) is turned off when the switching element (11) is energized, and the switching element (11) is turned off when the diode (12) is energized. The intermediate member (15) has a plate shape and includes the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) on one side, and the first semiconductor chip (13) and the other side opposite to the one side. A second semiconductor chip (14) is provided, and the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) are arranged so as to face each other with the intermediate member (15) interposed therebetween.

このような半導体装置を大電流の環境下でスイッチング素子として使用する場合には、従来の半導体装置をスイッチング素子として使用する場合と比較してスイッチング素子全体の体格を小型化することができる。具体的には、各相回路の上下側のアーム素子を、従来のように半導体装置を積層した構造とした場合と比較すると、中間部材(15)、放熱部材および接続部材(18)をそれぞれ削減することができ、スイッチング素子全体の体格を小型化することができる。   When such a semiconductor device is used as a switching element in a high-current environment, the physique of the entire switching element can be reduced in size as compared with the case where a conventional semiconductor device is used as a switching element. Specifically, the intermediate members (15), the heat dissipation members, and the connection members (18) are reduced compared to the case where the upper and lower arm elements of each phase circuit have a structure in which semiconductor devices are stacked as in the prior art. And the size of the entire switching element can be reduced.

また、スイッチング素子(11)はダイオード(12)が通電しているときに遮断状態となり、ダイオード(12)はスイッチング素子(11)が通電しているときに遮断状態となるので、第1半導体チップ(13)と第2半導体チップ(14)とにおいて発熱するときを異ならせることができる。したがって、中間部材(15)の一面およびこの一面と反対側の他面に第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)を近接して配置することができる。 Further, since the switching element (11) is cut off when the diode (12) is energized, and the diode (12) is cut off when the switching element (11) is energized, the first semiconductor chip. The time when heat is generated in (13) and the second semiconductor chip (14) can be made different. Therefore, the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) can be disposed close to one surface of the intermediate member (15) and the other surface opposite to the one surface.

また、請求項に記載の発明のように、第1放熱部材(16)における端部のうち一部分を第2放熱部材(17)側に突出した形状とし、第2放熱部材(17)における端部のうち一部分を第1放熱部材(16)側に突出した形状とし、第1放熱部材(16)と第2放熱部材(17)とを有した筒状部材とすることができる。 Further, as in the second aspect of the present invention, a part of the end portion of the first heat radiating member (16) protrudes toward the second heat radiating member (17), and the end of the second heat radiating member (17) is formed. A part of the portion may be shaped to protrude toward the first heat radiating member (16), and may be a cylindrical member having a first heat radiating member (16) and a second heat radiating member (17).

このような半導体装置によれば、第1、第2放熱部材(16、17)に伝達された熱は、それぞれ第1、第2放熱部材(16、17)の突出している部分にまで拡散することができ、第1、第2放熱部材(16、17)の熱抵抗を低減することができるので放熱性を向上させることができる。   According to such a semiconductor device, the heat transmitted to the first and second heat radiating members (16, 17) diffuses to the protruding portions of the first and second heat radiating members (16, 17), respectively. The heat resistance of the first and second heat radiating members (16, 17) can be reduced, and the heat dissipation can be improved.

さらに、請求項に記載の発明のように、第1放熱部材(16)および第2放熱部材(17)を一体化された一部材の筒状部材とすることもできる。 Furthermore, like the invention of Claim 3 , the 1st heat radiating member (16) and the 2nd heat radiating member (17) can also be made into the cylindrical member of 1 member integrated.

なお、この欄および特許請求の範囲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ものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかる半導体装置を用い、インバータ等のスイッチング素子として三相回路を構成したときの回路を示す図である。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、400A〜800Aの大電流の環境下でインバータ等のスイッチング素子として使用されるものである。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a circuit when a semiconductor device according to the present embodiment is used and a three-phase circuit is configured as a switching element such as an inverter. In addition, the semiconductor device of this embodiment is used as switching elements, such as an inverter, in a 400A-800A high current environment, for example.

図1に示されるように、本実施形態の三相回路は、U相回路、V相回路およびW相回路を有し、各相回路は駆動する負荷の上流側のスイッチングを行う上側アーム素子1a〜3aおよび下流側のスイッチングを行う下側アーム素子1b〜3bを備えている。そして、各相回路における上下側アーム素子1a〜3bは、大電流を許容することができるように本発明のスイッチング素子に相当するIGBT11と本発明のダイオードに相当するFWD12とを複数有した構成とされている。本実施形態では、IGBT11とFWD12とを二個ずつ有して各相回路の上下側アーム素子1a〜3bが構成され、IGBT11とFWD12とが並列接続されていると共に、IGBT11とFWD12とで構成される回路がそれぞれ並列接続されている。   As shown in FIG. 1, the three-phase circuit of the present embodiment has a U-phase circuit, a V-phase circuit, and a W-phase circuit, and each phase circuit is an upper arm element 1a that performs upstream switching of a drive load. -3a and lower arm elements 1b-3b for downstream switching. The upper and lower arm elements 1a to 3b in each phase circuit have a plurality of IGBTs 11 corresponding to the switching elements of the present invention and FWDs 12 corresponding to the diodes of the present invention so as to allow a large current. Has been. In the present embodiment, the upper and lower arm elements 1a to 3b of each phase circuit are configured by having two IGBTs 11 and FWDs 12, and the IGBT 11 and the FWD 12 are connected in parallel, and are configured by the IGBT 11 and the FWD 12. Each circuit is connected in parallel.

図2は、図1に示すU相回路の上側アーム素子1aに相当する本実施形態にかかる半導体装置の断面構成を示す図である。なお、図2では、U相回路の上側アーム素子1aに相当する半導体装置の断面構成を示しているが、U相回路の下側アーム素子1b、V相回路の上下側アーム素子2a、2bおよびW相回路の上下側アーム素子3a、3bにおいても図2と同様の半導体装置が用いられる。また、図3は図1に示す半導体装置の正面図であり、図2に示す半導体装置は図3中のA−A断面図に相当している。   FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the present embodiment corresponding to the upper arm element 1a of the U-phase circuit shown in FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device corresponding to the upper arm element 1a of the U-phase circuit, the lower arm element 1b of the U-phase circuit, the upper and lower arm elements 2a, 2b of the V-phase circuit, and A semiconductor device similar to that in FIG. 2 is also used in the upper and lower arm elements 3a and 3b of the W-phase circuit. 3 is a front view of the semiconductor device shown in FIG. 1, and the semiconductor device shown in FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図1〜図3に示されるように、本実施形態の半導体装置は、二個の第1半導体チップ13と、二個の第2半導体チップ14と、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14との間に配置される中間部材15と、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14および中間部材15を挟むようにして配置される第1、第2放熱部材16、17と、第1、第2半導体チップ13、14と中間部材15および第1、第2放熱部材16、17との間に配置され、第1、第2半導体チップ13、14と中間部材15および第1、第2放熱部材16、17とを接続する接続部材18とを有して構成されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device according to the present embodiment includes two first semiconductor chips 13, two second semiconductor chips 14, a first semiconductor chip 13, and a second semiconductor chip 14. Intermediate member 15 disposed between the first semiconductor chip 13, the second semiconductor chip 14, and the intermediate member 15, and the first and second heat radiating members 16, 17 disposed therebetween. The semiconductor chips 13 and 14 are disposed between the intermediate member 15 and the first and second heat dissipation members 16 and 17, and the first and second semiconductor chips 13 and 14 and the intermediate member 15 and the first and second heat dissipation members 16 are disposed. , 17 and a connecting member 18 that connects the two.

第1半導体チップ13にはIGBT11が形成され、第2半導体チップ14にはFWD12が形成されており、第1、第2半導体チップ13、14は表面と裏面との間を電流が流れる縦型素子とされている。なお、本実施形態では、第1半導体チップ13では表面側がゲートおよびエミッタ側とされていると共に裏面側がコレクタ側とされており、第2半導体チップ14では表面側がアノード側とされていると共に裏面側がカソード側とされている。   An IGBT 11 is formed on the first semiconductor chip 13, and an FWD 12 is formed on the second semiconductor chip 14. The first and second semiconductor chips 13, 14 are vertical elements in which current flows between the front surface and the back surface. It is said that. In the present embodiment, the first semiconductor chip 13 has the front side as the gate and emitter side and the back side as the collector side, and the second semiconductor chip 14 has the front side as the anode side and the back side. It is the cathode side.

そして、中間部材15には、一面に第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置され、この一面と反対側の他面に第1半導体チップ13と第2半導体チップ14が配置されている。本実施形態では、これら第1、第2半導体チップ13、14は、中間部材15を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている。   In the intermediate member 15, the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are disposed on one surface, and the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are disposed on the other surface opposite to the one surface. . In the present embodiment, the first and second semiconductor chips 13 and 14 are arranged so that the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 face each other with the intermediate member 15 in between.

また、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14および中間部材15を挟むようにして第1放熱部材16および第2放熱部材17が配置されている。本実施形態では、第1放熱部材16は端部の一部分が第2放熱部材17側に突出した形状とされており、第2放熱部材17は端部の一部分が第1放熱部材16側に突出した形状とされており、第1放熱部材16と第2放熱部材17とがはんだ等の接続部材18を介して接続されることで筒状部材とされている。   Further, the first heat radiation member 16 and the second heat radiation member 17 are arranged so as to sandwich the first semiconductor chip 13, the second semiconductor chip 14 and the intermediate member 15. In the present embodiment, the first heat radiating member 16 has a shape in which a part of the end protrudes toward the second heat radiating member 17, and the second heat radiating member 17 has a part of the end protruded toward the first heat radiating member 16. The first heat radiating member 16 and the second heat radiating member 17 are connected to each other through a connecting member 18 such as solder to form a cylindrical member.

そして、第1、第2半導体チップ13、14と、中間部材15および第1、第2放熱部材16、17との間には、はんだ等の接続部材18が配置されており、第1、第2半導体チップ13、14と中間部材15および第1、第2放熱部材16、17とが熱的および電気的に接続されている。本実施形態では、第1、第2半導体チップ13、14はそれぞれ表面側が中間部材15と接続されていると共に裏面側が第1放熱部材16または第2放熱部材17と接続されている。具体的には、第1半導体チップ13におけるゲートおよびエミッタ側と第2半導体チップ14におけるアノード側が中間部材15と接続され、第1半導体チップ13におけるコレクタ側と第2半導体チップ14におけるカソード側が第1放熱部材16または第2放熱部材17と接続されている。   A connecting member 18 such as solder is disposed between the first and second semiconductor chips 13 and 14 and the intermediate member 15 and the first and second heat radiating members 16 and 17. (2) The semiconductor chips 13 and 14, the intermediate member 15, and the first and second heat radiating members 16 and 17 are connected thermally and electrically. In the present embodiment, the first and second semiconductor chips 13 and 14 are each connected to the intermediate member 15 on the front surface side and to the first heat radiating member 16 or the second heat radiating member 17 on the back surface side. Specifically, the gate and emitter sides of the first semiconductor chip 13 and the anode side of the second semiconductor chip 14 are connected to the intermediate member 15, and the collector side of the first semiconductor chip 13 and the cathode side of the second semiconductor chip 14 are the first. The heat radiating member 16 or the second heat radiating member 17 is connected.

そして、上記のように、第1、第2半導体チップ13、14が中間部材15および第1、第2放熱部材16、17と接続されているので、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが等電位となる。このため、第1半導体チップ13に形成されているIGBT11と第2半導体チップ14に形成されているFWD12とが並列接続された回路となり、IGBT11とFWD12とで構成されるこの回路がそれぞれ並列接続された構成となる。   Since the first and second semiconductor chips 13 and 14 are connected to the intermediate member 15 and the first and second heat radiating members 16 and 17 as described above, the first heat radiating member 16 and the second heat radiating member 17 are connected. And become equipotential. For this reason, the IGBT 11 formed on the first semiconductor chip 13 and the FWD 12 formed on the second semiconductor chip 14 are connected in parallel, and this circuit composed of the IGBT 11 and the FWD 12 is connected in parallel. It becomes the composition.

なお、本実施形態では、中間部材15および第1、第2放熱部材16、17は、例えば、CuやAl等を主成分とする金属等を用いて構成されている。   In the present embodiment, the intermediate member 15 and the first and second heat radiating members 16 and 17 are configured using, for example, a metal whose main component is Cu, Al, or the like.

また、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14、中間部材15および第1、第2放熱部材16、17が、第1、第2放熱部材16、17のうち第1半導体チップ13および第2半導体チップ14側の面と反対側の面が露出されるように封止部材19により封止されている。図4は、図3に示す半導体装置における内部の平面構造を示す図である。   Further, the first semiconductor chip 13, the second semiconductor chip 14, the intermediate member 15, and the first and second heat radiating members 16 and 17 are the first semiconductor chip 13 and the second heat radiating members 16 and 17. It is sealed with a sealing member 19 so that the surface opposite to the surface on the semiconductor chip 14 side is exposed. 4 is a diagram showing an internal planar structure of the semiconductor device shown in FIG.

図1〜図4に示されるように、中間部材15には第1パワーリード20が接続されており、第2放熱部材17には第2パワーリード21が接続されている。さらに、第1半導体チップ13に形成されているIGBT11はリードフレーム22とワイヤボンドにより形成されたワイヤ23を介して電気的に接続されている。そして、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14、中間部材15およびリードフレーム22のうちワイヤボンドされている部分が封止部材19により封止されている。封止部材19としては、例えば、第1、第2放熱部材16、17と熱膨張係数が近い部材を用いることが好ましく、例えば、エポキシ系モールド樹脂やポリアミドを用いることができる。   As shown in FIGS. 1 to 4, the first power lead 20 is connected to the intermediate member 15, and the second power lead 21 is connected to the second heat radiating member 17. Further, the IGBT 11 formed on the first semiconductor chip 13 is electrically connected to the lead frame 22 via a wire 23 formed by wire bonding. Then, the wire-bonded portions of the first semiconductor chip 13, the second semiconductor chip 14, the intermediate member 15, and the lead frame 22 are sealed with a sealing member 19. As the sealing member 19, for example, a member having a thermal expansion coefficient close to that of the first and second heat radiating members 16 and 17 is preferably used. For example, an epoxy-based mold resin or polyamide can be used.

かかる半導体装置は、例えば、次のように製造される。   Such a semiconductor device is manufactured as follows, for example.

まず、第1放熱部材16に対して、第1半導体チップ13を裏面側から接続部材18を介して接続すると共に、第2半導体チップ14を裏面側から接続部材18を介して接続する。そして、同様に、第2放熱部材17に対して、第1半導体チップ13を裏面側から接続部材18を介して接続すると共に、第2半導体チップ14を裏面側から接続部材18を介して接続する。   First, the first semiconductor chip 13 is connected to the first heat radiating member 16 from the back surface side via the connection member 18, and the second semiconductor chip 14 is connected from the back surface side via the connection member 18. Similarly, the first semiconductor chip 13 is connected to the second heat radiating member 17 from the back surface side via the connection member 18, and the second semiconductor chip 14 is connected from the back surface side via the connection member 18. .

その後、第2放熱部材17に接続されている第1半導体チップ13および第2半導体チップ14の表面側に接続部材18を介して中間部材15を接続する。続いて、第1放熱部材16に接続されている第1半導体チップ13および第2半導体チップ14の表面側を中間部材15に接続部材18を介して接続すると共に、第1放熱部材16と第2放熱部材17とを接続部材18を介して接続する。その後、第1半導体チップ13、第2半導体チップ14、中間部材15およびリードフレーム22のうちワイヤボンドされている部分を封止部材19により封止することで本実施形態の半導体装置が製造される。   After that, the intermediate member 15 is connected to the surface side of the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 connected to the second heat dissipation member 17 via the connection member 18. Subsequently, the surface sides of the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 connected to the first heat dissipation member 16 are connected to the intermediate member 15 via the connection member 18, and the first heat dissipation member 16 and the second heat dissipation member 16 are connected to the second heat dissipation member 16. The heat radiating member 17 is connected via the connecting member 18. Thereafter, the wire-bonded portions of the first semiconductor chip 13, the second semiconductor chip 14, the intermediate member 15, and the lead frame 22 are sealed with the sealing member 19, whereby the semiconductor device of this embodiment is manufactured. .

かかる半導体装置では、IGBT11が通電するときにはFWD12が遮断状態となり、FWD12が通電するときにはIGBT11が遮断状態となる。したがって、IGBT11が通電しているときには、例えば、図2中左側の第1半導体チップ13から発生した熱は、コレクタ側から第1放熱部材16へと伝わり放熱されると共にゲートおよびエミッタ側から中間部材15、FWD12、第2放熱部材17へと伝わり放熱される。同様に、FWD12が通電しているときには、例えば、図1中左側の第2半導体チップ14から発生した熱は、カソード側から第2放熱部材17へと伝わり放熱されると共にアノード側から中間部材15、第1半導体チップ13、第1放熱部材16へと伝わり放熱される。   In such a semiconductor device, the FWD 12 is cut off when the IGBT 11 is energized, and the IGBT 11 is cut off when the FWD 12 is energized. Accordingly, when the IGBT 11 is energized, for example, heat generated from the first semiconductor chip 13 on the left side in FIG. 2 is transferred from the collector side to the first heat radiating member 16 and radiated, and from the gate and emitter sides to the intermediate member. 15, the FWD 12, and the second heat radiating member 17 are transmitted and radiated. Similarly, when the FWD 12 is energized, for example, heat generated from the second semiconductor chip 14 on the left side in FIG. 1 is transferred from the cathode side to the second heat radiating member 17 and radiated, and from the anode side to the intermediate member 15. The heat is transmitted to the first semiconductor chip 13 and the first heat radiating member 16 to be radiated.

このような半導体装置によれば、各相回路における上下側アーム素子1a〜3bを従来の半導体装置を積層して構成した場合と比較して、それぞれ半導体装置がチップ平面方向と垂直な方向に大型化することを防止することができる。図5は、図1中のU相回路における上側アーム素子1aに相当する本実施形態の半導体装置および従来の半導体装置を積層した構造の比較図である。なお、図5中(a)は従来の半導体装置を積層した構造としたときの断面構成を示す図であり、図5中(b)は本実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。なお、図5に示されるように、従来および本実施形態の半導体装置をスイッチング素子として適用する場合には、各放熱部材には図示しない絶縁基板を挟んで冷却部材24が備えられる。また、図5中(a)では、本実施形態の半導体装置と同様の部材を用いている部分には、同じ符号を付している。   According to such a semiconductor device, the upper and lower arm elements 1a to 3b in each phase circuit are larger in size in the direction perpendicular to the chip plane direction than in the case where the conventional semiconductor devices are stacked. Can be prevented. FIG. 5 is a comparative view of a structure in which the semiconductor device of this embodiment corresponding to the upper arm element 1a in the U-phase circuit in FIG. 1 and the conventional semiconductor device are stacked. 5A is a diagram showing a cross-sectional configuration when a conventional semiconductor device is stacked, and FIG. 5B is a diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor device of the present embodiment. . As shown in FIG. 5, when the conventional semiconductor device and the semiconductor device of this embodiment are applied as switching elements, each heat dissipating member is provided with a cooling member 24 with an insulating substrate (not shown) interposed therebetween. Further, in FIG. 5A, the same reference numerals are given to portions using the same members as those of the semiconductor device of the present embodiment.

図5に示されるように、U相回路のうち上側アーム素子1aを構成するためには、従来では半導体装置を積層した構造としなければならないが、本実施形態の半導体装置によれば一つの半導体装置のみで構成することができる。このため、スイッチング素子として、本実施形態の半導体装置を適用した場合には、従来の半導体装置を適用した場合と比較してスイッチング素子の体格を小型化することができる。   As shown in FIG. 5, in order to form the upper arm element 1a in the U-phase circuit, conventionally, a structure in which semiconductor devices are stacked has to be used. However, according to the semiconductor device of this embodiment, one semiconductor device is used. It can consist only of devices. For this reason, when the semiconductor device of this embodiment is applied as a switching element, the physique of a switching element can be reduced compared with the case where the conventional semiconductor device is applied.

具体的には、図5に示されるように、従来の半導体装置を積層する構造と比較して、本実施形態の半導体装置では、チップ平面方向と垂直な方向において、一層分の中間部材15と、一層分の放熱部材と、二層分の接続部材17を削減することができ、半導体装置がチップ平面方向と垂直な方向に大型化することを防止することができる。また、同様に、U相回路の下側アーム素子1b、V相回路の上下側アーム素子2a、2bおよびW相回路の上下側アーム素子3a、3bでもそれぞれ、中間部材15、放熱部材および接続部材17を削減することができる。そして、これら中間部材15、放熱部材および接続部材17を削減することができるため、半導体装置のコストを低減させることもできる
また、本実施形態の半導体装置では、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが等電位とされており、第1放熱部材16と第2放熱部材17との間に所定の沿面距離を確保するように封止部材19を配置する必要がないため、従来の半導体装置のように沿面距離を確保するために配置される封止部材19を削減することができる。したがって、本実施形態の半導体装置によれば、半導体装置のチップ平面方向の体格を従来の半導体装置より縮小することができる。
Specifically, as shown in FIG. 5, in the semiconductor device according to the present embodiment, compared with the structure in which the conventional semiconductor devices are stacked, the intermediate member 15 for one layer in the direction perpendicular to the chip plane direction Further, the heat radiation member for one layer and the connection member 17 for two layers can be reduced, and the semiconductor device can be prevented from being enlarged in a direction perpendicular to the chip plane direction. Similarly, in the lower arm element 1b of the U-phase circuit, the upper and lower arm elements 2a and 2b of the V-phase circuit, and the upper and lower arm elements 3a and 3b of the W-phase circuit, respectively, the intermediate member 15, the heat dissipation member, and the connection member 17 can be reduced. Since the intermediate member 15, the heat radiating member, and the connecting member 17 can be reduced, the cost of the semiconductor device can be reduced. In the semiconductor device of the present embodiment, the first heat radiating member 16 and the second heat radiating member are also provided. Since the member 17 is equipotential, there is no need to dispose the sealing member 19 so as to ensure a predetermined creepage distance between the first heat radiating member 16 and the second heat radiating member 17. The sealing member 19 arrange | positioned in order to ensure creepage distance like an apparatus can be reduced. Therefore, according to the semiconductor device of this embodiment, the size of the semiconductor device in the chip plane direction can be reduced as compared with the conventional semiconductor device.

さらに、本実施形態では、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが接続されて筒状部材とされているため、第1半導体チップ13または第2半導体チップ14から発生した熱は、第1、第2放熱部材3、4に伝達された後、第1放熱部材16のうち第2放熱部材17側に突出している部分および第2放熱部材17のうち第1放熱部材16側に突出している部分にも拡散することができる。したがって、本実施形態の第1、第2放熱部材16、17におけるチップ平面方向と平行な部分の体積が、従来の半導体装置における放熱部材の体積と同じである場合には、第1、第2放熱部材16、17の熱抵抗を従来の半導体装置より低減することができ、放熱性を向上させることができる。また、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが接続されて筒状部材とされているため、従来の半導体装置より冷却部材13、14を配置する部分を多くすることができ、放熱性を向上させることができる。   Furthermore, in the present embodiment, since the first heat radiating member 16 and the second heat radiating member 17 are connected to form a cylindrical member, the heat generated from the first semiconductor chip 13 or the second semiconductor chip 14 1, after being transmitted to the second heat radiating members 3, 4, a portion of the first heat radiating member 16 that protrudes toward the second heat radiating member 17 and a portion of the second heat radiating member 17 that protrudes toward the first heat radiating member 16 It can also diffuse to the part where it is. Therefore, when the volume of the portion parallel to the chip plane direction in the first and second heat dissipation members 16 and 17 of the present embodiment is the same as the volume of the heat dissipation member in the conventional semiconductor device, the first and second The thermal resistance of the heat radiating members 16 and 17 can be reduced as compared with the conventional semiconductor device, and the heat dissipation can be improved. Moreover, since the 1st heat radiating member 16 and the 2nd heat radiating member 17 are connected and it is set as the cylindrical member, the part which arrange | positions the cooling members 13 and 14 can be increased rather than the conventional semiconductor device, and heat dissipation. Can be improved.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第1実施形態に対して第1半導体チップ13および第2半導体チップ14を追加したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of the present embodiment is obtained by adding a first semiconductor chip 13 and a second semiconductor chip 14 to the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted here. To do.

図6は、本実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。図6に示されるように、本実施形態の半導体装置は、三個の第1半導体チップ13と、三個の第2半導体チップ14とを有した構成とされている。具体的には、中間部材15には、一面に二個の第1半導体チップ13と一個の第2半導体チップ14が交互に配置されており、この一面と反対側の他面に一個の第1半導体チップ13と二個の第2半導体チップ14が交互に配置されている。そして、これら第1、第2半導体チップ14は、中間部材15を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている。   FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 6, the semiconductor device of the present embodiment is configured to include three first semiconductor chips 13 and three second semiconductor chips 14. Specifically, in the intermediate member 15, two first semiconductor chips 13 and one second semiconductor chip 14 are alternately arranged on one surface, and one first semiconductor chip is disposed on the other surface opposite to the one surface. Semiconductor chips 13 and two second semiconductor chips 14 are alternately arranged. The first and second semiconductor chips 14 are arranged so that the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 face each other with the intermediate member 15 interposed therebetween.

このような半導体装置では、上記第1実施形態に対してさらに第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が備えられているので、上記第1実施形態よりもさらに高電流の環境下でも使用できつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態の半導体装置は、図1中の各相回路の上下アーム素子1a〜3bにおいて、IGBT11とFWD12とで構成される回路をさらに並列接続された回路となる。   In such a semiconductor device, since the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are further provided with respect to the first embodiment, the semiconductor device can be used even in a higher current environment than the first embodiment. However, the same effect as the first embodiment can be obtained. Note that the semiconductor device of the present embodiment is a circuit in which the circuits composed of the IGBT 11 and the FWD 12 are further connected in parallel in the upper and lower arm elements 1a to 3b of each phase circuit in FIG.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第1実施形態に対して第1半導体チップ13、第2半導体チップ14、中間部材15および第1放熱部材16を追加したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of this embodiment is obtained by adding a first semiconductor chip 13, a second semiconductor chip 14, an intermediate member 15, and a first heat dissipation member 16 to the first embodiment. Since it is the same as that, description is abbreviate | omitted here.

図7は、本実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。図7に示されるように、本実施形態の半導体装置は、四個の第1半導体チップ13と、四個の第2半導体チップ14とを有した構成とされており、第2放熱部材17を共通させて上記第1実施形態の半導体装置を積層した構成とされている。具体的には、各中間部材15には、一面にそれぞれ第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置されており、この一面と反対側の他面にそれぞれ第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置されている。そして、これら第1、第2半導体チップ13、14は、中間部材15を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている。また、第2放熱部材17を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている。   FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 7, the semiconductor device of this embodiment is configured to include four first semiconductor chips 13 and four second semiconductor chips 14. The semiconductor devices of the first embodiment are stacked in common. Specifically, the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are arranged on one surface of each intermediate member 15, and the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are arranged on the other surface opposite to the one surface, respectively. A semiconductor chip 14 is arranged. The first and second semiconductor chips 13 and 14 are arranged so that the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 face each other with the intermediate member 15 in between. Further, the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are arranged to face each other with the second heat radiating member 17 interposed therebetween.

このような半導体装置では、上記第1実施形態に対してさらに第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が備えられているので、上記第1実施形態よりもさらに高電流の環境下でも使用できつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態の半導体装置は、図1中の各相回路の上下アーム素子1a〜3bにおいて、IGBT11とFWD12とで構成される回路をさらに二つ並列接続された回路となる。   In such a semiconductor device, since the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are further provided with respect to the first embodiment, the semiconductor device can be used even in a higher current environment than the first embodiment. However, the same effect as the first embodiment can be obtained. The semiconductor device of the present embodiment is a circuit in which two more circuits composed of IGBTs 11 and FWDs 12 are connected in parallel in the upper and lower arm elements 1a to 3b of each phase circuit in FIG.

(他の実施形態)
上記各実施形態では、第1放熱部材16と第2放熱部材17とをはんだ等の接続部材18により接続する例を挙げて説明したが、例えば、溶接等により接続してもよい。また、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが一体化して形成されることにより一部材の筒状部材とされていてもよい。この場合は、上記構造となるように、中間部材15のうち、一面に接続部材18を介して第1、第2半導体チップ13、14を接続すると共に、この一面と反対側の他面に接続部材18を介して第1、第2半導体チップ13、14を接続する。また、一部材の筒状部材とされている第1、第2放熱部材16、17には、第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置される部分をめっきなどではんだ濡れ性を良くした後、この部分を含むようにはんだを塗布する。そして、第1半導体チップ13および第2半導体チップ14を備えた中間部材15を第1、第2放熱部材16、17に配置し、熱処理をして第1、第2半導体チップ13、14を第1放熱部材16または第2放熱部材17と接続し、封止部材19により封止することで半導体装置が製造される。
(Other embodiments)
In each said embodiment, although the example which connected the 1st heat radiating member 16 and the 2nd heat radiating member 17 with the connection members 18, such as solder, was given and demonstrated, you may connect by welding etc., for example. Moreover, the 1st heat radiating member 16 and the 2nd heat radiating member 17 may be made into the cylindrical member of one member by integrally forming. In this case, the first and second semiconductor chips 13 and 14 are connected to one surface of the intermediate member 15 via the connection member 18 so as to have the structure described above, and connected to the other surface opposite to the one surface. The first and second semiconductor chips 13 and 14 are connected via the member 18. Further, the first and second heat radiating members 16 and 17 that are formed as a single cylindrical member have good solder wettability by plating the portion where the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are disposed. After that, solder is applied so as to include this portion. Then, the intermediate member 15 including the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 is disposed on the first and second heat radiating members 16 and 17, and heat treatment is performed to connect the first and second semiconductor chips 13 and 14 to the first. The semiconductor device is manufactured by connecting to the first heat radiating member 16 or the second heat radiating member 17 and sealing with the sealing member 19.

また、上記各実施形態では、第1、第2放熱部材16、17に第1、第2放熱部材16、17が露出される面と平行な方向に第1、第2放熱部材16、17を貫通する孔を形成しておき、この孔に封止部材19を配置してもよい。このような半導体装置によれば、封止部材19が孔に配置されているため、封止部材19と第1、第2放熱部材16、17との剥離を抑制することができる。   In each of the above embodiments, the first and second heat radiating members 16 and 17 are arranged in a direction parallel to the surface on which the first and second heat radiating members 16 and 17 are exposed. A penetrating hole may be formed, and the sealing member 19 may be disposed in this hole. According to such a semiconductor device, since the sealing member 19 is disposed in the hole, peeling between the sealing member 19 and the first and second heat radiating members 16 and 17 can be suppressed.

さらに、上記各実施形態では、中間部材15には一面に第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置されていると共に一面と反対側の他面に第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が配置されており、中間部材15を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている例を説明したが、中間部材15には一面に第1半導体チップ13が配置されていると共に一面と反対の一面に第2半導体チップ14が配置されている構成とすることもできる。   Further, in each of the above embodiments, the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are disposed on one surface of the intermediate member 15 and the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip are disposed on the other surface opposite to the one surface. 14 is disposed, and the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 are disposed so as to face each other with the intermediate member 15 interposed therebetween. However, the intermediate member 15 has the first semiconductor on one side. A configuration in which the chip 13 is disposed and the second semiconductor chip 14 is disposed on one surface opposite to the one surface may be employed.

また、上記第2実施形態では、中間部材15には、一面に第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が交互に配置され、この一面と反対側の他面に第1半導体チップ13および第2半導体チップ14が交互に配置されている例を挙げて説明したが、第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが交互に配置されていなくてもよい。   In the second embodiment, the intermediate member 15 has the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 alternately arranged on one surface, and the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 13 on the other surface opposite to the one surface. Although the example in which the two semiconductor chips 14 are alternately arranged has been described, the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 may not be alternately arranged.

さらに、上記第3実施形態では、第2放熱部材17を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されている例を説明したが、第2放熱部材17を挟んで第1半導体チップ13と第2半導体チップ14とが対向するように配置されていなくてもよい。   Furthermore, in the said 3rd Embodiment, although the example arrange | positioned so that the 1st semiconductor chip 13 and the 2nd semiconductor chip 14 may oppose on both sides of the 2nd heat radiating member 17, the 2nd heat radiating member 17 was demonstrated. The first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 may not be disposed so as to face each other.

また、上記各実施形態では、第1放熱部材16と第2放熱部材17とが接続されることで筒状部材とされている例を挙げて説明したが、もちろん第1放熱部材16と第2放熱部材17とが接続されることで筒状部材とされていなくてもよい。つまり、第1放熱部材16における端部のうち一部分が第2放熱部材17側に突出した形状とされていなくてもよく、第2放熱部材17における端部のうち一部分が第1放熱部材16側に突出した形状とされていなくてもよい。   Moreover, in each said embodiment, although the example made into the cylindrical member by having connected the 1st heat radiating member 16 and the 2nd heat radiating member 17 was given and explained, of course, the 1st heat radiating member 16 and the 2nd It does not need to be a cylindrical member by connecting the heat radiating member 17. That is, a part of the end portion of the first heat radiating member 16 may not have a shape protruding to the second heat radiating member 17 side, and a part of the end portion of the second heat radiating member 17 may be the first heat radiating member 16 side. It does not have to have a shape protruding.

さらに、上記各実施形態では、第1半導体チップ13および第2半導体チップ14の表面側が中間部材15と接続されていると共に裏面側が第1放熱部材16または第2放熱部材17と接続されている構成を説明したが、第1半導体チップ13および第2半導体チップ14の表面側が第1放熱部材16または第2放熱部材17と接続されていると共に裏面側が中間部材15と接続されている構成としてもよい。   Furthermore, in each said embodiment, the surface side of the 1st semiconductor chip 13 and the 2nd semiconductor chip 14 is connected with the intermediate member 15, and the back surface side is connected with the 1st heat radiating member 16 or the 2nd heat radiating member 17. However, the front surface side of the first semiconductor chip 13 and the second semiconductor chip 14 may be connected to the first heat radiating member 16 or the second heat radiating member 17 and the back surface side may be connected to the intermediate member 15. .

また、上記第2実施形態と上記第3実施形態を組み合わせて、中間部材15にそれぞれ三個の第1、第2半導体チップ13、14が配置されている構成とすることもできる。   Further, the first and second semiconductor chips 13 and 14 may be disposed on the intermediate member 15 by combining the second embodiment and the third embodiment.

さらに、上記各実施形態では、スイッチング素子として従来の半導体装置を適用した場合と比較してスイッチング素子の体格を小型化することができるため、従来よりチップ平面方向と垂直な方向に放熱部材を厚くしてもよい。このような半導体装置によれば、放熱部材の熱抵抗を低減することができるので従来より放熱性を向上させることができる。   Further, in each of the above embodiments, since the size of the switching element can be reduced as compared with the case where a conventional semiconductor device is applied as the switching element, the heat radiation member is made thicker in the direction perpendicular to the chip plane direction than in the past. May be. According to such a semiconductor device, the heat resistance of the heat dissipating member can be reduced, so that the heat dissipating property can be improved as compared with the related art.

本発明の第1実施形態にかかる半導体装置を用いて三相回路を構成したときの回路を示す図である。It is a figure which shows a circuit when a three-phase circuit is comprised using the semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention. 図1に示すU相回路における上側アーム素子を構成する半導体装置の断面構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device that constitutes an upper arm element in the U-phase circuit shown in FIG. 1. 図2に示す半導体装置の正面図を示す図である。FIG. 3 is a front view of the semiconductor device shown in FIG. 2. 図3に示す半導体装置における内部の平面構造を示す図である。It is a figure which shows the internal planar structure in the semiconductor device shown in FIG. (a)は従来の半導体装置を積層した構造としたときの断面構成を示す図であり、(b)は第1実施形態における半導体装置の断面構成を示す図である。(A) is a figure which shows the cross-sectional structure when it is set as the structure which laminated | stacked the conventional semiconductor device, (b) is a figure which shows the cross-sectional structure of the semiconductor device in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態における半導体装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the semiconductor device in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における半導体装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the semiconductor device in 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 IGBT
12 FWD
13 第1半導体チップ
14 第2半導体チップ
15 中間部材
16 第1放熱部材
17 第2放熱部材
18 接続部材
19 封止部材
20 第1パワーリード
21 第2パワーリード
11 IGBT
12 FWD
13 First Semiconductor Chip 14 Second Semiconductor Chip 15 Intermediate Member 16 First Heat Dissipation Member 17 Second Heat Dissipation Member 18 Connection Member 19 Sealing Member 20 First Power Lead 21 Second Power Lead

Claims (3)

第1半導体チップ(13)および第2半導体チップ(14)と、
前記第1半導体チップ(13)と前記第2半導体チップ(14)との間に配置され、前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)と熱的および電気的に接続される中間部材(15)と、
前記第1、第2半導体チップ(13、14)および前記中間部材(15)を挟むように配置され、前記第1、第2半導体チップ(13、14)と熱的および電気的に接続される第1、第2放熱部材(16、17)と、
前記第1、第2半導体チップ(13、14)と前記中間部材(15)および前記第1、第2放熱部材(16、17)との間に配置され、前記第1、第2半導体チップ(13、14)と前記中間部材(15)および前記第1、第2放熱部材(16、17)とを接続する接続部材(18)と、を有し、
前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)が複数組備えられており、
前記第1半導体チップ(13)にはスイッチング素子(11)が形成され、前記第2半導体チップ(14)にはダイオード(12)が形成されており、前記スイッチング素子(11)および前記ダイオード(12)は前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)の表面と裏面との間を電流が流れる縦型素子とされており、
前記第1、第2半導体チップ(13、14)は、前記第1、第2半導体チップ(13、14)の表面側が前記中間部材(15)と接続され、かつ前記第1、第2半導体チップ(13、14)の裏面側が前記第1放熱部材(16)または前記第2放熱部材(17)と接続されているか、もしくは、前記第1、第2半導体チップ(13、14)の表面側が前記第1放熱部材(16)または前記第2放熱部材(17)と接続され、かつ前記第1、第2半導体チップ(13、14)の裏面側が前記中間部材(15)と接続されることにより、各組の前記第1、第2半導体チップ(13、14)に形成された前記スイッチング素子(11)と前記ダイオード(12)とが並列接続された回路とされていると共に、各組の前記第1、第2半導体チップ(13、14)に形成された前記スイッチング素子(11)と前記ダイオード(12)とで構成される前記回路がそれぞれ並列接続された構成とされており、
前記ダイオード(12)は前記スイッチング素子(11)が通電しているときに遮断状態であると共に、前記スイッチング素子(11)は前記ダイオード(12)が通電しているときに遮断状態であり、
前記中間部材(15)は、板形状であり、一面に前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)が備えられていると共に、前記一面と反対側の他面に前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)が備えられており、前記第1半導体チップ(13)および前記第2半導体チップ(14)はそれぞれ前記中間部材(15)を挟んで対向するように配置されていることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor chip (13) and a second semiconductor chip (14);
It is disposed between the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14), and is thermally and electrically connected to the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14). Intermediate member (15),
The first and second semiconductor chips (13, 14) and the intermediate member (15) are disposed so as to be sandwiched therebetween, and are thermally and electrically connected to the first and second semiconductor chips (13, 14). First and second heat radiating members (16, 17);
The first and second semiconductor chips (13, 14) are disposed between the intermediate member (15) and the first and second heat radiating members (16, 17). 13 and 14) and the connecting member (18) for connecting the intermediate member (15) and the first and second heat radiating members (16, 17),
A plurality of sets of the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) are provided,
A switching element (11) is formed on the first semiconductor chip (13), a diode (12) is formed on the second semiconductor chip (14), and the switching element (11) and the diode (12) are formed. ) Is a vertical element in which current flows between the front surface and the back surface of the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14),
The first and second semiconductor chips (13, 14) are connected to the intermediate member (15) on the surface side of the first and second semiconductor chips (13, 14), and the first and second semiconductor chips. The back side of (13, 14) is connected to the first heat radiating member (16) or the second heat radiating member (17), or the surface side of the first and second semiconductor chips (13, 14) is the above By being connected to the first heat dissipating member (16) or the second heat dissipating member (17) and the back side of the first and second semiconductor chips (13, 14) being connected to the intermediate member (15), The switching elements (11) and the diodes (12) formed on the first and second semiconductor chips (13, 14) of each set are connected in parallel, and the first set of the first and second semiconductor chips (13, 14). 1. Second semiconductor chip (1 Are configured to the circuit composed out said diode (12) and the switching element formed on 14) (11) are connected in parallel, respectively,
With said diode (12) is blocked state when being energized the switching element (11), said switching element (11) is Ri cutoff state der when said diode (12) is energized,
The intermediate member (15) has a plate shape, and includes the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) on one surface, and the other surface opposite to the one surface. One semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) are provided, and the first semiconductor chip (13) and the second semiconductor chip (14) are opposed to each other with the intermediate member (15) interposed therebetween. A semiconductor device, wherein the semiconductor device is arranged as described above .
前記第1放熱部材(16)における端部のうち一部分が前記第2放熱部材(17)側に突出した形状とされており、前記第2放熱部材(17)における端部のうち一部分が前記第1放熱部材(16)側に突出した形状とされており、前記第1放熱部材(16)と前記第2放熱部材(17)とを有した筒状部材が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A part of the end of the first heat radiating member (16) protrudes toward the second heat radiating member (17), and a part of the end of the second heat radiating member (17) is the first. It is made into the shape protruded to the 1 heat radiating member (16) side, The cylindrical member which has the said 1st heat radiating member (16) and the said 2nd heat radiating member (17) is comprised, It is characterized by the above-mentioned. The semiconductor device according to claim 1 . 前記第1放熱部材(16)および前記第2放熱部材(17)が一体化された一部材の筒状部材とされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat radiating member (16) and the second heat radiating member (17) are integrated into a single cylindrical member.
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