JP6120704B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る半導体装置は、ベース板と、ベース板の上面に設けられた絶縁層と、絶縁層上面に設けられた金属パターンと、金属パターンと接合された半導体素子と、半導体素子上面に接触又は接合して配置された絶縁基板と、を備え、絶縁基板の端部は、平面視で半導体素子よりも外側に来ており、絶縁基板の端部と金属パターンとは、直接または間接的に接合されており、半導体素子は上面に電極を備え、絶縁基板の、半導体素子の上面の電極と平面視重なる部分には、貫通穴が設けられ、金属パターン上面に設けられた金属枠をさらに備え、金属枠は半導体素子を平面視で囲むように設けられ、絶縁基板の端部と金属パターンとは、金属枠を介して接合されていることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置は、ベース板と、ベース板の上面に設けられた絶縁層と、絶縁層上面に設けられた金属パターンと、金属パターンと接合された半導体素子と、半導体素子上面に接触又は接合して配置された絶縁基板と、を備え、絶縁基板の端部は、平面視で半導体素子よりも外側に来ており、絶縁基板の端部と金属パターンとは、直接または間接的に接合されており、半導体素子は上面に電極を備え、絶縁基板の、半導体素子の上面の電極と平面視重なる部分には、貫通穴が設けられ、絶縁基板の端部は金属パターンに向かって略垂直に延在しており、絶縁基板の端部は金属パターンと直接接合されていることを特徴とする。
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の前提となる技術について説明する。図8に前提技術としての半導体装置50の断面図を示す。半導体装置50は、ベース板1と、ベース板1の上面に設けられた絶縁層2と、絶縁層2の上面に設けられた金属パターン3とを備える。半導体装置50はさらに、金属パターン3上にはんだ4を介して接合された半導体素子7と、金属パターン3上にはんだ4を介して接合された主電極端子5および信号端子6とを備える。半導体素子7の上面に備わる電極と金属パターン3とは、金属ワイヤ8a,8bにより接続されている。
<構成>
図1に本実施の形態における半導体装置100の断面図を示す。半導体装置100は、ベース板1と、ベース板1の上面に設けられた絶縁層2と、絶縁層2上面に設けられた金属パターン3とを備える。ここで、絶縁層2は絶縁基板または絶縁シートである。また、金属パターン3は銅やアルミなどの良伝熱材からなる。また、この金属パターン3表面には、はんだ付けやAg接合等に最適な表面処理(例えばNiメッキやAuメッキ)が施されることもある。
半導体素子7が動作すると、電流と電圧が発生し、この積により動作損失が発生する。この動作損失はほとんどが熱に変換される。半導体素子7の上面には、アルミや銅などの良導電性の金属ワイヤ8a,8bが接続され、絶縁基板11の貫通穴11aを通して電極から電流が取り出される。半導体素子7において発生した熱は、半導体素子7の下面から、接合されている金属パターン3および絶縁層2を介して、ベース板1に放熱される。
本実施の形態における半導体装置100は、ベース板1と、ベース板1の上面に設けられた絶縁層2と、絶縁層2上面に設けられた金属パターン3と、金属パターン3と接合された半導体素子7と、半導体素子7上面に接触して配置された絶縁基板11と、を備え、絶縁基板11の端部11bは、平面視で半導体素子7よりも外側に来ており、絶縁基板11の端部11bと金属パターン3とは、直接または間接的に接合されており、半導体素子7は上面に電極を備え、絶縁基板11の、半導体素子7の上面の電極と平面視重なる部分には、貫通穴11aが設けられることを特徴とする。
図2に、本実施の形態における半導体装置200の断面図を示す。半導体装置200は、半導体装置100に対して金属枠10を備えず、絶縁基板11の構造が異なる。半導体装置200において絶縁基板11の端部11bは、金属パターン3に向かって略垂直に延在している。さらに、絶縁基板11の端部11bと金属パターン3とは、はんだ4又はAg接合により直接接合されている。その他の構成は半導体装置100(図1)と同じため、説明を省略する。
本実施の形態における半導体装置200において、絶縁基板11の端部11bは金属パターン3に向かって略垂直に延在しており、絶縁基板11の端部11bは金属パターン3と直接接合されていることを特徴とする。
図3に、本実施の形態における半導体装置300の断面図を示す。実施の形態1(図1)では、半導体素子7上面の電極と金属パターン3とは金属ワイヤ8a,8bにより接続されていた。一方、本実施の形態では、半導体素子7上面の主電極と金属パターン3とは、金属ワイヤ8aの代わりに金属端子12によって接続される。また、本実施の形態では、半導体素子7上面の制御電極と金属パターン3とは、金属ワイヤ8bの代わりに信号端子6によって接続される。
半導体素子7で発生した熱は半導体素子7の下面から、金属パターン3および絶縁層2を介して、銅などの良熱伝導材で構成されたベース板1に放熱される。一方、半導体素子7の上面には、AlNなどの高熱伝導率を有する絶縁基板11が接触しており、この絶縁基板11にも熱が伝導される。本実施の形態ではさらに、金属端子12が絶縁基板11に接触しており、この金属端子12は金属パターン3に接合されている。よって、絶縁基板11の熱をより効率よくベース板1に伝えることが可能である。
本実施の形態における半導体装置300は、金属端子12をさらに備え、金属端子12の一端と半導体素子7上面の電極とは貫通穴11aを通して電気的に接合されており、金属端子12の他端は金属パターン3と接合しており、金属端子12と絶縁基板11が平面視重なる領域において、金属端子12と絶縁基板11上面とが接触していることを特徴とする。
<構成>
図5に、本実施の形態における半導体装置500の断面図を示す。本実施の形態における半導体装置500は、実施の形態3で述べた半導体装置400(図4)に対して、複数(例えば2個)の半導体素子7を備える。複数の半導体素子7は1つの電気回路を構成するものである。後述するように、絶縁基板11はこれら複数の半導体素子7に適した格子状の構造を持つ。
複数の半導体素子7で発生した熱は、各々の半導体素子7の下面から、金属パターン3および絶縁層2を介してベース板1に放熱される。一方、半導体素子7の上面には絶縁基板11が接触しており、この絶縁基板11にも半導体素子7の熱が伝導される。
本実施の形態における半導体装置500において、半導体素子7は複数であり、絶縁基板11は複数の半導体素子7間で共有され、隣接する半導体素子7の間の部分(隣接部11c)において、絶縁基板11は金属パターン3に向かって略垂直に延在しており、延在した部分は、金属パターン3と直接接合されていることを特徴とする。
図6に、本実施の形態における半導体装置600の断面図を示す。半導体装置600において、半導体素子7上面に形成されている電極(例えばIGBTの場合はエミッタ電極、ゲート電極など)と絶縁基板11とは、はんだ4またはAg接合により接合されている。
本実施の形態における半導体装置600において、半導体素子7上面の電極と絶縁基板11とは、はんだ4又はAg接合で接合されていることを特徴とする。
図7に、本実施の形態における半導体装置700の断面図を示す。半導体装置700において、半導体装置700の主要部分をなす構造部(絶縁層2上面、金属パターン3、半導体素子7、絶縁基板11、金属ワイヤ8a,8b)は、トランスファーモールド法によって、封止樹脂17により封止されていることを特徴とする。
本実施の形態における半導体装置700において、絶縁層2上面、金属パターン3、半導体素子7および絶縁基板11はトランスファーモールド法により樹脂封止されていることを特徴とする。
Claims (10)
- ベース板と、
前記ベース板の上面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上面に設けられた金属パターンと、
前記金属パターンと接合された半導体素子と、
前記半導体素子上面に接触又は接合して配置された絶縁基板と、
を備え、
前記絶縁基板の端部は、平面視で前記半導体素子よりも外側に来ており、
前記絶縁基板の前記端部と前記金属パターンとは、直接または間接的に接合されており、
前記半導体素子は上面に複数の電極を備え、
前記絶縁基板の、前記半導体素子の上面の前記複数の電極のそれぞれと平面視重なる部分には、貫通穴が設けられることを特徴とする、
半導体装置。 - ベース板と、
前記ベース板の上面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上面に設けられた金属パターンと、
前記金属パターンと接合された半導体素子と、
前記半導体素子上面に接触又は接合して配置された絶縁基板と、
を備え、
前記絶縁基板の端部は、平面視で前記半導体素子よりも外側に来ており、
前記絶縁基板の前記端部と前記金属パターンとは、直接または間接的に接合されており、
前記半導体素子は上面に電極を備え、
前記絶縁基板の、前記半導体素子の上面の前記電極と平面視重なる部分には、貫通穴が設けられ、
前記金属パターン上面に設けられた金属枠をさらに備え、
前記金属枠は前記半導体素子を平面視で囲むように設けられ、
前記絶縁基板の前記端部と前記金属パターンとは、前記金属枠を介して接合されていることを特徴とする、
半導体装置。 - ベース板と、
前記ベース板の上面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上面に設けられた金属パターンと、
前記金属パターンと接合された半導体素子と、
前記半導体素子上面に接触又は接合して配置された絶縁基板と、
を備え、
前記絶縁基板の端部は、平面視で前記半導体素子よりも外側に来ており、
前記絶縁基板の前記端部と前記金属パターンとは、直接または間接的に接合されており、
前記半導体素子は上面に電極を備え、
前記絶縁基板の、前記半導体素子の上面の前記電極と平面視重なる部分には、貫通穴が設けられ、
前記絶縁基板の前記端部は前記金属パターンに向かって略垂直に延在しており、
前記絶縁基板の前記端部は前記金属パターンと直接接合されていることを特徴とする、
半導体装置。 - 金属端子をさらに備え、
前記金属端子の一端と前記半導体素子上面の前記電極とは前記貫通穴を通して電気的に接合されており、
前記金属端子の他端は前記金属パターンと接合しており、
前記金属端子と前記絶縁基板が平面視重なる領域において、前記金属端子と前記絶縁基板上面とが接触していることを特徴とする、
請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体素子は複数であり、
前記絶縁基板は前記複数の半導体素子間で共有され、
隣接する半導体素子の間の部分において、前記絶縁基板は前記金属パターンに向かって略垂直に延在しており、
延在した部分は、前記金属パターンと直接接合されていることを特徴とする、
請求項1または請求項3に記載の半導体装置。 - 前記半導体素子上面の前記電極と前記絶縁基板とは、はんだ又はAg接合で接合されていることを特徴とする、
請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記絶縁基板の前記端部と前記金属枠とは、はんだ又はAg接合で接合されていることを特徴とする、
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記絶縁層上面、前記金属パターン、前記半導体素子および前記絶縁基板はトランスファーモールド法により樹脂封止されていることを特徴とする、
請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記絶縁層上面に隙間無く固定され、前記金属パターン、前記半導体素子および前記絶縁基板を囲むケースをさらに備え、
前記ケースには、封止樹脂が充填されていることを特徴とする、
請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記絶縁基板の前記半導体素子側の面には、導電パターンが設けられていない、
請求項1に記載の半導体装置。
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