JP7020325B2 - 半導体装置、電力変換装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図である。絶縁基板1は、基材1aと、基材1aの上面に形成された回路パターン1bと、基材1aの下面に形成された回路パターン1cとを有する。半導体チップ4が回路パターン1bの平坦面に接合材5により接合されている。回路パターン1bと半導体チップ4が対向している領域において回路パターン1bの平坦面の上に、角が無くなだらかな突起6が形成されている。突起6は、半導体チップ4の端部から中心部に向かって高くなっている。このため、接合材5の厚みは半導体チップ4の端部よりも中央部で薄い。
図3は、実施の形態2に係る半導体装置を示す断面図である。突起7が突起6の周囲に配置されている。突起7は、半導体チップ4の端部から内側に半導体チップ4の辺の長さの1/3の範囲に形成されている。これにより、突起7は、半導体チップ4が傾かないように半導体チップ4を支持することができる。突起7は、突起6と同じ材料であるCuからなり、突起6と同様にコールドスプレー法で形成されている。突起7の高さは突起6よりも高く、例えば95μmであるが、これに限らず、半導体チップ4の端部における接合材5の最厚部の80~100%の高さが好ましい。
図7は、実施の形態3に係る半導体装置を示す断面図である。絶縁基板1の上面の回路パターン1bの上に実施の形態1と同様に半導体チップ4が接合されている。絶縁基板1の下面の回路パターン1cがベース板9の平坦面に接合材10により接合されている。ベース板9は外部の冷却器と接続される。
本実施の形態は、上述した実施の形態1~3にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。電力変換装置は、例えば、インバータ装置、コンバータ装置、サーボアンプ、電源ユニットなどである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
Claims (13)
- 回路パターンと、
前記回路パターンに接合材により接合された半導体チップと、
前記回路パターンと前記半導体チップが対向している領域において前記回路パターンの上に直接形成され、粉末状の金属を材料とし、内部に空隙を含み、角が無くなだらかな突起とを備え、
前記突起は、前記半導体チップの端部から中心部に向かって高くなった第1の突起を有し、
前記接合材の厚みは前記半導体チップの端部よりも中央部で薄く、
前記第1の突起の幅は前記半導体チップの幅より狭いことを特徴とする半導体装置。 - 回路パターンと、
前記回路パターンに接合材により接合された半導体チップと、
前記回路パターンと前記半導体チップが対向している領域において前記回路パターンの上に形成され、角が無くなだらかな突起とを備え、
前記突起は、前記半導体チップの端部から中心部に向かって高くなった第1の突起と、前記第1の突起の周囲に配置され前記第1の突起よりも高さが高い第2の突起とを有し、
前記接合材の厚みは前記半導体チップの端部よりも中央部で薄く、
前記第1の突起の幅は前記半導体チップの幅より狭いことを特徴とする半導体装置。 - 前記突起は、前記回路パターンとは別部材であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- ベース板と、
前記ベース板に接合材により接合された絶縁基板と、
前記ベース板と前記絶縁基板が対向している領域において前記ベース板の上に直接形成され、粉末状の金属を材料とし、内部に空隙を含み、角が無くなだらかな突起とを更に備え、
前記突起は、前記絶縁基板の端部から中心部に向かって高くなった第1の突起を有し、
前記接合材の厚みは前記絶縁基板の端部よりも中央部で薄く、
前記第1の突起の幅は前記絶縁基板の幅より狭いことを特徴とする半導体装置。 - ベース板と、
前記ベース板に接合材により接合された絶縁基板と、
前記ベース板と前記絶縁基板が対向している領域において前記ベース板の上に形成され、角が無くなだらかな突起とを更に備え、
前記突起は、前記絶縁基板の端部から中心部に向かって高くなった第1の突起と、前記第1の突起の周囲に配置され前記第1の突起よりも高さが高い第2の突起とを有し、
前記接合材の厚みは前記絶縁基板の端部よりも中央部で薄く、
前記第1の突起の幅は前記絶縁基板の幅より狭いことを特徴とする半導体装置。 - 前記突起は、前記ベース板とは別部材であることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。
- 前記第1の突起の高さは前記接合材の最大厚さの1/2以上であることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記接合材ははんだ又は金属焼結材料であり、
前記突起はCu、Au、Ag、Ni、Snの何れかを含む金属からなることを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載の半導体装置。 - 前記突起は前記接合材よりもヤング率が高いことを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記突起の表面には5μmt以上30μmt以下の凹凸があり、前記接合材が前記凹凸に浸入していることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップはバンドギャップが2eV以上のワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の半導体装置。
- 請求項1~11の何れか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路とを備えることを特徴とする電力変換装置。 - 回路パターンの平坦面に角が無くなだらかな突起をコールドスプレー法により形成する工程と、
前記回路パターンの前記平坦面及び前記突起に半導体チップを接合材により接合する工程とを備え、
前記突起は、前記半導体チップの端部から中心部に向かって高くなっており、
前記半導体チップを接合した後の前記接合材の厚みは前記半導体チップの端部よりも中央部で薄く、
前記突起の幅は前記半導体チップの幅より狭いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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