JP7459672B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体装置に関するものである。
半導体チップを搭載した半導体装置に関する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、半導体チップにおいて発生するスイッチングノイズを低減するために、半導体チップの直近にコンデンサを配置している。
特開2013-222950号公報
特許文献1によると、半導体チップにおいて発生した熱を排出するに際し、半導体チップから下側基板に至るという放熱経路に加え、半導体チップの上面から導体、上側基板、コンデンサ、そして下側基板に至るという放熱経路を確保して、熱抵抗を下げている。しかし、このような構成によれば、コンデンサが、半導体チップにおいて発生した熱の主な排出経路に含まれることとなる。コンデンサの耐熱温度が低いと、半導体チップにおいて発生した熱によりコンデンサが損傷するおそれがある。また、コンデンサが損傷しなくても、コンデンサの特性が熱により変動する場合もある。また、コンデンサの寿命が低下するおそれもある。半導体装置においては、サージ電圧の抑制を図りながら、コンデンサに対する半導体チップからの熱の影響を低減することが求められる。
そこで、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減を図ることができる半導体装置を提供することを目的の1つとする。
本開示に従った半導体装置は、第1主面を有する放熱板と、第1主面上に配置される第1接合材と、第1回路パターンを含み、第1接合材により放熱板に接合される第1基板と、第1基板の厚さ方向に見て、第1基板の外周を取り囲むように放熱板に取り付けられる枠体と、第1回路パターン上に配置されるワイドバンドギャップ半導体チップと、ワイドバンドギャップ半導体チップと電気的に並列に接続され、枠体によって取り囲まれる空間に配置されるスナバコンデンサと、第1基板よりも熱伝導率の小さい熱分離部と、を備える。スナバコンデンサは、誘電体を含む本体部と、本体部と第1回路パターンとを接続する電極と、を含む。熱分離部は、第1基板の厚さ方向において本体部と第1基板との間に配置される。
上記半導体装置によれば、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減を図ることができる。
図1は、実施の形態1における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図2は、図1中の線分II-IIで切断した場合の拡大断面図である。 図3は、実施の形態1における半導体装置の等価回路図である。 図4は、実施の形態2における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図5は、図4中の線分V-Vで切断した場合の拡大断面図である。 図6は、実施の形態3における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。 図7は、実施の形態3における半導体装置を製造する過程の一部を示す拡大断面図である。 図8は、実施の形態4における半導体装置の一部を切断した場合の拡大断面図である。 図9は、実施の形態5における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図10は、実施の形態6における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図11は、実施の形態7における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図12は、実施の形態8における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。 図13は、実施の形態9における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。 図14は、実施の形態10における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図15は、実施の形態11における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。 図16は、実施の形態11における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。 図17は、実施の形態12における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。 図18は、実施の形態13における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体装置は、第1主面を有する放熱板と、第1主面上に配置される第1接合材と、第1回路パターンを含み、第1接合材により放熱板に接合される第1基板と、第1基板の厚さ方向に見て、第1基板の外周を取り囲むように放熱板に取り付けられる枠体と、第1回路パターン上に配置されるワイドバンドギャップ半導体チップと、ワイドバンドギャップ半導体チップと電気的に並列に接続され、枠体によって取り囲まれる空間に配置されるスナバコンデンサと、第1基板よりも熱伝導率の小さい熱分離部と、を備える。スナバコンデンサは、誘電体を含む本体部と、本体部と第1回路パターンとを接続する電極と、を含む。熱分離部は、第1基板の厚さ方向において本体部と第1基板との間に配置される。なお、ワイドバンドギャップ半導体チップとは、バンドギャップがシリコンよりも大きい材質から構成される半導体層を動作層として有する半導体チップをいう。ワイドバンドギャップ半導体チップは、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウムまたは酸化ガリウムから構成される半導体層を動作層として有する。
本開示の半導体装置に含まれるワイドバンドギャップ半導体チップは、シリコン半導体チップと比較して、絶縁破壊電圧が高いことから高耐圧化が可能であり、飽和ドリフト速度が高いことから高速化が可能である。さらに、熱伝導度が高いことから高温における動作が可能である。サージ電圧の抑制を図る観点から、スナバコンデンサをワイドバンドギャップ半導体チップの近傍に配置することが求められる。上記半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体チップと電気的に並列に接続されるスナバコンデンサを含む。スナバコンデンサは、枠体によって取り囲まれる空間に配置される。よって、ワイドバンドギャップ半導体チップとスナバコンデンサとの距離を近くすることができる。したがって、サージ電圧の抑制を図ることができる。
ワイドバンドギャップ半導体チップが上記した高性能の特徴を有する一方で、高温での動作時にワイドバンドギャップ半導体チップの近傍に配置されたスナバコンデンサの本体部の温度が上昇すると、上記のように損傷や特性の変動、寿命の低下の問題が生ずる。上記半導体装置においては、第1基板よりも熱伝導率の小さい熱分離部が、スナバコンデンサの本体部と第1基板との間に配置される。よって、熱分離部により、ワイドバンドギャップ半導体チップにおいて発生した熱の、スナバコンデンサの本体部への伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサの本体部へのワイドバンドギャップ半導体チップからの熱の影響の低減を図ることができる。
以上のように、上記半導体装置によれば、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減を図ることができる。
上記半導体装置は、空間を充填する樹脂部をさらに備えてもよい。樹脂部の一部は、熱分離部を構成してもよい。半導体装置に含まれる樹脂部の一部を熱分離部として利用することで、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減を容易に図ることができる。
上記半導体装置は、第1基板よりも熱伝導率が小さく、スナバコンデンサを搭載する第2基板をさらに備えてもよい。第2基板の一部は、熱分離部を構成してもよい。このようにすることにより、第2基板は、第1基板よりも熱伝導率が小さいため、ワイドバンドギャップ半導体チップにおいて発生した熱の、スナバコンデンサの本体部への伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサの本体部へのワイドバンドギャップ半導体チップからの熱の影響を低減することができる。また、予めスナバコンデンサを搭載した第2基板を利用して半導体装置を製造することができる。したがって、製造時におけるスナバコンデンサの取り扱いを容易にすることができる。
上記半導体装置において、第2基板は、厚さ方向に貫通するスルーホールを有してもよい。第2基板は、電極が接続される第2回路パターンと、スルーホールを取り囲む壁面を覆い、第1回路パターンと第2回路パターンとを電気的に接続する金属層と、を含んでもよい。このようにすることにより、スルーホールを利用して第1回路パターンと第2回路パターンとを同電位にすることができる。
上記半導体装置において、第2基板は、電極が接続される第2回路パターンを含んでもよい。半導体装置は、第1回路パターンと第2回路パターンとを電気的に接続する導電性部材をさらに備えてもよい。このようにすることにより、半導体装置に含まれる導電性部材を利用して、第1回路パターンと第2回路パターンとを同電位にすることができる。
上記半導体装置において、電極は、第1基板の厚さ方向に見て、ワイドバンドギャップ半導体チップの外縁のうちの電極に最も近い部分から第1基板の厚さ以上離れた第1回路パターンの部分に接続されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体チップにおいて発生した熱は、第1基板側に伝えられ、放熱される。ここで、第1基板の厚さ方向の熱拡散の速度と、厚さ方向に垂直な方向の熱拡散の速度は同等である。よって、ワイドバンドギャップ半導体チップにおいて発生した熱の多くは、第1基板の厚さ方向に対して45度の角度をなす範囲を放熱経路として第1基板側に伝えられる。上記構成を採用することにより、ワイドバンドギャップ半導体チップにおいて発生した熱が第1基板を経由してコンデンサに伝えられることを抑制することができる。
上記半導体装置において、電極は、金属製であって板状の端子を含んでもよい。このようにすることにより、インダクタンスの低減を図ることができる。
上記半導体装置において、第1基板の厚さ方向における熱分離部の厚さは、ワイドバンドギャップ半導体チップの厚さよりも大きくてもよい。このようにすることにより、第1基板の厚さ方向においてワイドバンドギャップ半導体チップとスナバコンデンサとが接触することを確実に抑制することができる。したがって、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減をさらに図ることができる。さらに、熱分離部の厚さが厚いほど断熱効果が大きくなるため、スナバコンデンサへの熱の影響の低減をより図ることができる。
上記半導体装置において、スナバコンデンサは、第1基板の厚さ方向に見て、ワイドバンドギャップ半導体チップと異なる位置に配置されてもよい。このようにすることにより、第1基板の厚さ方向に見てワイドバンドギャップ半導体チップとスナバコンデンサとが接触することを確実に抑制することができる。したがって、スナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減をさらに図ることができる。
上記半導体装置において、電極は、第1基板の厚さ方向に延びることにより、本体部と第1基板との間に空間を形成してもよい。このようにすることにより、上記熱分離部を形成することが容易となる。
上記半導体装置において、ワイドバンドギャップ半導体チップは、炭化ケイ素、窒化ガリウムまたは酸化ガリウムから構成される半導体層を有してもよい。このようなワイドバンドギャップ半導体チップは、上記半導体層を動作層として高い耐圧を確保しつつ大電流を流すことが可能であり、上記半導体装置に好適に用いられる。
[本開示の実施形態の詳細]
次に、本開示の半導体装置の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1における半導体装置の構成について説明する。図1は、実施の形態1における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。図2は、図1中の線分II-IIで切断した場合の拡大断面図である。図3は、実施の形態1における半導体装置の等価回路図である。なお、理解を容易にする観点から、図2において、第1ダイオードチップ23a、第1トランジスタチップ24aおよび第2接合材13bを図示している。
図1、図2および図3を参照して、実施の形態1における半導体装置11aは、放熱板12と、第1接合材13aと、第1基板14aと、枠体17と、P端子18aと、O端子18bと、N端子18cと、第2接合材13bと、第1ダイオードチップ23a,23bと、第2ダイオードチップ23c,23dと、第1トランジスタチップ24a,24bと、第2トランジスタチップ24c,24dと、を備える。
放熱板12は、金属製である。放熱板12は、例えば銅製である。放熱板12の表面には、ニッケル等のめっき処理が施されてもよい。放熱板12の外形形状は、厚さ方向に見て、X方向に延びる辺を長辺とし、Y方向に延びる辺を短辺とした長方形である。放熱板12の厚さ方向の一方の第1主面12a上に、第1接合材13aが配置される。第1接合材13aの材質として、例えばはんだ、具体的にはSn-Ag-Cu系はんだやSn-Sb系はんだが用いられる。なお、放熱板12の他方の第2主面12bには、例えば、放熱を効率的に行う放熱フィン(図示しない)等が設けられる場合がある。
第1基板14aは、第1接合材13aにより放熱板12に接合される。第1基板14aは、導電性を有する第1回路パターン15と、絶縁性を有する第1絶縁板21と、第1金属板22と、を含む。第1絶縁板21の厚さ方向の一方側の面上に第1回路パターン15が配置され、第1絶縁板21の厚さ方向の他方側の面上に第1金属板22が配置される。すなわち、第1基板14aは、第1金属板22、第1絶縁板21および第1回路パターン15を積層した構成である。第1回路パターン15は、それぞれ間隔をあけて配置される第1回路板16aと、第2回路板16bと、第3回路板16cと、を含む。
第1金属板22は、例えば銅製である。第1絶縁板21は、例えばセラミック製である。第1絶縁板21の材質としては、例えばAl、AlN、Siが挙げられる。本実施形態においては、第1回路パターン15は、銅配線である。なお、放熱板12の厚さ方向および第1基板14aの厚さ方向は、共にZ方向である。また、第1絶縁板21の外形形状は、第1絶縁板21の厚さ方向に見て、X方向に長辺が延びる長方形である。
枠体17は、放熱板12の第1主面12aから立ち上がり、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1基板14aを取り囲むように放熱板12に取り付けられる。枠体17は、例えば絶縁性を有する樹脂製である。本実施形態において、枠体17は、四角筒状である。枠体17は、第1壁部25aと、第2壁部25bと、第3壁部25cと、第4壁部25dと、を含む。第1壁部25aと第2壁部25bとは、Y方向において対向して配置される。第3壁部25cと第4壁部25dとは、X方向において対向して配置される。
P端子18a、O端子18bおよびN端子18cはそれぞれ、板状であって、金属製である。本実施形態において、P端子18a、O端子18bおよびN端子18cは、それぞれ例えば、帯状の銅板を折り曲げて形成される。第1基板14aの厚さ方向に見て、P端子18aおよびN端子18cは、第3壁部25cに取り付けられる。P端子18aおよびN端子18cは、Y方向に間隔をあけて配置される。O端子18bは、第4壁部25dに取り付けられる。P端子18aは、ワイヤ26aにより第1回路板16aと電気的に接続される。O端子18bは、ワイヤ26bにより第2回路板16bと電気的に接続される。N端子18cは、ワイヤ26cにより第3回路板16cと電気的に接続される。なお、P端子18a、O端子18bおよびN端子18cの形状は、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。
第1ダイオードチップ23a,23b、第2ダイオードチップ23c,23d、第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dはそれぞれ、ワイドバンドギャップ半導体チップである。具体的には、第1ダイオードチップ23a,23b、第2ダイオードチップ23c,23d、第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dはそれぞれ、SiC(炭化ケイ素)からなる半導体層を含む。あるいは、第1ダイオードチップ23a,23b、第2ダイオードチップ23c,23d、第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dはそれぞれ、窒化ガリウムや酸化ガリウム等からなる半導体層を含んでもよい。第1ダイオードチップ23a,23bおよび第2ダイオードチップ23c,23dは、例えばショットキーバリアダイオード(SBD)である。第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、例えば金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)である。第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、縦型のトランジスタチップである。すなわち、第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、厚さ方向(Z方向)に電流が流れるトランジスタチップである。第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、それぞれ同様の構成であり、例えば第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dの厚さは、同じである。もちろん、これに限定される必要はなく、異なる厚みであってもよい。
第1ダイオードチップ23a,23bおよび第1トランジスタチップ24a,24bはそれぞれ、第1回路板16a上に配置される。第1ダイオードチップ23a,23bおよび第1トランジスタチップ24a,24bはそれぞれ、第1基板14aの厚さ方向に見て、それぞれ重ならない位置に配置される。第1ダイオードチップ23a,23bは、第2接合材13bにより、第1ダイオードチップ23a,23bのそれぞれのカソードパッドと第1回路板16aとが電気的に接続されるように接合される。第1トランジスタチップ24a,24bは、第2接合材13bにより、第1トランジスタチップ24a,24bのそれぞれのドレイン電極と第1回路板16aとが電気的に接続されるように接合される。また、第1ダイオードチップ23aのアノードパッドと第1トランジスタチップ24aのソースパッドとは、ワイヤ27aにより電気的に接続される。第1ダイオードチップ23bのアノードパッドと第1トランジスタチップ24bのソースパッドとは、ワイヤ27bにより電気的に接続される。第1トランジスタチップ24aのソースパッドと第2回路板16bとは、ワイヤ27cにより電気的に接続される。第1トランジスタチップ24bのソースパッドと第2回路板16bとは、ワイヤ27dにより電気的に接続される。
第2ダイオードチップ23c,23dおよび第2トランジスタチップ24c,24dはそれぞれ、第2回路板16b上に配置される。第2ダイオードチップ23c,23dおよび第2トランジスタチップ24c,24dはそれぞれ、第1基板14aの厚さ方向に見て、それぞれ重ならない位置に配置される。第2ダイオードチップ23c,23dは、第2接合材13bにより、第2ダイオードチップ23c,23dのそれぞれのカソードパッドと第2回路板16bとが電気的に接続されるように接合される。第2トランジスタチップ24c,24dは、第2接合材13bにより、第2トランジスタチップ24c,24dのそれぞれのドレイン電極と第2回路板16bとが電気的に接続されるように接合される。また、第2ダイオードチップ23cのアノードパッドと第2トランジスタチップ24cのソースパッドとは、ワイヤ28aにより電気的に接続される。第2ダイオードチップ23dのアノードパッドと第2トランジスタチップ24dのソースパッドとは、ワイヤ28bにより電気的に接続される。第2トランジスタチップ24cのソースパッドと第3回路板16cとは、ワイヤ28cにより電気的に接続される。第2トランジスタチップ24dのソースパッドと第3回路板16cとは、ワイヤ28dにより電気的に接続される。なお、図1等において、ゲート配線の図示を省略している。
半導体装置11aは、枠体17によって取り囲まれる空間19を充填する樹脂部29を備える。樹脂部29の材質としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。なお、図1においては、樹脂部29の図示を省略している。
半導体装置11aは、スナバコンデンサ31aを備える。スナバコンデンサ31aは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される。スナバコンデンサ31aは、誘電体を含む本体部32aと、本体部32aと第1回路パターン15とを接続する電極33a,34aと、を含む。本実施形態においては、本体部32aは、長手方向がY方向となる形状である。電極33aは、本体部32aと接触して配置される外部電極35aと、外部電極35aと接触して配置される端子36aと、を含む。電極34aは、本体部32aと接触して配置される外部電極37aと、外部電極37aと接触して配置される端子38aと、を含む。端子36a,38aは、金属製である。端子36a,38aは、板状である。端子36a,38aは、板状の部材を折り曲げて形成される。このような構成の端子36a,38aを用いることにより、インダクタンスの低減を図ることができる。また、端子36a,38aの第1基板14aの厚さ方向に延びる部分と第1回路パターン15と接合する部分とを形成することが容易となる。なお、端子36a,38aの断面形状は、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。
電極33aと第1回路パターン15の第1回路板16aとが電気的に接続される。具体的には、例えばはんだにより構成される第3接合材13cにより、電極33aに含まれる端子36aと第1回路板16aとが接合される。電極34aと第1回路パターン15の第2回路板16bとが電気的に接続される。具体的には、第3接合材13cにより、電極34aに含まれる端子38aと第2回路板16bとが接合される。スナバコンデンサ31aは、第1トランジスタチップ24a,24bと電気的に並列に接続される。具体的には、スナバコンデンサ31aは、電極33aが第1トランジスタチップ24a,24bのドレイン側となり、電極34aが第1トランジスタチップ24a,24bのソース側となるよう第1回路パターン15に接続される。
電極33aは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1トランジスタチップ24a,24bの外縁のうちの電極33aに最も近い部分から第1基板14aの厚さ以上離れた第1回路パターン15の部分に接続される。具体的には、第1トランジスタチップ24aの外縁のうちの電極33aに最も近い部分から電極33aが接続される第1回路板16aの部分までの距離Dは、第1基板14aの厚さT以上である。また、第1トランジスタチップ24bの外縁のうちの電極33aに最も近い部分から電極33aが接続される第1回路板16aの部分までの距離Dは、第1基板14aの厚さT以上である。
スナバコンデンサ31aは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1トランジスタチップ24a,24bと異なる位置に配置される。すなわち、スナバコンデンサ31aは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1トランジスタチップ24a,24bと重ならない位置に配置される。本実施形態においては、スナバコンデンサ31aは、X方向において、第1トランジスタチップ24aと第1トランジスタチップ24bとの間に配置される。このようにすることにより、スナバコンデンサ31aと第1トランジスタチップ24aとの電流ループ(第1の電流ループ)とスナバコンデンサ31aと第1トランジスタチップ24bとの電流ループ(第2の電流ループ)とを揃えることが容易となる。よって、両者(第1の電流ループと第2の電流ループ)のインダクタンスを揃えることが容易となる。サージ電圧ΔVとインダクタンス(電流ループ)との関係について、サージ電圧ΔVは、L(インダクタンス)×dI(電流)/dt(時間)によって表される。したがって、このような構成を採用すると、第1トランジスタチップ24aと第1トランジスタチップ24bとの間におけるサージ電圧抑制の効果の大きさを揃えることが容易となる。また、両者のインダクタンスを揃えることにより、半導体装置11aにおけるLC共振の抑制効果も得ることができる。また、スナバコンデンサ31aは、Y方向において、第1トランジスタチップ24a,24bよりも第2壁部25bに近い位置に配置される。このようにすることにより、スナバコンデンサ31aの端子36a,38aを含む電極33a,34aの長さが長くなることを抑制することができ、インダクタンスの低減を図ることができる。したがって、サージ電圧の抑制に寄与することができる。本実施形態においては、スナバコンデンサ31aは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1ダイオードチップ23a,23b、第2ダイオードチップ23c,23dおよび第2トランジスタチップ24c,24dのそれぞれと重ならない位置に配置される。
半導体装置11aは、スナバコンデンサ31bを備える。すなわち、半導体装置11aは、2つのスナバコンデンサ31a,31bを含む。本実施形態においては、スナバコンデンサ31bの構成は、スナバコンデンサ31aの構成と同様である。スナバコンデンサ31bは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される。スナバコンデンサ31bは、誘電体を含む本体部32bと、本体部32bと第1回路パターン15とを接続する電極33b,34bと、を含む。本実施形態においては、本体部32bは、長手方向がY方向となる形状である。電極33bは、本体部32bと接触して配置される外部電極35bと、外部電極35bと接触して配置される端子36bと、を含む。電極34bは、本体部32bと接触して配置される外部電極37bと、外部電極37bと接触して配置される端子38bと、を含む。端子36b,38bは、金属製である。端子36b,38bは、板状である。端子36b,38bは、板状の部材を折り曲げて形成される。このような構成の端子36b,38bを用いることにより、インダクタンスの低減を図ることができる。また、端子36b,38bの第1基板14aの厚さ方向に延びる部分と第1回路パターン15と接合する部分とを形成することが容易となる。なお、端子36b,38bの断面形状は、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。
電極33bと第1回路パターン15の第2回路板16bとが電気的に接続される。具体的には、第3接合材13cにより、電極33bに含まれる端子36bと第2回路板16bとが接合される。電極34bと第1回路パターン15の第3回路板16cとが電気的に接続される。具体的には、第3接合材13cにより、電極34bに含まれる端子38bと第3回路板16cとが接合される。スナバコンデンサ31bは、第2トランジスタチップ24c,24dと電気的に並列に接続される。具体的には、スナバコンデンサ31bは、電極33bが第2トランジスタチップ24c,24dのドレイン側となり、電極34bが第2トランジスタチップ24c,24dのソース側となるよう第1回路パターン15に接続される。
電極33bは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第2トランジスタチップ24c,24dの外縁のうちの電極33bに最も近い部分から第1基板14aの厚さ以上離れた第1回路パターン15の部分に接続される。スナバコンデンサ31bは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第2トランジスタチップ24c,24dと異なる位置に配置される。すなわち、スナバコンデンサ31bは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第2トランジスタチップ24c,24dと重ならない位置に配置される。本実施形態においては、スナバコンデンサ31bは、X方向において、第2トランジスタチップ24cと第2トランジスタチップ24dとの間に配置される。このようにすることにより、スナバコンデンサ31bと第2トランジスタチップ24cとの電流ループとスナバコンデンサ31bと第2トランジスタチップ24dとの電流ループとを揃えることが容易となる。よって、両者のインダクタンスを揃えることが容易となる。したがって、第1トランジスタチップ24aと第1トランジスタチップ24bとの間におけるサージ電圧抑制の効果の大きさを揃えることが容易となる。また、両者のインダクタンスを揃えることにより、半導体装置11aにおけるLC共振の抑制効果も得ることができる。また、スナバコンデンサ31bは、Y方向において、第2トランジスタチップ24c,24dよりも第2壁部25bに近い位置に配置される。このようにすることにより、スナバコンデンサ31bの端子36b,38bを含む電極33b,34bの長さが長くなることを抑制することができ、インダクタンスの低減を図ることができる。したがって、サージ電圧の抑制に寄与することができる。本実施形態においては、スナバコンデンサ31bは、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1ダイオードチップ23a,23b、第2ダイオードチップ23c,23dおよび第1トランジスタチップ24a,24bのそれぞれと重ならない位置に配置される。
スナバコンデンサ31a,31bとしては、例えば、耐熱温度が115℃以下であるフィルムコンデンサや耐熱温度が150℃以下であるセラミックコンデンサが用いられる。
ここで、半導体装置11aは、第1基板14aよりも熱伝導率の小さい熱分離部30を備える。熱分離部30は、第1基板14aの厚さ方向において本体部32a,32bと第1基板14aとの間に配置される。本実施形態においては、樹脂部29の一部が、熱分離部30を構成する。樹脂部29によって空間19を充填する際に、本体部32a,32bと第1基板14aとの間に入り込んだ樹脂部29が、熱分離部30を構成する。第1基板14aの厚さ方向における熱分離部30の厚さTは、第1トランジスタチップ24a,24bの厚さTよりも大きい。
電極33a,34aは、第1基板14aの厚さ方向に延びることにより、本体部32aと第1基板14aとの間に空間を形成している。本実施形態においては、端子36a,38aが第1基板14aの厚さ方向であるZ方向に延びる形状である。この端子36a,38bによって、本体部32aと第1基板14aとの間に空間を形成している。本実施形態においては、この空間に入り込んだ樹脂部29が、熱分離部30となる。
次に、半導体装置11aの動作時における電流の流れについて簡単に説明する。第1トランジスタチップ24a,24bがオン状態となって、P端子18aとO端子18bとの間の電気的な接続がオン状態でありO端子18bとN端子18cとの間の電気的な接続がオフ状態である時には、以下のように電流が流れる。すなわち、電流は、P端子18aからワイヤ26a、第1回路パターン15の第1回路板16a、オン状態の第1トランジスタチップ24a,24b、ワイヤ27c,27d、第1回路パターン15の第2回路板16b、そしてワイヤ26bを通ってO端子18bに流れる。第2トランジスタチップ24c,24dがオン状態となって、O端子18bとN端子18cとの間の電気的な接続がオン状態でありP端子18aとO端子18bとの間の電気的な接続がオフ状態である時には、以下のように電流が流れる。すなわち、電流は、O端子18bからワイヤ26b、第1回路パターン15の第2回路板16b、オン状態の第2トランジスタチップ24c,24d、ワイヤ28c,28d、第1回路パターン15の第3回路板16c、そしてワイヤ26cを通ってN端子18cに流れる。
ここで、上記半導体装置11aは、ワイドバンドギャップ半導体チップである第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dを含む。第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、絶縁破壊電圧が高いことから高耐圧化が可能であり、飽和ドリフト速度が高いことから高速化が可能である。さらに、熱伝導度が高いことから高温における動作が可能である。上記半導体装置11aは、第1トランジスタチップ24a,24bと電気的に並列に接続されるスナバコンデンサ31aを含む。また、上記半導体装置11aは、第2トランジスタチップ24c,24dと電気的に並列に接続されるスナバコンデンサ31bを含む。スナバコンデンサ31a,31bは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される。よって、第1トランジスタチップ24a,24bとスナバコンデンサ31aとの距離を近くすることができる。また、第2トランジスタチップ24c,24dとスナバコンデンサ31bとの距離を近くすることができる。したがって、サージ電圧の抑制を図ることができる。
第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dが上記した高性能の特徴を有する一方で、高温での動作時に第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dの近傍に配置されたスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bの温度が上昇すると、上記のように損傷や特性の変動、寿命の低下の問題が生ずる。上記半導体装置11aにおいては、第1基板14aよりも熱伝導率の小さい熱分離部30が、スナバコンデンサ31aの本体部32aと第1基板14aとの間に配置される。よって、熱分離部30により、第1トランジスタチップ24a,24bにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、第1基板14aよりも熱伝導率の小さい熱分離部30が、スナバコンデンサ31bの本体部32bと第1基板14aとの間に配置される。よって、熱分離部30により、第2トランジスタチップ24c,24dにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を図ることができる。
以上のように、上記半導体装置11aによれば、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31bに対する第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を図ることができる。
なお、半導体装置11aは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される2つのスナバコンデンサ31a,31bを含む。スナバコンデンサ31a,31bを含まない半導体装置の場合、サージ電圧を抑制するコンデンサは、平滑コンデンサとなる。平滑コンデンサは、枠体17外に配置され、いわゆる外付けで接続される。このような半導体装置と比較して、上記半導体装置11aに含まれるスナバコンデンサ31a,31bは、枠体17によって取り囲まれた空間19に配置されるため、平滑コンデンサを外付けで接続する半導体装置の場合と比較して、配線を短くすることができる。よって、インダクタンスの低減を図ることができる。したがって、サージ電圧の抑制をより効果的にすることができる。
本実施形態においては、上記半導体装置11aは、空間19を充填する樹脂部29を備え、樹脂部29の一部が、熱分離部30を構成している。よって、このような半導体装置11aは、半導体装置11aに含まれる樹脂部29の一部を熱分離部30として利用することで、スナバコンデンサ31a,31bに対する第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を容易に図ることができる半導体装置となっている。
本実施形態においては、電極33a,33b,34a,34bはそれぞれ、金属製であって板状の端子36a,36b,38a,38bを含む。よって、このような半導体装置11aは、インダクタンスの低減を図ることが容易な半導体装置となっている。
本実施形態においては、第1基板14aの厚さ方向における熱分離部30の厚さTは、第1トランジスタチップ24a,24bの厚さTおよび第2トランジスタチップ24c,24dの厚さTよりも大きい。よって、第1基板14aの厚さ方向において第1トランジスタチップ24a,24bとスナバコンデンサ31aとが接触することを確実に抑制することができる。また、第1基板14aの厚さ方向において第2トランジスタチップ24c,24dとスナバコンデンサ31bとが接触することを確実に抑制することができる。したがって、このような半導体装置11aは、スナバコンデンサ31a,31bに対する第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減をさらに図ることができる半導体装置となっている。さらに熱分離部30の厚さTが厚いほど断熱効果が大きくなるため、スナバコンデンサ31a,31bへの熱の影響の低減をより図ることができる。
本実施形態においては、第1基板14aの厚さ方向に見て、第1トランジスタチップ24a,24bと異なる位置にスナバコンデンサ31aが配置されている。よって、第1基板14aの厚さ方向に見て第1トランジスタチップ24a,24bとスナバコンデンサ31aとが接触することを確実に抑制することができる。また、第1基板14aの厚さ方向に見て、第2トランジスタチップ24c,24dと異なる位置にスナバコンデンサ31bが配置されている。よって、第1基板14aの厚さ方向に見て第2トランジスタチップ24c,24dとスナバコンデンサ31bとが接触することを確実に抑制することができる。したがって、このような半導体装置11aは、スナバコンデンサ31a,31bに対する第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減をさらに図ることができる半導体装置となっている。
本実施形態においては、電極33a,33b,34a,34b、具体的には電極33a,33b,34a,34bにそれぞれ含まれる端子36a,36b,38a,38bは、第1基板14aの厚さ方向に延びることにより、本体部32a,32bと第1基板14aとの間に空間を形成している。よって、このような半導体装置11aは、上記熱分離部30を形成することが容易な半導体装置となっている。
なお、上記の実施の形態においては、半導体装置11aは、枠体17によって取り囲まれる空間19を充填する樹脂部29の一部が、熱分離部30を構成することとしたが、これに限らず、例えば、熱分離部30は、第1基板14aの厚さ方向においてスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bと第1基板14aとの間に配置される空気であってもよいし、第1基板14aの厚さ方向においてスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bと第1基板14aとの間に配置される空気および樹脂部29の一部であってもよい。熱分離部30が、樹脂部29の一部を含むことで絶縁性の安定化を図ることができる。熱分離部30が、空気を含むことで高い断熱性を有することができる。熱分離部30が、樹脂部29の一部と空気を含むことで、高い絶縁性と高い断熱性を両立させることができる。
(実施の形態2)
次に、他の実施の形態である実施の形態2について説明する。図4は、実施の形態2における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。図5は、図4中の線分V-Vで切断した場合の拡大断面図である。実施の形態2の半導体装置は、スナバコンデンサを搭載する第2基板を含む点において実施の形態1の場合と異なっている。また、図5においては、第1ダイオードチップ23aの図示を省略している。
図4および図5を参照して、実施の形態2における半導体装置11bは、スナバコンデンサ31aを搭載する第2基板41aを含む。第2基板41aは、導電性を有する第2回路パターン42aと、絶縁性を有する第2絶縁板43aと、を含む。第2絶縁板43aの厚さ方向の一方側の面上に第2回路パターン42aが配置される。第2絶縁板43aの厚さ方向の他方側の面は、第1回路パターン15、具体的には、第1回路板16aに接合される。すなわち、第2基板41aは、第1基板14aに接合される。第2基板41aの熱伝導率は、第1基板14aの熱伝導率よりも小さい。第2基板41aは、第1基板14aに積層された構造である。このような構造を採用することにより、安価な構成とすることができ、第2基板41aのはんだ等を用いての接合といった作業を省略することができる。第2回路パターン42aは、それぞれ間隔をあけて配置される第4回路板44aと、第5回路板45aとを含む。第4回路板44aと第5回路板45aとは、Y方向に間隔をあけて配置されている。第2回路パターン42aの材質は、第1回路パターン15と同じである。スナバコンデンサ31aの電極33aは、第4回路板44aに電気的に接続される。具体的には、電極33aの端子36aは、第4接合材13dにより、第4回路板44aに接合される。スナバコンデンサ31aの電極34aは、第5回路板45aに電気的に接続される。具体的には、電極34aの端子38aは、第4接合材13dにより、第5回路板45aに接合される。
第2絶縁板43aの熱伝導率は、第1絶縁板21の熱伝導率よりも小さい。第2絶縁板43aの外形形状は、第1絶縁板21の厚さ方向に見て、Y方向に長辺が延びる長方形である。
第2基板41aは、厚さ方向に貫通するスルーホール46a,47a,48aを有する。スルーホール46a,47a,48aは、X方向に間隔をあけて配置される。第2基板41aは、スルーホール46a,47a,48aを取り囲む壁面51aを覆い、第1回路パターン15と第2回路パターン42aとを電気的に接続する金属層52aを含む。具体的には、金属層52aにより、第1回路パターン15の第1回路板16aと第2回路パターン42aの第4回路板44aとが電気的に接続される。本実施形態における熱分離部30の厚さは、厚さTによって示される。金属層52aは、例えば、壁面51aを覆うようにして配置されるめっきであってもよいし、はんだであってもよいし、銀ペーストであってもよい。
図4に示すように、半導体装置11bは、スナバコンデンサ31bを搭載する第2基板41bを含む。第2基板41bは、導電性を有する第2回路パターン42bと、絶縁性を有する第2絶縁板43bと、を含む。第2絶縁板43bの厚さ方向の一方側の面上に第2回路パターン42bが配置される。第2絶縁板43bの厚さ方向の他方側の面は、第1回路パターン15、具体的には、第2回路板16bに接合される。すなわち、第2基板41bは、第1基板14aに接合される。第2基板41bの熱伝導率は、第1基板14aの熱伝導率よりも小さい。第2基板41bは、第1基板14aに積層された構造である。このような構造を採用することにより、安価な構成とすることができ、第2基板41bのはんだ等を用いての接合といった作業を省略することができる。第2回路パターン42bは、それぞれ間隔をあけて配置される第4回路板44bと、第5回路板45bとを含む。第4回路板44bと第5回路板45bとは、Y方向に間隔をあけて配置されている。第2回路パターン42bの材質は、第1回路パターン15と同じである。スナバコンデンサ31bの電極33bは、第4回路板44bに電気的に接続される。具体的には、電極33bの端子36bは、第4接合材13dにより、第4回路板44bに接合される。スナバコンデンサ31bの電極34bは、第5回路板45bに電気的に接続される。具体的には、電極34bの端子38bは、第4接合材13dにより、第5回路板45bに接合される。
第2絶縁板43bの材質は、第1絶縁板21の材質と同じである。第2絶縁板43bの外形形状は、第1絶縁板21の厚さ方向に見て、Y方向に長辺が延びる長方形である。
第2基板41bは、厚さ方向に貫通するスルーホール46b,47b,48bを有する。スルーホール46b,47b,48bは、X方向に間隔をあけて配置される。第2基板41bは、スルーホール46b,47b,48bを取り囲む壁面を覆い、第1回路パターン15と第2回路パターン42bとを電気的に接続する金属層を含む。具体的には、金属層により、第1回路パターン15の第2回路板16bと第2回路パターン42bの第4回路板44bとが電気的に接続される。スルーホール46b,47b,48bを取り囲む壁面を覆う金属層の構成については、上記金属層52aの構成と同様である。
本実施形態の半導体装置11bは、ワイドバンドギャップ半導体チップである第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dを含む。第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dは、絶縁破壊電圧が高いことから高耐圧化が可能であり、飽和ドリフト速度が高いことから高速化が可能である。さらに、熱伝導度が高いことから高温における動作が可能である。上記半導体装置11bは、第1トランジスタチップ24a,24bと電気的に並列に接続されるスナバコンデンサ31aを含む。また、上記半導体装置11bは、第2トランジスタチップ24c,24dと電気的に並列に接続されるスナバコンデンサ31bを含む。スナバコンデンサ31a,31bは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される。よって、第1トランジスタチップ24a,24bとスナバコンデンサ31aとの距離を近くすることができる。また、第2トランジスタチップ24c,24dとスナバコンデンサ31bとの距離を近くすることができる。したがって、サージ電圧の抑制を図ることができる。
第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dが上記した高性能の特徴を有する一方で、高温での動作時に第1トランジスタチップ24a,24bおよび第2トランジスタチップ24c,24dの近傍に配置されたスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bの温度が上昇すると、上記のように損傷や特性の変動、寿命の低下の問題が生ずる。上記半導体装置11bにおいては、第1基板14aよりも熱伝導率の小さい熱分離部30が、スナバコンデンサ31aの本体部32aと第1基板14aとの間に配置される。よって、熱分離部30により、第1トランジスタチップ24a,24bにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、第1基板14aよりも熱伝導率の小さい熱分離部30が、スナバコンデンサ31bの本体部32bと第1基板14aとの間に配置される。よって、熱分離部30により、第2トランジスタチップ24c,24dにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの伝達が抑制される。その結果、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を図ることができる。
以上のように、上記半導体装置11bによれば、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31bに対する第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を図ることができる。
なお、半導体装置11bは、枠体17によって取り囲まれる空間19に配置される2つのスナバコンデンサ31a,31bを含む。よって、上記した平滑コンデンサを外付けで接続する半導体装置の場合と比較して、配線を短くすることができる。よって、インダクタンスの低減を図ることができる。したがって、サージ電圧の抑制をより効果的にすることができる。
本実施形態の半導体装置11bは、第1基板14aよりも熱伝導率が小さく、スナバコンデンサ31a,31bを搭載する第2基板41a,41bを含む。そして、第2基板41a,41bの一部は、熱分離部30を構成する。本実施形態においては、第2基板41a,41bおよび第2基板41a,41bと本体部32a,32bとの間に配置される樹脂部29が、熱分離部30を構成する。第2基板41aは、第1基板14aよりも熱伝導率が小さいため、第1トランジスタチップ24a,24bにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの伝達が抑制される。よって、このような半導体装置11bは、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響を低減することができる半導体装置となっている。また、第2基板41bは、第1基板14aよりも熱伝導率が小さいため、第2トランジスタチップ24c,24dにおいて発生した熱の、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの伝達が抑制される。よって、このような半導体装置11bは、スナバコンデンサ31bの本体部32bへの第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響を低減することができる半導体装置となっている。また、予めスナバコンデンサ31a,31bを搭載した第2基板41a,41bを利用して半導体装置11bを製造することができる。したがって、このような半導体装置11bは、製造時におけるスナバコンデンサ31a,31bの取り扱いを容易にすることができる半導体装置となっている。
また、本実施形態において、半導体装置11bは、上記構成の第2基板41aを含むため、第1基板14aの第1回路板16aと第2基板41aの第4回路板44aおよび第5回路板45aとが平行平板となり電流の流れる向きが対向する。よって、このような半導体装置11bは、磁束を打ち消し合うことができるため、インダクタンスの低減を図ることができる半導体装置となっている。同様に、本実施形態において、半導体装置11bは、上記構成の第2基板41bを含むため、第1基板14aの第2回路板16bと第2基板41bの第4回路板44bおよび第5回路板45bとが平行平板となり電流の流れる向きが対向する。よって、このような半導体装置11bは、磁束を打ち消し合うことができるため、インダクタンスの低減を図ることができ、サージ電圧の抑制をより効果的にすることができる半導体装置となっている。
本実施形態においては、スルーホール46a,47a,48aを利用して第1回路パターン15の第1回路板16aと第2回路パターン42aの第4回路板44aとを同電位にすることができる。また、このような半導体装置11bによれば、スルーホール46b,47b,48bを利用して第1回路パターン15の第2回路板16bと第2回路パターン42bの第4回路板44bとを同電位にすることができる。
なお、上記の実施の形態においては、第2基板41a,41bの一部は、熱分離部30を構成することとしたが、これに限らず、熱分離部30は、第2基板41a,41bの一部の一部に加え、第1基板14aの厚さ方向においてスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bと第1基板14aとの間に配置される空気を含んでもよいし、第1基板14aの厚さ方向においてスナバコンデンサ31a,31bの本体部32a,32bと第1基板14aとの間に配置される空気および樹脂部29を含んでもよい。以下の第2基板を含む実施の形態においても同様である。
(実施の形態3)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態3について説明する。図6は、実施の形態3における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。実施の形態3の半導体装置は、第2基板が第2金属板を含む点において実施の形態2の場合と異なっている。
図6を参照して、実施の形態3における半導体装置11cは、スナバコンデンサ31aを搭載する第2基板56aを含む。第2基板56aは、導電性を有する第2回路パターン42aと、絶縁性を有する第2絶縁板43aと、第2金属板57aと、を含む。第2絶縁板43aの厚さ方向の一方側の面上に第2回路パターン42aが配置される。第2絶縁板43aの厚さ方向の他方側の面上に、第2金属板57aが配置される。第2基板56aは、第1回路パターン15に電気的に接続される。図7は、実施の形態3における半導体装置11cを製造する過程の一部を示す拡大断面図である。図7は、第2基板56aを第1基板14aに取り付ける前の状態を示す概略断面図である。図7を併せて参照して、例えばはんだにより構成される第5接合材13eにより、第2基板56aの第2金属板57aと第1回路板16aとが接合される。すなわち、第2基板56aは、第1基板14aに接合される。このようにすることにより、第1基板14aに対して第2基板56aを自由な位置に接合することができる。本実施形態における熱分離部30の厚さは、厚さTによって示される。第2基板56aの第2金属板57aが第1回路板16aに接合された後、ワイヤ27cによる各部材の接合を行う。なお、本製造方法は、第2基板を含む以下の実施の形態においても、同様である。
このような半導体装置11cであっても、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、本実施形態においても、予めスナバコンデンサ31aを搭載した第2基板56aを利用して半導体装置11cを製造することができる。したがって、このような半導体装置11cは、製造時におけるスナバコンデンサ31aの取り扱いを容易にすることができる半導体装置となっている。また、本実施形態においても、磁束を打ち消し合うことができるため、インダクタンスの低減を図ることができる半導体装置となっている。また、本実施形態においても、スナバコンデンサ31aの本体部32aへの第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響を低減することができる半導体装置となっている。
(実施の形態4)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態4について説明する。図8は、実施の形態4における半導体装置の一部を切断した場合の拡大断面図である。図8において、第1基板等の図示を省略している。実施の形態4の半導体装置は、電極が端子を含まない点において実施の形態2の場合と異なっている。
図8を参照して、実施の形態4における半導体装置11dに含まれるスナバコンデンサ31aは、本体部32aと、電極33a,34aと、を含む。電極33aは、端子を含まず、外部電極35aで構成されている。電極34aは、端子を含まず、外部電極37aで構成されている。スナバコンデンサ31aの電極33a(外部電極35a)は、第6接合材13fにより、第4回路板44aに接合される。すなわち、スナバコンデンサ31aの電極33aは、端子36aを介さず、第1回路板16aと電気的に接続されている。スナバコンデンサ31aの電極34a(外部電極37a)は、第6接合材13fにより、第5回路板45aに接合される。すなわち、スナバコンデンサ31aの電極34aは、端子38aを介さず、第2回路板16bと電気的に接続されている。本実施形態においては、熱分離部30は主に、第2絶縁板43aにより構成されている。
このような半導体装置11dであっても、サージ電圧の抑制を図りつつ、スナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。
(実施の形態5)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態5について説明する。図9は、実施の形態5における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。実施の形態5の半導体装置は、第5回路板が第1トランジスタチップおよび第2トランジスタチップと直接接続されていない点において実施の形態2の場合と異なっている。
図9を参照して、実施の形態5における半導体装置11eの第2基板41aに含まれる第5回路板45aは、第1トランジスタチップ24a,24bと直接接続されていない。第2回路板16bは、導電性部材であるワイヤ27c,27dにより第1トランジスタチップ24a,24bのソースパッドに電気的に接続されている。第5回路板45aは、導電性部材であるワイヤ55aにより、第2回路板16bに電気的に接続される。よって、このような構成によっても、第5回路板45aと第2回路板16bとを同電位とすることができる。また、実施の形態5における半導体装置11eの第2基板41bに含まれる第5回路板45bは、第2トランジスタチップ24c,24dと直接接続されていない。第3回路板16cは、ワイヤ28c,28dにより第2トランジスタチップ24c,24dのソースパッドに電気的に接続されている。第5回路板45bは、導電性部材であるワイヤ55bにより、第3回路板16cに電気的に接続される。よって、このような構成によっても、第5回路板45bと第3回路板16cとを同電位とすることができる。本実施形態においては、半導体装置11e内の配線として用いるワイヤを、第5回路板45bと第3回路板16cとを電気的に接続する導電性部材として利用することができる。なお、第5回路板45bは、他の導電性部材、例えば銅板により第3回路板16cと電気的に接続されてもよい。
(実施の形態6)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態6について説明する。図10は、実施の形態6における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。実施の形態6の半導体装置は、第2基板41aが第2回路板16b上に配置され、第2基板41bが第3回路板16c上に配置されている点において実施の形態5の場合と異なっている。
図10を参照して、実施の形態6における半導体装置11fの第2基板41aは、第2回路板16b上に配置される。そして、第5回路板45aは、導電性部材であるワイヤ58aにより第1回路板16aと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第5回路板45aと第1回路板16aとを同電位とすることができる。また、実施の形態6における半導体装置11fの第2基板41bは、第3回路板16c上に配置される。そして、第5回路板45bは、導電性部材であるワイヤ58bにより第2回路板16bと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第5回路板45bと第2回路板16bとを同電位とすることができる。本実施形態においては、半導体装置11f内の配線として用いるワイヤを、第5回路板45aと第1回路板16aとを電気的に接続する導電性部材および第5回路板45bと第2回路板16bとを電気的に接続する導電性部材として利用することができる。なお、第5回路板45a,45bはそれぞれ、他の導電性部材、例えば銅板により第1回路板16a、第2回路板16bと電気的に接続されてもよい。
(実施の形態7)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態7について説明する。図11は、実施の形態7における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。実施の形態7の半導体装置は、第2基板41aおよび第2基板41bがスルーホールを有しない点において実施の形態6の場合と異なっている。
図11を参照して、実施の形態7における半導体装置11gの第2基板41aは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41aの第4回路板44aは、ワイヤ59aにより、第2回路板16bと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44aと第2回路板16bとを同電位とすることができる。また、実施の形態7における半導体装置11gの第2基板41bは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41bの第4回路板44bは、ワイヤ59bにより、第3回路板16cと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44bと第3回路板16cとを同電位とすることができる。本実施形態においては、ワイヤ59a,59bを利用しているため、ワイヤ59a,59bで接続された部材間において効率的に電流を流すことができる。なお、上記の実施の形態においては、第2基板41aおよび第2基板41bの双方がスルーホールを有しないこととしたが、これに限らず、いずれか一方のみがスルーホールを有しない構成としてもよい。
(実施の形態8)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態8について説明する。図12は、実施の形態8における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。実施の形態8の半導体装置は、第2基板がスルーホールを有しない点において実施の形態2の場合と異なっている。
図12を参照して、実施の形態8における半導体装置11hの第2基板41aは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41aの第4回路板44aは、導電性部材であるワイヤ61aにより、第1回路板16aと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44aと第1回路板16aとを同電位とすることができる。
(実施の形態9)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態9について説明する。図13は、実施の形態9における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。実施の形態9の半導体装置は、第2基板がスルーホールを有しない点において実施の形態3の場合と異なっている。
図13を参照して、実施の形態9における半導体装置11iの第2基板41aは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41aの第4回路板44aは、導電性部材であるワイヤ62aにより、第1回路板16aと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44aと第1回路板16aとを同電位とすることができる。
(実施の形態10)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態10について説明する。図14は、実施の形態10における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。実施の形態10の半導体装置は、第2基板がスルーホールを有しない点において実施の形態2の場合と異なっている。
図14を参照して、実施の形態10における半導体装置11jの第2基板41aは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41aの第4回路板44aは、導電性部材であるワイヤ63aにより、第1回路板16aと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44aと第1回路板16aとを同電位とすることができる。また、実施の形態10における半導体装置11jの第2基板41bは、厚さ方向に貫通するスルーホールを有していない。第2基板41bの第4回路板44bは、ワイヤ63bにより、第2回路板16bと電気的に接続されている。よって、このような構成によれば、第4回路板44bと第2回路板16bとを同電位とすることができる。
(実施の形態11)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態11について説明する。図15は、実施の形態11における半導体装置を第1基板の厚さ方向に見た概略平面図である。図16は、実施の形態11における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。図16は、図15中の線分XVI-XVIで切断した場合の拡大断面図である。実施の形態11の半導体装置は、第2基板41aが配置される金属板と第1トランジスタチップが配置される第1回路板とが分断されている点および第2基板41bが配置される金属板と第2トランジスタチップが配置される第2回路板とが分断されている点において実施の形態10の場合と異なっている。図15において、金属板16e,16gを破線で示している。
図15および図16を参照して、実施の形態11における半導体装置11kの第2基板41aは、金属板16e上に配置される。第2基板41aの第2金属板57aと金属板16eとが第7接合材13gにより接合されている。第1回路板16dは、第3回路板16cと比較してX方向の長さが短くなっている。第1回路板16dと金属板16eとは接続されておらず、領域65aにおいて分断されている。このような構成によれば、第1トランジスタチップ24a,24bが搭載される第1回路板16dと、スナバコンデンサ31aが搭載される金属板16eとの間において、熱を伝わりにくくすることができる。よって、よりスナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。また、実施の形態11における半導体装置11kの第2基板41bは、金属板16g上に配置される。第2回路板16fには、厚さ方向に見て、Y方向に凹む切り欠きが形成されており、切り欠きが形成された領域に、金属板16gが配置される。第2基板41aの場合と同様に、第2基板41bの第2金属板と金属板16gとが第7接合材により接合されている。第2回路板16fと金属板16gとは接続されておらず、分断されている。このような構成によれば、第2トランジスタチップ24c,24dが搭載される第2回路板16fと、スナバコンデンサ31bが搭載される金属板16gとの間において、熱を伝わりにくくすることができる。よって、よりスナバコンデンサ31bに対する第2トランジスタチップ24c,24dからの熱の影響の低減を図ることができる。なお、上記の実施の形態においては、第1回路板16dと金属板16eとが分断され、第2回路板16fと金属板16gとが分断されることとしたが、これに限らず、いずれか一方のみが分断される構成としてもよい。
(実施の形態12)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態12について説明する。図17は、実施の形態12における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。実施の形態12の半導体装置は、金属板および第7接合材を含まない点において実施の形態11の場合と異なっている。
図17を参照して、実施の形態12における半導体装置11lの第2基板41aの第2金属板57aが直接第1絶縁板21上に配置される。第1回路板16dと第2金属板57aとは接続されておらず、領域65aにおいて分断されている。このような構成によれば、第1トランジスタチップ24a,24bが搭載される第1回路板16dと、スナバコンデンサ31aが搭載される第2絶縁板43aとの間において、熱を伝わりにくくすることができる。よって、よりスナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。
(実施の形態13)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態13について説明する。図18は、実施の形態13における半導体装置を切断した場合の拡大断面図である。実施の形態13の半導体装置は、第2基板の第2絶縁板が直接第1絶縁板上に配置される点において実施の形態12の場合と異なっている。
図18を参照して、実施の形態13における半導体装置11mの第2基板41aは、第1絶縁板21上に配置される。この場合、第2基板41aの第2絶縁板43aが直接第1絶縁板21上に配置される。第1回路板16dと第2絶縁板43aとは接続されておらず、領域65aにおいて分断されている。このような構成によれば、第1トランジスタチップ24a,24bが搭載される第1回路板16dと、スナバコンデンサ31aが搭載される第2絶縁板43aとの間において、熱を伝わりにくくすることができる。よって、よりスナバコンデンサ31aに対する第1トランジスタチップ24a,24bからの熱の影響の低減を図ることができる。
(他の実施の形態)
なお、上記の実施の形態においては、半導体装置は、スナバコンデンサを2つ含むこととしたが、これに限らず、半導体装置は、スナバコンデンサを1つ含むことにしてもよい。半導体装置がスナバコンデンサを1つ含む場合、例えば、P端子に接続される第1回路板とN端子に接続される第3回路板とを接続するように配置してもよい。このようにすることにより、半導体装置に含まれるスナバコンデンサの数を減らすことができる。
また、上記の実施の形態においては、半導体装置は、第1トランジスタチップと、第2トランジスタチップと、第1ダイオードチップと、第2ダイオードチップとをそれぞれ2つずつ含むこととしたが、トランジスタチップの数およびダイオードチップの数は、限定されない。例えば、本開示の半導体装置は、トランジスタチップを1つ含む構成であってもよいし、ダイオードチップを1つ含む構成であってもよいし、トランジスタチップおよびダイオードチップを1つずつ含む構成であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示の半導体装置は、サージ電圧の抑制およびスナバコンデンサに対する半導体チップからの熱の影響の低減が求められる場合に特に有利に適用され得る。
11a,11b,11c,11d,11e,11f,11g,11h,11i,11j,11k,11l,11m 半導体装置
12 放熱板
12a 第1主面
12b 第2主面
13a 第1接合材
13b 第2接合材
13c 第3接合材
13d 第4接合材
13e 第5接合材
13f 第6接合材
13g 第7接合材
14a 第1基板
15 第1回路パターン
16a,16d 第1回路板
16b,16f 第2回路板
16c 第3回路板
16e 金属板
17 枠体
18a P端子
18b O端子
18c N端子
19 空間
21 第1絶縁板
22 第1金属板
23a,23b 第1ダイオードチップ
23c,23d 第2ダイオードチップ
24a,24b 第1トランジスタチップ
24c,24d 第2トランジスタチップ
25a 第1壁部
25b 第2壁部
25c 第3壁部
25d 第4壁部
26a,26b,26c,27a,27b,27c,27d,28a,28b,28c,28d,55a,55b,58a,58b,59a,59b,61a,62a,63a,63b ワイヤ
29 樹脂部
30 熱分離部
31a,31b スナバコンデンサ
32a,32b 本体部
33a,33b,34a,34b 電極
35a,35b,37a,37b 外部電極
36a,36b,38a,38b 端子
41a,41b,56a 第2基板
42a,42b 第2回路パターン
43a,43b 第2絶縁板
44a,44b 第4回路板
45a,45b 第5回路板
46a,46b,47a,47b,48a,48b スルーホール
51a 壁面
52a 金属層
57a 第2金属板
65a 領域
,D 距離
,T,T,T,T 厚さ

Claims (10)

  1. 第1主面を有する放熱板と、
    前記第1主面上に配置される第1接合材と、
    第1回路パターンを含み、前記第1接合材により前記放熱板に接合される第1基板と、
    前記第1基板の厚さ方向に見て、前記第1基板の外周を取り囲むように前記放熱板に取り付けられる枠体と、
    前記第1回路パターン上に配置される第1ワイドバンドギャップ半導体チップと、
    前記第1回路パターン上に配置され、前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップと第1方向に間隔をあけて配置される第2ワイドバンドギャップ半導体チップと、
    前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップおよび前記第2ワイドバンドギャップ半導体チップと電気的にそれぞれ並列に接続され、前記枠体によって取り囲まれる空間内であって、前記第1基板の厚さ方向に見て、前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップと前記第2ワイドバンドギャップ半導体チップとの間に配置されるスナバコンデンサと、
    前記第1基板よりも熱伝導率の小さい熱分離部と、を備え、
    前記スナバコンデンサは、
    誘電体を含む本体部と、
    前記本体部と前記第1回路パターンとを接続する電極と、を含み、
    前記熱分離部は、前記第1基板の厚さ方向において前記本体部と前記第1基板との間に配置される、半導体装置。
  2. 前記半導体装置は、前記空間を充填する樹脂部をさらに備え、
    前記樹脂部の一部は、前記熱分離部を構成する、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記半導体装置は、前記第1基板よりも熱伝導率が小さく、前記スナバコンデンサを搭載する第2基板をさらに備え、
    前記第2基板の一部は、前記熱分離部を構成する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記第2基板は、厚さ方向に貫通するスルーホールを有し、
    前記第2基板は、
    前記電極が接続される第2回路パターンと、
    前記スルーホールを取り囲む壁面を覆い、前記第1回路パターンと前記第2回路パターンとを電気的に接続する金属層と、を含む、請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記第2基板は、前記電極が接続される第2回路パターンを含み、
    前記半導体装置は、前記第1回路パターンと前記第2回路パターンとを電気的に接続する導電性部材をさらに備える、請求項3に記載の半導体装置。
  6. 前記電極は、前記第1基板の厚さ方向に見て、前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップの外縁のうちの前記電極に最も近い部分から前記第1基板の厚さ以上離れた前記第1回路パターンの部分に接続される、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。
  7. 前記電極は、金属製であって板状の端子を含む、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。
  8. 前記第1基板の厚さ方向における前記熱分離部の厚さは、前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップの厚さよりも大きい、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置。
  9. 前記電極は、前記第1基板の厚さ方向に延びることにより、前記本体部と前記第1基板との間に空間を形成する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置。
  10. 前記第1ワイドバンドギャップ半導体チップは、炭化ケイ素、窒化ガリウムまたは酸化ガリウムから構成される半導体層を有する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置。
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