JPH11238962A - Manufacture of semiconductor device and the semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device and the semiconductor device

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JPH11238962A
JPH11238962A JP3852698A JP3852698A JPH11238962A JP H11238962 A JPH11238962 A JP H11238962A JP 3852698 A JP3852698 A JP 3852698A JP 3852698 A JP3852698 A JP 3852698A JP H11238962 A JPH11238962 A JP H11238962A
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JP
Japan
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insulating substrate
metal insulating
solder
semiconductor device
electrode
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Application number
JP3852698A
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Japanese (ja)
Inventor
Wataru Ito
伊藤  渉
Junichi Tsuda
純一 津田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH11238962A publication Critical patent/JPH11238962A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device the occupied area and height of which are reduced, the loss is reduced, and the heat dissipating property, reliability and productivity are improved. SOLUTION: Solder pastes 25 to 27 are stuck to electrodes 24a to 24c on the surface of a lower metal insulating substrate 21. Semiconductor elements 31, 33, 34 in which solder bumps 32, 35, 36 are formed on electrodes 31a, 33a, 34a on the surface are mounted on the solder pastes 25 to 27. Then, an upper metal insulating substrate 40, in which solder pastes 44 to 48 are stuck to electrodes 43a to 43d on the rear surface respectively, is mounted on the solder bumps 32, 35, 36. They are heated, and both solder pastes 25 to 27 and 44 to 48 are melted. Electrodes 31b, 33b, 34b on the rear surface of the semiconductor elements 31, 33, 34 are bonded to the electrodes 24a to 24c on the surface. The electrodes 31a, 33a, 34a on the surface of the semiconductor elements 31, 33, 34 are bonded to the electrodes 43a to 43d on the rear surface of the upper metal insulating substrate 40.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、上下の両面に電極
を有する半導体素子を基板に実装して成る半導体装置の
製造方法及び半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which semiconductor elements having electrodes on both upper and lower surfaces are mounted on a substrate, and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、この種の半導体装置において
は、図14に示すように、金属ベース1の上面にガラス
エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁体2を設け、これの
上面に銅等の導電性金属を材料とする回路配線3を形成
して成る金属絶縁基板4を使用している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of semiconductor device, as shown in FIG. 14, an insulator 2 such as glass epoxy resin or ceramic is provided on the upper surface of a metal base 1 and a conductive material such as copper is provided on the upper surface thereof. A metal insulating substrate 4 formed with a circuit wiring 3 made of a conductive metal is used.

【0003】上記金属絶縁基板4上の回路配線3の図中
中央の電極3aには、上下の両面にそれぞれ電極5a,
5bを有する半導体素子(例えばパワーMOSFETや
IGBTといったパワー素子)5を、下面の電極5bに
よりはんだ6を用いて実装している。この半導体素子5
の上面の電極5aは1つ又は複数存するものであり、下
面の電極5bは半導体素子5の下面全部に存している。
又、電極3aには、同じく上下の両面にそれぞれ電極7
a,7bを有する半導体素子7を、下面の電極7bによ
りはんだ8を用いて実装している。
The electrode 3a at the center of the circuit wiring 3 on the metal insulating substrate 4 in FIG.
A semiconductor element 5 (for example, a power element such as a power MOSFET or IGBT) 5 having the element 5b is mounted on the lower surface of the electrode 5b by using solder 6. This semiconductor element 5
There is one or more electrodes 5a on the upper surface, and the lower electrode 5b exists on the entire lower surface of the semiconductor element 5.
The electrode 3a has electrodes 7 on the upper and lower surfaces, respectively.
A semiconductor element 7 having a and 7b is mounted using solder 8 by an electrode 7b on the lower surface.

【0004】そして、半導体素子5の上面の電極5aか
ら他の半導体素子7の上面の電極7aへは、導電性金
属、一般的にはアルミニウムを材料とするワイヤ9を用
いて接続しており、又、半導体素子5の上面の電極5
a、及び半導体素子7の上面の電極7aから、金属絶縁
基板4上の回路配線3の他の電極3b,3cへも同様の
ワイヤ10,11を用いて接続している。
A connection is made between the electrode 5a on the upper surface of the semiconductor element 5 and the electrode 7a on the upper surface of another semiconductor element 7 by using a wire 9 made of a conductive metal, generally aluminum. The electrode 5 on the upper surface of the semiconductor element 5
a and the electrodes 7a on the upper surface of the semiconductor element 7 are connected to the other electrodes 3b and 3c of the circuit wiring 3 on the metal insulating substrate 4 using the same wires 10 and 11.

【0005】更に、電極3bには外部入出力端子12を
はんだ13を用いて接合しており、この状態で、それら
を覆うように金属絶縁基板4にケース14を接着し、こ
のケース14と金属絶縁基板4との間に、絶縁性の樹脂
例えばシリコンゲル15を充填した構造となっている。
なお、金属絶縁基板4の下面には放熱フィン16を設け
ている。
Further, an external input / output terminal 12 is joined to the electrode 3b by using a solder 13. In this state, a case 14 is adhered to the metal insulating substrate 4 so as to cover them, and the case 14 and the metal It has a structure in which an insulating resin, for example, a silicon gel 15 is filled between the insulating substrate 4 and the insulating substrate 4.
Note that a heat radiation fin 16 is provided on the lower surface of the metal insulating substrate 4.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の半導体装置で
は、金属絶縁基板4の回路配線3に、半導体素子5,7
を実装する電極3a以外に、ワイヤ10,11を接続す
る電極3b,3cが必要であり、その分、金属絶縁基板
4の面積が大きく必要とされて、全体の占有面積が大き
くなっていた。
In the above-described semiconductor device, the semiconductor elements 5, 7 are provided on the circuit wiring 3 of the metal insulating substrate 4.
In addition to the electrodes 3a on which the electrodes 3a and 3b are mounted, the electrodes 3b and 3c for connecting the wires 10 and 11 are required.

【0007】又、シリコンゲル15及びケース14は、
半導体素子5,7を覆うのみならず、それらの上方に配
線したワイヤ9〜11をも覆う構造であるため、全体の
高さが大きくなっていた。加えて、この半導体装置をイ
ンバータ等の産業機器で使用する場合、それに必要な回
路配線基板(図示せず)は、外部入出力端子12を経由
してこの半導体装置と接続されるため、その回路配線基
板はケース14の上方に積載されることになり、これに
よって全体の高さが一層大きくなっていた。
The silicon gel 15 and the case 14
Since the structure covers not only the semiconductor elements 5 and 7 but also the wires 9 to 11 wired above them, the overall height is increased. In addition, when this semiconductor device is used in industrial equipment such as an inverter, a circuit wiring board (not shown) necessary for the semiconductor device is connected to the semiconductor device via the external input / output terminal 12, so that the circuit The wiring board was to be loaded above the case 14, thereby increasing the overall height.

【0008】更に、上述の半導体装置において、半導体
素子5,7がトランジスタのような場合には、コレクタ
とエミッタ間の飽和電圧が“ゼロ”ではなく、損失分と
して発生する。この損失は、通常発熱となり、使用時の
温度上昇を招いて、半導体装置の寿命、信頼性に影響を
与える。
Further, in the above-described semiconductor device, when the semiconductor elements 5 and 7 are transistors, the saturation voltage between the collector and the emitter is not "zero" but is generated as a loss. This loss usually generates heat and causes a rise in temperature during use, which affects the life and reliability of the semiconductor device.

【0009】又、そのような温度上昇に対して、シリコ
ンゲル15は熱伝導率が小さく、半導体素子5,7が発
した熱の大部分は下方の金属絶縁基板4に伝達される。
しかして、この伝達された熱は、金属絶縁基板4の下面
に設けられた放熱フィン16を通じて放熱されるが、一
方向のみの伝達であり、効率が非常に悪い。
Further, in response to such a temperature rise, the silicon gel 15 has a low thermal conductivity, and most of the heat generated by the semiconductor elements 5 and 7 is transmitted to the metal insulating substrate 4 below.
Thus, the transmitted heat is radiated through the radiation fins 16 provided on the lower surface of the metal insulating substrate 4, but is transmitted only in one direction, and the efficiency is very poor.

【0010】更に、上述のごとく使用時に温度上昇する
と、熱疲労が発生する。特に過大な負荷をかけた場合に
は、この熱疲労が大きくなるため、ワイヤ9,10,1
1のボンディング接合部9a,10a,11aで剥離を
生じ、半導体装置が故障することが考えられる。
Further, when the temperature rises during use as described above, thermal fatigue occurs. In particular, when an excessive load is applied, the thermal fatigue increases, so that the wires 9, 10, 1
It is conceivable that the semiconductor device may break down due to peeling at the first bonding junctions 9a, 10a, 11a.

【0011】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、従ってその目的は、占有面積や高さの縮小が可
能で、損失の低減もでき、更に、放熱性の向上、信頼性
の向上、並びに生産性の向上を図ることのできる半導体
装置の製造方法及び半導体装置を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and accordingly, has as its object the ability to reduce the occupied area and height, reduce loss, and further improve heat dissipation and reliability. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of improving the productivity and the productivity.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、下金属絶縁基板
の上面の電極にソルダーペーストを付着させ、そのソル
ダーペースト上に、上面の電極にはんだバンプを設けた
半導体素子を下面の電極により接するように搭載し、こ
の半導体素子のはんだバンプ上に、下面の電極にソルダ
ーペーストを付着させた上金属絶縁基板を搭載して、こ
れらを加熱し前記両ソルダーペーストを溶融させること
によって、前記半導体素子の下面の電極と下金属絶縁基
板の上面の電極、及び半導体素子の上面の電極と上金属
絶縁基板の下面の電極とを接合したことを特徴とする
(請求項1)。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises: attaching a solder paste to an electrode on an upper surface of a lower metal insulating substrate; A semiconductor element provided with solder bumps on the electrodes is mounted so as to be in contact with the lower electrode, and an upper metal insulating substrate having a solder paste adhered to the lower electrode is mounted on the solder bumps of the semiconductor element. The electrodes on the lower surface of the semiconductor element and the electrodes on the upper surface of the lower metal insulating substrate, and the electrodes on the upper surface of the semiconductor element and the electrodes on the lower surface of the upper metal insulating substrate were joined by heating and melting the two solder pastes. (Claim 1).

【0013】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体素子は、下金属絶縁基板の上面の電極、及び
上金属絶縁基板の下面の電極に、それぞれソルダーペー
スト溶融後のソルダー(はんだ)により接合されるか
ら、上下の両金属絶縁基板に、半導体素子を実装する電
極以外、従来のワイヤを接続するような電極を必要とす
ることがない。
According to such a method of manufacturing a semiconductor device, the semiconductor element is applied to the electrode on the upper surface of the lower metal insulating substrate and the electrode on the lower surface of the upper metal insulating substrate by solder (solder) after melting the solder paste. Since they are joined, there is no need for an electrode for connecting a conventional wire to the upper and lower metal insulating substrates other than the electrode for mounting the semiconductor element.

【0014】又、全体の高さについては、従来のワイヤ
まで覆うような高さを必要としない。更に、上下の両金
属絶縁基板でインバータ等を構成するについても、それ
らに半導体素子を直接的に実装でき、従来の外部入出力
端子を経由するような接続構造、並びに上の回路配線基
板をケースの上方に積載するような構造を不要ならしめ
得る。
In addition, the overall height does not need to be as high as the conventional wire. In addition, when an inverter or the like is constituted by both upper and lower metal insulating substrates, a semiconductor element can be directly mounted on them, and a conventional connection structure via external input / output terminals, and an upper circuit wiring substrate as a case. If it is unnecessary, a structure such as to be loaded above the vehicle may be unnecessary.

【0015】加えて、上述のソルダーペースト溶融後の
ソルダーによる接合面積は、従来のワイヤによるボンデ
ィング接合面積よりも大きく、その分、接合部分のイン
ピーダンスを小さくできて、半導体装置としての損失を
低減できる。又、半導体素子の発した熱は、下金属絶縁
基板に伝達されると共に、上金属絶縁基板にも伝達され
るもので、その両方により放熱できる。そして、その放
熱が良好にできることにより、熱疲労を小さくでき、接
合部分の剥離等を生じることがないようにし得る。
In addition, the bonding area of the solder after the above-mentioned solder paste is melted is larger than the bonding area of a conventional wire, and accordingly, the impedance of the bonding portion can be reduced and the loss as a semiconductor device can be reduced. . Further, the heat generated by the semiconductor element is transmitted to the lower metal insulating substrate and also to the upper metal insulating substrate, and can be radiated by both. And, since the heat can be radiated well, thermal fatigue can be reduced, and peeling of the joint portion can be prevented.

【0016】更に、半導体素子の下面の電極と下金属絶
縁基板の上面の電極とを接合すると同時に、半導体素子
の上面の電極(はんだバンプ)と上金属絶縁基板の下面
の電極とを接合することができるので、それらに別々の
工程を要さず、かくして生産性を向上させることができ
る。
In addition, the electrode on the lower surface of the semiconductor element is joined to the electrode on the upper surface of the lower metal insulating substrate, and the electrode on the upper surface (solder bump) of the semiconductor element is joined to the electrode on the lower surface of the upper metal insulating substrate. Can be performed without the need for separate steps, and thus the productivity can be improved.

【0017】この場合、両ソルダーペーストの加熱溶融
は、下金属絶縁基板及び上金属絶縁基板の各金属ベース
に接触した熱板からの熱伝導によって行うようにしても
良い(請求項2)。又、下金属絶縁基板及び上金属絶縁
基板の少なくともいずれか一方に代えて、上下の両面に
電極を有する両面基板を用い、これの外側の面の電極に
他の電子部品を実装すると良い(請求項3)。
In this case, the heating and melting of both solder pastes may be performed by heat conduction from a hot plate in contact with each metal base of the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate. Further, it is preferable to use a double-sided substrate having electrodes on both upper and lower surfaces instead of at least one of the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate, and mount other electronic components on the electrodes on the outer surface thereof. Item 3).

【0018】本発明の半導体装置は、上面に電極を有す
る下金属絶縁基板と、上下の両面に電極を有し、その下
面の電極を前記下金属絶縁基板の上面の電極にはんだ又
は導電性接着剤により接合させて実装された半導体素子
と、この半導体素子の上面の電極の上に配置された導電
体と、上下の両面に電極を有し、その下面の電極を、前
記導電体を介して前記半導体素子の上面の電極に圧接さ
せた上金属絶縁基板と、この上金属絶縁基板と前記下金
属絶縁基板との間に充填されたシリコンゲルとを具備し
て成ることを特徴とする(請求項7)。
The semiconductor device of the present invention has a lower metal insulating substrate having electrodes on the upper surface, and electrodes on the upper and lower surfaces, and the electrodes on the lower surface are soldered or conductively bonded to the electrodes on the upper surface of the lower metal insulating substrate. A semiconductor element mounted by bonding with an agent, a conductor disposed on an electrode on the upper surface of the semiconductor element, and electrodes on both upper and lower surfaces, and an electrode on the lower surface is formed via the conductor. An upper metal insulating substrate pressed against an electrode on an upper surface of the semiconductor element, and a silicon gel filled between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate. Item 7).

【0019】このような半導体装置によれば、上述の半
導体装置の製造方法により製造した半導体装置と同様の
作用効果が得られるほかに、特に、半導体素子の上面の
電極と上金属絶縁基板の下面の電極との接合構造が、導
電体を介してそれらを圧接させただけであるため、金属
組織的な接合がなく、熱疲労を更に小さくできて、接合
部分の破損等を一層生じないようにし得る。この場合、
半導体素子の下面の電極も、下金属絶縁基板の上面の電
極にはんだ又は導電性接着剤により接合させるのに代え
て、下金属絶縁基板の上面の電極に圧接により接合させ
るようにしても良い(請求項8)。
According to such a semiconductor device, the same operation and effect as those of the semiconductor device manufactured by the above-described semiconductor device manufacturing method can be obtained, and in particular, the electrode on the upper surface of the semiconductor element and the lower surface of the upper metal insulating substrate can be obtained. Since the joint structure with the electrode is merely press-contacted through a conductor, there is no metallographic joint, thermal fatigue can be further reduced, and breakage of the joint portion does not occur further. obtain. in this case,
The electrodes on the lower surface of the semiconductor element may also be joined to the electrodes on the upper surface of the lower metal insulating substrate by pressure contact instead of being joined to the electrodes on the upper surface of the lower metal insulating substrate by soldering or a conductive adhesive ( Claim 8).

【0020】又、上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、絶縁性
ガスを封入しても良く(請求項10)、半導体素子を囲
繞する凹部を有すると共に導電体を囲繞する孔を有する
絶縁性プレートを配設しても良いもので(請求項1
1)、更に、半導体素子を囲繞する位置に凹部を有する
第1の絶縁性シートと、導電体を囲繞する孔を有する第
2の絶縁性シートとを配設しても良く(請求項12)、
モールド樹脂を充填しても良い(請求項13)。そし
て、それらシリコンゲル又はモールド樹脂は、半導体素
子を個別に封止するように設け、その各封止部分間には
空間をあけると良い(請求項14)。
In addition, instead of filling silicon gel between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate, an insulating gas may be filled (claim 10) to surround the semiconductor element. An insulating plate having a concave portion and a hole surrounding the conductor may be provided.
1) Further, a first insulating sheet having a recess at a position surrounding the semiconductor element and a second insulating sheet having a hole surrounding the conductor may be provided (claim 12). ,
A mold resin may be filled (claim 13). The silicon gel or the mold resin is preferably provided so as to individually seal the semiconductor elements, and a space is preferably provided between the respective sealing portions.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施例につ
き、図1及び図2を参照して説明する。まず図1には、
半導体装置の全体構成を示しており、これの下金属絶縁
基板21は、金属ベース22と、これの上面に設けたガ
ラスエポキシ樹脂やセラミック等の絶縁体23、及びこ
の絶縁体23の上面に形成した銅等の導電性金属を材料
とする回路配線24から成っており、回路配線24は電
極24a,24b,24cを有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, in FIG.
1 shows an overall configuration of a semiconductor device, in which a lower metal insulating substrate 21 is formed on a metal base 22, an insulator 23 provided on the upper surface thereof, such as glass epoxy resin or ceramic, and an upper surface of the insulator 23. And a circuit wiring 24 made of a conductive metal such as copper, and the circuit wiring 24 has electrodes 24a, 24b and 24c.

【0022】このような下金属絶縁基板21に対し、電
極24a,24b,24cにはそれぞれソルダーペース
ト25,26,27,28,29,30を付着させる。
このソルダーペースト25〜30の付着は、例えば印刷
により行っており、そのほか、塗布、点滴、浸漬等の方
法により行うようにしても良い。
The solder pastes 25, 26, 27, 28, 29, and 30 are applied to the electrodes 24a, 24b, and 24c, respectively, on the lower metal insulating substrate 21.
The attachment of the solder pastes 25 to 30 is performed by, for example, printing, and may be performed by a method such as application, drip, or dipping.

【0023】次いで、電極24a上のソルダーペースト
25には、上面に半導体素子31を搭載する。この半導
体素子31は、例えばパワーMOSFETやIGBTと
いったパワー素子であり、上下の両面にそれぞれ電極3
1a,31bを有している。このうち、上面の電極31
aは例えば1つ又は複数(この場合、複数)存し、下面
の電極31bは例えば半導体素子31の下面全部に存し
ている。このような半導体素子31の上面の電極31a
の上には、はんだダンプ32を設けており、前記ソルダ
ーペースト25の上面には、このはんだダンプ32を設
けた半導体素子31を、下面の電極31bにより接する
ように搭載する。
Next, the semiconductor element 31 is mounted on the upper surface of the solder paste 25 on the electrode 24a. The semiconductor element 31 is, for example, a power element such as a power MOSFET or an IGBT.
1a and 31b. Among them, the electrode 31 on the upper surface
a is present, for example, one or more (in this case, plural), and the electrode 31 b on the lower surface is present on the entire lower surface of the semiconductor element 31, for example. The electrode 31a on the upper surface of such a semiconductor element 31
On the solder paste 25, the semiconductor element 31 provided with the solder dump 32 is mounted so as to be in contact with the lower electrode 31b.

【0024】又、同じく電極24a上のソルダーペース
ト26には、上面に半導体素子33を搭載し、電極24
b上のソルダーペースト27には、上面に半導体素子3
4を搭載する。これらの半導体素子33,34は、上述
の半導体素子31と同一又は同様のものであり、その各
上面の電極33a,34aの上には、はんだダンプ3
5,36を設けていて、前記ソルダーペースト26,2
7の各上面には、このはんだダンプ35,36を設けた
半導体素子33,34を、それぞれ下面の電極33b,
34bにより接するように搭載する。
Also, a semiconductor element 33 is mounted on the upper surface of the solder paste 26 on the electrode 24a.
b, the solder paste 27 has a semiconductor element 3
4 is mounted. These semiconductor elements 33 and 34 are the same as or similar to the above-described semiconductor element 31, and a solder dump 3 is provided on the electrodes 33a and 34a on the respective upper surfaces thereof.
5 and 36, and the solder pastes 26 and 2 are provided.
7, the semiconductor elements 33 and 34 provided with the solder dumps 35 and 36 are respectively connected to the lower electrodes 33b and 33b.
34b.

【0025】このほか、電極24b上のソルダーペース
ト28には、上面に導通スペーサ37を搭載し、同じく
電極24b上のソルダーペースト29と電極24c上の
ソルダーペースト30には、上面にIC38を搭載す
る。又、下金属絶縁基板21の周縁部上には、上述の各
搭載部品を覆うケース39を載置する。
In addition, a conductive spacer 37 is mounted on the upper surface of the solder paste 28 on the electrode 24b, and an IC 38 is mounted on the upper surface of the solder paste 29 on the electrode 24b and the solder paste 30 on the electrode 24c. . On the peripheral edge of the lower metal insulating substrate 21, a case 39 that covers the above-described mounting components is placed.

【0026】そして、上記半導体素子31,33,34
の各はんだバンプ32,35,36と導通スペーサ37
の上には、上金属絶縁基板40を搭載する。この上金属
絶縁基板40は、前記下金属絶縁基板21と同様で、上
下を反転させたものであり、従って、金属ベース41
と、これの下面に設けたガラスエポキシ樹脂やセラミッ
ク等の絶縁体42、及びこの絶縁体41の下面に形成し
た銅等の導電性金属を材料とする回路配線43から成っ
ており、回路配線43は電極43a,43b,43c,
43d,43eを有している。
The semiconductor elements 31, 33, 34
Solder bumps 32, 35, 36 and conductive spacer 37
The upper metal insulating substrate 40 is mounted on the substrate. The upper metal insulating substrate 40 is the same as the lower metal insulating substrate 21 and is turned upside down.
And an insulator 42 provided on the lower surface of the insulator 41 such as glass epoxy resin or ceramic, and a circuit wiring 43 formed of a conductive metal such as copper formed on the lower surface of the insulator 41. Are the electrodes 43a, 43b, 43c,
43d and 43e.

【0027】又、このような上金属絶縁基板21の各電
極43a〜43eには、それぞれソルダーペースト4
4,45,46,47,48,49,50,51を付着
させている。このソルダーペースト44〜51の付着
は、前述のソルダーペースト25〜30と同様の方法で
行っている。更に、そのうちの電極43d下のソルダー
ペースト50と電極43e下のソルダーペースト51に
は、下面にチップ部品52を搭載し、その上で、それら
のソルダーペースト50,51を加熱溶融させることに
より、チップ部品52を電極43d,43eに接合させ
て実装している。
The electrodes 43a to 43e of the upper metal insulating substrate 21 are respectively provided with solder paste 4
4, 45, 46, 47, 48, 49, 50 and 51 are adhered. The solder pastes 44 to 51 are attached by the same method as the solder pastes 25 to 30 described above. Further, a chip component 52 is mounted on the lower surface of the solder paste 50 under the electrode 43d and the solder paste 51 under the electrode 43e, and the solder paste 50, 51 is heated and melted. The component 52 is mounted by being joined to the electrodes 43d and 43e.

【0028】なお、上記ソルダーペースト44〜51の
付着と、チップ部品52の実装は、上金属絶縁基板40
の各電極43a〜43eを上にした状態で行っている。
又、ソルダーペースト25〜30とソルダーペースト4
4〜51には、はんだバンプ32〜36よりも融点の低
いものを使用している。
The attachment of the solder pastes 44 to 51 and the mounting of the chip component 52 are performed by the upper metal insulating substrate 40.
Are performed with the respective electrodes 43a to 43e facing upward.
Also, solder paste 25-30 and solder paste 4
For 4 to 51, those having a lower melting point than the solder bumps 32 to 36 are used.

【0029】このソルダーペースト44〜51を付着さ
せ、チップ部品52を実装した上金属絶縁基板40を、
上下に反転させて、前記半導体素子31,33,34の
各はんだバンプ32,35,36と導通スペーサ37の
上に、ソルダーペースト44〜49を介して搭載する。
The upper metal insulating substrate 40 on which the solder pastes 44 to 51 are attached and the chip components 52 are mounted is
The semiconductor chips 31, 33, 34 are mounted upside down on the solder bumps 32, 35, 36 and the conductive spacers 37 via solder pastes 44 to 49.

【0030】この後、リフロー炉等の加熱炉を用いて、
ソルダーペースト25〜30,44〜51の融点からか
らはんだバンプ32〜36の融点までの範囲の温度で、
全体を加熱することにより、ソルダーペースト25〜3
0,44〜49を溶融させ、かくして、半導体素子3
1,33,34の各下面の電極31b,33b,34
b、導通スペーサ37の下端、及びIC38と、下金属
絶縁基板21の上面の電極24a〜24cとを接合する
と同時に、半導体素子31,33,34の各上面の電極
31a,33a,34a(はんだバンプ32,35,3
6)、及び導通スペーサ37の上端と、上金属絶縁基板
40の下面の電極43a〜43dとを接合する。そして
その後、下金属絶縁基板21とケース39及び上金属絶
縁基板40の内方には、絶縁性の合成樹脂、例えばシリ
コンゲル53を充填して、硬化させる。
Then, using a heating furnace such as a reflow furnace,
At a temperature ranging from the melting point of the solder pastes 25 to 30, 44 to 51 to the melting point of the solder bumps 32 to 36,
By heating the whole, solder paste 25-3
0,44 to 49, and thus the semiconductor element 3
Electrodes 31b, 33b, 34 on the lower surfaces of 1, 33, 34
b, the lower end of the conductive spacer 37 and the IC 38 are joined to the electrodes 24a to 24c on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21, and at the same time, the electrodes 31a, 33a, and 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, and 34 (solder bumps). 32, 35, 3
6) The upper end of the conductive spacer 37 is joined to the electrodes 43a to 43d on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40. Thereafter, the inside of the lower metal insulating substrate 21, the case 39, and the upper metal insulating substrate 40 are filled with an insulating synthetic resin, for example, a silicon gel 53, and cured.

【0031】このようにして製造した半導体装置におい
ては、半導体素子31,33,34は、下金属絶縁基板
21の上面の電極24a,24b、及び上金属絶縁基板
40の下面の電極43a〜43dに、それぞれソルダー
ペースト25〜27、44〜48溶融後のソルダー(は
んだ)により接合されるから、下・上の両金属絶縁基板
21,40に、半導体素子31,33,34を実装する
電極24a,24b、43a〜43d以外、従来のワイ
ヤ9〜11を接続するような電極を必要とすることがな
い。よって、その分、下金属絶縁基板21及び上金属絶
縁基板40の面積を小さく済ませることができ、全体の
占有面積の縮小化を達成できる。
In the semiconductor device manufactured as described above, the semiconductor elements 31, 33 and 34 are connected to the electrodes 24a and 24b on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21 and the electrodes 43a to 43d on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40. The electrodes 24a, on which the semiconductor elements 31, 33, 34 are mounted on the lower and upper metal insulating substrates 21, 40, respectively, are joined by the solder (solder) after melting the solder pastes 25-27, 44-48. Except for 24b and 43a to 43d, there is no need for an electrode for connecting conventional wires 9 to 11. Therefore, the areas of the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 40 can be reduced accordingly, and the overall occupied area can be reduced.

【0032】又、全体の高さについては、従来のワイヤ
9〜11まで覆うような高さを必要としない。更に、下
・上の両金属絶縁基板21,40でインバータ等を構成
するについても、それらに半導体素子31,33,34
を直接的に実装でき、従来の外部入出力端子12を経由
するような接続構造、並びに上の回路配線基板をケース
14の上方に積載するような構造を不要ならしめ得るか
ら、全体の高さの縮小化も所望に達成できる。
In addition, the entire height does not need to be high enough to cover the conventional wires 9 to 11. Further, when the lower and upper metal insulating substrates 21 and 40 constitute an inverter and the like, the semiconductor elements 31, 33 and 34
Can be directly mounted, and a conventional connection structure via the external input / output terminal 12 and a structure in which the upper circuit wiring board is stacked above the case 14 can be omitted. Can be reduced as desired.

【0033】下記の表1は、従来のワイヤボンディング
接合によるトランジスタモジュールと制御基板とを組合
わせたインバータ回路と、本発明の構成によるインバー
タ回路との大きさの比較を表したものである。
Table 1 below shows a comparison between the size of a conventional inverter circuit combining a transistor module and a control board formed by wire bonding and the size of an inverter circuit according to the present invention.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】この表1から明らかなように、本発明の構
成によるインバータ回路では、従来のワイヤボンディン
グ接合によるトランジスタと制御基板とを組合わせたイ
ンバータ回路に対して、底面積が約1/2、高さも約1
/2、そして体積は約1/4になっており、充分に小形
化できることが分かる。
As is apparent from Table 1, the inverter circuit according to the present invention has a base area of about 1 / compared to the conventional inverter circuit in which a transistor formed by wire bonding and a control substrate are combined. About 1 height
/ 2, and the volume is about 1/4, which indicates that the size can be sufficiently reduced.

【0036】一方、ソルダーペースト25〜27、44
〜48溶融後のソルダーによる接合面積は、従来のワイ
ヤ9〜11によるボンディング接合面積よりも大きく、
その分、接合部分のインピーダンスを小さくでき、半導
体装置としての損失を低減できる。
On the other hand, solder pastes 25 to 27, 44
The bonding area by the solder after melting of ~ 48 is larger than the bonding area by the conventional wires 9 to 11,
To that extent, the impedance at the junction can be reduced, and the loss as a semiconductor device can be reduced.

【0037】図2は、同一ロットの半導体素子で、従来
のワイヤボンディング接合による半導体装置と、本発明
の構成による半導体装置との、それぞれコレクタ・エミ
ッタ間の飽和電圧及び順電圧の比較を表したものであ
る。このコレクタ・エミッタ間の飽和電圧及び順電圧
は、その値が大きいほど損失が大きい。この図2から明
らかなように、コレクタ・エミッタ間の飽和電圧及び順
電圧ともに、本発明の構成による半導体装置の方が小さ
くなっており、損失を低減していることが分かる。更
に、半導体素子31,33,34の発した熱は、下金属
絶縁基板21に伝達されると共に、上金属絶縁基板40
にも伝達されるもので、その両方により放熱できる。
FIG. 2 shows a comparison of the saturation voltage and the forward voltage between the collector and the emitter of a semiconductor device of the same lot and a semiconductor device of the present invention, which is a semiconductor device of the same lot. Things. The greater the value of the saturation voltage and the forward voltage between the collector and the emitter, the greater the loss. As is apparent from FIG. 2, both the saturation voltage and the forward voltage between the collector and the emitter are smaller in the semiconductor device according to the configuration of the present invention, and the loss is reduced. Further, the heat generated by the semiconductor elements 31, 33 and 34 is transmitted to the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 40
Heat can be dissipated by both.

【0038】下記の表2は、同一ロットの半導体素子
で、従来のワイヤボンディング接合による半導体装置
と、本発明の構成による半導体装置とで、定格電流の1
20[%]の負荷電流を2秒間加え、18秒間停止させ
ることを繰返し行なったときに、半導体素子32,3
3,34を実装した下金属絶縁基板21に負荷電流を加
えたときの温度上昇を測定した結果を示している。
Table 2 below shows that the rated current of the semiconductor device of the same lot is 1 for the semiconductor device according to the conventional wire bonding and the semiconductor device according to the present invention.
When a load current of 20% is applied for 2 seconds and stopped for 18 seconds, the semiconductor elements 32, 3
The figure shows the results of measuring the temperature rise when a load current is applied to the lower metal insulating substrate 21 on which the substrates 3 and 34 are mounted.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】この表2から明らかなように、従来のワイ
ヤボンディング接合による半導体装置では約8[℃]の
温度上昇があったのに対して、本発明の構成による半導
体装置では、前述のごとく上金属絶縁基板40にも熱が
伝達されるため、約4[℃]の温度上昇しかなく、放熱
性に優れていることが分かる。
As is clear from Table 2, the temperature rise of about 8 [° C.] was caused in the conventional semiconductor device using the wire bonding, whereas the semiconductor device according to the present invention was increased in temperature as described above. Since heat is also transmitted to the metal insulating substrate 40, there is only a temperature rise of about 4 [° C.], and it can be seen that heat dissipation is excellent.

【0041】そして、このように放熱が良好にできるこ
とにより、熱疲労を小さくでき、接合部分の剥離等を生
じることがないようにし得る。
The good heat dissipation makes it possible to reduce the thermal fatigue and prevent the joint from peeling off.

【0042】下記の表3は、従来のワイヤボンディング
接合による半導体装置と、本発明の構成による半導体装
置とで、上述同様に定格電流の120[%]の負荷電流
を2秒間加え、18秒間停止させることを繰返し行なっ
たときの、故障するまでのサイクル数を示したものであ
る。
Table 3 below shows that a load current of 120 [%] of the rated current is applied for 2 seconds and stopped for 18 seconds between the conventional semiconductor device by wire bonding and the semiconductor device according to the present invention as described above. It shows the number of cycles until a failure occurs when the operation is repeatedly performed.

【0043】[0043]

【表3】 [Table 3]

【0044】この表3から明らかなように、従来のワイ
ヤボンディング接合による半導体装置では約4000回
で故障したのに対して、本発明の構成による半導体装置
では約8000回まで持っており、信頼性の高いことが
確認された。
As is apparent from Table 3, the semiconductor device according to the present invention has a failure of about 4,000 times, while the semiconductor device according to the configuration of the present invention has a failure of about 8,000 times, whereas the conventional semiconductor device by the wire bonding bonding has a failure of about 8,000 times. Was confirmed to be high.

【0045】加えて、上述の製造方法によれば、半導体
素子31,33,34の各下面の電極31b,33b,
34bと、下金属絶縁基板21の上面の電極24a〜2
4cとを接合すると同時に、半導体素子31,33,3
4の各上面の電極31a,33a,34a(はんだバン
プ32,35,36)と、上金属絶縁基板40の下面の
電極43a〜43dとを接合することができるので、そ
れらに別々の工程を要さず、かくして生産性を向上させ
ることができる。
In addition, according to the above-described manufacturing method, the electrodes 31b, 33b,
34b and the electrodes 24a-2 on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21.
4c and the semiconductor elements 31, 33, 3
4, the electrodes 31a, 33a, 34a (solder bumps 32, 35, 36) on the upper surface and the electrodes 43a to 43d on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40 can be joined. Instead, productivity can be improved.

【0046】以上に対して、図3ないし図13は本発明
の第2ないし第12実施例を示すもので、それぞれ、第
1実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省
略し、異なる部分についてのみ述べる。
3 to 13 show the second to twelfth embodiments of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will be made. Omitted, and only different parts will be described.

【0047】[第2実施例]図3に示す第2実施例にお
いては、前述の加熱炉に代えて、ヒータ61を内設した
下熱板62と、ヒータ63を内設した下熱板64とを用
いており、ソルダーペースト25〜30,44〜49の
加熱溶融時に、その下熱板62を下金属絶縁基板21の
金属ベース22に接触させ、上熱板64を上金属絶縁基
板40の金属ベース41に接触させる。
[Second Embodiment] In the second embodiment shown in FIG. 3, a lower heating plate 62 having a heater 61 provided therein and a lower heating plate 64 having a heater 63 provided therein are provided in place of the above-mentioned heating furnace. When the solder pastes 25 to 30, 44 to 49 are heated and melted, the lower hot plate 62 is brought into contact with the metal base 22 of the lower metal insulating substrate 21 and the upper hot plate 64 is It is brought into contact with the metal base 41.

【0048】そして、その状態で、ヒータ61,63に
通電する。すると、それらのヒータ61,63から発せ
られる熱が、下熱板62から下金属絶縁基板21を通じ
てソルダーペースト25〜30に伝導すると共に、上熱
板64から上金属絶縁基板40を通じてソルダーペース
ト44〜49に伝導する。
Then, in this state, the heaters 61 and 63 are energized. Then, the heat generated from the heaters 61 and 63 is transmitted from the lower heating plate 62 to the solder pastes 25 to 30 through the lower metal insulating substrate 21 and from the upper heating plate 64 to the solder pastes 44 to 30 through the upper metal insulating substrate 40. Conduction to 49.

【0049】これらの熱伝導により、ソルダーペースト
25〜30,44〜49を溶融させるものであり、かく
して、半導体素子31,33,34の各下面の電極31
b,33b,34b、導通スペーサ37の下端、及びI
C38と、下金属絶縁基板21の上面の電極24a〜2
4cとを接合すると同時に、半導体素子31,33,3
4の各上面の電極31a,33a,34a(はんだバン
プ32,35,36)、及び導通スペーサ37の上端
と、上金属絶縁基板40の下面の電極43a〜43dと
を接合する。この場合、ソルダーペースト25〜30,
44〜49には、はんだバンプ32〜36よりも融点の
高いもの、あるいは同じものを使用する。
By these heat conductions, the solder pastes 25 to 30, 44 to 49 are melted, and thus the electrodes 31 on the lower surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34 are formed.
b, 33b, 34b, the lower end of the conductive spacer 37, and I
C38 and the electrodes 24 a to 2 on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21.
4c and the semiconductor elements 31, 33, 3
4, the upper electrodes 31a, 33a, 34a (solder bumps 32, 35, 36) and the upper end of the conductive spacer 37 are joined to the electrodes 43a to 43d on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40. In this case, solder paste 25-30,
For 44 to 49, those having a higher melting point than the solder bumps 32 to 36 or the same ones are used.

【0050】この方法によれば、熱伝導による加熱であ
るため、ソルダーペースト25〜30,44〜49に、
はんだバンプ32〜36よりも融点の高いもの、あるい
は同じものを使用でき、例えばSn−Ag系はんだのよ
うな導電率の高いはんだを使用することが可能となるも
のであり、それによって、半導体素子31,33,34
の上金属絶縁基板40との接合部のインピーダンスを更
に小さくでき、半導体装置としての損失を一層低減する
ことができる。
According to this method, since the heating is performed by heat conduction, the solder pastes 25 to 30, 44 to 49 are
A solder having a higher melting point than the solder bumps 32 to 36 or the same can be used. For example, a solder having a high conductivity such as a Sn-Ag solder can be used. 31, 33, 34
The impedance at the junction with the upper metal insulating substrate 40 can be further reduced, and the loss as a semiconductor device can be further reduced.

【0051】[第3実施例]図4に示す第3実施例にお
いては、上金属絶縁基板40に代えて、上両面金属絶縁
基板71を用いている。この上両面金属絶縁基板71
は、金属ベース72の上下両面に絶縁体73,74を設
けて、更にその上下両面に回路配線75,76を設けて
成るもので、回路配線75は電極75a〜75fを有
し、回路配線76は電極76a〜76fを有している。
[Third Embodiment] In a third embodiment shown in FIG. 4, an upper metal insulating substrate 71 is used in place of the upper metal insulating substrate 40. The upper two-sided metal insulating substrate 71
Is formed by providing insulators 73, 74 on both upper and lower surfaces of a metal base 72, and further providing circuit wirings 75, 76 on the upper and lower surfaces thereof. The circuit wiring 75 has electrodes 75a to 75f, Has electrodes 76a to 76f.

【0052】このような上両面金属絶縁基板71の各電
極75a〜75f、76a〜76fには、それぞれソル
ダーペースト77〜86、87〜96を付着させてい
る。又、そのうちの下面のソルダーペースト93,94
にはチップ部品97を下面に搭載し、ソルダーペースト
95,96にはチップ部品98を同じく下面に搭載して
おり、その上で、それらのソルダーペースト93〜96
を加熱溶融させることにより、チップ部品97,98を
電極76d〜76fに接合させて実装している。
The solder pastes 77 to 86 and 87 to 96 are applied to the electrodes 75a to 75f and 76a to 76f of the upper double-sided metal insulating substrate 71, respectively. Also, the solder pastes 93 and 94 on the lower surface of them
The chip component 97 is mounted on the lower surface, and the chip component 98 is also mounted on the lower surface of the solder pastes 95 and 96, and the solder pastes 93 to 96 are further mounted thereon.
Are heated and melted to join the chip components 97 and 98 to the electrodes 76d to 76f.

【0053】更に、この場合の外側の面である上面のソ
ルダーペースト77,78にはチップ部品99を上面に
搭載し、ソルダーペースト79,80にはチップ部品1
00を、ソルダーペースト81,82にはIC101
を、ソルダーペースト83,84にはチップ部品102
を、ソルダーペースト85,86にはチップ部品103
を、それぞれ同じく上面に搭載している。なお、この場
合、ソルダーペースト77〜96には、半導体素子3
1,33,34上のはんだバンプ32〜36よりも融点
の低いものを使用している。
Further, the chip component 99 is mounted on the upper surface of the solder paste 77, 78 which is the outer surface in this case, and the chip component 1 is mounted on the solder paste 79, 80.
00 and the solder pastes 81 and 82 have the IC 101
And the chip parts 102 are added to the solder pastes 83 and 84.
And the solder paste 85 and 86 have chip components 103.
Are also mounted on the upper surface, respectively. In this case, the semiconductor elements 3 are added to the solder pastes 77 to 96.
Those having a lower melting point than the solder bumps 32 to 36 on 1, 33 and 34 are used.

【0054】このソルダーペースト77〜96を付着さ
せ、チップ部品97,98を実装すると共に、チップ部
品99,100,102,103及びIC101を搭載
した上両面金属絶縁基板71を、下金属基板21上の半
導体素子31,33,34の各はんだバンプ32,3
5,36と導通スペーサ37の上に、ソルダーペースト
87〜92を介して搭載する。
The solder pastes 77 to 96 are adhered, the chip components 97 and 98 are mounted, and the upper and lower metal insulating substrate 71 on which the chip components 99, 100, 102 and 103 and the IC 101 are mounted is placed on the lower metal substrate 21. Solder bumps 32, 3 of the semiconductor elements 31, 33, 34
5 and 36 and the conductive spacer 37 are mounted via solder pastes 87 to 92.

【0055】この後、リフロー炉等の加熱炉を用いて、
ソルダーペースト25〜30,77〜96の融点からか
らはんだバンプ32〜36の融点までの範囲の温度で、
全体を加熱することにより、ソルダーペースト25〜3
0,77〜92を溶融させ、かくして、半導体素子3
1,33,34の各下面の電極31b,33b,34
b、導通スペーサ37の下端、及びIC38と、下金属
絶縁基板21の上面の電極24a〜24cとを接合する
と同時に、半導体素子31,33,34の各上面の電極
31a,33a,34a(はんだバンプ32,35,3
6)、及び導通スペーサ37の上端と、上両面金属絶縁
基板71の下面の電極76a〜76dとを接合し、更に
同時に、チップ部品99,100,102,103及び
IC101を電極75a〜75fに接合する。
Thereafter, using a heating furnace such as a reflow furnace,
At a temperature ranging from the melting point of the solder paste 25 to 30, 77 to 96 to the melting point of the solder bumps 32 to 36,
By heating the whole, solder paste 25-3
0,77-92 and thus the semiconductor element 3
Electrodes 31b, 33b, 34 on the lower surfaces of 1, 33, 34
b, the lower end of the conductive spacer 37 and the IC 38 are joined to the electrodes 24a to 24c on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21, and at the same time, the electrodes 31a, 33a, and 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, and 34 (solder bumps). 32, 35, 3
6) and joining the upper ends of the conductive spacers 37 and the electrodes 76a to 76d on the lower surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71, and at the same time, joining the chip components 99, 100, 102, 103 and the IC 101 to the electrodes 75a to 75f. I do.

【0056】この方法によれば、第1実施例のものより
更に多くの電子部品を実装するのに、それを第1実施例
と同じ占有面積の、小形のもので実現できる。なお、こ
の場合、上両面金属絶縁基板71は、ガラスエポキシ樹
脂基板など、合成樹脂をベースとするものに変えても良
い。このものでも、放熱性は劣るものの、小形化や損失
の低減については、第1実施例同様の効果を得ることが
できる。
According to this method, to mount more electronic components than in the first embodiment, it is possible to realize the electronic components with a small size having the same occupation area as in the first embodiment. In this case, the upper double-sided metal insulating substrate 71 may be changed to a substrate based on a synthetic resin such as a glass epoxy resin substrate. Even in this case, although the heat radiation property is inferior, the same effect as in the first embodiment can be obtained with respect to miniaturization and reduction of loss.

【0057】又、上両面金属絶縁基板71は、上金属絶
縁基板40に代えてではなく、下金属絶縁基板21に代
えて用いても良く、この場合には、上金属絶縁基板40
の下側の面が外側の面となり、チップ部品99,10
0,102,103及びIC101といった他の電子部
品は、その上金属絶縁基板40の下側の面の電極に実装
する。更に、上両面金属絶縁基板71は、上金属絶縁基
板40及び下金属絶縁基板21の双方に代えて用いても
良い。加えて、この場合、ソルダーペースト25〜3
0,77〜92の加熱溶融は、第2実施例の両熱板6
2,64からの熱伝導によって行うようにしても良い。
The upper double-sided metal insulating substrate 71 may be used instead of the lower metal insulating substrate 21 instead of the upper metal insulating substrate 40. In this case, the upper metal insulating substrate 40
Of the chip components 99, 10
Other electronic components such as 0, 102, 103 and IC 101 are mounted on the electrodes on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40. Further, the upper double-sided metal insulating substrate 71 may be used in place of both the upper metal insulating substrate 40 and the lower metal insulating substrate 21. In addition, in this case, solder paste 25-3
The heating and melting of 0.77 to 92 are performed by using both hot plates 6 of the second embodiment.
Alternatively, the heat transfer may be performed by heat conduction from the second and the second heat exchangers.

【0058】[第4実施例]図5に示す第4実施例にお
いては、下・上の両金属絶縁基板21,40の各隅部に
位置決め用の孔111,112を形成して、位置決め用
治具113の同じく隅部に設けたピン114に、下金属
絶縁基板21の孔111、スペーサ115、上金属絶縁
基板40の孔112の順に嵌合することにより、下・上
の両金属絶縁基板21,40の位置決めをし、この状態
で、ソルダーペースト25〜30,44〜49を溶融さ
せる加熱を行う。
[Fourth Embodiment] In a fourth embodiment shown in FIG. 5, positioning holes 111 and 112 are formed at each corner of the lower and upper metal insulating substrates 21 and 40, and the positioning holes 111 and 112 are formed. By fitting the holes 111 of the lower metal insulating substrate 21, the spacers 115, and the holes 112 of the upper metal insulating substrate 40 into the pins 114 provided at the same corners of the jig 113 in this order, the lower and upper metal insulating substrates Positioning of 21 and 40 is performed, and in this state, heating for melting the solder pastes 25 to 30 and 44 to 49 is performed.

【0059】これによって、半導体素子31,33,3
4の各上面の電極31a,33a,34a(はんだバン
プ32,35,36)、及び導通スペーサ37の上端
と、上金属絶縁基板40の下面の電極43a〜43dと
を位置精度良く接合できて、組立ての精度を向上させる
ことができる。
As a result, the semiconductor elements 31, 33, 3
4, the upper ends of the electrodes 31a, 33a, 34a (solder bumps 32, 35, 36) and the conductive spacers 37 and the electrodes 43a to 43d on the lower surface of the upper metal insulating substrate 40 can be joined with high positional accuracy. The accuracy of assembly can be improved.

【0060】又、この場合、スペーサ115は下・上の
両金属絶縁基板21,40間に位置されるもので、この
スペーサ115の高さを変えることにより、下・上の両
金属絶縁基板21,40の間の寸法の調整ができる。こ
れにより、半導体装置の全体の高さを使用機器の寸法に
応じたものに調整できると共に、半導体装置の特性に要
求されるインピーダンスを持った寸法のはんだバンプ及
びソルダーペーストの選択が可能となり、信頼性の一層
の向上を達成することができる。
In this case, the spacer 115 is located between the lower and upper metal insulating substrates 21 and 40. By changing the height of the spacer 115, the lower and upper metal insulating substrates 21 and 40 are arranged. , 40 can be adjusted. This makes it possible to adjust the overall height of the semiconductor device according to the dimensions of the equipment used, and to select solder bumps and solder pastes with dimensions required for the characteristics of the semiconductor device, and to improve reliability. Properties can be further improved.

【0061】なお、この場合も、ソルダーペースト25
〜30,44〜49の加熱溶融は、リフロー炉等の加熱
炉、並びに第2実施例の両熱板62,64からの熱伝導
のいずれで行うようにしても良い。又、下・上の両金属
絶縁基板21,40は、その少なくとも一方を両面基板
に変えて実施するようにしても良い。
In this case, too, the solder paste 25
The heating and melting of 30, 444949 may be performed in any of a heating furnace such as a reflow furnace and heat conduction from both heating plates 62 and 64 of the second embodiment. In addition, at least one of the lower and upper metal insulating substrates 21 and 40 may be replaced with a double-sided substrate.

【0062】[第5実施例]図6に示す第5実施例にお
いては、半導体素子31,33,34の各はんだバンプ
32,35,36の形成について、加熱による寸法変化
の比較的少ないカーボンやセラミック等の材料で作製し
た下型治具121の各凹部122に、半導体素子31,
33,34(半導体素子31で代表して示す)を配置
し、この半導体素子31,33,34の上面の電極31
a,33a,34a(これも電極31aで代表して示
す)にはんだ付け用のフラックスを塗布する。
[Fifth Embodiment] In a fifth embodiment shown in FIG. 6, the formation of the solder bumps 32, 35 and 36 of the semiconductor elements 31, 33 and 34 is performed by using carbon or the like whose dimensional change by heating is relatively small. A semiconductor element 31 and a semiconductor device 31 are provided in each recess 122 of a lower mold jig 121 made of a material such as ceramic.
33, 34 (represented by the semiconductor element 31) are arranged, and the electrodes 31 on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34 are arranged.
A soldering flux is applied to a, 33a, and 34a (also represented by the electrode 31a).

【0063】この後、下型治具121の位置決めピン1
23に上型治具124の位置決め孔125を嵌合して、
上記半導体素子31,33,34の上面の電極31a,
33a,34aを、上型治具124により覆う。そし
て、上型治具124が有する貫通孔126にそれぞれは
んだ127を、例えばボールの状態で供給するボールマ
ウンタを用いて配置し、その上で、加熱炉等による全体
の加熱を行って、はんだ127を溶融させることによ
り、はんだ127を半導体素子31,33,34の上面
の電極31a,33a,34aに接合させて、はんだバ
ンプ32,35,36(これもはんだバンプ32で代表
して示す)を形成する。
Thereafter, the positioning pin 1 of the lower jig 121 is
23, the positioning hole 125 of the upper jig 124 is fitted,
The electrodes 31a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34,
33a and 34a are covered by the upper jig 124. Then, the solder 127 is disposed in each of the through holes 126 of the upper mold jig 124 using, for example, a ball mounter that supplies the solder 127 in the form of a ball. Is melted so that the solder 127 is joined to the electrodes 31a, 33a, 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34, and solder bumps 32, 35, 36 (also represented by the solder bumps 32) are formed. Form.

【0064】この方法によれば、はんだ127の溶融に
よるぬれ広がりでもって、半導体素子31,33,34
の電極31a,33a,34aと同じ面積を有するはん
だバンプ32,35,36を形成できるものであり、そ
れによって、半導体素子31,33,34の電極31
a,33a,34aとはんだバンプ32,35,36と
の接合部のインピーダンスを更に小さくでき、半導体装
置としての損失を低減できる。
According to this method, the semiconductor elements 31, 33, 34 are spread by wetting due to the melting of the solder 127.
Solder bumps 32, 35 and 36 having the same area as the electrodes 31a, 33a and 34a of the semiconductor elements 31, 33 and 34.
The impedance at the joints between the a, 33a, 34a and the solder bumps 32, 35, 36 can be further reduced, and the loss as a semiconductor device can be reduced.

【0065】又、この場合、上型治具124の貫通孔1
26とこれに配置するはんだ127の大きさを変えるこ
とにより、はんだバンプ32,35,36の寸法を変え
ることができるものであり、これによって、半導体装置
の特性に要求されるインピーダンスを持った寸法のはん
だバンプの形成が可能となり、信頼性の一層の向上を達
成することができる。しかも、この場合、一度に多くの
はんだバンプを形成することも可能であり、生産性を良
くできる。
In this case, the through hole 1 of the upper jig 124
The size of the solder bumps 32, 35, and 36 can be changed by changing the size of the solder 127 and the size of the solder 127 to be disposed thereon. Can be formed, and the reliability can be further improved. Moreover, in this case, it is possible to form many solder bumps at one time, and the productivity can be improved.

【0066】[第6実施例]図7に示す第6実施例にお
いては、同じく半導体素子31,33,34の各はんだ
バンプ32,35,36の形成について、第5実施例の
下型治具121同様の材料で作製した下型治具131の
各凹部132に、放熱板133をそれぞれ配置し、その
上に、放熱板用はんだ134を配置する。そして、更に
その上に、半導体素子31,33,34(半導体素子3
1で代表して示す)を配置し、この半導体素子31,3
3,34の上面の電極31a,33a,34a(これも
電極31aで代表して示す)にはんだ付け用のフラック
スを塗布する。
[Sixth Embodiment] In the sixth embodiment shown in FIG. 7, the formation of the solder bumps 32, 35 and 36 of the semiconductor elements 31, 33 and 34 is the same as that of the lower jig of the fifth embodiment. A heat sink 133 is arranged in each recess 132 of the lower jig 131 made of the same material 121, and a heat sink 134 is arranged thereon. Further, the semiconductor elements 31, 33, 34 (semiconductor element 3)
1), and the semiconductor elements 31, 3
A flux for soldering is applied to the electrodes 31a, 33a, 34a (also represented by the electrodes 31a) on the upper surfaces of the electrodes 3, 34.

【0067】この後、下型治具131の位置決めピン1
35に上型治具136の位置決め孔137を嵌合して、
上記半導体素子31,33,34の上面の電極31a,
33a,34aを、上型治具136により覆う。そし
て、上型治具136が有する貫通孔138にそれぞれは
んだ139を例えば前述のボールマウンタを用いて配置
し、その上で、加熱炉等による全体の加熱を行って、は
んだ134,139を溶融させることにより、半導体素
子31,33,34の下面の電極31b,33b,34
bにそれぞれ放熱板133を接合させると共に、はんだ
バンプ32,35,36(これもはんだバンプ32で代
表して示す)を形成する。
Thereafter, the positioning pin 1 of the lower jig 131
35, the positioning hole 137 of the upper jig 136 is fitted.
The electrodes 31a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34,
33a and 34a are covered with the upper jig 136. Then, the solder 139 is disposed in each of the through holes 138 of the upper jig 136 by using, for example, the above-described ball mounter, and then the whole is heated by a heating furnace or the like to melt the solders 134 and 139. Thereby, the electrodes 31b, 33b, 34 on the lower surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34
The heat radiating plate 133 is bonded to each of the solder bumps b, and solder bumps 32, 35, and 36 (also represented by the solder bumps 32) are formed.

【0068】この方法によれば、第5実施例同様の効果
が得られるほかに、半導体素子31,33,34に対す
る放熱板133の接合が、はんだバンプ32,35,3
6の形成と同時にできることにより、生産性を向上させ
ることができる。そして、その接合した放熱板133に
より、半導体素子31,33,34の放熱をより盛んに
行うことができる。
According to this method, in addition to obtaining the same effects as in the fifth embodiment, the bonding of the heat sink 133 to the semiconductor elements 31, 33, 34 can be achieved by the solder bumps 32, 35, 3
6 can be formed at the same time as the formation, thereby improving the productivity. And the heat dissipation of the semiconductor elements 31, 33, and 34 can be more actively performed by the joined heat dissipation plate 133.

【0069】[第7実施例]図8に示す第7実施例にお
いては、下金属絶縁基板21の電極24a,24b上
に、半導体素子31,33,34を、はんだ141,1
42,143により、下面の電極31b,33b,34
bを接合させて実装している。この場合、はんだ141
〜143に代えて、導電性接着剤を用いても良い。又、
電極24b,24c上には、導電ゴムコネクタ144を
実装しており、下金属絶縁基板21の下面には放熱板1
45を設けている。
[Seventh Embodiment] In a seventh embodiment shown in FIG. 8, semiconductor elements 31, 33 and 34 are placed on electrodes 24a and 24b of lower metal insulating substrate 21 by solders 141 and 1 respectively.
42, 143, the electrodes 31b, 33b, 34 on the lower surface.
b is bonded and mounted. In this case, the solder 141
A conductive adhesive may be used in place of -143. or,
A conductive rubber connector 144 is mounted on the electrodes 24b and 24c.
45 are provided.

【0070】そして、半導体素子31,33,34の上
面の電極31a,33a,34aの上には、銅や銀等か
ら成る導電体146,147,148をそれぞれ配置
し、更にその上方に、第3実施例で用いた上両面金属絶
縁基板71を、下面の電極76a〜76dにより接触さ
せて配置している。又、上両面金属絶縁基板71は、下
面の電極76d,76eを導電ゴムコネクタ144の上
面に接触させている。
The conductors 146, 147, and 148 made of copper, silver, or the like are arranged on the electrodes 31a, 33a, and 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, and 34, respectively. The upper two-sided metal insulating substrate 71 used in the third embodiment is arranged in contact with the lower electrodes 76a to 76d. In addition, the upper double-sided metal insulating substrate 71 has the lower electrodes 76 d and 76 e in contact with the upper surface of the conductive rubber connector 144.

【0071】この状態で、上下の金属絶縁基板71,2
1を、ケース39を挟んでそれらの間に通したねじ等の
固定部材149で締め付け、この締付力により、上両面
金属絶縁基板71の下面の電極76a〜76dを、導電
体146〜148を介して半導体素子31,33,34
の上面の電極31a,33a,34aに圧接させてい
る。又、上両面金属絶縁基板71の下面の電極76d,
76eは、導電ゴムコネクタ144の上面に圧接させて
いる。なお、これらの圧接は、上下の金属絶縁基板7
1,21を固定部材149で結合するのに代えて、爪で
結合することにより、行うようにしても良い。
In this state, the upper and lower metal insulating substrates 71 and 72
1 is fastened with a fixing member 149 such as a screw inserted between them with the case 39 interposed therebetween. With this fastening force, the electrodes 76 a to 76 d on the lower surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71 are connected to the conductors 146 to 148. Via the semiconductor elements 31, 33, 34
Are in pressure contact with the electrodes 31a, 33a, 34a on the upper surface. Also, the electrodes 76d on the lower surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71,
76e is pressed against the upper surface of the conductive rubber connector 144. These press-contacts are performed by the upper and lower metal insulating substrates 7.
Instead of connecting the components 1 and 21 with the fixing member 149, the components may be connected by using claws.

【0072】このように構成したものでは、第1実施例
の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置と同
様の作用効果が得られるほかに、特に、半導体素子3
1,33,34の上面の電極31a,33a,34aと
上両面金属絶縁基板71の下面の電極76a〜76dと
の接合構造が、導電体146〜148を介してそれらを
圧接させただけであるため、はんだや導電性接着剤によ
り接合させて実装する工程が不要であり、生産性を更に
向上させることができる。
With this structure, the same operation and effect as those of the semiconductor device manufactured by the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment can be obtained.
The joint structure between the electrodes 31a, 33a, 34a on the upper surfaces of the 1, 33, 34 and the electrodes 76a to 76d on the lower surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71 is merely brought into pressure contact with the conductors 146 to 148. Therefore, there is no need to perform a step of bonding and mounting with solder or a conductive adhesive, and the productivity can be further improved.

【0073】又、その圧接させただけの接合構造では、
金属組織的な接合がなく、熱疲労を更に小さくできるの
で、接合部分の破損等を一層生じないようにし得、信頼
性を更に良くすることができる。加えて、この場合、上
両面金属絶縁基板71の上面の電極75a〜75eに
は、チップ部品99,100及びIC101を実装して
おり、これによって、第1実施例のものより多くの電子
部品を実装するのに、それを第1実施例と同じ占有面積
の、小形のもので実現できる効果も得ることができる。
Further, in the joining structure in which only the pressure contact is made,
Since there is no metallographic bonding and thermal fatigue can be further reduced, breakage or the like of the bonding portion can be prevented from occurring further, and reliability can be further improved. In addition, in this case, the chip components 99 and 100 and the IC 101 are mounted on the electrodes 75a to 75e on the upper surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71, so that more electronic components than those of the first embodiment can be mounted. For mounting, it is also possible to obtain an effect that it can be realized with a small size having the same occupation area as the first embodiment.

【0074】[第8実施例]図9に示す第8実施例にお
いては、上両面金属絶縁基板71の下面の電極76a〜
76dを、導電体146〜148を介して、半導体素子
31,33,34の上面の電極31a,33a,34a
に圧接させると共に、半導体素子31,33,34の下
面の電極31b,33b,34bも、下金属絶縁基板2
1の上面の電極24a,24bに、はんだ141〜14
3又は導電性接着剤により接合させるのに代えて、圧接
により接合させている。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment shown in FIG. 9, the electrodes 76a to 76a on the lower surface of the upper double-sided metal insulating substrate 71 are formed.
76d is connected to the electrodes 31a, 33a, 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34 via the conductors 146 to 148.
And the electrodes 31b, 33b, 34b on the lower surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34 are also
1 on the electrodes 24a, 24b on the upper surface
Instead of bonding by 3 or a conductive adhesive, bonding is performed by pressing.

【0075】このように構成したものでは、半導体素子
31,33,34を下金属絶縁基板21にはんだ141
〜143や導電性接着剤により接合させて実装する工程
が不要になり、しかも、半導体素子31,33,34の
上面の電極31a,33a,34aと合わせて圧接がで
きるため、生産性を向上させることができる。
In the above-described structure, the semiconductor elements 31, 33, and 34 are attached to the lower metal insulating substrate 21 by the solder 141.
143 or a step of mounting by bonding with a conductive adhesive is not required, and the pressure contact can be performed together with the electrodes 31a, 33a, 34a on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34, thereby improving the productivity. be able to.

【0076】[第9実施例]図10に示す第9実施例に
おいては、上述の上下の両面に電極75a〜75e、7
6a〜76eを有する上金属絶縁基板71に代えて、金
属ベース151の下面にのみ絶縁体152を設け、更に
その下面にのみ回路配線153を設けて成る上金属絶縁
基板154を用いて、その回路配線153の電極153
a〜153dを、導電体146〜148を介して、半導
体素子31,33,34の上面の電極31a,33a,
34aに圧接させると共に、電極153d,153e
を、導電ゴムコネクタ144の上面に圧接させている。
Ninth Embodiment In the ninth embodiment shown in FIG. 10, the electrodes 75a to 75e, 7
In place of the upper metal insulating substrate 71 having the metal substrates 6a to 76e, an insulator 152 is provided only on the lower surface of the metal base 151, and a circuit wiring 153 is provided only on the lower surface. Electrode 153 of wiring 153
a to 153d are connected to the electrodes 31a, 33a, on the upper surface of the semiconductor elements 31, 33, 34 via the conductors 146 to 148.
34a and the electrodes 153d, 153e.
Is pressed against the upper surface of the conductive rubber connector 144.

【0077】なお、上金属絶縁基板154の電極153
eには、はんだ155を用いて外部入力端子156のリ
ード156aを実装すると共に、この外部入力端子15
6を下金属絶縁基板21の絶縁体23と間で挟設してい
る。このように構成したものでは、第1実施例のものよ
り多くの電子部品を実装するについて、それを小形のも
ので実現できる効果以外は、第7実施例の半導体装置と
同様の作用効果を得ることができる。
The electrode 153 on the upper metal insulating substrate 154
e, a lead 156a of the external input terminal 156 is mounted using solder 155, and the external input terminal 15
6 is sandwiched between the lower metal insulating substrate 21 and the insulator 23. With this configuration, the same operation and effect as those of the semiconductor device of the seventh embodiment can be obtained except that an electronic component can be mounted in a smaller size than in the first embodiment. be able to.

【0078】なお、この場合も、半導体素子31,3
3,34の下面の電極31b,33b,34bは、下金
属絶縁基板21の上面の電極24a,24bに、はんだ
141〜143又は導電性接着剤により接合させている
が、それに代えて、第8実施例のように、圧接により接
合させるようにしても良い。
Note that, also in this case, the semiconductor elements 31 and 3
The electrodes 31b, 33b, and 34b on the lower surfaces of the lower and upper metal substrates 3 and 34 are bonded to the electrodes 24a and 24b on the upper surface of the lower metal insulating substrate 21 by solders 141 to 143 or a conductive adhesive. As in the embodiment, the bonding may be performed by pressing.

【0079】又、先の第7実施例ないし第9実施例にお
いても、下金属絶縁基板21とケース39及び上金属絶
縁基板71(154)の内方には、それぞれシリコンゲ
ル53を充填しているが、それに代えて、絶縁性ガスを
封入しても良い。この絶縁性ガスを封入したものによれ
ば、シリコンゲル53を硬化させる工程が不要になり、
生産性を向上させることができる。又、シリコンゲル5
3を充填する場合に考えられたボイドの発生も、絶縁性
ガスによれば生じず、信頼性を向上させることができ
る。
In the seventh to ninth embodiments, the inside of the lower metal insulating substrate 21, the case 39, and the upper metal insulating substrate 71 (154) are filled with silicon gel 53, respectively. However, an insulating gas may be sealed instead. According to the insulating gas, the step of hardening the silicon gel 53 becomes unnecessary.
Productivity can be improved. In addition, silicone gel 5
The generation of voids considered when filling with No. 3 is not caused by the insulating gas, and the reliability can be improved.

【0080】更に、この場合、下金属絶縁基板21とケ
ース39及び上金属絶縁基板71(154)の内方に
は、シリコンゲル53に代えて、例えばエポキシ樹脂等
のモールド樹脂を充填し硬化させても良い。このエポキ
シ樹脂等のモールド樹脂を充填し硬化させたものによれ
ば、そのモールド樹脂の硬化の際の収縮力でもって、下
金属絶縁基板21と上金属絶縁基板71(154)との
間隔を狭め、それらの、半導体素子31,33,34に
対する圧接を強めて、信頼性を向上させることができ
る。
Further, in this case, instead of the silicon gel 53, a mold resin such as an epoxy resin is filled into the lower metal insulating substrate 21, the case 39, and the inner portion of the upper metal insulating substrate 71 (154) and cured. May be. According to the resin filled and cured with a mold resin such as an epoxy resin, the distance between the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 71 (154) is reduced by the contraction force when the molding resin is cured. The pressure contact between them and the semiconductor elements 31, 33, 34 can be strengthened to improve the reliability.

【0081】[第10実施例]図11に示す第10実施
例においては、同じく、下金属絶縁基板21と上金属絶
縁基板71(154)との間に、シリコンゲル53を充
填するのに代えて、半導体素子31,33,34を囲繞
する凹部161〜163を有すると共に、導電体146
〜148を囲繞する孔164〜166を有する、例えば
シリコンゴム等の絶縁材で作製した絶縁性プレート16
7を配設している。
[Tenth Embodiment] In the tenth embodiment shown in FIG. 11, a silicon gel 53 is filled between the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 71 (154). In addition, the semiconductor device has concave portions 161 to 163 surrounding the semiconductor elements 31, 33, and
Plate 16 made of an insulating material such as silicon rubber having holes 164 to 166 surrounding
7 are arranged.

【0082】このように構成したものでは、絶縁性プレ
ート167で、下金属絶縁基板21と上金属絶縁基板7
1(154)との間の絶縁性の確保ができると共に、半
導体素子31,33,34の上面の電極31a,33
a,34aに対する導電体146〜148の位置決め
も、その絶縁性プレート167でできるようになり、組
立精度を向上させることができる。
In the above-described structure, the insulating plate 167 allows the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 7
1 (154) and the electrodes 31a, 33 on the upper surfaces of the semiconductor elements 31, 33, 34.
Positioning of the conductors 146 to 148 with respect to the a and 34a can be performed by the insulating plate 167, and the assembling accuracy can be improved.

【0083】[第11実施例]図12に示す第11実施
例においては、同じく、下金属絶縁基板21と上金属絶
縁基板71(154)との間に、シリコンゲル53を充
填するのに代えて、半導体素子31,33,34を囲繞
する凹部171〜173を有する、例えばシリコンゴム
等の絶縁材で作製した第1の絶縁性シート174と、導
電体146〜148を囲繞する孔175〜177を有す
る、同じくシリコンゴム等の絶縁材で作製した第2の絶
縁性シート178とを配設している。
[Eleventh Embodiment] In the eleventh embodiment shown in FIG. 12, the silicon gel 53 is replaced between the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 71 (154). A first insulating sheet 174 made of an insulating material such as silicon rubber having recesses 171 to 173 surrounding the semiconductor elements 31, 33 and 34, and holes 175 to 177 surrounding the conductors 146 to 148 And a second insulating sheet 178 also made of an insulating material such as silicon rubber.

【0084】このように構成したものでも、上記第10
実施例と同様の効果を得ることができる。又、この場
合、半導体素子31,33,34を囲繞する凹部171
〜173と、導電体146〜148を囲繞する孔175
〜177の形成が、第1の絶縁性シート174と第2の
絶縁性シート178とに別々にできるため、加工が容易
で、生産性を向上させることができる。
Even with such a configuration, the tenth
The same effect as that of the embodiment can be obtained. In this case, the recess 171 surrounding the semiconductor elements 31, 33, 34
173 and holes 175 surrounding conductors 146-148
177 can be formed separately on the first insulating sheet 174 and the second insulating sheet 178, so that processing is easy and productivity can be improved.

【0085】[第12実施例]図13に示す第12実施
例においては、同じく、下金属絶縁基板21と上金属絶
縁基板71(154)との間に、シリコンゲル53を充
填するのに代えて、シリコンゲル181〜183により
半導体素子31,33,34を個別に封止し、その各封
止部分間に空間184,185をあけている。
[Twelfth Embodiment] In a twelfth embodiment shown in FIG. 13, a silicon gel 53 is filled between the lower metal insulating substrate 21 and the upper metal insulating substrate 71 (154). Thus, the semiconductor elements 31, 33, and 34 are individually sealed with the silicon gels 181 to 183, and spaces 184 and 185 are provided between the sealed portions.

【0086】このように構成したものでは、シリコンゲ
ル181〜183による封止部分が半導体素子31,3
3,34ごとに離間しているため、それらシリコンゲル
181〜183が硬化するとき、並びに半導体素子3
1,33,34の発熱等によってシリコンゲル181〜
183が膨脹するときの、それらに伴う上下の基板71
(154),21の横方向の変位量を小さく留め得、両
基板71(154),21に対する半導体素子31,3
3,34の相対的な位置ずれを抑制できて、組立精度を
向上させることができる。
In the above-described structure, the portions sealed by the silicon gels 181 to 183 are not covered by the semiconductor elements 31 and 3.
3 and 34, the silicon gels 181 to 183 are hardened and the semiconductor element 3
Silicon gel 181-
As the 183 expands, the upper and lower substrates 71 associated therewith
The lateral displacement of the (154), 21 can be kept small, and the semiconductor elements 31, 3 with respect to both substrates 71 (154), 21 can be reduced.
It is possible to suppress the relative displacement between 3, 34 and improve the assembling accuracy.

【0087】なお、基板71(154),21間には耐
圧を確保するのに充分な間隔をあけている。このため、
シリコンゲル181〜183による封止部分間には、特
に絶縁材を設ける必要はないが、しかし、基板71(1
54),21間が極端に狭くなるなど、より優れた絶縁
性が要求される場合には、その各封止部分間に絶縁ガス
を封入すると良い。
It should be noted that there is a sufficient space between the substrates 71 (154) and 21 to ensure the withstand voltage. For this reason,
It is not necessary to particularly provide an insulating material between the portions sealed by the silicon gels 181 to 183, but the substrate 71 (1
In the case where more excellent insulation is required, for example, when the gap between 54) and 21 is extremely narrow, it is preferable to fill an insulating gas between the sealing portions.

【0088】又、半導体素子31,33,34ごとの封
止は、シリコンゲル181〜183に代えて、エポキシ
樹脂等のモールド樹脂で行っても良い。特にこのように
した場合には、モールド樹脂が硬化するときの収縮力で
もって、両基板71(154),21の、半導体素子3
1,33,34に対する圧接を強めて、信頼性を向上さ
せることができる。
The sealing of each of the semiconductor elements 31, 33, 34 may be performed by using a molding resin such as an epoxy resin instead of the silicon gels 181 to 183. In particular, in such a case, the semiconductor element 3 of both substrates 71 (154) and 21 is formed by the contraction force when the mold resin is cured.
It is possible to increase the pressure contact with 1, 33, 34 to improve reliability.

【0089】更に、この場合、導電ゴムコネクタ144
に代えて、導電体146〜148同様の導電体を使用
し、この導電体もシリコンゴムあるいはモールド樹脂で
個別に封止するようにしても良い。このほか、本発明は
上記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるもので
はなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し
得る。
Further, in this case, the conductive rubber connector 144
Alternatively, a conductor similar to the conductors 146 to 148 may be used, and this conductor may also be individually sealed with silicone rubber or mold resin. In addition, the present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明は以上説明したとおりのもので、
下記の効果を奏する。請求項1の半導体装置の製造方法
によれば、占有面積や高さの縮小化を達成できると共
に、損失の低減もでき、更に、放熱性の向上、信頼性の
向上、並びに生産性の向上を達成することができる。
The present invention is as described above.
The following effects are obtained. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the first aspect, the occupation area and the height can be reduced, the loss can be reduced, and the heat dissipation, the reliability, and the productivity can be improved. Can be achieved.

【0091】請求項2の半導体装置の製造方法によれ
ば、ソルダーペーストに導電率の高いはんだを使用する
ことが可能で、半導体素子の接合部のインピーダンスを
更に小さくでき、損失を一層低減することができる。請
求項3の半導体装置の製造方法によれば、多くの電子部
品を実装するのに、それを占有面積の小さい、小形のも
ので実現することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to use a solder having a high conductivity for the solder paste, to further reduce the impedance at the junction of the semiconductor element, and to further reduce the loss. Can be. According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, it is possible to mount a large number of electronic components in a small size with a small occupation area.

【0092】請求項4の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体素子の上面の電極と上金属絶縁基板の下面の
電極とを位置精度良く接合できて組立精度を向上できる
と共に、半導体装置の全体の高さを使用機器の寸法に応
じたものに調整でき、且つ、半導体装置の特性に要求さ
れるインピーダンスを持った寸法のはんだバンプ及びソ
ルダーペーストの選択が可能となって、信頼性の一層の
向上を達成することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the fourth aspect, the electrodes on the upper surface of the semiconductor element and the electrodes on the lower surface of the upper metal insulating substrate can be joined with good positional accuracy, and the assembly accuracy can be improved. Height can be adjusted according to the dimensions of the equipment used, and solder bumps and solder pastes with dimensions required for the characteristics of the semiconductor device can be selected, further improving reliability. Improvement can be achieved.

【0093】請求項5の半導体装置の製造方法によれ
ば、接合部のインピーダンスの小さいはんだバンプを形
成できて、半導体装置の損失を低減でき、併せて、半導
体装置の特性に要求されるインピーダンスを持った寸法
のはんだバンプを形成できて、信頼性の一層の向上を達
成することができる。請求項6の半導体装置の製造方法
によれば、請求項5の半導体装置の製造方法同様の効果
が得られるほかに、半導体素子に対する放熱板の接合
が、はんだバンプの形成と同時にできて、生産性を向上
させることができ、更に、その接合した放熱板により、
半導体素子の放熱性を向上させることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the fifth aspect, it is possible to form a solder bump having a small impedance at the junction, thereby reducing the loss of the semiconductor device, and also reduce the impedance required for the characteristics of the semiconductor device. Solder bumps having the same dimensions can be formed, and the reliability can be further improved. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the sixth aspect, the same effect as that of the method of manufacturing the semiconductor device of the fifth aspect can be obtained, and in addition, the bonding of the heat sink to the semiconductor element can be performed simultaneously with the formation of the solder bumps. Performance can be improved.
The heat dissipation of the semiconductor element can be improved.

【0094】請求項7の半導体装置によれば、請求項1
の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置と同
様の効果が得られるほかに、特に生産性を更に向上させ
ることができ、又、半導体素子と上両面金属絶縁基板と
の接合部分の熱疲労を更に小さくできて、信頼性を更に
向上させることができる。加えて、多くの電子部品を実
装するのに、それを占有面積の小さい、小形のもので実
現することができる。請求項8の半導体装置によれば、
半導体素子を下金属絶縁基板に接合させるのも、上金属
絶縁基板に対する半導体素子の上面の電極の圧接と同じ
圧接でできるため、生産性を一層向上させることができ
る。請求項9の半導体装置によれば、小形化以外、請求
項7の半導体装置と同様の作用効果を得ることができ
る。請求項10の半導体装置によれば、絶縁充填物の硬
化工程が不要になって、生産性を向上させることができ
る。又、その絶縁充填物にボイドの発生もなく、信頼性
を向上させることができる。
According to the semiconductor device of the seventh aspect, the first aspect
In addition to the same effects as those of the semiconductor device manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device, the productivity can be further improved, and the thermal fatigue of the joint between the semiconductor element and the upper-side metal insulating substrate can be reduced. The size can be further reduced, and the reliability can be further improved. In addition, when many electronic components are mounted, it can be realized with a small size and a small occupation area. According to the semiconductor device of claim 8,
The bonding of the semiconductor element to the lower metal insulating substrate can be performed by the same pressing of the upper electrode of the semiconductor element to the upper metal insulating substrate, so that the productivity can be further improved. According to the semiconductor device of the ninth aspect, the same functions and effects as those of the semiconductor device of the seventh aspect can be obtained except for the miniaturization. According to the semiconductor device of the tenth aspect, the step of curing the insulating filler is not required, and the productivity can be improved. In addition, no void is generated in the insulating filler, and the reliability can be improved.

【0095】請求項11の半導体装置によれば、半導体
素子の上面の電極に対する導電体の位置決めが、絶縁性
プレートでできるようになって、組立精度を向上させる
ことができる。請求項12の半導体装置によれば、請求
項11の半導体装置同様の効果が得られるほかに、絶縁
性シートの加工も容易で、生産性を更に向上させること
ができる。
According to the semiconductor device of the eleventh aspect, the positioning of the conductor with respect to the electrode on the upper surface of the semiconductor element can be performed by the insulating plate, and the assembling accuracy can be improved. According to the semiconductor device of the twelfth aspect, the same effects as those of the semiconductor device of the eleventh aspect can be obtained, and the processing of the insulating sheet is easy, so that the productivity can be further improved.

【0096】請求項13の半導体装置によれば、モール
ド樹脂の硬化の際の収縮力でもって、下金属絶縁基板と
上金属絶縁基板の、半導体素子に対する圧接を強めて、
信頼性を向上させることができる。請求項14の半導体
装置によれば、下金属絶縁基板と上金属絶縁基板に対す
る半導体素子の相対的な位置ずれを抑制できて、組立精
度を向上させることができる。
According to the semiconductor device of the thirteenth aspect, the pressure contact between the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate with respect to the semiconductor element is increased by the contraction force at the time of curing of the mold resin.
Reliability can be improved. According to the semiconductor device of the fourteenth aspect, the relative displacement of the semiconductor element with respect to the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate can be suppressed, and assembling accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す半導体装置全体の完
成状態の縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a completed state of an entire semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】特性図FIG. 2 is a characteristic diagram

【図3】本発明の第2実施例を示す半導体装置全体の加
熱工程状態の縦断面図
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a heating process state of the whole semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第3実施例を示す図1相当図FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1, showing a third embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第4実施例を示す図3相当図FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 3, showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例を示すはんだバンプ作製工
程状態の縦断面図
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a solder bump manufacturing process state according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6実施例を示す図6相当図FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6, showing a sixth embodiment of the present invention;

【図8】本発明の第7実施例を示す図1相当図FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 1, showing a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第8実施例を示す図1相当図FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 1, showing an eighth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第9実施例を示す図1相当図FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 1, showing a ninth embodiment of the present invention;

【図11】本発明の第10実施例を示す図1相当図FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 1, showing a tenth embodiment of the present invention;

【図12】本発明の第11実施例を示す図1相当図FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 1, showing an eleventh embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第12実施例を示す図1相当図FIG. 13 is a view corresponding to FIG. 1, showing a twelfth embodiment of the present invention.

【図14】従来例を示す図1相当図FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21は下金属絶縁基板、24a〜24cは電極、25〜
27はソルダーペースト、31は半導体素子、31a,
31bは電極、32ははんだダンプ、33は半導体素
子、33a,33bは電極、34は半導体素子、34
a,34bは電極、35,36ははんだダンプ、40は
上金属絶縁基板、43a〜43dは電極、44〜48は
ソルダーペースト、53はシリコンゲル、62は下熱
板、64は上熱板、71は上両面金属絶縁基板、75a
〜75fは電極、76a〜76dは電極、77〜81は
ソルダーペースト、87〜96はソルダーペースト、9
9,100,102,103はチップ部品(他の電子部
品)、101はIC(他の電子部品)、111,112
は位置決め用の孔、113は位置決め用治具、114は
ピン、115はスペーサ、121は下型治具、122は
凹部、124は上型治具、126は貫通孔、127はは
んだ、131は下型治具、132は凹部、133は放熱
板、134は放熱板用はんだ、136は上型治具、13
8は貫通孔、139,141〜143ははんだ、146
〜148は導電体、149は固定部材、153a〜15
3dは電極、154は上金属絶縁基板、161〜163
は凹部、164〜166は孔、167は絶縁性プレー
ト、171〜173は凹部、174は絶縁性シート、1
75〜177は孔、178は絶縁性シート、181〜1
83はシリコンゲル、184,185は空間を示す。
21 is a lower metal insulating substrate, 24a to 24c are electrodes, 25 to
27 is a solder paste, 31 is a semiconductor element, 31a,
31b is an electrode, 32 is a solder dump, 33 is a semiconductor element, 33a and 33b are electrodes, 34 is a semiconductor element, 34
a and 34b are electrodes, 35 and 36 are solder dumps, 40 is an upper metal insulating substrate, 43a to 43d are electrodes, 44 to 48 are solder pastes, 53 is a silicon gel, 62 is a lower heating plate, 64 is an upper heating plate, 71 is a metal insulating substrate on both upper surfaces, 75a
75f is an electrode, 76a to 76d are electrodes, 77 to 81 are solder pastes, 87 to 96 are solder pastes, 9
9, 100, 102 and 103 are chip components (other electronic components), 101 is an IC (other electronic components), 111, 112
Is a positioning hole, 113 is a positioning jig, 114 is a pin, 115 is a spacer, 121 is a lower jig, 122 is a recess, 124 is an upper jig, 126 is a through hole, 127 is solder, and 131 is solder. Lower mold jig, 132 is a concave portion, 133 is a heat sink, 134 is solder for heat sink, 136 is an upper mold, 13
8 is a through hole, 139, 141 to 143 are solder, 146
148 is a conductor, 149 is a fixing member, 153a to 153
3d is an electrode, 154 is an upper metal insulating substrate, 161-163
Is a recess, 164 to 166 are holes, 167 is an insulating plate, 171 to 173 are recesses, 174 is an insulating sheet, 1
75 to 177 are holes, 178 is an insulating sheet, 181-1
83 is a silicon gel, 184 and 185 are spaces.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下金属絶縁基板の上面の電極にソルダー
ペーストを付着させ、 そのソルダーペースト上に、上面の電極にはんだバンプ
を設けた半導体素子を下面の電極により接するように搭
載し、 この半導体素子のはんだバンプ上に、下面の電極にソル
ダーペーストを付着させた上金属絶縁基板を搭載して、 これらを加熱し前記両ソルダーペーストを溶融させるこ
とによって、 前記半導体素子の下面の電極と下金属絶縁基板の上面の
電極、及び半導体素子の上面の電極と上金属絶縁基板の
下面の電極とを接合したことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
A semiconductor element having an upper electrode provided with a solder bump is mounted on the lower metal insulating substrate so as to be in contact with the lower electrode; An upper metal insulating substrate having a solder paste adhered to a lower electrode is mounted on a solder bump of the element, and these are heated to melt both of the solder pastes. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising joining an electrode on an upper surface of an insulating substrate, and an electrode on an upper surface of a semiconductor element and an electrode on a lower surface of an upper metal insulating substrate.
【請求項2】 両ソルダーペーストの加熱溶融を、下金
属絶縁基板及び上金属絶縁基板の各金属ベースに接触し
た熱板からの熱伝導によって行うことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat melting of both solder pastes is performed by heat conduction from a hot plate in contact with each metal base of the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate. Production method.
【請求項3】 下金属絶縁基板及び上金属絶縁基板の少
なくともいずれか一方に代えて、上下の両面に電極を有
する両面基板を用い、これの外側の面の電極に他の電子
部品を実装したことを特徴とする請求項1又は2記載の
半導体装置の製造方法。
3. A double-sided substrate having electrodes on both upper and lower surfaces instead of at least one of the lower metal insulating substrate and the upper metal insulating substrate, and another electronic component is mounted on the electrode on the outer surface thereof. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 上下の基板の各隅部に位置決め用の孔を
形成し、この孔を、位置決め用治具が有するピンに嵌め
て位置決めすると共に、上下の基板の間にスペーサを配
設し、このスペーサの高さを変えることによって、上下
の基板の間の寸法の調整を可能としたことを特徴とする
請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。
4. A positioning hole is formed at each corner of the upper and lower substrates, the hole is fitted to a pin of a positioning jig and positioned, and a spacer is provided between the upper and lower substrates. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the dimension between the upper and lower substrates can be adjusted by changing the height of the spacer.
【請求項5】 下型治具の凹部に半導体素子を配置し、
この半導体素子の上面を上型治具で覆って、この上型治
具が有する貫通孔に配置したはんだを加熱溶融させるこ
とにより、はんだバンプを形成すると共に、その上型治
具の貫通孔とこれに配置するはんだの大きさを変えるこ
とにより、はんだバンプの寸法の変更を可能としたこと
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。
5. A semiconductor device is arranged in a recess of a lower jig,
The upper surface of the semiconductor element is covered with an upper jig, and the solder arranged in the through hole of the upper jig is heated and melted to form a solder bump, and the through hole of the upper jig is formed. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the size of the solder bumps can be changed by changing the size of the solder disposed thereon.
【請求項6】 下型治具の凹部に、半導体素子よりも先
に放熱板、及び放熱板用はんだを順に配置し、上型治具
が有する貫通孔に配置したはんだを加熱溶融させると同
時に、その放熱板用はんだを加熱溶融させることによ
り、はんだバンプを形成すると同時に、半導体素子に放
熱板を接合することを特徴とする請求項5記載の半導体
装置の製造方法。
6. A heat sink and a solder for the heat sink are sequentially arranged in the concave portion of the lower mold before the semiconductor element, and the solder arranged in the through hole of the upper mold is heated and melted. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the solder for the heat sink is heated and melted to form the solder bumps and to join the heat sink to the semiconductor element.
【請求項7】 上面に電極を有する下金属絶縁基板と、 上下の両面に電極を有し、その下面の電極を前記下金属
絶縁基板の上面の電極にはんだ又は導電性接着剤により
接合させて実装された半導体素子と、 この半導体素子の上面の電極の上に配置された導電体
と、 上下の両面に電極を有し、その下面の電極を、前記導電
体を介して前記半導体素子の上面の電極に圧接させた上
金属絶縁基板と、 この上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板との間に充填
されたシリコンゲルとを具備して成ることを特徴とする
半導体装置。
7. A lower metal insulating substrate having an electrode on an upper surface, and electrodes on upper and lower surfaces, and an electrode on a lower surface thereof is joined to an electrode on an upper surface of the lower metal insulating substrate by solder or a conductive adhesive. A mounted semiconductor element, a conductor disposed on an electrode on an upper surface of the semiconductor element, electrodes on both upper and lower surfaces, and an electrode on a lower surface thereof is connected to the upper surface of the semiconductor element via the conductor. And a silicon gel filled between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate.
【請求項8】 半導体素子の下面の電極を、下金属絶縁
基板の上面の電極にはんだ又は導電性接着剤により接合
させるのに代えて、下金属絶縁基板の上面の電極に圧接
により接合させたことを特徴とする請求項7記載の半導
体装置。
8. An electrode on the upper surface of the lower metal insulating substrate is bonded by pressing to an electrode on the upper surface of the lower metal insulating substrate instead of bonding the electrode on the lower surface of the semiconductor element to the electrode on the upper surface of the lower metal insulating substrate by solder or a conductive adhesive. The semiconductor device according to claim 7, wherein:
【請求項9】 上下の両面に電極を有する上金属絶縁基
板に代えて、下面にのみ電極を有する上金属絶縁基板を
用いたことを特徴とする請求項7又は8記載の半導体装
置。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein an upper metal insulating substrate having electrodes only on the lower surface is used instead of the upper metal insulating substrate having electrodes on both upper and lower surfaces.
【請求項10】 上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、絶縁性
ガスを封入したことを特徴とする請求項7ないし9のい
ずれかに記載の半導体装置。
10. The method according to claim 7, wherein an insulating gas is filled between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate instead of filling the silicon gel. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項11】 上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、半導体
素子を囲繞する凹部を有すると共に導電体を囲繞する孔
を有する絶縁性プレートを配設したことを特徴とする請
求項7ないし9のいずれかに記載の半導体装置。
11. An insulating plate having a concave portion surrounding a semiconductor element and a hole surrounding a conductor, instead of filling a silicon gel between an upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate. 10. The semiconductor device according to claim 7, wherein:
【請求項12】 上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、半導体
素子を囲繞する凹部を有する第1の絶縁性シートと、導
電体を囲繞する孔を有する第2の絶縁性シートとを配設
したことを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記
載の半導体装置。
12. A first insulating sheet having a recess surrounding a semiconductor element between an upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate instead of filling a silicon gel, and surrounding a conductor. 10. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a second insulating sheet having holes formed therein.
【請求項13】 上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、モール
ド樹脂を充填したことを特徴とする請求項7ないし9の
いずれかに記載の半導体装置。
13. The method according to claim 7, wherein a mold resin is filled between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate instead of filling the silicon gel. Semiconductor device.
【請求項14】 上金属絶縁基板と前記下金属絶縁基板
との間に、シリコンゲルを充填するのに代えて、シリコ
ンゲル又はモールド樹脂により半導体素子を個別に封止
し、その各封止部分間に空間をあけたことを特徴とする
請求項7ないし9のいずれかに記載の半導体装置。
14. Instead of filling a silicon gel between the upper metal insulating substrate and the lower metal insulating substrate, the semiconductor elements are individually sealed with a silicon gel or a mold resin, and each of the sealed portions is sealed. 10. The semiconductor device according to claim 7, wherein a space is provided between the semiconductor devices.
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