JPWO2019064775A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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ひろみ 島津
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Abstract

本発明は、セラミックス層のなかに配線層を形成する半導体装置において、半導体スイッチング素子のゲート端子と配線層との間の導通を確実に得ることができる技術を提供することを目的とする。本発明に係る半導体装置は、絶縁層上に形成されたセラミックス層の内部に配線層を有するとともに、半導体スイッチング素子のゲート端子以外の端子を接続する金属層を有しており、前記半導体スイッチング素子のゲート端子と前記配線層は、導電材料によって形成された接続部を介して電気的に接続されており、前記接続部は前記半導体スイッチング素子に向かって前記金属層よりも突出している（図１参照）。

Description

本発明は、パワー系半導体装置およびその製造方法に関する。
近年、様々な機器の電気駆動が進み、その動力となる数kVの電圧や数100Aの電流からなる大電力の交流直流の整流やACモーターの回転数を制御するパワーモジュールには、小型化、高機能化、高信頼化が求められている。パワーモジュールが動作するとき、内部に搭載される半導体チップが発熱するので、小型化を実現するには高放熱化が必要である。また、半導体チップは数kVの高電圧で動作するので、外部との絶縁性を確保する必要がある。さらに、半導体チップを効率的に制御するためには、設計や製造プロセスの自由度の高い制御回路を備える必要がある。
下記特許文献１は、上記課題に関する技術を開示している。同文献は、焼結したセラミック基板に低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）の未焼結のグリーンシートを積層し、それを焼成して複合セラミック基板とし、複合セラミック基板にコンデンサやＩＣチップ等の電子部品を実装することにより、モジュールを構成する。
特開２０１２−０３３６６４号公報
配線とセラミックスからなる制御信号回路層と、金属からなる回路層とを備えたセラミックス基板を用いて、制御信号回路層の配線層がゲート回路を構成し、回路用厚金属層がエミッタ回路やコレクタ回路を形成することにより、パワーモジュールを構成することができる。このようなパワーモジュールを高信頼に動作させるためには、搭載される半導体チップとパワーモジュールの回路の電気的導通を確実に得る必要がある。すなわち、半導体チップのゲート端子と制御信号回路の配線層との導通を確保するとともに、エミッタ端子やコレクタ端子と金属からなる回路層との導通を確保することが必要である。このとき半導体チップのゲート端子は、エミッタ端子やコレクタ端子よりも面積が小さいので、位置決めや接合後の耐熱変形の観点から、エミッタ端子やコレクタ端子よりも導通の確保が難しい。また、セラミックスからなる制御信号回路層は、金属からなる回路層よりも熱伝導率が小さい。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、セラミックス層のなかに配線層を形成する半導体装置において、半導体スイッチング素子のゲート端子と配線層との間の導通を確保しながら放熱性も確保し、高放熱と高信頼の両立が可能な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、絶縁層上に形成されたセラミックス層の内部に配線層を有するとともに、半導体スイッチング素子のゲート端子以外の端子を接続する金属層を有しており、前記半導体スイッチング素子のゲート端子と前記配線層は、導電材料によって形成された接続部を介して電気的に接続されており、前記接続部は前記半導体スイッチング素子に向かって前記金属層よりも突出している。
本発明に係る半導体装置によれば、半導体スイッチング素子のゲート端子と配線層との間の導通を確保しながら放熱性も確保し、高放熱と高信頼の両立ができる。
実施形態１に係る半導体装置１の構成図である。 第１絶縁基板１３の構成図である。 第２絶縁基板１４の構成図である。 半導体チップの構成図である。 半導体装置１の部品展開を説明する図である。 半導体装置１の断面図である。 半導体装置１を製造する方法を説明する図である。 実施形態２に係る半導体装置１の断面図である。 実施形態３に係る半導体装置１の断面図である。 実施形態４に係る半導体装置１の断面図である。 実施形態５に係る半導体装置１の全体構造図である。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る半導体装置１の構成図である。半導体装置１は、内部にＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップ１１とダイオードチップ１２を搭載している。外部引出用のゲート端子１５、外部引出用のエミッタ端子１６、外部引出用のコレクタ端子１７を半導体装置１の外部に引き出すことにより、半導体装置１はインバータ回路の一部として機能することができる。ここでは半導体装置１の内部に、２つのＩＧＢＴチップ１１と１つのダイオードチップ１２を配置した例を示した。
半導体装置１の一方の面にはエミッタ端子およびゲート端子用の第２絶縁基板１４が配置され、他方の面にはコレクタ端子用の第１絶縁基板１３が配置されている。半導体チップが動作するとき発生する熱は、半導体装置１の両面から放熱することができる。ＩＧＢＴチップ１１、ダイオードチップ１２、第２絶縁基板１４、第１絶縁基板１３は、モールド樹脂１８によってモールドされている。これにより絶縁性や信頼性を確保している。本実施例では、モールド樹脂18に、高耐熱なエポキシ系の樹脂を用いた。
図２は、第１絶縁基板１３の構成図である。コレクタ端子用の第１絶縁基板１３は、絶縁層２１を備えている。絶縁層２１の一方の面には金属層である回路層２２が配置され、他方の面には放熱層２３が配置されている。回路層２２には外部引出用のコレクタ端子１７が接続され、コレクタ端子１７を介して外部機器と半導体装置１が電気的に導通される。本実施形態１において、絶縁層２１として窒化ケイ素からなるセラミックスを用いた。同材料は、絶縁性や熱伝導性に優れるとともに高強度を有するので、放熱性と信頼性の観点から同材料を選定した。半導体装置１の用途や使用環境によっては、アルミナや窒化アルミなど、他のセラミックスを用いることもできる。回路層２２、放熱層２３、および外部引出用のコレクタ端子１７としては銅を用いた。これは、電気伝導性および熱伝導性に優れるからである。半導体装置１の用途や使用環境によっては、アルミなど他の金属材料を用いることもできる。本実施形態では、放熱層２３の表面を平滑な形状とした。これは、本半導体装置１を使用する際に冷却フィンなどへの接続を容易にするためである。一方、放熱層２３の表面にフィンを設けて、放熱層２３自体を冷却フィンとして用いることもできる。このとき、フィンを設ける必要はあるが、放熱層２３と冷却フィンの間の接続部材などによる熱抵抗増加が無く、より放熱性を向上できる。
図３は、第２絶縁基板１４の構成図である。ゲート端子用の第２絶縁基板１４は、絶縁層３１を備えている。絶縁層３１の一方の主面には、放熱層３４が配置されている。絶縁層３１の他方の主面には、金属層である回路層３２とゲート端子用の配線層である絶縁配線３３が配置されている。
本実施形態１において、絶縁層３１として窒化ケイ素からなるセラミックスを用いた。理由は絶縁層２１と同じである。第１絶縁基板１３における絶縁層２１と同じ材料を用いることにより、半導体装置１全体の熱変形のバランスをとることができる。半導体装置１の用途や使用環境によっては、アルミナや窒化アルミなど、他のセラミックスを用いることもできる。回路層３２、放熱層３４、および外部引出用のエミッタ端子１６としては銅を用いた。電気伝導性および熱伝導性に優れるからである。半導体装置１の用途や使用環境によっては、アルミなど他の金属材料を用いることもできる。
回路層３２の、半導体チップと接合する箇所には、接続部である突起３５を設けた。突起３５は、半導体チップと回路層３２を接合するとき、回路層３２と半導体チップ周辺部との間の距離をとって耐圧性を確保するためのものである。ＩＧＢＴチップ１１と対向する箇所に配置されている突起３５は、ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子を避けるようにしてコの字型に形成されている。ダイオードチップ１２はゲート端子を持たないので、ダイオードチップ１２と対向する位置に配置された突起３５はコの字型ではなく矩形に形成されている。また、放熱層３４の表面を平滑な形状とした。これは、半導体装置１を使用する際に冷却フィンなどへの接続を容易にするためである。一方、放熱層３４の表面にフィンを設けて、放熱層３４自体を冷却フィンとして用いることもできる。このとき、フィンを設ける必要はあるが、放熱層３４と冷却フィンの間の接続部材などによる熱抵抗増加が無く、より放熱性を向上できる。
ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子と対向する箇所には、ゲート端子と導通するゲート端子用の絶縁配線３３が配置されている。絶縁配線３３としては、低温焼結セラミックスを用いた。焼結前のセラミックス材料と金属ペーストとで構成されるシートを積層して、１０００℃程度以下の低温でセラミックスと金属を同時に焼結することにより、金属配線層を内部に配置したセラミックス絶縁体を形成することができる。なお、本実施形態１では、低温焼結セラミックスとして、マグネシウム、アルミ、ケイ素を主成分とする３種以上の酸化物を混合した材料を用いた。これらを1000℃で焼結した多結晶焼結体等であれば、金属ペーストを印刷等で形成し、積層することで内部配線層を自由に設計しやすいため好ましい。また、ゲート端子と接続するための突起３６と外部引出用のゲート端子１５を電気的に接続する金属配線層を内部に持つセラミックスから構成される絶縁配線３３を形成した。低温焼結セラミックスを焼結した後に、セラミックス内部に配置した配線表面に設けた。本実施形態１では、事前に用意したゲート端子接続用の突起３６を配線表面と拡散接合によって接合した。これ以外にも、接合材を用いた接合で突起を設けることや、配線表面にめっきを施すことで突起を設けることも可能である。このとき、突起３６は、突起３５よりも面積が小さいが、他方で突起３６よりも高さが大きく、ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子に向かって突起３５よりも突出するように構成されている。
図４は、半導体チップの構成図である。ＩＧＢＴチップ１１の表面には、ゲート端子４１とエミッタ端子４２が配置されており、ゲート端子４１はエミッタ端子４２よりも小面積である。ＩＧＢＴチップ１１の裏面には、コレクタ端子４３が配置されている。ダイオードチップ１２はゲート端子を持たない。このうち、ＩＧＢＴチップ１１の表面には、チップ表面のゲート端子４１とチップ表面のエミッタ端子４２が配置され、チップ表面のゲート端子４１はチップ表面のエミッタ端子４２よりも小面積である。ＩＧＢＴチップ１１の裏面には、コレクタ端子４３を備える。一方、ダイオードチップ１２はゲート端子を持たず、表面にカソード端子、裏面にアノード端子を備える。本実施形態では、半導体装置１の内部に、２つのＩＧＢＴチップ１１と１つのダイオードチップ１２を備えたが、ＩＧＢＴチップ１１やダイオードチップ１２の数を変更することも可能である。また、ＩＧＢＴチップ１１に代わり、ＭＯＳ−ＦＥＴチップなどを用いることも可能である。これらは、半導体装置１に求められる容量や特性によって選択すれば良い。
図５は、半導体装置１の部品展開を説明する図である。ここではモールド樹脂１８以外の部品を示す。半導体装置１は、第２絶縁基板１４と第１絶縁基板１３を上下に配置し、これらの基板間にＩＧＢＴチップ１１とダイオードチップ１２を配置することにより、回路を構成する。ＩＧＢＴチップ１１のエミッタ端子４２とダイオードチップ１２のエミッタ端子は、接合材５１によって第２絶縁基板１４と接続される。ゲート端子４１は、接合材５２によって第２絶縁基板１４と接続される。ＩＧＢＴチップ１１のコレクタ端子４３とダイオードチップ１２のコレクタ端子は、接合材５３によって第１絶縁基板１３と接続される。この接合形態はボンディングワイヤなどを必要としないので、回路長や電気抵抗の制御が容易であり、電気特性に優れた回路を提供できる。
半導体装置１の上下面には、それぞれ第２絶縁基板１４の放熱層３４と第１絶縁基板１３の放熱層２３が配置されている。これにより半導体装置１の両面から効率的に放熱できるので、動作時に半導体チップから生じる熱の放熱特性に優れた半導体装置１を提供できる。
半導体装置１の各部品を主面上に投影したとき、ＩＧＢＴチップ１１／ダイオードチップ１２／絶縁配線３３が重複する領域は、ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子４１近傍のみであり、ＩＧＢＴチップ１１のその他の領域は絶縁配線３３と重ならない。ダイオードチップ１２は全領域において絶縁配線３３と重ならない。
回路層３２を構成する銅は、絶縁配線３３を構成する低温焼結セラミックスと比較して熱伝導率が大きい。したがって、各半導体チップと放熱層３４との間の領域に配置する絶縁配線３３の面積を最小限に留め、回路層３２の面積をできる限り多くすることにより、放熱性を向上させることができる。本実施形態１においては、絶縁配線３３をゲート端子周辺にのみ形成しているので、回路層３２の面積を多く確保して放熱性を高めることができる。放熱性を高めるには、半導体チップで生じた熱を厚さ方向に逃がすと共に、速やかに水平方向に拡散させることが有効である。本実施形態では、半導体チップの上下に配置される絶縁基板の絶縁層を構成する窒化ケイ素よりも回路層３２を構成する銅の方が熱伝導率が高く、回路層３２の厚さを絶縁層厚さ以上にすることで、より水平方向への熱の拡散を促進できる。
図６は、半導体装置１の断面図である。ここではＩＧＢＴチップ１１近傍の断面拡大図を示す。図３を用いて説明したように、ゲート端子用の絶縁配線３３から半導体チップに向かって突出するゲート端子接続用の突起３６は、エミッタ回路層の接続用の突起３５よりも高さが大きい。すなわち，エミッタ端子およびゲート端子用絶縁基板の絶縁層３１の主面に対して、ゲート端子接続用の突起３６はエミッタ回路層の接続用の突起３５の先端よりも突出している。換言すると、突起３６のＩＧＢＴ１１側の端部とＩＧＢＴチップ１１との間の距離は、突起３５のＩＧＢＴチップ１１側の端部とＩＧＢＴチップ１１との間の距離よりも小さい。それぞれの突起（突起３５、突起３６）とＩＧＢＴチップ１１との間には、接合材５１、５２が配置される。後述する製造方法で説明する様に、塗布する接合材５１、５２の厚さは同じであるが、ゲート端子接続用の突起３６が突出していることによって製造工程において接合材５２をより押し付けるので、完成後の接合材５２は接合材５１よりも薄くなる。この様に、接合材５２をより押し付けて製造することで、より確実にゲート端子の導通を確保できることから、接続信頼性を向上できる。
図７は、半導体装置１を製造する方法を説明する図である。まず、ＩＧＢＴチップ１１とダイオードチップ１２に対して何も加工を施していない状態を、初期状態とする（図７（ａ））。
図７（ｂ）は、接合材を塗布する工程である。本実施形態１においては、はじめに、ＩＧＢＴチップ１１、ダイオードチップ１２の表面に接合材を塗布する。接合材にＳｎを主成分とするはんだ材の中で、融点の高いSnとCuを主成分とする材料を接合材５１および５２として用い、揮発成分を含むフラックス状のはんだを、マスクを用いて各半導体チップの表面に塗布した。このとき、ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子４１とエミッタ端子４２が電気的に短絡しないように、接合材５１と５２を配置する。マスクを用いて接合材を塗布するとき、厚さの異なる接合材を塗布するためには、複雑なマスクを用意して複数回の塗布工程を実施する必要がある。そこで本実施形態１においては、塗布する接合材の厚さを同一とし、各半導体チップあたり１枚のマスクを用いた１回の塗布工程により、接合材を塗布することとした。
図７（ｃ）は、接合材５１と５２を用いて、半導体チップを第２絶縁基板１４に接合する工程である。第２絶縁基板１４や半導体チップの位置決めは、カーボン治具を用いて実施した。リフロー装置を用いて接合材５１と５２を溶融した後に凝固させることにより、各部材を接合した。カーボン治具は、上下に分割する治具を用い、下治具の上面には上治具と位置決めするためのピンとエミッタ端子およびゲート端子用の絶縁基板１４を位置決めするためのくぼみを設ける。上治具には下治具のピンが通る穴と、各半導体チップを位置決めするための上下面を貫通する穴を設ける。製造時には、下治具のくぼみにエミッタ端子およびゲート端子用の絶縁基板１４を放熱層３４が下になる様に配置し、次に下治具のピンと上治具の穴を用いて下治具と上治具を位置決めし、次に上治具の各半導体チップを位置決めするための穴から塗布した接合材５１，５２が下になる様に各半導体チップを配置する。この状態で、リフロー装置を用いて接合することで、各半導体チップをエミッタ端子およびゲート端子用の絶縁基板１４に接合する。突起３６の高さは突起３５の高さよりも大きいので、接合材５１と５２が同じ厚さであれば、接合時の半導体チップの傾きや各部材の寸法公差を許容して、接合材５２をより押し付けるため、確実にゲート端子を接続することができる。したがって信頼性の高い半導体装置１を提供できる。
図７（ｄ）は、第１絶縁基板１３の回路層２２側の面を示す。図７（ｅ）は、回路層２２の表面に接合材５３を塗布する工程である。接合材５３としてはＳｎを主成分とするはんだ材を用い、マスクを用いてペースト状のはんだ材を塗布した。接合材５３として、接合材５１と５２よりも融点の低いSnとAgとCuを主成分とするはんだ材を用いた。
図７（ｆ）は、第１絶縁基板１３（半導体チップを接合済み）と第２絶縁基板１４を接合する工程である。第１絶縁基板１３と第２絶縁基板１４の位置決めは、カーボン治具を用いて実施した。リフロー装置を用いて接合材５３を溶融した後に凝固させることにより各基板を接合した。接合材５３の融点は接合材５１と５２の融点よりも低いので、リフロー工程において接合材５１と５２が再溶融することを防止できる。なお、本実施形態ではAgの含有量の違いを用いて融点に差を設けたが、BiやInなどの添加剤を用いて融点を制御しても良い。
図７（ｇ）は、装置全体をモールド樹脂１８によって封止する工程である。本工程により半導体装置１が完成する。すなわち、はじめに半導体チップのゲート端子およびエミッタ端子に接合材を塗布し、次にその接合材を用いて半導体チップとエミッタ端子およびゲート端子用の絶縁基板とを同時に接合し、次に半導体チップとコレクタ端子用の絶縁基板とを接合する半導体装置の製造方法となる。この製造方法は、はじめにゲート端子を接続することで小面積のゲート端子の導通を確実に確保すると共に、エミッタ端子およびゲート端子を同時に接合することで製造プロセスが簡略化できると言った効果も得られる。
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る半導体装置１においては、セラミックス材料と配線層によって構成された絶縁配線３３からＩＧＢＴチップ１１に向かって、突起３６が突起３５よりも突出している。これにより、面積の小さいゲート端子を確実に配線層と導通させることができる。
本実施形態１に係る半導体装置１において、熱伝導率が小さい絶縁配線３３はゲート端子周辺にのみ配置され、熱伝導率が大きい回路層３２の面積を多く確保している。これにより、充分な放熱性を確保することができる。
＜実施の形態２＞
図８は、本発明の実施形態２に係る半導体装置１の断面図である。本実施形態２において、突起３６は、先端（ＩＧＢＴチップ１１に近い側の端部）ほど細い先細り形状となっている。その他構成は実施形態１と同様である。本実施形態２においては、突起３６が先細り形状であるので、リフロー工程において接合材５２が軟化したときに突起３６が接合材５２の内部に食い込み、より確実にゲート端子を接続できる。なお、本実施形態では、事前に用意したゲート端子接続用の突起３６を配線表面と拡散接合によって接合した。これ以外にも、接合材を用いた接合で突起を設けることや、配線表面にめっきを施すことで突起を設けることも可能である。
＜実施の形態３＞
図９は、本発明の実施形態３に係る半導体装置１の断面図である。本実施形態３において、突起３６はベンド構造を持ち、高さ方向の剛性が実施形態１よりも小さい。その他構成は実施形態１と同様である。突起３６をゲート端子と接続するとき、突起３６によってＩＧＢＴチップ１１の表面が極端に強く押されると、ＩＧＢＴチップ１１表面の電極や内部の半導体素子が破損することが懸念される。突起３６の高さ方向の剛性を小さくすることにより、ＩＧＢＴチップ１１表面の電極や内部の半導体素子を極端に強く押すことを確実に防止でき、より信頼性の高い半導体装置を提供できる。
本実施形態３において、ベンド構造に代えて、またはこれと併用して、スプリング形状やジグザグ形状など他の構造によって高さ方向の剛性を低減することもできる。あるいは突起３６に縦弾性係数の小さい材料を用いることにより、高さ方向の剛性を低減することもできる。これらのいずれを採用するかについては、突起３６の製造方法や製造プロセスに応じて選定することができる。
＜実施の形態４＞
図１０は、本発明の実施形態４に係る半導体装置１の断面図である。本実施形態４においては、突起３６に代えて、接合材５２の内部に略球形状のコア材１０１が配置されている。その他構成は実施形態１と同様である。コア材１０１としては、銅球の表面にニッケルめっきし、さらにその上にＳｎめっきを施した銅コアボールを用いた。本実施形態４においては、コア材１０１の少なくとも一部を、突起３５よりもＩＧＢＴチップ１１に近い位置に配置する。これにより、確実にゲート端子４１を配線層と接続することができる。
製造プロセスにおいて、リフロー装置で接合材５２が溶融・凝固するとき、コア材１０１表面のＳｎめっきは溶融・凝固してゲート端子４１を確実に導通する一方、コア材１０１を構成する銅やニッケルは溶融しないので、絶縁配線３３とＩＧＢＴチップ１１との間の距離を確実に接続することができる。
本実施形態４は略球形状のコア材１０１を用いたが、上記の機能を得ることができる形状であれば、例えば多角形状や粒状に粉砕したままの形状など他の形状を用いることもできる。また、リフロープロセスの高温に耐える材料であれば、ポリイミド製のボール材など、別材料をコア材１０１として用いることもできる。これらは、コア材１０１の製造方法や製造プロセスに応じて、選定すればよい。
＜実施の形態５＞
図１１は、本発明の実施形態５に係る半導体装置１の全体構造図である。実施形態１において絶縁配線３３は略長方形であるのに対して、本実施形態５において絶縁配線３３は各突起３６（すなわち各ゲート端子）に向かって枝分かれする形状を有している。
本実施形態５においては、半導体装置１の各部品を主面上に投影したとき、絶縁配線３３とＩＧＢＴチップ１１は、ゲート端子４１近傍のみで重複する。これにより、エミッタ端子４２の全面を突起３５と接続することができる。絶縁配線３３を構成する低温焼結セラミックスと比較して、突起３５を構成する銅は熱伝導率が大きい。したがって、本実施形態５のようにＩＧＢＴチップ１１と突起３５とが接合される面積をより大きくすることにより、半導体装置１を効率的に冷却することができる。なお、本実施形態ではスイッチング素子にＩＧＢＴを用いたが、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いる場合には、ゲート端子用の絶縁配線３３がＭＯＳ−ＦＥＴチップとゲート端子近傍のみで重複する。
本実施形態５においては、絶縁配線３３が分岐する複雑な形状を有するので、複数のゲート端子用の絶縁配線３３を一括して製造した後に絶縁配線３３をダイシング加工などで切断する必要があり、製造難易度が高くなる。一方、セラミックスを焼結する前のグリーンシートの状態で切断した後に焼結するなどのように、実施形態１とは異なる製造方法によって絶縁配線３３を製造することもできる。これらの加工方法や半導体装置１に求められる冷却性能などに鑑みて、適切な実施形態を選択すればよい。
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
以上の実施形態においては、半導体装置１の内部に２つのＩＧＢＴチップ１１と１つのダイオードチップ１２を備える例を説明したが、ＩＧＢＴチップ１１やダイオードチップ１２の数を変更することもできる。ＩＧＢＴチップ１１に代えて、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップなどを用いることもできる。これらは、半導体装置１に求められる容量や特性によって選択すればよい。
１：半導体装置
１１：ＩＧＢＴチップ
１２：ダイオードチップ
１３：第１絶縁基板
１４：第２絶縁基板
１５：ゲート端子
１６：エミッタ端子
１７：コレクタ端子
１８：モールド樹脂
２１：第１絶縁基板の絶縁層
２２：第１絶縁基板の回路層
２３：第１絶縁基板の放熱層
３１：第２絶縁基板の絶縁層
３２：第２絶縁基板の回路層
３３：絶縁配線
３４：第２絶縁基板の放熱層
３５：突起
３６：突起
４１：ゲート端子
４２：エミッタ端子
４３：コレクタ端子
５１：接合材
５２：接合材
５３：接合材
１０１：コア材

Claims (13)

  1. 半導体スイッチング素子を備える半導体装置であって、
    前記半導体スイッチング素子が実装された第１絶縁基板と、
    絶縁層を有し、前記絶縁層の一方の表面に配線層と金属層を有する第２絶縁基板と、
    を備え、
    前記絶縁層の前記一方の表面と、前記第１絶縁基板の前記半導体スイッチング素子を実装した表面は、互いに対向して配置されており、
    前記配線層は、前記絶縁層の前記一方の表面に形成されたセラミックス層の内部に形成されており、
    前記半導体スイッチング素子のゲート端子と前記配線層は、導電材料によって形成された接続部及び第１接合材を介して電気的に接続されており、
    前記半導体スイッチング素子の前記ゲート端子以外の端子と前記金属層は、第２接合材を介して電気的に接続されており、
    前記絶縁層の前記一方の表面から、前記接続部の前記第１絶縁基板の側の端部までの距離は、前記絶縁層の前記一方の表面から、前記金属層の前記第１絶縁基板の側の表面までの距離よりも大きい
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記接続部は、前記配線層から前記ゲート端子に向かって突出した突起として形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記接続部は、前記絶縁層から前記ゲート端子に向かって先細る形状を有する
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記接続部は、ばね構造を有する
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  5. 前記接続部は、前記第１接合材の内部に配置されたコアとして形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 前記第１絶縁基板はさらに、ダイオードチップを実装しており、
    前記セラミックス層は、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板を対向面上に投影したとき、前記半導体スイッチング素子と重なるとともに前記ダイオードチップとは重ならない位置に形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  7. 前記半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴであり、
    前記セラミックス層は、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板を対向面上に投影したとき、前記半導体スイッチング素子のゲート端子と重なる位置に形成されており、
    前記金属層は、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板を対向面上に投影したとき、前記セラミックス層と重ならず、かつ前記半導体スイッチング素子のエミッタ端子と重なる位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  8. 前記第１絶縁基板は、前記半導体スイッチング素子を実装していない表面に放熱層を有しており、
    前記第２絶縁基板は、前記配線層と前記金属層を有していない他方の表面に放熱層を有している
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  9. 前記半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴであり、
    前記第１絶縁基板は、前記半導体スイッチング素子を実装した表面上に金属層を有し、 前記第１絶縁基板の金属層は、前記半導体スイッチング素子のコレクタ端子と電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  10. 前記第１絶縁基板は、複数の前記半導体スイッチング素子を実装しており、
    前記配線層は、矩形の平板形状を有しており、
    前記配線層は、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板を対向面上に投影したとき、各前記半導体スイッチング素子のゲート端子と重なる位置に形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  11. 前記第１絶縁基板は、複数の前記半導体スイッチング素子を実装しており、
    前記配線層は、各前記半導体スイッチング素子のゲート端子に向かって分岐する形状を有している
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  12. 請求項１記載の半導体装置を製造する方法であって、
    前記半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴであり、
    前記方法は、
    前記半導体スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子に前記第１接合材を塗布するステップ、
    前記第１接合材を用いて、前記半導体スイッチング素子と前記第２絶縁基板を同時に接合するステップ、
    前記半導体スイッチング素子と前記第１絶縁基板を接合するステップ、
    を有することを特徴とする製造方法。
  13. 前記方法はさらに、セラミックス材料を１０００℃以下で焼結することにより前記セラミックス層を形成するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
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