WO2020105542A1 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
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- H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
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- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
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- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
- H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
- H01L23/49816—Spherical bumps on the substrate for external connection, e.g. ball grid arrays [BGA]
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- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
- H01L23/49866—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers characterised by the materials
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/1515—Shape
- H01L2924/15151—Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections
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- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/1515—Shape
- H01L2924/15153—Shape the die mounting substrate comprising a recess for hosting the device
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- H01L2924/1515—Shape
- H01L2924/15158—Shape the die mounting substrate being other than a cuboid
- H01L2924/15162—Top view
Definitions
- the present disclosure relates to semiconductor devices.
- Patent Document 1 discloses an example of a conventional semiconductor device.
- a conductor pattern is provided on one surface of an insulating substrate, a back electrode of each semiconductor element is bonded to the conductor pattern, and a plurality of semiconductor elements are mounted on the insulating substrate.
- the surface area of semiconductor devices (the area of the surface orthogonal to the thickness direction) is required to be small so that it can be mounted in a narrower area. Therefore, it is necessary to reduce the surface area of the semiconductor element mounted on the semiconductor device. In the case of MOSFET, there is a problem that the smaller the surface area, the higher the on-resistance.
- a semiconductor device provided by the present disclosure is provided with an element main surface and an element back surface facing opposite sides in a thickness direction, an element first electrode arranged on the element back surface, and an element first electrode arranged on the element main surface.
- a first semiconductor element and a second semiconductor element each having two electrodes are provided.
- the semiconductor device includes a first lead having a lead main surface and a lead back surface facing opposite sides in the thickness direction, and an insulating layer covering the first lead, the first semiconductor element and the second semiconductor element.
- the first semiconductor element and the first lead are bonded to each other in a posture in which the element back surface of the first semiconductor element and the lead main surface face each other.
- the second semiconductor element and the first lead are bonded in a posture in which the element back surface and the lead back surface of the second semiconductor element face each other.
- the first semiconductor element is mounted on the lead main surface of the first lead, and the second semiconductor element is mounted on the lead back surface of the first lead. Therefore, the surface area of each semiconductor element can be increased as compared with the case where the first semiconductor element and the second semiconductor element are mounted side by side on the same surface of the first lead.
- FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a circuit diagram of the semiconductor device shown in FIG. 1. It is a figure which shows the typical cross section of the semiconductor device shown in FIG.
- FIG. 2 is a plan view in which a part of the semiconductor device shown in FIG. 1 is made transparent.
- FIG. 2 is a plan view in which a part of the semiconductor device shown in FIG. 1 is made transparent.
- FIG. 2 is a plan view in which a part of the semiconductor device shown in FIG. 1 is made transparent.
- FIG. 3 is a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1. It is a figure showing a typical section of a semiconductor device concerning a 2nd embodiment of this indication.
- FIG. 19 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device shown in FIG. 18.
- FIG. 19 is a plan view in which a part of the semiconductor device shown in FIG. 18 is made transparent.
- FIG. 19 is a plan view in which a part of the semiconductor device shown in FIG. 18 is made transparent.
- FIG. 16 is a circuit diagram showing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present disclosure. It is a figure which shows the typical cross section of the semiconductor device shown in FIG.
- FIG. 14 is a circuit diagram showing a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present disclosure. It is a figure showing a typical section of a semiconductor device concerning a 9th embodiment of this indication.
- the semiconductor device A1 includes a first lead 11, a third lead 13, a fourth lead 14, via holes 211 to 214, 221-225, wiring patterns 311, 312, 321 to 324, a first electrode 41, a second electrode 42, and a first electrode 41.
- the third electrode 43, the fifth electrode 45, the conductive bonding layer 51, the semiconductor elements 6a and 6b, the insulating layer 7, and the insulating film 8 are provided.
- FIG. 1 is a perspective view showing the semiconductor device A1.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing the semiconductor device A1.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross-section of the semiconductor device A1, in which each member is shown so that the conduction path can be easily understood. Although each via hole and each wiring pattern are actually integrated with each other, in FIG. 3, different members are hatched for the sake of distinction.
- 4 to 6 are plan views showing the semiconductor device A1, in which a part thereof is made transparent.
- the insulating film 8 on the upper side (the upper side in FIG. 3) is transmitted.
- the upper insulating film 8, the wiring patterns 311 and 312, and the insulating layer 7 are made transparent.
- FIG. 6 the upper insulating film 8, the wiring patterns 311 and 312, the insulating layer 7, the via holes 211 to 214, the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14 are made transparent.
- the semiconductor device A1 shown in these figures is a device that is surface-mounted on the circuit boards of various devices.
- the semiconductor device A1 has a rectangular shape when viewed in the thickness direction.
- the thickness direction of the semiconductor device A1 is the z direction
- the direction along one side of the semiconductor device A1 orthogonal to the z direction is the x direction
- the z direction and the direction orthogonal to the x direction are the y directions.
- the dimensions of the semiconductor device A1 are not particularly limited, and in the present embodiment, for example, the x-direction dimension is about 2 to 6 mm
- the y-direction dimension is about 2 to 6 mm
- the z-direction dimension is about 0.5 to 1 mm.
- the first lead 11 supports the semiconductor elements 6a and 6b and is electrically connected to the semiconductor elements 6a and 6b.
- the third lead 13 is electrically connected to the semiconductor element 6a.
- the fourth lead 14 is electrically connected to the semiconductor elements 6a and 6b.
- the first lead 11, the third lead 13 and the fourth lead 14 are formed by punching or etching a metal plate.
- the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14 are made of metal, preferably Cu or Ni, or an alloy thereof, 42 alloy, or the like. In the present embodiment, the first lead 11, the third lead 13 and the fourth lead 14 are made of Cu.
- the thickness of the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14 is, for example, 0.08 to 0.3 mm, and is about 0.15 mm in the present embodiment.
- the materials and thicknesses of the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14 are not limited.
- the first lead 11 is arranged in the center of the semiconductor device A1 when viewed in the z direction.
- the third lead 13 is arranged at the lower left end of the semiconductor device A1 in FIG. 5 so as to be separated from the first lead 11.
- the fourth lead 14 is arranged at the upper right end portion of the semiconductor device A1 in FIG. 5 apart from the first lead 11. Note that the arrangement, shape, and size of the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14 are examples, and the present invention is not limited to this, and may be designed as appropriate.
- the first lead 11 includes a main surface 111, a back surface 112, and an end surface 113.
- the main surface 111 and the back surface 112 face each other in the z direction.
- the main surface 111 is a surface facing upward in FIG.
- the main surface 111 is a surface on which the semiconductor element 6a is mounted.
- the back surface 112 is a surface facing downward in FIG.
- the back surface 112 is a surface on which the semiconductor element 6b is mounted.
- the end surface 113 is a cut surface formed by cutting the tie bar that connects the first lead 11 and the frame in the lead frame. The end surface 113 is exposed from the insulating layer 7.
- the third lead 13 includes a main surface 131, a back surface 132, and an end surface 133.
- the main surface 131 and the back surface 132 face each other in the z direction.
- the main surface 131 is a surface facing upward in FIG.
- the back surface 132 is a surface facing downward in FIG.
- the end surface 133 is a cut surface formed by cutting the tie bar that connects the third lead 13 and the frame in the lead frame.
- the end surface 133 is exposed from the insulating layer 7.
- the fourth lead 14 includes a main surface 141, a back surface 142, and an end surface 143.
- the main surface 141 and the back surface 142 face each other in the z direction.
- the main surface 141 is a surface facing upward in FIG.
- the back surface 142 is a surface facing downward in FIG.
- the end surface 143 is a cut surface formed by cutting the tie bar that connects the fourth lead 14 and the frame in the lead frame.
- the end surface 143 is exposed from the insulating layer 7.
- the main surface 111 of the first lead 11, the main surface 131 of the third lead 13, and the main surface 141 of the fourth lead 14 are flush with each other.
- the back surface 112 of the first lead 11, the back surface 132 of the third lead 13, and the back surface 142 of the fourth lead 14 are flush with each other.
- the semiconductor elements 6a and 6b are elements that exhibit the electrical function of the semiconductor device A1. In addition, below, when the semiconductor elements 6a and 6b are not distinguished, it describes as "semiconductor element 6." As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the semiconductor element 6 is an N-type MOSFET. The semiconductor element 6 may be another transistor or another semiconductor element. The semiconductor element 6 includes an element main surface 61, an element back surface 62, an element first electrode 63, an element second electrode 64, and an element third electrode 65.
- the element main surface 61 and the element back surface 62 face each other in the z direction.
- the element first electrode 63 is disposed on the element back surface 62.
- the element second electrode 64 and the element third electrode 65 are arranged on the element main surface 61.
- the element first electrode 63 is a drain electrode
- the element second electrode 64 is a source electrode
- the element third electrode 65 is a gate electrode.
- the semiconductor element 6 a is mounted in the center of the main surface 111 of the first lead 11. Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor element 6 a is bonded to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51 with the element back surface 62 and the main surface 111 facing each other. As a result, the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a is electrically connected to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51.
- the semiconductor element 6b is mounted in the center of the back surface 112 of the first lead 11. Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor element 6b is bonded to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51 with the element back surface 62 and the back surface 112 facing each other.
- the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b is electrically connected to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51. Both the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b are electrically connected to the first lead 11. That is, the semiconductor device A1 is a drain common circuit (see FIG. 2) in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the conductive bonding layer 51 is a conductor interposed between the semiconductor elements 6a and 6b and the first lead 11, as shown in FIG.
- the conductive bonding layer 51 is formed by applying a conductive bonding material and thermosetting it.
- the conductive bonding material is, for example, a bonding material (Ag paste) made of a synthetic resin whose main component is an epoxy resin containing Ag.
- the conductive bonding material may be another material such as sintering paste or solder.
- the method for forming the conductive bonding layer 51 is not limited, and the conductive bonding layer 51 may be made of a material having conductivity.
- the insulating layer 7 covers the first lead 11, the third lead 13, the fourth lead 14, and the semiconductor elements 6a and 6b.
- the insulating layer 7 is made of prepreg, for example.
- a prepreg is a reinforced plastic molding material in which a fibrous reinforcing material such as carbon fiber is uniformly impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin and heated or dried to be in a semi-cured state.
- the material of the insulating layer 7 is not limited, and any material having an electrical insulating property may be used.
- the insulating layer 7 includes an insulating layer main surface 71, an insulating layer back surface 72, and an insulating layer side surface 73.
- the insulating layer main surface 71 and the insulating layer back surface 72 face each other in the z direction.
- the insulating layer main surface 71 is a surface facing upward in FIG. 3, and the insulating layer back surface 72 is a surface facing downward in FIG.
- the insulating layer side surface 73 is a surface that connects the insulating layer main surface 71 and the insulating layer rear surface 72, and faces the x direction or the y direction.
- the end surface 113 of the first lead 11, the end surface 133 of the third lead 13, and the end surface 143 of the fourth lead 14 are exposed from the insulating layer side surface 73.
- the end surface 113 of the first lead 11, the end surface 133 of the third lead 13, and the end surface 143 of the fourth lead 14 are flush with the insulating layer side surface 73.
- the via holes 211 to 214 and 221 to 225 are conductive paths formed by plating or the like on the side surfaces of the holes formed in the insulating layer 7 and serve as conductive paths.
- the conductive layer is a metal such as Cu.
- the via holes 211 to 214 and 221 to 225 have holes formed in the insulating layer 7 by, for example, a laser, and a base layer which is a thin Cu layer is formed on the side surfaces of the holes by electroless plating. It is formed by forming a Cu plating layer by electrolytic plating using the ground layer as a conductive path.
- the method of forming the via holes 211 to 214 and 221 to 225 is not limited.
- the structure of the via holes 211 to 214 and 221 to 225 is not limited, and the inside may be filled with a conductor, the insulating film 8 or a cavity.
- the via holes 211 to 214 are opened in the insulating layer main surface 71 of the insulating layer 7 and extend in the z direction. As shown in FIG. 3, the via hole 211 is in contact with the element second electrode 64 of the semiconductor element 6a and is conductive. The via hole 212 is in contact with the element third electrode 65 of the semiconductor element 6a and is conductive. The via hole 213 is in contact with the main surface 131 of the third lead 13 and is electrically connected to the third lead 13. The via hole 214 is in contact with the main surface 141 of the fourth lead 14 and is electrically connected to the fourth lead 14. In this embodiment, as shown in FIG. 5, two via holes 211 are arranged. Note that the number of via holes 211 to 214 and the positions of the via holes 211 are merely examples, and the present invention is not limited to this and may be appropriately designed.
- the via holes 221 to 225 open in the insulating layer back surface 72 of the insulating layer 7 and extend in the z direction. As shown in FIG. 3, the via hole 221 is in contact with the element second electrode 64 of the semiconductor element 6b and is conductive. The via hole 222 is in contact with the element third electrode 65 of the semiconductor element 6b and is conductive. The via hole 223 is in contact with the back surface 132 of the third lead 13 and is electrically connected to the third lead 13. The via hole 224 is in contact with the back surface 142 of the fourth lead 14 and is electrically connected to the fourth lead 14. The via hole 225 is in contact with the back surface 112 of the first lead 11 and is electrically connected to the first lead 11. In this embodiment, as shown in FIG. 6, two via holes 221 are arranged. It should be noted that the number of via holes 221 to 225 and the positions of the via holes 221 to 225 are merely examples, and the present invention is not limited to this and may be appropriately designed.
- the wiring patterns 311, 312, 321 to 324 are wiring patterns formed on the insulating layer main surface 71 or the insulating layer back surface 72 of the insulating layer 7 and serve as conductive paths.
- the wiring patterns 311, 312, 321 to 324 are made of metal such as Cu.
- the wiring patterns 311, 312, 321 to 324 are formed by electroless plating to form a Cu thin film and electrolytic plating using the Cu thin film as a conductive path.
- the method for forming the wiring patterns 311, 312, 321 to 324 is not limited.
- the wiring patterns 311 and 312 are formed on the insulating layer main surface 71, and are arranged apart from each other. As shown in FIGS. 3 and 4, the wiring pattern 311 is in contact with the via holes 211 and 213, and electrically connects the via hole 211 and the via hole 213. The wiring pattern 312 is in contact with the via holes 212 and 214, and electrically connects the via hole 212 and the via hole 214. It should be noted that the shapes and arrangements of the wiring patterns 311 and 312 are examples, and the present invention is not limited to this and may be designed appropriately.
- the wiring patterns 321 to 324 are formed on the back surface 72 of the insulating layer and are arranged apart from each other. As shown in FIGS. 3 and 6, the wiring pattern 321 is in contact with and electrically connected to the via hole 221.
- the wiring pattern 322 is in contact with the via holes 222 and 224, and electrically connects the via hole 222 and the via hole 224.
- the wiring pattern 323 is in contact with and electrically connected to the via hole 223.
- the wiring pattern 324 is in contact with and electrically connected to the via hole 225. It should be noted that the shapes and arrangements of the wiring patterns 321 to 324 are merely examples, and the present invention is not limited to this and may be designed appropriately.
- the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 are electrode pads used for surface-mounting the semiconductor device A1 on a circuit board (not shown), and the back surface side of the semiconductor device A1 ( It is arranged on the insulating layer back surface 72 side of the insulating layer 7.
- the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 are conductors that are circular in the z direction.
- the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 are composed of, for example, a Ni layer, a Pd layer, and an Au layer that are stacked on each other, and are formed by electroless plating.
- the material, shape, thickness, arrangement position, and forming method of the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 are not limited. For example, it may be a solder ball.
- the first electrode 41 is in contact with the wiring pattern 323 and is conductive.
- the second electrode 42 is in contact with the wiring pattern 324 and is conductive.
- the third electrode 43 is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 321.
- the fifth electrode 45 is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 322.
- the first lead 11, the third lead 13, the fourth lead 14, the via holes 211 to 214, 221 to 225, the wiring patterns 311, 312, and 321 to 324 are the electrodes of the semiconductor elements 6a and 6b, the first electrode 41, A conduction path is formed with the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45.
- the first electrode 41 is electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 323, the via hole 223, the third lead 13, the via hole 213, the wiring pattern 311, and the via hole 211. .. Therefore, the first electrode 41 functions as the source terminal of the semiconductor element 6a.
- the second electrode 42 is the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 324, the via hole 225, and the first lead 11. ) Is conducted. Therefore, the second electrode 42 functions as the drain terminals of the semiconductor elements 6a and 6b.
- the semiconductor device A1 is a drain common circuit (see FIG. 2) in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the third electrode 43 is electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 321 and the via hole 221. Therefore, the third electrode 43 functions as the source terminal of the semiconductor element 6b.
- the fifth electrode 45 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 322, the via hole 224, the fourth lead 14, the via hole 214, the wiring pattern 312, and the via hole 212. ..
- the fifth electrode 45 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 322 and the via hole 222. Therefore, the fifth electrode 45 functions as a gate terminal of the semiconductor elements 6a and 6b.
- the semiconductor device A1 is a circuit in which the gate electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the insulating film 8 is formed on the insulating layer main surface 71 and the insulating layer back surface 72, and covers the wiring patterns 311, 312, 321 to 324.
- the insulating film 8 is provided to protect the wiring patterns 311, 312, 321 to 324 and electrically insulate the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 from each other.
- the insulating film 8 covers the entire insulating layer main surface 71 and the entire wiring patterns 311 and 312. Further, the insulating film 8 covers the entire surface of the insulating layer back surface 72, and the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 of the wiring patterns 321 to 324 are formed. It covers all but the part.
- the insulating film 8 is formed of an insulating material such as a solder resist by photolithography, for example. The material, thickness, and forming method of the insulating film 8 are not limited.
- FIG. 7 is a plan view and a view corresponding to FIG. 8 to 14 are schematic cross-sectional views and correspond to FIG.
- the lead frame 900 is prepared as shown in FIG.
- the lead frame 900 is a plate-shaped material that becomes the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14. It should be noted that FIG. 7 shows only the regions to be the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14.
- the lead frame 900 is formed by etching a metal plate.
- the lead frame 900 may be formed by punching a metal plate. In FIG. 7, the lead frame 900 is hatched for easy understanding.
- the lead frame 900 includes a main surface 901 and a back surface 902 facing opposite sides in the z direction.
- the main surface 901 is a surface facing upward in FIG.
- the back surface 902 is a surface facing downward in FIG. 8, and is a back surface 112 of the first lead 11, a back surface 132 of the third lead 13, and a back surface 142 of the fourth lead 14.
- the semiconductor elements 6a and 6b are bonded to the lead frame 900.
- Ag paste is applied to the center of the area that will be the main surface 111 of the first lead 11, and the element back surface 62 is made to face the main surface 901 of the lead frame 900.
- the semiconductor element 6a is bonded.
- a reflow process is performed.
- the Ag paste is thermoset to become the conductive bonding layer 51, and the semiconductor element 6a is bonded to the lead frame 900 via the conductive bonding layer 51.
- the element first electrode 63 of the semiconductor element 6 a is electrically connected to the lead frame 900 via the conductive bonding layer 51.
- the back surface 902 of the lead frame 900 Ag paste is applied to the center of the area that will be the back surface 112 of the first lead 11, and the element back surface 62 is made to face the back surface 902 of the lead frame 900. Bond 6b. Then, a reflow process is performed. By the reflow treatment, the Ag paste is thermoset to become the conductive bonding layer 51, and the semiconductor element 6b is bonded to the lead frame 900 via the conductive bonding layer 51. Further, the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b is electrically connected to the lead frame 900 via the conductive bonding layer 51.
- an insulating layer 903 is formed.
- sheet-shaped prepregs are attached and laminated on the main surface 901 and the back surface 902 of the lead frame 900 to form an insulating layer 903 covering the lead frame 900 and the semiconductor elements 6a and 6b.
- the insulating layer 903 becomes the insulating layer 7.
- the insulating layer 903 includes a main surface 903a and a back surface 903b facing opposite sides in the z direction.
- the main surface 903a is a surface that faces upward in FIG. 9, and is a surface that becomes the insulating layer main surface 71.
- the back surface 903b is a surface facing downward in FIG. 9 and is a surface that becomes the insulating layer back surface 72.
- holes 904 are formed in the insulating layer 903.
- a hole 904 extending from the main surface 903a of the insulating layer 903 in the z direction is formed by, for example, a laser.
- Each hole 904 is formed so as to reach the main surface 901 of the lead frame 900 or the element main surface 61 of the semiconductor element 6a at a predetermined position.
- a hole 904 extending in the z direction is formed from the back surface 903b of the insulating layer 903 by using, for example, a laser.
- Each hole 904 is formed so as to reach the back surface 902 of the lead frame 900 or the element main surface 61 of the semiconductor element 6b at a predetermined position.
- a base layer 905 which is a thin Cu layer, is formed on the side surface of the hole 904 and the entire main surface 903a and back surface 903b of the insulating layer 903 by electroless plating.
- a photosensitive dry film is bonded so as to cover the entire surface of the underlayer 905, and patterning is performed by exposing and developing.
- the underlying layer 905 is exposed from the portion of the photosensitive dry film removed by exposure.
- a plating layer 906 that contacts the exposed underlayer 905 is formed.
- the plating layer 906 is made of Cu and is formed by electrolytic plating using the underlayer 905 as a conductive path.
- the unnecessary base layer 905 is removed by, for example, wet etching.
- the insulating layer 903 is exposed from the portion where the base layer 905 is removed.
- the underlying layer 905 and the plating layer 906, which are laminated on each other, are integrated, and in the following, the portion formed in the hole 904 will be referred to as a via hole 907a, and the portions formed in the main surface 903a and the back surface 903b of the insulating layer 903 will be interconnected.
- the pattern is 907b.
- the via hole 907a becomes the via holes 211 to 214, 221-225, and the wiring pattern 907b becomes the wiring patterns 311, 312, 321 to 324.
- an insulating film 908 which covers the main surface 903a and the back surface 903b of the insulating layer 903 and the wiring pattern 907b is formed.
- the insulating film 908 according to this embodiment is formed by photolithography.
- a solder resist is applied so as to cover the main surface 903a and the back surface 903b of the insulating layer 903 and the entire wiring pattern 907b.
- patterning is performed by performing exposure and development. As a result, the insulating film 908 having the opening 908a formed at the predetermined position is formed.
- the insulating film 908 becomes the insulating film 8.
- each electrode is formed in the opening 908a of the insulating film 908 by electroless plating.
- the lead frame 900, the insulating layer 903, and the insulating film 908 are divided into pieces by cutting along a cutting line (not shown) parallel to the x direction and the y direction.
- the individual pieces divided in this step become the semiconductor device A1.
- the semiconductor device A1 described above is obtained.
- the manufacturing method of the semiconductor device A1 is not limited to the above-mentioned one.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do. As a result, the on resistance of the semiconductor devices 6a and 6b, which are MOSFETs, can be reduced. If the semiconductor elements 6a and 6b have the same surface area, the surface area of the semiconductor device A1 can be reduced as compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface.
- both the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b are electrically connected to the first lead 11. Therefore, it is possible to configure a drain common circuit in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the fifth electrode 45 includes the device third electrode 65 (of the semiconductor device 6a) via the wiring pattern 322, the via hole 224, the fourth lead 14, the via hole 214, the wiring pattern 312, and the via hole 212. It is electrically connected to the gate electrode) and is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b through the wiring pattern 322 and the via hole 222. Therefore, by inputting the control signal to the fifth electrode 45, both the semiconductor element 6a and the semiconductor element 6b can be controlled simultaneously.
- FIG. 15 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A2, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A2 according to the present embodiment is different from the semiconductor device A1 according to the first embodiment in that the element third electrode 65 of the semiconductor element 6a and the element third electrode 65 of the semiconductor element 6b are not electrically connected.
- the wiring pattern 322 according to this embodiment is not in contact with the via hole 224.
- the semiconductor device A2 further includes a wiring pattern 325 and a sixth electrode 46.
- the wiring pattern 325 is similar to the wiring patterns 321 to 324, and is formed on the insulating layer back surface 72 so as to be separated from the wiring patterns 321 to 324.
- the wiring pattern 325 is in contact with the via hole 224 and the fifth electrode 45, and electrically connects the via hole 224 and the fifth electrode 45.
- the sixth electrode 46 is similar to the fifth electrode 45, is in contact with the wiring pattern 322, and is conductive.
- the fifth electrode 45 is the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 325, the via hole 224, the fourth lead 14, the via hole 214, the wiring pattern 312, and the via hole 212. However, it is not conducted to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b.
- the sixth electrode 46 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 322 and the via hole 222. Therefore, the fifth electrode 45 functions as a gate terminal of the semiconductor element 6a, and the sixth electrode 46 functions as a gate terminal of the semiconductor element 6b.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do. Also in the present embodiment, both the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b are electrically connected to the first lead 11. Therefore, it is possible to configure a drain common circuit in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the fifth electrode 45 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6a
- the sixth electrode 46 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b.
- the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 are not electrically connected. Therefore, since different control signals can be input to the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46, the semiconductor element 6a and the semiconductor element 6b can be individually controlled.
- the semiconductor device A2 does not include the wiring patterns 321 to 325, the first electrode 41 is in direct contact with the via hole 223, the second electrode 42 is in direct contact with the via hole 225, and the third electrode 43 is in direct contact with the via hole 221.
- the fifth electrode 45 may be in direct contact with the via hole 224, and the sixth electrode 46 may be in direct contact with the via hole 222. In this case, since it is not necessary to form the wiring patterns 321 to 325 on the insulating layer back surface 72, it is possible to reduce the material for forming the wiring pattern.
- FIG. 16 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A3, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A3 according to the present embodiment differs from the semiconductor device A1 according to the first embodiment in that the back surface 112 of the first lead 11 is provided with the recess 114 and the semiconductor element 6b is disposed in the recess 114.
- the recess 114 is a recess formed on the back surface 112 of the first lead 11 and recessed toward the main surface 111, and has a bottom surface 114 a parallel to the back surface 112.
- the recess 114 is formed by, for example, a half etching process.
- the semiconductor element 6b is disposed in the recess 114, and is bonded to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51 with the element back surface 62 and the bottom surface 114a facing each other.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do.
- the semiconductor element 6b is arranged on the bottom surface 114a of the recess 114 formed on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, when the distance t1 from the bottom surface 114a to the insulating layer back surface 72 is the same as the distance from the back surface 112 to the insulating layer back surface 72 in the first embodiment, the thickness (dimension in the z direction) of the semiconductor device A3 is It is thinner than the thickness of the semiconductor device A1. That is, it contributes to the thinning of the semiconductor device.
- the distance t2 from the back surface 112 to the insulating layer back surface 72 is smaller than that in the first embodiment, the heights (dimensions in the z direction) of the via holes 223 to 225 are lower than those in the first embodiment. Therefore, the resistance values of via holes 223 to 225 are reduced. Further, the material for forming the via holes 223 to 225 can be reduced. Further, the depth of the holes formed from the insulating layer back surface 72 for forming the via holes 223 to 225 becomes shallow. This suppresses defects caused by drilling.
- the semiconductor device A3 may be provided with the recess 115 on the main surface 111 instead of providing the recess 114 on the back surface 112.
- the recess 115 is a recess formed on the main surface 111 of the first lead 11 and recessed on the back surface 112 side, and has a bottom surface 115 a parallel to the main surface 111.
- the semiconductor element 6a is arranged in the recess 115, and is bonded to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51 with the element back surface 62 and the bottom surface 115a facing each other.
- the thickness of the semiconductor device A3 ( The dimension in the z direction) is thinner than the thickness of the semiconductor device A1. That is, it contributes to the thinning of the semiconductor device.
- the heights (dimensions in the z direction) of the via holes 213 and 214 are lower than those in the first embodiment. Therefore, the depth of the holes drilled from the insulating layer main surface 71 to form the via holes 213 and 214 becomes shallow.
- the back surface 112 may include the recess 114
- the semiconductor element 6b may be disposed in the recess 114
- the main surface 111 may include the recess 115
- the semiconductor element 6a may be disposed in the recess 115.
- FIG. 17 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A4, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A4 according to the present embodiment is a semiconductor device according to the first embodiment in that each electrode is arranged not only on the back surface side but also on the main surface side (the insulating layer main surface 71 side of the insulating layer 7). Different from the device A1.
- the semiconductor device A4 further includes a fifth lead 15, via holes 215, 216, 226, wiring patterns 313, 314, a first electrode 41a, a second electrode 42a, a third electrode 43a, and a fifth electrode 45a. ing.
- the fifth lead 15 is similar to the fourth lead 14, and is arranged apart from the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14.
- the fifth lead 15 includes a main surface 151, a back surface 152, and an end surface 153 (not shown).
- the main surface 151 and the back surface 152 face each other in the z direction.
- the main surface 151 is a surface facing upward in FIG.
- the back surface 152 is a surface facing downward in FIG.
- the end surface 153 is a cut surface formed by cutting the tie bar that connects the fifth lead 15 and the frame in the lead frame.
- the end surface 153 is exposed from the insulating layer 7. As shown in FIG.
- the main surface 151 of the fifth lead 15 is flush with the main surface 111 of the first lead 11, the main surface 131 of the third lead 13, and the main surface 141 of the fourth lead 14.
- the back surface 152 of the fifth lead 15 is flush with the back surface 112 of the first lead 11, the back surface 132 of the third lead 13, and the back surface 142 of the fourth lead 14.
- the via holes 215 and 216 are similar to the via holes 211 to 214 and open in the insulating layer main surface 71 of the insulating layer 7 and extend in the z direction. As shown in FIG. 17, the via hole 215 is in contact with the main surface 111 of the first lead 11 and is electrically connected to the first lead 11. The via hole 216 is in contact with the main surface 151 of the fifth lead 15 and is electrically connected to the fifth lead 15.
- the via hole 226 is similar to the via holes 221 to 225, and opens in the insulating layer back surface 72 of the insulating layer 7 and extends in the z direction. As shown in FIG. 17, the via hole 226 is in contact with the back surface 152 of the fifth lead 15 and is electrically connected to the fifth lead 15.
- the wiring patterns 313 and 314 are similar to the wiring patterns 311 and 312, are formed on the insulating layer main surface 71, and are arranged apart from the wiring patterns 311 and 312. As shown in FIG. 17, the wiring pattern 313 is in contact with and electrically connected to the via hole 215. The wiring pattern 314 is in contact with and electrically connected to the via hole 216. Although not shown in FIG. 17, in the wiring pattern 311, a portion in contact with the via hole 211 and a portion in contact with the via hole 213 are connected on the insulating layer main surface 71. Similarly, in the wiring pattern 312, a portion in contact with the via hole 212 and a portion in contact with the via hole 214 are connected on the insulating layer main surface 71. Although not shown in FIG.
- the portion in contact with the via hole 221 and the portion in contact with the via hole 226 are connected on the back surface 72 of the insulating layer.
- the portion in contact with the via hole 222 and the portion in contact with the via hole 224 are connected on the back surface 72 of the insulating layer.
- the first electrode 41a, the second electrode 42a, the third electrode 43a, and the fifth electrode 45a are the same as the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45, and are semiconductors. It is arranged on the main surface side of the device A4.
- the first electrode 41a is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 311.
- the second electrode 42a is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 313.
- the third electrode 43a is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 314.
- the fifth electrode 45a is in contact with and electrically connected to the wiring pattern 312. Since the first electrode 41a is electrically connected to the wiring pattern 311, it is electrically connected to the first electrode 41 and functions as a source terminal of the semiconductor element 6a.
- the second electrode 42a is electrically connected to the first lead 11 via the wiring pattern 313 and the via hole 215. Therefore, the second electrode 42a conducts with the second electrode 42 and functions as the drain terminals of the semiconductor elements 6a and 6b.
- the third electrode 43a is electrically connected to the wiring pattern 321 via the wiring pattern 314, the via hole 216, the fifth lead 15, and the via hole 226. Therefore, the third electrode 43a conducts with the third electrode 43 and functions as a source terminal of the semiconductor element 6b. Since the fifth electrode 45a is electrically connected to the wiring pattern 312, it is electrically connected to the fifth electrode 45 and functions as the gate terminals of the semiconductor elements 6a and 6b.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do.
- the first electrode 41a, the second electrode 42a, the third electrode 43a, and the fifth electrode 45a are arranged on the main surface side of the semiconductor device A4.
- each electrode is arranged on the main surface side and the back surface side, the degree of freedom in mounting on a circuit board such as mounting a passive element on the main surface side of the semiconductor device A4 increases.
- the first electrode 41a, the second electrode 42a, the third electrode 43a, and the fifth electrode 45a may not all be arranged, and only necessary ones may be arranged. Further, it is not necessary that all of the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45 be arranged.
- FIG. 18 is a circuit diagram showing the semiconductor device A5 and is a diagram corresponding to FIG. 2 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- FIG. 19 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A5, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- 20 to 21 are plan views showing the semiconductor device A5, and a part of each is made transparent.
- FIG. 20 is a diagram corresponding to FIG.
- FIG. 21 is a diagram corresponding to FIG. 6 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment. Note that a drawing of the semiconductor device A1 according to the first embodiment, which corresponds to FIG. 4, is similar to FIG.
- the semiconductor device A5 is not a drain common circuit in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected, but a source common circuit in which the source electrodes are connected (see FIG. 18).
- the semiconductor device A1 is different from the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A5 further includes a second lead 12, an insulating bonding layer 52, a via hole 226, a wiring pattern 325, and a fourth electrode 44.
- the first lead 11 As shown in FIG. 20, the first lead 11 according to the present embodiment is arranged at the center in the y direction of the semiconductor device A1 and on one side (left side in FIG. 20) from the center in the x direction when viewed in the z direction. ing. In addition, the first lead 11 supports the semiconductor elements 6a and 6b, is electrically connected to the semiconductor element 6a, and is not electrically connected to the semiconductor element 6b.
- the second lead 12 is similar to the first lead 11, and is arranged apart from the first lead 11, the third lead 13, and the fourth lead 14. As shown in FIG. 20, the second lead 12 is arranged at the center in the y direction of the semiconductor device A1 and on the other side (right side in FIG. 20) from the center in the x direction when viewed in the z direction. That is, the first lead 11 and the second lead 12 according to the present embodiment correspond to the first lead 11 according to the first embodiment separated into two at the center in the x direction.
- the second lead 12 supports the semiconductor elements 6a and 6b, is electrically connected to the semiconductor element 6b, and is not electrically connected to the semiconductor element 6a.
- the second lead 12 includes a main surface 121, a back surface 122, and an end surface 123.
- the main surface 121 and the back surface 122 face each other in the z direction.
- the main surface 121 is a surface facing upward in FIG.
- the main surface 121 is a surface on which the semiconductor element 6a is mounted.
- the back surface 122 is a surface facing downward in FIG.
- the back surface 122 is a surface on which the semiconductor element 6b is mounted.
- the end surface 123 is a cut surface formed by cutting the tie bar that connects the second lead 12 and the frame in the lead frame.
- the end surface 123 is exposed from the insulating layer 7. As shown in FIG. 19, the main surface 121 of the second lead 12 is flush with the main surface 111 of the first lead 11, the main surface 131 of the third lead 13, and the main surface 141 of the fourth lead 14. The back surface 122 of the second lead 12 is flush with the back surface 112 of the first lead 11, the back surface 132 of the third lead 13, and the back surface 142 of the fourth lead 14.
- the semiconductor elements 6a and 6b according to the present embodiment are mounted over the first lead 11 and the second lead 12, as shown in FIG.
- the semiconductor element 6a is bonded to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51 and the second lead via the insulating bonding layer 52 in a posture in which the element back surface 62 faces the main surface 111 and the main surface 121. It is joined to 12.
- the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a is electrically connected to the first lead 11 via the conductive bonding layer 51.
- the insulating bonding layer 52 is interposed between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the second lead 12, the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the second lead 12 are electrically connected. I haven't.
- the semiconductor element 6b is bonded to the second lead 12 via the conductive bonding layer 51 and to the first lead 11 via the insulating bonding layer 52 in a posture in which the element back surface 62 faces the back surface 112 and the back surface 122. It is joined. As a result, the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b is electrically connected to the second lead 12 via the conductive bonding layer 51. On the other hand, since the insulating bonding layer 52 is interposed between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the first lead 11, the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the first lead 11 are electrically connected. I haven't.
- the insulative bonding layer 52 is an insulator interposed between the semiconductor element 6a and the second lead 12 and between the semiconductor element 6b and the first lead 11, as shown in FIG.
- the semiconductor elements 6 a and 6 b are bonded to the first lead 11 and the second lead 12 by the conductive bonding layer 51 and the insulating bonding layer 52.
- the conductive bonding layer 51 ensures conduction between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the first lead 11, and ensures conduction between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the second lead 12.
- the insulating bonding layer 52 ensures insulation between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the second lead 12, and insulation between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the first lead 11.
- the insulating bonding layer 52 is formed by applying an insulating bonding material and thermally curing it.
- the insulating bonding material is, for example, a solder resist.
- the insulating bonding material may be made of other material such as synthetic resin.
- the method for forming the insulating bonding layer 52 is not limited, and the insulating bonding layer 52 may be made of an insulating material.
- the via hole 226 is similar to the via holes 221 to 225, and opens in the insulating layer back surface 72 of the insulating layer 7 and extends in the z direction. As shown in FIGS. 19 and 20, the via hole 226 is in contact with the back surface 122 of the second lead 12 and is electrically connected to the second lead 12.
- the wiring pattern 325 is similar to the wiring patterns 321, 322, 324, is formed on the insulating layer back surface 72, and is arranged apart from the wiring patterns 321, 322, 324. As shown in FIGS. 19 and 21, the wiring pattern 325 is in contact with the via hole 226 and is conductive. As shown in FIG. 21, in the present embodiment, the wiring pattern 323 is not formed, and the wiring pattern 321 is in contact with the via hole 223 and is conductive. A portion of the wiring pattern 321 that is in contact with the via hole 221 and a portion of the wiring pattern 321 that is in contact with the via hole 223 are connected to each other on the back surface 72 of the insulating layer, as shown in FIG. Similarly, the portion of the wiring pattern 322 that contacts the via hole 222 and the portion that contacts the via hole 224 are connected on the back surface 72 of the insulating layer.
- the fourth electrode 44 is similar to the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45, and is arranged on the back surface side of the semiconductor device A5. As shown in FIGS. 19 and 21, the fourth electrode 44 is in contact with the wiring pattern 325 and is conductive. The fourth electrode 44 is electrically connected to the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 325, the via hole 226, and the second lead 12. Therefore, the fourth electrode 44 functions as the drain terminal of the semiconductor element 6b.
- the second electrode 42 is electrically connected to the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6 a via the wiring pattern 324, the via hole 225, and the first lead 11. Therefore, the second electrode 42 functions as the drain terminal of the semiconductor element 6a. That is, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are not common.
- the first electrode 41 is electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 321, the via hole 223, the third lead 13, the via hole 213, the wiring pattern 311, and the via hole 211. ..
- the first electrode 41 is electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 321 and the via hole 221. Therefore, the first electrode 41 functions as the source terminals of the semiconductor elements 6a and 6b.
- the semiconductor device A1 is a source common circuit (see FIG. 18) in which the source electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do.
- the first electrode 41 includes the element second electrode 64 (of the semiconductor element 6a) via the wiring pattern 321, the via hole 223, the third lead 13, the via hole 213, the wiring pattern 311, and the via hole 211. It is electrically connected to the source electrode), and is also electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6b through the wiring pattern 321 and the via hole 221.
- the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6a is electrically connected to the first lead 11 by the conductive bonding layer 51 and is insulated from the second lead 12 by the insulating bonding layer 52.
- the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b is electrically connected to the second lead 12 by the conductive bonding layer 51 and is insulated from the first lead 11 by the insulating bonding layer 52.
- the element first electrode 63 of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b are insulated, and the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are not common. Therefore, a source common circuit in which the source electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other can be configured.
- the common source terminal (first electrode 41) is connected to the ground, so that the voltage of the control signal input to each gate terminal (fifth electrode 45) is changed. Even if it is low, each MOSFET (semiconductor element 6a, 6b) can be driven. Therefore, a booster circuit for boosting the voltage of the control signal is not necessary.
- FIGS. 22 and 23 A semiconductor device A6 according to a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 22 and 23. 22 and 23, the same or similar elements as those of the above-described semiconductor device A1 are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
- 22 is a circuit diagram showing the semiconductor device A6 and is a diagram corresponding to FIG. 2 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- FIG. 23 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A6, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the source electrode of the semiconductor element 6a and the drain electrode of the semiconductor element 6b are connected instead of the common drain circuit in which the drain electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other. It is a circuit (see FIG. 22) and is different from the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A6 is used, for example, in a bridge circuit of an inverter (see FIG. 22). As shown in FIG. 23, the semiconductor device A6 further includes an insulating bonding layer 52, a wiring pattern 325, and a sixth electrode 46.
- the third lead 13 supports the semiconductor element 6b and is electrically connected to the semiconductor element 6b.
- the semiconductor element 6b according to the present embodiment is mounted over the first lead 11 and the third lead 13.
- the semiconductor element 6b is bonded to the third lead 13 via the conductive bonding layer 51 and in the first lead 11 via the insulating bonding layer 52 in a posture in which the element back surface 62 faces the back surface 112 and the back surface 132. It is joined.
- the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b is electrically connected to the third lead 13 via the conductive bonding layer 51.
- the insulative bonding layer 52 is similar to the insulative bonding layer 52 according to the fifth embodiment, and is an insulator interposed between the semiconductor element 6b and the first lead 11 as shown in FIG. ..
- the semiconductor element 6b is bonded to the third lead 13 by the conductive bonding layer 51, and the conductive bonding layer 51 ensures conduction between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the third lead 13. Further, the semiconductor element 6b is bonded to the first lead 11 by the insulating bonding layer 52, and the insulating bonding layer 52 ensures insulation between the element first electrode 63 of the semiconductor element 6b and the first lead 11.
- the wiring pattern 325 is similar to the wiring patterns 321 to 324, and is formed on the insulating layer back surface 72 so as to be separated from the wiring patterns 321 to 324.
- the wiring pattern 325 is in contact with the via hole 224 and the fifth electrode 45, and electrically connects the via hole 224 and the fifth electrode 45.
- the sixth electrode 46 is similar to the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 43, and the fifth electrode 45, and is in contact with the wiring pattern 322 to be conductive.
- the fifth electrode 45 is the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 325, the via hole 224, the fourth lead 14, the via hole 214, the wiring pattern 312, and the via hole 212.
- the sixth electrode 46 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 322 and the via hole 222. Therefore, the fifth electrode 45 functions as a gate terminal of the semiconductor element 6a, and the sixth electrode 46 functions as a gate terminal of the semiconductor element 6b.
- the first electrode 41 is electrically connected to the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6a via the wiring pattern 323, the via hole 223, the third lead 13, the via hole 213, the wiring pattern 311, and the via hole 211. .. Further, the first electrode 41 is electrically connected to the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b via the wiring pattern 323, the via hole 223, and the third lead 13. Therefore, the first electrode 41 functions as the source terminal of the semiconductor element 6a and the drain terminal of the semiconductor element 6b.
- the semiconductor device A6 is a circuit in which the source electrode of the semiconductor element 6a and the drain electrode of the semiconductor element 6b are connected (see FIG. 22).
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do.
- the first electrode 41 includes the element second electrode 64 (of the semiconductor element 6a) via the wiring pattern 323, the via hole 223, the third lead 13, the via hole 213, the wiring pattern 311, and the via hole 211. It is electrically connected to the source electrode) and is electrically connected to the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b through the wiring pattern 323, the via hole 223, and the third lead 13. Therefore, it is possible to form a circuit in which the source electrode of the semiconductor element 6a and the drain electrode of the semiconductor element 6b are connected.
- the fifth electrode 45 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6a
- the sixth electrode 46 is electrically connected to the element third electrode 65 (gate electrode) of the semiconductor element 6b.
- the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 are not electrically connected. Therefore, since different control signals can be input to the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46, the semiconductor element 6a and the semiconductor element 6b can be individually controlled.
- the parasitic inductance between the element second electrode 64 (source electrode) of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 (drain electrode) of the semiconductor element 6b can be reduced.
- FIG. 24 is a circuit diagram showing the semiconductor device A7 and is a diagram corresponding to FIG. 2 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A7 according to the present embodiment differs from the semiconductor device A1 according to the first embodiment in that the two semiconductor elements 6a and 6b are P-type MOSFETs.
- the structure of the semiconductor device A7 is similar to that of the semiconductor device A1 according to the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
- FIG. 25 is a circuit diagram showing a motor drive circuit including the semiconductor device A8.
- the semiconductor device A8 according to the present embodiment differs from the semiconductor device A1 according to the first embodiment in that the semiconductor element 6a is a P-type MOSFET and the semiconductor element 6b is an N-type MOSFET.
- the structure of the semiconductor device A8 is similar to that of the semiconductor device A2 according to the second embodiment.
- the motor drive circuit shown in FIG. 25 includes two semiconductor devices A8. A motor is connected between the second electrode 42 (see FIG. 15) that is the common drain terminal of the one semiconductor device A8 and the second electrode 42 of the other semiconductor device A8. The voltage Vin is input to the first electrode 41 (see FIG.
- a fifth electrode 45 which is a gate terminal to which the gate electrode of the semiconductor element 6a of one semiconductor device A8 is connected, and a gate terminal to which the gate electrode of the semiconductor element 6b of one semiconductor device A8 is connected.
- the sixth electrode 46 (see FIG.
- the structure of the semiconductor device A8 is similar to that of the semiconductor device A2 according to the second embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained in this embodiment as well.
- each of the semiconductor elements 6a and 6b may be an N-type MOSFET or a P-type MOSFET.
- FIG. 26 is a diagram showing a schematic cross section of the semiconductor device A9, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the semiconductor device A1 according to the first embodiment.
- the semiconductor device A9 according to the present embodiment differs from the semiconductor device A1 according to the first embodiment in that the two semiconductor elements 6a and 6b are diodes. As shown in FIG. 26, the semiconductor device A9 does not include the fourth lead 14, the via holes 212, 214, 222, 224, the wiring patterns 312, 322, and the fifth electrode 45.
- the semiconductor elements 6a and 6b are diodes, the element first electrode 63 that is a cathode electrode is arranged on the element back surface 62, and the element second electrode 64 that is an anode electrode is arranged on the element main surface 61.
- the element third electrode 65 is not arranged. Therefore, the semiconductor device A9 includes the via holes 212, 214, 222, 224, the wiring patterns 312, 322, and the fifth electrode 45, which function as the conductive paths of the element third electrode 65 in the semiconductor device A1 according to the first embodiment. Not not.
- the first electrode 41 is electrically connected to the element second electrode 64 (anode electrode) of the semiconductor element 6a, it functions as an anode terminal of the semiconductor element 6a.
- the third electrode 43 is electrically connected to the element second electrode 64 (anode electrode) of the semiconductor element 6b, it functions as an anode terminal of the semiconductor element 6b.
- the second electrode 42 is electrically connected to the element first electrode 63 (cathode electrode) of the semiconductor element 6a and the element first electrode 63 (cathode electrode) of the semiconductor element 6b, the second electrode 42 of the semiconductor element 6a and the semiconductor element 6b is electrically connected. Functions as a cathode terminal.
- the semiconductor device A9 is a common cathode circuit in which the cathode electrodes of the two semiconductor elements 6a and 6b are connected to each other.
- the semiconductor device A9 may be an anode common circuit in which the element main surfaces 61 of the semiconductor elements 6a and 6b are opposed to and joined to the first lead 11.
- the semiconductor element 6a is mounted on the main surface 111 of the first lead 11, and the semiconductor element 6b is mounted on the back surface 112 of the first lead 11. Therefore, compared with the case where the semiconductor elements 6a and 6b are mounted side by side on the same surface of the first lead 11, the semiconductor elements 6a and 6b have a large surface area (area of the surface orthogonal to the z direction). can do.
- the semiconductor device according to the present disclosure is not limited to the embodiments described above.
- the specific configuration of each part of the semiconductor device according to the present disclosure can be modified in various ways.
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Abstract
半導体装置は、第1半導体素子および第2半導体素子を備えており、各半導体素子は、素子主面および素子裏面を有し、さらに前記素子裏面に配置された素子第1電極と、前記素子主面に配置された素子第2電極とを備える。また、半導体装置は、リード主面およびリード裏面を有する第1リードと、前記第1リード、前記第1半導体素子および前記第2半導体素子を覆う絶縁層と、前記第1半導体素子の前記素子第2電極に導通する第1電極と、前記第1リードに導通する第2電極とを備える。前記第1半導体素子の前記素子裏面と前記リード主面とが対向する姿勢で、前記第1半導体素子と前記第1リードとが接合される。前記第2半導体素子の前記素子裏面と前記リード裏面とが対向する姿勢で、前記第2半導体素子と前記第1リードとが接合される。
Description
本開示は、半導体装置に関する。
MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)などのパワー半導体素子を複数搭載し、電源装置などに用いられる電力用の半導体装置の需要が増加している。特許文献1には、従来の半導体装置の一例が開示されている。同文献に開示された半導体装置は、絶縁基板の一方の面に導体パターンを設け、各半導体素子の裏面電極を導体パターンに接合させて、複数の半導体素子を絶縁基板に搭載している。
半導体装置の表面積(厚さ方向に直交する面の面積)は、より狭い領域に搭載できるように、小さくすることが要求されている。したがって、半導体装置に搭載される半導体素子の表面積も小さくする必要がある。MOSFETの場合、表面積が小さくなるほどオン抵抗が大きくなるという問題がある。
上記した事情に鑑み、本開示は、搭載される半導体素子の表面積が小さくなることを抑制できる半導体装置を提供することを課題とする。
本開示によって提供される半導体装置は、厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面と、前記素子裏面に配置された素子第1電極と、前記素子主面に配置された素子第2電極と、をそれぞれ有する第1半導体素子および第2半導体素子を備える。また、半導体装置は、前記厚さ方向において互いに反対側を向くリード主面およびリード裏面を有する第1リードと、前記第1リード、前記第1半導体素子および前記第2半導体素子を覆う絶縁層と、前記第1半導体素子の前記素子第2電極に導通する第1電極と、前記第1リードに導通する第2電極と、を備える。前記第1半導体素子の前記素子裏面と前記リード主面とが対向する姿勢で、前記第1半導体素子と前記第1リードとが接合される。前記第2半導体素子の前記素子裏面と前記リード裏面とが対向する姿勢で前記第2半導体素子と前記第1リードとが接合される。
本開示にかかる半導体装置は、第1半導体素子が第1リードのリード主面に搭載され、第2半導体素子が第1リードのリード裏面に搭載されている。したがって、第1半導体素子および第2半導体素子が第1リードの同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、各半導体素子の表面積を大きくすることができる。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本開示の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
図1~図6に基づき、本開示の第1実施形態にかかる半導体装置A1について説明する。半導体装置A1は、第1リード11、第3リード13、第4リード14、ビアホール211~214、221~225、配線パターン311,312、321~324、第1電極41、第2電極42、第3電極43、第5電極45、導電性接合層51、半導体素子6a,6b、絶縁層7、および絶縁膜8を備える。
図1は、半導体装置A1を示す斜視図である。図2は、半導体装置A1を示す回路図である。図3は、半導体装置A1の模式的な断面を示す図であり、導通経路が理解しやすいように各部材が表れるように示している。なお、実際には、各ビアホールと各配線パターンとは一体化しているが、図3においては区別のために、別々の部材として異なるハッチングを付している。図4~図6は、半導体装置A1を示す平面図であり、それぞれ一部を透過させている。図4においては、上側(図3における上側)の絶縁膜8を透過させている。図5においては、上側の絶縁膜8、配線パターン311,312、および絶縁層7を透過させている。図6においては、上側の絶縁膜8、配線パターン311,312、絶縁層7、ビアホール211~214、第1リード11、第3リード13、および第4リード14を透過させている。
これらの図に示す半導体装置A1は、様々な機器の回路基板に表面実装される装置である。半導体装置A1の厚さ方向視の形状は矩形状である。説明の便宜上、半導体装置A1の厚さ方向をz方向とし、z方向に直交する半導体装置A1の一方の辺に沿う方向をx方向、z方向およびx方向に直交する方向をy方向とする。以下の図においても同様である。半導体装置A1の各寸法は特に限定されず、本実施形態においては、たとえばx方向寸法が2~6mm程度、y方向寸法が2~6mm程度、z方向寸法が0.5~1mm程度である。
第1リード11は、半導体素子6a,6bを支持するとともに、半導体素子6a,6bと導通している。第3リード13は、半導体素子6aと導通している。第4リード14は、半導体素子6a,6bと導通している。第1リード11、第3リード13および第4リード14は、金属板に打ち抜き加工やエッチング処理等を施すことにより形成されている。第1リード11、第3リード13および第4リード14は、金属からなり、好ましくはCuおよびNiのいずれか、またはこれらの合金や42アロイなどからなる。本実施形態においては、第1リード11、第3リード13および第4リード14は、Cuからなる。第1リード11、第3リード13および第4リード14の厚さは、たとえば0.08~0.3mmであり、本実施形態においては0.15mm程度である。なお、第1リード11、第3リード13および第4リード14の材料および厚さは限定されない。
図5に示すように、第1リード11は、z方向視において、半導体装置A1の中央に配置されている。第3リード13は、半導体装置A1の図5における左下の端部に、第1リード11から離間して配置されている。第4リード14は、半導体装置A1の図5における右上の端部に、第1リード11から離間して配置されている。なお、第1リード11、第3リード13および第4リード14の配置、形状、大きさは一例であって、これに限定されず、適宜設計される。
第1リード11は、主面111、裏面112、および端面113を備える。主面111および裏面112は、z方向において互いに反対側を向いている。主面111は、図3の上方を向く面である。主面111は、半導体素子6aが搭載される面である。裏面112は、図3の下方を向く面である。裏面112は、半導体素子6bが搭載される面である。端面113は、リードフレームにおいて第1リード11とフレームとを繋いでいたタイバーを切断して形成された切断面である。端面113は、絶縁層7から露出している。
第3リード13は、主面131、裏面132、および端面133を備える。主面131および裏面132は、z方向において互いに反対側を向いている。主面131は、図3の上方を向く面である。裏面132は、図3の下方を向く面である。端面133は、リードフレームにおいて第3リード13とフレームとを繋いでいたタイバーを切断して形成された切断面である。端面133は、絶縁層7から露出している。
第4リード14は、主面141、裏面142、および端面143を備える。主面141および裏面142は、z方向において互いに反対側を向いている。主面141は、図3の上方を向く面である。裏面142は、図3の下方を向く面である。端面143は、リードフレームにおいて第4リード14とフレームとを繋いでいたタイバーを切断して形成された切断面である。端面143は、絶縁層7から露出している。
図3に示すように、第1リード11の主面111、第3リード13の主面131、および第4リード14の主面141は、面一である。また、第1リード11の裏面112、第3リード13の裏面132、および第4リード14の裏面142は、面一である。
半導体素子6a,6bは、半導体装置A1の電気的機能を発揮する要素である。なお、以下では、半導体素子6a,6bを区別しない場合、「半導体素子6」と記載する。図2に示すように、本実施形態では、半導体素子6は、N型MOSFETである。なお、半導体素子6は、その他のトランジスタであってもよいし、その他の半導体素子であってもよい。半導体素子6は、素子主面61、素子裏面62、素子第1電極63、素子第2電極64、および素子第3電極65を備える。
素子主面61および素子裏面62は、z方向において互いに反対側を向いている。素子第1電極63は、素子裏面62に配置されている。素子第2電極64および素子第3電極65は、素子主面61に配置されている。本実施形態においては、素子第1電極63はドレイン電極であり、素子第2電極64はソース電極であり、素子第3電極65はゲート電極である。
図5に示すように、半導体素子6aは、第1リード11の主面111の中央に搭載されている。また、図3に示すように、半導体素子6aは、素子裏面62と主面111とが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して、第1リード11に接合されている。これにより、半導体素子6aの素子第1電極63は、導電性接合層51を介して、第1リード11に電気的に接続されている。半導体素子6bは、第1リード11の裏面112の中央に搭載されている。また、図3に示すように、半導体素子6bは、素子裏面62と裏面112とが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して、第1リード11に接合されている。これにより、半導体素子6bの素子第1電極63は、導電性接合層51を介して、第1リード11に電気的に接続されている。半導体素子6aの素子第1電極63、および、半導体素子6bの素子第1電極63は、どちらも第1リード11に電気的に接続されている。つまり、半導体装置A1は、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路(図2参照)になっている。
導電性接合層51は、図3に示すように、半導体素子6a,6bと第1リード11との間に介在する導電体である。導電性接合層51によって、半導体素子6a,6bは第1リード11に接合され、かつ、半導体素子6a,6bの素子第1電極63と第1リード11との導通が確保される。本実施形態において、導電性接合層51は、導電性接合材を塗布して熱硬化させることで形成される。導電性接合材は、たとえばAgを含むエポキシ樹脂を主剤とした合成樹脂からなる接合材(Agペースト)である。なお、導電性接合材は、シンタリングペーストやはんだなどの他の材料であってもよい。また、導電性接合層51の形成方法は限定されず、導電性接合層51は導電性を有する材料からなればよい。
絶縁層7は、第1リード11、第3リード13、第4リード14、および半導体素子6a,6bを覆っている。絶縁層7は、たとえばプリプレグからなる。プリプレグは、炭素繊維などの繊維状補強材に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を均等に含浸させ、加熱または乾燥して半硬化状態にした強化プラスチック成形材料である。なお、絶縁層7の材料は限定されず、電気絶縁性を有するものであればよい。絶縁層7は、絶縁層主面71、絶縁層裏面72および絶縁層側面73を備える。絶縁層主面71と絶縁層裏面72とは、z方向において互いに反対側を向いている。絶縁層主面71は、図3の上方を向く面であり、絶縁層裏面72は、図3の下方を向く面である。絶縁層側面73は、絶縁層主面71および絶縁層裏面72を繋ぐ面であり、x方向またはy方向を向いている。本実施形態においては、第1リード11の端面113、第3リード13の端面133、および、第4リード14の端面143は、絶縁層側面73から露出している。第1リード11の端面113、第3リード13の端面133、および、第4リード14の端面143は、絶縁層側面73と互いに面一である。
ビアホール211~214、221~225は、絶縁層7に形成された孔の側面にめっきなどによって導電層が形成されたものであり、導電経路になる。導電層はたとえばCuなどの金属である。本実施形態では、ビアホール211~214、221~225は、たとえばレーザによって絶縁層7に孔が形成され、当該孔の側面に無電解めっきによって薄いCuの層である下地層が形成され、当該下地層を導電経路とした電解めっきによってCuのめっき層が形成されることで形成される。なお、ビアホール211~214、221~225の形成方法は限定されない。ビアホール211~214、221~225の構造は限定されず、内部に導電体が充填されていてもよいし、絶縁膜8が充填されていてもよいし、空洞であってもよい。
ビアホール211~214は、絶縁層7の絶縁層主面71に開口しており、z方向に延びている。図3に示すように、ビアホール211は、半導体素子6aの素子第2電極64に接し導通している。ビアホール212は、半導体素子6aの素子第3電極65に接し導通している。ビアホール213は、第3リード13の主面131に接し、第3リード13に導通している。ビアホール214は、第4リード14の主面141に接し、第4リード14に導通している。本実施形態では、図5に示すように、ビアホール211が2個配置されている。なお、ビアホール211~214の配置個数および配置位置は一例であって、これに限定されず、適宜設計される。
ビアホール221~225は、絶縁層7の絶縁層裏面72に開口しており、z方向に延びている。図3に示すように、ビアホール221は、半導体素子6bの素子第2電極64に接し導通している。ビアホール222は、半導体素子6bの素子第3電極65に接し導通している。ビアホール223は、第3リード13の裏面132に接し、第3リード13に導通している。ビアホール224は、第4リード14の裏面142に接し、第4リード14に導通している。ビアホール225は、第1リード11の裏面112に接し、第1リード11に導通している。本実施形態では、図6に示すように、ビアホール221が2個配置されている。なお、ビアホール221~225の配置個数および配置位置は一例であって、これに限定されず、適宜設計される。
配線パターン311,312、321~324は、絶縁層7の絶縁層主面71または絶縁層裏面72に形成された配線パターンであり、導電経路になる。本実施形態では、配線パターン311,312、321~324は、例えばCuなどの金属からなる。本実施形態では、配線パターン311,312、321~324は、無電解めっきによってCu薄膜が形成され、当該Cu薄膜を導電経路とした電解めっきにより形成される。なお、配線パターン311,312、321~324の形成方法は限定されない。
配線パターン311,312は、絶縁層主面71に形成されており、互いに離間して配置されている。図3および図4に示すように、配線パターン311は、ビアホール211,213に接し、ビアホール211とビアホール213とを電気的に接続している。また、配線パターン312は、ビアホール212,214に接し、ビアホール212とビアホール214とを電気的に接続している。なお、配線パターン311,312の形状および配置は一例であって、これに限定されず、適宜設計される。
配線パターン321~324は、絶縁層裏面72に形成されており、互いに離間して配置されている。図3および図6に示すように、配線パターン321は、ビアホール221に接し導通している。配線パターン322は、ビアホール222,224に接し、ビアホール222とビアホール224とを電気的に接続している。配線パターン323は、ビアホール223に接し導通している。配線パターン324は、ビアホール225に接し導通している。なお、配線パターン321~324の形状および配置は一例であって、これに限定されず、適宜設計される。
第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45は、半導体装置A1を図示しない回路基板に面実装するために用いられる電極パッドであり、半導体装置A1における裏面側(絶縁層7の絶縁層裏面72側)に配置されている。本実施形態では、図6に示すように、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45は、z方向視円形状の導電体である。第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45は、たとえば互いに積層されたNi層、Pd層およびAu層によって構成され、無電解めっきによって形成される。なお、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45の材料、形状、厚さ、配置位置、および形成方法は限定されない。たとえばはんだボールであってもよい。
第1電極41は、配線パターン323に接し導通している。第2電極42は、配線パターン324に接し導通している。第3電極43は、配線パターン321に接し導通している。第5電極45は、配線パターン322に接し導通している。
第1リード11、第3リード13、第4リード14、ビアホール211~214、221~225、配線パターン311,312、321~324は、半導体素子6a,6bの各電極と、第1電極41、第2電極42、第3電極43および第5電極45との導通経路を形成している。
第1電極41は、配線パターン323、ビアホール223、第3リード13、ビアホール213、配線パターン311、およびビアホール211を介して、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。したがって、第1電極41は、半導体素子6aのソース端子として機能する。第2電極42は、配線パターン324、ビアホール225、および第1リード11を介して、半導体素子6aの素子第1電極63(ドレイン電極)、および、半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)に導通している。したがって、第2電極42は、半導体素子6aおよび半導体素子6bのドレイン端子として機能する。半導体装置A1は、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路(図2参照)になっている。
第3電極43は、配線パターン321およびビアホール221を介して、半導体素子6bの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。したがって、第3電極43は、半導体素子6bのソース端子として機能する。第5電極45は、配線パターン322、ビアホール224、第4リード14、ビアホール214、配線パターン312、およびビアホール212を介して、半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通している。また、第5電極45は、配線パターン322およびビアホール222を介して、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通している。したがって、第5電極45は、半導体素子6aおよび半導体素子6bのゲート端子として機能する。半導体装置A1は、2個の半導体素子6a,6bのゲート電極同士が接続された回路になっている。
絶縁膜8は、絶縁層主面71および絶縁層裏面72に形成され、配線パターン311,312,321~324を覆っている。絶縁膜8は、配線パターン311,312、321~324を保護し、かつ、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45を互いに電気的に絶縁するために設けられている。絶縁膜8は、絶縁層主面71の全面、および、配線パターン311,312の全体を覆っている。また、絶縁膜8は、絶縁層裏面72の全面を覆っており、配線パターン321~324のうち、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45が形成される部分以外の全体を覆っている。絶縁膜8は、たとえばソルダーレジストなどの絶縁材料によって、たとえばフォトリソグラフィにより形成されている。なお、絶縁膜8の材料、厚さおよび形成方法は限定されない。
次に、半導体装置A1の製造方法の一例について、図7~図14を参照して以下に説明する。図7は、平面図であり、図5に相当する図である。図8~14は、模式的な断面を示す図であり、図3に相当する図である。
まず、図7に示すようにリードフレーム900を用意する。リードフレーム900は、第1リード11、第3リード13および第4リード14となる板状の材料である。なお、図7においては、1個の第1リード11、第3リード13および第4リード14となる領域のみを示している。リードフレーム900は、金属板にエッチング処理を行うことで形成される。なお、リードフレーム900は、金属板に打ち抜き加工処理を行うことで形成されてもよい。図7においては、理解を容易にするために、リードフレーム900にハッチングを付している。リードフレーム900は、z方向において互いに反対側を向く主面901および裏面902を備える。主面901は、図8の上方を向く面であり、第1リード11の主面111、第3リード13の主面131、および、第4リード14の主面141になる面である。裏面902は、図8の下方を向く面であり、第1リード11の裏面112、第3リード13の裏面132、および、第4リード14の裏面142になる面である。
次いで、図8に示すように、リードフレーム900に、半導体素子6a,6bをボンディングする。まず、リードフレーム900の主面901のうち、第1リード11の主面111となる領域の中央にAgペーストを塗布して、素子裏面62をリードフレーム900の主面901に対向させた姿勢で、半導体素子6aをボンディングする。次いで、リフロー処理を行う。リフロー処理によりAgペーストが熱硬化して導電性接合層51になり、半導体素子6aが導電性接合層51を介してリードフレーム900に接合される。また、半導体素子6aの素子第1電極63が、導電性接合層51を介して、リードフレーム900に電気的に接続される。次いで、リードフレーム900の裏面902のうち、第1リード11の裏面112となる領域の中央にAgペーストを塗布して、素子裏面62をリードフレーム900の裏面902に対向させた姿勢で、半導体素子6bをボンディングする。次いで、リフロー処理を行う。リフロー処理によりAgペーストが熱硬化して導電性接合層51になり、半導体素子6bが導電性接合層51を介してリードフレーム900に接合される。また、半導体素子6bの素子第1電極63が、導電性接合層51を介して、リードフレーム900に電気的に接続される。
次いで、図9に示すように、絶縁層903を形成する。本工程では、リードフレーム900の主面901および裏面902に、それぞれシート状のプリプレグを貼り付けて積層させることにより、リードフレーム900、半導体素子6a,6bを覆う絶縁層903を形成する。絶縁層903が絶縁層7になる。絶縁層903は、z方向において互いに反対側を向く主面903aおよび裏面903bを備える。主面903aは、図9の上方を向く面であり、絶縁層主面71になる面である。裏面903bは、図9の下方を向く面であり、絶縁層裏面72になる面である。
次いで、図10に示すように、絶縁層903に孔904を形成する。本工程では、まず、たとえばレーザによって、絶縁層903の主面903aから、z方向に向かう孔904を形成する。各孔904は、所定の位置において、リードフレーム900の主面901、または、半導体素子6aの素子主面61に達するように形成される。次に、たとえばレーザによって、絶縁層903の裏面903bから、z方向に向かう孔904を形成する。各孔904は、所定の位置において、リードフレーム900の裏面902、または、半導体素子6bの素子主面61に達するように形成される。
次いで、ビアホールおよび配線パターンを形成する。まず、図11に示すように、無電解メッキにより、孔904の側面、および、絶縁層903の主面903aおよび裏面903bの全面に、薄いCuの層である下地層905を形成する。
次いで、下地層905の全面を覆うように感光性ドライフィルムを接合し、露光・現像を行うことによって、パターニングを行う。感光性ドライフィルムのうち露光により除去された部分から下地層905が露出する。次いで、図12に示すように、露出した下地層905に接するめっき層906を形成する。めっき層906は、Cuにより構成され、下地層905を導電経路とした電解めっきにより形成される。
次いで、図13に示すように、めっき層906に覆われていない不要な下地層905を全て除去する。不要な下地層905は、たとえばウェットエッチングにより除去される。下地層905が除去された部分から、絶縁層903が露出する。互いに積層された下地層905およびめっき層906は一体となっており、以下では、孔904に形成された部分をビアホール907aとし、絶縁層903の主面903aおよび裏面903bに形成された部分を配線パターン907bとする。ビアホール907aがビアホール211~214、221~225になり、配線パターン907bが配線パターン311,312、321~324になる。
次いで、図14に示すように、絶縁層903の主面903aおよび裏面903bと配線パターン907bとを覆う絶縁膜908を形成する。本実施形態にかかる絶縁膜908は、フォトリソグラフィにより形成される。まず、絶縁層903の主面903aおよび裏面903bと配線パターン907bの全体を覆うように、ソルダーレジストを塗布する。次いで、露光・現像を行うことによって、パターニングを行う。これにより、所定の位置に開口部908aが形成された絶縁膜908が形成される。絶縁膜908が絶縁膜8になる。
次いで、絶縁膜908の開口部908aに無電解めっきにより各電極を形成する。次いで、リードフレーム900、絶縁層903および絶縁膜908を、x方向およびy方向に平行な図示しない切断線に沿って切断することによって個片に分割する。当該工程において分割された個片が半導体装置A1となる。以上の工程を経ることにより、上述した半導体装置A1が得られる。なお、半導体装置A1の製造方法は、上述したものに限定されない。
次に、半導体装置A1の作用効果について説明する。
本実施形態によると、半導体装置A1において、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。これにより、MOSFETである半導体素子6a,6bのオン抵抗を小さくすることができる。また、半導体素子6a,6bの表面積が同じであれば、半導体素子6a,6bを同じ面に並べて搭載する場合と比較して、半導体装置A1の表面積を小さくできる。
また、本実施形態によると、半導体素子6aの素子第1電極63、および、半導体素子6bの素子第1電極63は、どちらも第1リード11に電気的に接続されている。したがって、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路を構成することができる。
また、本実施形態によると、第5電極45は、配線パターン322、ビアホール224、第4リード14、ビアホール214、配線パターン312、およびビアホール212を介して、半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通し、また、配線パターン322およびビアホール222を介して、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通している。したがって、制御信号を第5電極45に入力することで、半導体素子6aおよび半導体素子6bの両方を同時に制御することができる。
図15に基づき、本開示の第2実施形態にかかる半導体装置A2について説明する。図15において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図15は、半導体装置A2の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A2は、半導体素子6aの素子第3電極65と半導体素子6bの素子第3電極65とが導通していない点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。本実施形態にかかる配線パターン322は、ビアホール224に接していない。また、半導体装置A2は、配線パターン325および第6電極46をさらに備えている。
配線パターン325は、配線パターン321~324と同様のものであり、絶縁層裏面72において配線パターン321~324から離間して形成されている。配線パターン325は、ビアホール224および第5電極45に接し、ビアホール224と第5電極45とを電気的に接続している。第6電極46は、第5電極45と同様のものであり、配線パターン322に接し導通している。本実施形態において、第5電極45は、配線パターン325、ビアホール224、第4リード14、ビアホール214、配線パターン312、およびビアホール212を介して、半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通しているが、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通していない。一方、第6電極46は、配線パターン322およびビアホール222を介して、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通している。したがって、第5電極45は半導体素子6aのゲート端子として機能し、第6電極46は半導体素子6bのゲート端子として機能する。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。また、本実施形態においても、半導体素子6aの素子第1電極63、および、半導体素子6bの素子第1電極63は、どちらも第1リード11に電気的に接続されている。したがって、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路を構成することができる。
また、本実施形態によると、第5電極45が半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通し、第6電極46が半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通し、第5電極45と第6電極46とは導通していない。したがって、第5電極45と第6電極46とで異なる制御信号を入力することができるので、半導体素子6aおよび半導体素子6bは個別に制御可能である。
なお、半導体装置A2は、配線パターン321~325を備えず、第1電極41がビアホール223に直接接し、第2電極42がビアホール225に直接接し、第3電極43がビアホール221に直接接し、第5電極45がビアホール224に直接接し、第6電極46がビアホール222に直接接してもよい。この場合、絶縁層裏面72に配線パターン321~325を形成する必要がないので、配線パターン形成のための材料の削減が可能である。
図16に基づき、本開示の第3実施形態にかかる半導体装置A3について説明する。図16において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図16は、半導体装置A3の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A3は、第1リード11の裏面112が凹部114を備え、半導体素子6bが凹部114に配置されている点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。
凹部114は、第1リード11の裏面112に形成され、主面111側に凹んだ凹部であり、裏面112に平行な底面114aを備える。凹部114は、例えばハーフエッチング処理によって形成される。半導体素子6bは、凹部114に配置されており、素子裏面62と底面114aとが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して第1リード11に接合されている。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。
また、本実施形態によると、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に形成された凹部114の底面114aに配置されている。したがって、底面114aから絶縁層裏面72までの距離t1が、第1実施形態における裏面112から絶縁層裏面72までの距離と同じ距離である場合、半導体装置A3の厚さ(z方向の寸法)は半導体装置A1の厚さより薄い。つまり、半導体装置の薄型化に寄与する。また、裏面112から絶縁層裏面72までの距離t2は第1実施形態の場合より小さいので、ビアホール223~225の高さ(z方向の寸法)は、第1実施形態の場合より低い。したがって、ビアホール223~225の抵抗値が低減される。また、ビアホール223~225を形成するための材料の削減が可能である。さらに、ビアホール223~225を形成するために絶縁層裏面72から穿設される孔の深さが浅くなる。これにより、穿設により生じる欠陥が抑制される。
なお、半導体装置A3は、裏面112に凹部114を備える代わりに、主面111に凹部115を備えてもよい。この場合、凹部115は、第1リード11の主面111に形成され、裏面112側に凹んだ凹部であり、主面111に平行な底面115aを備える。半導体素子6aは、凹部115に配置されており、素子裏面62と底面115aとが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して第1リード11に接合されている。当該変形例においても、底面115aから絶縁層主面71までの距離が、第1実施形態における主面111から絶縁層主面71までの距離と同じ距離である場合、半導体装置A3の厚さ(z方向の寸法)は半導体装置A1の厚さより薄い。つまり、半導体装置の薄型化に寄与する。また、主面111から絶縁層主面71までの距離は、第1実施形態の場合より小さいので、ビアホール213,214の高さ(z方向の寸法)は、第1実施形態の場合より低い。したがって、ビアホール213,214を形成するために絶縁層主面71から穿設される孔の深さが浅くなる。これにより、穿設のための工程にかかる時間が短縮される。また、ビアホール213,214を形成するための材料の削減が可能である。なお、半導体装置A3は、裏面112が凹部114を備え、半導体素子6bが凹部114に配置され、かつ、主面111が凹部115を備え、半導体素子6aが凹部115に配置されてもよい。
図17に基づき、本開示の第4実施形態にかかる半導体装置A4について説明する。図17において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図17は、半導体装置A4の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A4は、各電極が裏面側だけでなく、主面側(絶縁層7の絶縁層主面71側)にも配置されている点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。半導体装置A4は、第5リード15と、ビアホール215,216,226と、配線パターン313,314と、第1電極41a、第2電極42a、第3電極43a、および第5電極45aとをさらに備えている。
第5リード15は、第4リード14と同様のものであり、第1リード11、第3リード13、および第4リード14から離間して配置されている。第5リード15は、主面151、裏面152、および端面153(図示なし)を備える。主面151および裏面152は、z方向において互いに反対側を向いている。主面151は、図17の上方を向く面である。裏面152は、図17の下方を向く面である。端面153は、リードフレームにおいて第5リード15とフレームとを繋いでいたタイバーを切断して形成された切断面である。端面153は、絶縁層7から露出している。図17に示すように、第5リード15の主面151は、第1リード11の主面111、第3リード13の主面131、および第4リード14の主面141と面一である。また、第5リード15の裏面152は、第1リード11の裏面112、第3リード13の裏面132、および第4リード14の裏面142と面一である。
ビアホール215,216は、ビアホール211~214と同様のものであり、絶縁層7の絶縁層主面71に開口してz方向に延びている。図17に示すように、ビアホール215は、第1リード11の主面111に接し、第1リード11に導通している。ビアホール216は、第5リード15の主面151に接し、第5リード15に導通している。ビアホール226は、ビアホール221~225と同様のものであり、絶縁層7の絶縁層裏面72に開口してz方向に延びている。図17に示すように、ビアホール226は、第5リード15の裏面152に接し、第5リード15に導通している。
配線パターン313,314は、配線パターン311,312と同様のものであり、絶縁層主面71に形成され、配線パターン311,312から離間して配置されている。図17に示すように、配線パターン313は、ビアホール215に接し導通している。配線パターン314は、ビアホール216に接し導通している。図17においては表れていないが、配線パターン311は、ビアホール211に接している部分とビアホール213に接している部分とが絶縁層主面71上で繋がっている。同様に、配線パターン312は、ビアホール212に接している部分とビアホール214に接している部分とが絶縁層主面71上で繋がっている。また、図17においては表れていないが、配線パターン321は、ビアホール221に接している部分とビアホール226に接している部分とが絶縁層裏面72上で繋がっている。同様に、配線パターン322は、ビアホール222に接している部分とビアホール224に接している部分とが絶縁層裏面72上で繋がっている。
第1電極41a、第2電極42a、第3電極43a、および第5電極45aは、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45と同様のものであり、半導体装置A4における主面側に配置されている。第1電極41aは、配線パターン311に接し導通している。第2電極42aは、配線パターン313に接し導通している。第3電極43aは、配線パターン314に接し導通している。第5電極45aは、配線パターン312に接し導通している。第1電極41aは、配線パターン311に導通しているので、第1電極41と導通し、半導体素子6aのソース端子として機能する。第2電極42aは、配線パターン313およびビアホール215を介して、第1リード11に導通している。したがって、第2電極42aは、第2電極42と導通し、半導体素子6aおよび半導体素子6bのドレイン端子として機能する。第3電極43aは、配線パターン314、ビアホール216、第5リード15、およびビアホール226を介して、配線パターン321に導通している。したがって、第3電極43aは、第3電極43と導通し、半導体素子6bのソース端子として機能する。第5電極45aは、配線パターン312に導通しているので、第5電極45に導通し、半導体素子6aおよび半導体素子6bのゲート端子として機能する。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。また、本実施形態によると、第1電極41a、第2電極42a、第3電極43a、および第5電極45aが半導体装置A4における主面側に配置されている。各電極が主面側および裏面側に配置されているので、半導体装置A4の主面側にパッシブ素子などを実装するなど、回路基板に実装するときの自由度が増加する。なお、第1電極41a、第2電極42a、第3電極43a、および第5電極45aは全てが配置されていなくてもよく、必要なものだけが配置されていてもよい。また、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45も全てが配置されている必要はない。
図18~図21に基づき、本開示の第5実施形態にかかる半導体装置A5について説明する。図18~図21において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図18は、半導体装置A5を示す回路図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図2に相当する図である。図19は、半導体装置A5の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。図20~図21は、半導体装置A5を示す平面図であり、それぞれ一部を透過させている。図20は、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図5に相当する図である。図21は、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図6に相当する図である。なお、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図4に相当する図は、図4と同様なので省略する。
本実施形態にかかる半導体装置A5は、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路ではなく、ソース電極同士が接続されたソース共通回路である(図18参照)点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。半導体装置A5は、図19~図22に示すように、第2リード12と、絶縁性接合層52と、ビアホール226と、配線パターン325と、第4電極44とをさらに備えている。
本実施形態にかかる第1リード11は、図20に示すように、z方向視において、半導体装置A1のy方向の中央で、x方向の中央より一方側(図20においては左側)に配置されている。また、第1リード11は、半導体素子6a,6bを支持するとともに、半導体素子6aと導通し、半導体素子6bとは導通していない。
第2リード12は、第1リード11と同様のものであり、第1リード11、第3リード13、および第4リード14から離間して配置されている。第2リード12は、図20に示すように、z方向視において、半導体装置A1のy方向の中央で、x方向の中央より他方側(図20においては右側)に配置されている。つまり、本実施形態にかかる第1リード11および第2リード12は、第1実施形態にかかる第1リード11を、x方向の中央で2つに分離したものに相当する。また、第2リード12は、半導体素子6a,6bを支持するとともに、半導体素子6bと導通し、半導体素子6aとは導通していない。なお、第1リード11、第2リード12、第3リード13および第4リード14の配置、形状、大きさは一例であって、これに限定されず、適宜設計される。第2リード12は、主面121、裏面122、および端面123を備える。主面121および裏面122は、z方向において互いに反対側を向いている。主面121は、図19の上方を向く面である。主面121は、半導体素子6aが搭載される面である。裏面122は、図19の下方を向く面である。裏面122は、半導体素子6bが搭載される面である。端面123は、リードフレームにおいて第2リード12とフレームとを繋いでいたタイバーを切断して形成された切断面である。端面123は、絶縁層7から露出している。図19に示すように、第2リード12の主面121は、第1リード11の主面111、第3リード13の主面131、および第4リード14の主面141と面一である。また、第2リード12の裏面122は、第1リード11の裏面112、第3リード13の裏面132、および第4リード14の裏面142と面一である。
本実施形態にかかる半導体素子6a,6bは、図19に示すように、第1リード11と第2リード12とに跨って搭載されている。半導体素子6aは、素子裏面62と主面111および主面121とが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して第1リード11に接合され、絶縁性接合層52を介して第2リード12に接合されている。これにより、半導体素子6aの素子第1電極63は、導電性接合層51を介して、第1リード11に電気的に接続されている。一方、半導体素子6aの素子第1電極63と第2リード12との間には絶縁性接合層52が介在しているので、半導体素子6aの素子第1電極63と第2リード12とは導通していない。半導体素子6bは、素子裏面62と裏面112および裏面122とが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して第2リード12に接合され、絶縁性接合層52を介して第1リード11に接合されている。これにより、半導体素子6bの素子第1電極63は、導電性接合層51を介して、第2リード12に電気的に接続されている。一方、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11との間には絶縁性接合層52が介在しているので、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11とは導通していない。
絶縁性接合層52は、図19に示すように、半導体素子6aと第2リード12との間、および、半導体素子6bと第1リード11との間に介在する絶縁体である。導電性接合層51および絶縁性接合層52によって、半導体素子6a,6bは第1リード11および第2リード12に接合される。導電性接合層51によって、半導体素子6aの素子第1電極63と第1リード11との導通が確保され、半導体素子6bの素子第1電極63と第2リード12との導通が確保される。一方、絶縁性接合層52によって、半導体素子6aの素子第1電極63と第2リード12との絶縁が確保され、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11との絶縁が確保される。絶縁性接合層52は、絶縁性接合材を塗布して熱硬化させることで形成される。絶縁性接合材は、たとえばソルダーレジストである。なお、絶縁性接合材は、その他の合成樹脂などの材料であってもよい。また、絶縁性接合層52の形成方法は限定されず、絶縁性接合層52は絶縁性を有する材料からなればよい。
ビアホール226は、ビアホール221~225と同様のものであり、絶縁層7の絶縁層裏面72に開口してz方向に延びている。図19および図20に示すように、ビアホール226は、第2リード12の裏面122に接し、第2リード12に導通している。
配線パターン325は、配線パターン321,322,324と同様のものであり、絶縁層裏面72に形成され、配線パターン321,322,324から離間して配置されている。図19および図21に示すように、配線パターン325は、ビアホール226に接し導通している。図21に示すように、本実施形態においては、配線パターン323が形成されておらず、配線パターン321が、ビアホール223に接し導通している。図19において離れて示されている、配線パターン321のビアホール221に接している部分とビアホール223に接している部分とは、図21に示すように、絶縁層裏面72上で繋がっている。同様に、配線パターン322のビアホール222に接している部分とビアホール224に接している部分とは、絶縁層裏面72上で繋がっている。
第4電極44は、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45と同様のものであり、半導体装置A5における裏面側に配置されている。図19および図21に示すように、第4電極44は、配線パターン325に接し導通している。第4電極44は、配線パターン325、ビアホール226、第2リード12を介して、半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)に導通している。したがって、第4電極44は、半導体素子6bのドレイン端子として機能する。
第2電極42は、配線パターン324、ビアホール225、および第1リード11を介して、半導体素子6aの素子第1電極63(ドレイン電極)に導通している。したがって、第2電極42は、半導体素子6aのドレイン端子として機能する。つまり、本実施形態においては、第1実施形態と異なり、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極は共通していない。
第1電極41は、配線パターン321、ビアホール223、第3リード13、ビアホール213、配線パターン311、およびビアホール211を介して、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。また、第1電極41は、配線パターン321、ビアホール221を介して、半導体素子6bの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。したがって、第1電極41は、半導体素子6aおよび半導体素子6bのソース端子として機能する。半導体装置A1は、2個の半導体素子6a,6bのソース電極同士が接続されたソース共通回路(図18参照)になっている。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。
また、本実施形態によると、第1電極41は、配線パターン321、ビアホール223、第3リード13、ビアホール213、配線パターン311、およびビアホール211を介して、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)に導通し、また、配線パターン321およびビアホール221を介して、半導体素子6bの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。半導体素子6aの素子第1電極63(ドレイン電極)は、導電性接合層51によって第1リード11に導通し、絶縁性接合層52によって第2リード12と絶縁される。また、半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)は、導電性接合層51によって第2リード12に導通し、絶縁性接合層52によって第1リード11と絶縁される。これにより、半導体素子6aの素子第1電極63と半導体素子6bの素子第1電極63とは絶縁されて、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極は共通していない。したがって、2個の半導体素子6a,6bのソース電極同士が接続されたソース共通回路を構成することができる。図18に示すように、半導体装置A5において、共通となるソース端子(第1電極41)がグランドに接続されることで、各ゲート端子(第5電極45)に入力される制御信号の電圧が低くても、各MOSFET(半導体素子6a,6b)は駆動可能になる。したがって、制御信号の電圧を昇圧するための昇圧回路は必要ない。
図22および図23に基づき、本開示の第6実施形態にかかる半導体装置A6について説明する。図22および図23において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図22は、半導体装置A6を示す回路図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図2に相当する図である。図23は、半導体装置A6の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A6は、2個の半導体素子6a,6bのドレイン電極同士が接続されたドレイン共通回路ではなく、半導体素子6aのソース電極と半導体素子6bのドレイン電極とを接続させた回路である(図22参照)点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。半導体装置A6は、たとえばインバータのブリッジ回路などに用いられる(図22参照)。半導体装置A6は、図23に示すように、絶縁性接合層52と、配線パターン325と、第6電極46とをさらに備えている。
本実施形態にかかる第3リード13は、半導体素子6bを支持するとともに、半導体素子6bと導通している。本実施形態にかかる半導体素子6bは、図23に示すように、第1リード11と第3リード13とに跨って搭載されている。半導体素子6bは、素子裏面62と裏面112および裏面132とが対向する姿勢で、導電性接合層51を介して第3リード13に接合され、絶縁性接合層52を介して第1リード11に接合されている。これにより、半導体素子6bの素子第1電極63は、導電性接合層51を介して、第3リード13に電気的に接続されている。一方、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11との間には絶縁性接合層52が介在しているので、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11とは導通していない。絶縁性接合層52は、第5実施形態にかかる絶縁性接合層52と同様のものであり、図23に示すように、半導体素子6bと第1リード11との間に介在する絶縁体である。半導体素子6bは導電性接合層51によって第3リード13に接合され、導電性接合層51によって、半導体素子6bの素子第1電極63と第3リード13との導通が確保される。また、半導体素子6bは絶縁性接合層52によって第1リード11に接合され、絶縁性接合層52によって、半導体素子6bの素子第1電極63と第1リード11との絶縁が確保される。
配線パターン325は、配線パターン321~324と同様のものであり、絶縁層裏面72において配線パターン321~324から離間して形成されている。配線パターン325は、ビアホール224および第5電極45に接し、ビアホール224と第5電極45とを電気的に接続している。第6電極46は、第1電極41、第2電極42、第3電極43、および第5電極45と同様のものであり、配線パターン322に接し導通している。本実施形態において、第5電極45は、配線パターン325、ビアホール224、第4リード14、ビアホール214、配線パターン312、およびビアホール212を介して、半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通しているが、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通していない。一方、第6電極46は、配線パターン322およびビアホール222を介して、半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通している。したがって、第5電極45は半導体素子6aのゲート端子として機能し、第6電極46は半導体素子6bのゲート端子として機能する。
第1電極41は、配線パターン323、ビアホール223、第3リード13、ビアホール213、配線パターン311、およびビアホール211を介して、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)に導通している。また、第1電極41は、配線パターン323、ビアホール223、および第3リード13を介して、半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)に導通している。したがって、第1電極41は、半導体素子6aのソース端子として機能し、かつ、半導体素子6bのドレイン端子として機能する。半導体装置A6は、半導体素子6aのソース電極と半導体素子6bのドレイン電極とを接続させた回路(図22参照)になっている。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。
また、本実施形態によると、第1電極41は、配線パターン323、ビアホール223、第3リード13、ビアホール213、配線パターン311、およびビアホール211を介して、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)に導通し、また、配線パターン323、ビアホール223、および第3リード13を介して、半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)に導通している。したがって、半導体素子6aのソース電極と半導体素子6bのドレイン電極とを接続させた回路を構成することができる。
また、本実施形態によると、第5電極45が半導体素子6aの素子第3電極65(ゲート電極)に導通し、第6電極46が半導体素子6bの素子第3電極65(ゲート電極)に導通し、第5電極45と第6電極46とは導通していない。したがって、第5電極45と第6電極46とで異なる制御信号を入力することができるので、半導体素子6aおよび半導体素子6bは個別に制御可能である。
また、本実施形態によると、半導体素子6aの素子第2電極64(ソース電極)と半導体素子6bの素子第1電極63(ドレイン電極)との間の寄生インダクタンスを低減できる。
図24に基づき、本開示の第7実施形態にかかる半導体装置A7について説明する。図24において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図24は、半導体装置A7を示す回路図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図2に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A7は、2個の半導体素子6a,6bがP型MOSFETである点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。なお、半導体装置A7の構造は第1実施形態にかかる半導体装置A1と同様である。したがって、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
図25に基づき、本開示の第8実施形態にかかる半導体装置A8について説明する。図25において、先述した半導体装置A2と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図25は、半導体装置A8を備えるモータ駆動回路を示す回路図である。
本実施形態にかかる半導体装置A8は、半導体素子6aがP型MOSFETであり、半導体素子6bがN型MOSFETである点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。なお、半導体装置A8の構造は第2実施形態にかかる半導体装置A2と同様である。図25に示すモータ駆動回路は、2個の半導体装置A8を備えている。一方の半導体装置A8の共通ドレイン端子である第2電極42(図15参照)と、他方の半導体装置A8の第2電極42との間にモータが接続されている。各半導体装置A8の半導体素子6aのソース電極が接続されたソース端子である第1電極41(図153参照)には電圧Vinが入力され、各半導体装置A8の半導体素子6bのソース電極が接続されたソース端子である第3電極43(図153参照)は接地されている。一方の半導体装置A8の半導体素子6aのゲート電極が接続されたゲート端子である第5電極45(図15参照)、一方の半導体装置A8の半導体素子6bのゲート電極が接続されたゲート端子である第6電極46(図15参照)、他方の半導体装置A8の半導体素子6aのゲート電極が接続されたゲート端子である第5電極45、および、他方の半導体装置A8の半導体素子6bのゲート電極が接続されたゲート端子である第6電極46に、それぞれ駆動信号が入力される。
半導体装置A8の構造は第2実施形態にかかる半導体装置A2と同様なので、本実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
第7実施形態および第8実施形態に示すように、半導体素子6a,6bは、それぞれ、N型MOSFETであってもよいし、P型MOSFETであってもよい。
図26に基づき、本開示の第9実施形態にかかる半導体装置A9について説明する。図26において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図26は、半導体装置A9の模式的な断面を示す図であり、第1実施形態にかかる半導体装置A1の図3に相当する図である。
本実施形態にかかる半導体装置A9は、2個の半導体素子6a,6bがダイオードである点で、第1実施形態にかかる半導体装置A1と異なる。半導体装置A9は、図26に示すように、第4リード14と、ビアホール212,214,222,224と、配線パターン312,322と、第5電極45とを備えていない。
半導体素子6a,6bは、ダイオードであり、カソード電極である素子第1電極63が素子裏面62に配置されており、アノード電極である素子第2電極64が素子主面61に配置されている。素子第3電極65は配置されていない。したがって、半導体装置A9は、第1実施形態にかかる半導体装置A1において素子第3電極65の導電経路として機能したビアホール212,214,222,224、配線パターン312,322、および第5電極45を備えていない。
第1電極41は、半導体素子6aの素子第2電極64(アノード電極)に導通しているので、半導体素子6aのアノード端子として機能する。第3電極43は、半導体素子6bの素子第2電極64(アノード電極)に導通しているので、半導体素子6bのアノード端子として機能する。第2電極42は、半導体素子6aの素子第1電極63(カソード電極)、および、半導体素子6bの素子第1電極63(カソード電極)に導通しているので、半導体素子6aおよび半導体素子6bのカソード端子として機能する。半導体装置A9は、2個の半導体素子6a,6bのカソード電極同士が接続されたカソード共通回路になっている。なお、半導体装置A9は、半導体素子6a,6bの素子主面61を第1リード11に対向させて接合したアノード共通回路であってもよい。
本実施形態においても、半導体素子6aが第1リード11の主面111に搭載され、半導体素子6bが第1リード11の裏面112に搭載されている。したがって、半導体素子6aおよび半導体素子6bが第1リード11の同じ面に並べて搭載されている場合と比較して、半導体素子6a,6bを表面積(z方向に直交する面の面積)の大きいものとすることができる。
本開示にかかる半導体装置は、先述した実施形態に限定されるものではない。本開示にかかる半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
Claims (16)
- 厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面と、前記素子裏面に配置された素子第1電極と、前記素子主面に配置された素子第2電極と、をそれぞれ有する第1半導体素子および第2半導体素子と、
前記厚さ方向において互いに反対側を向くリード主面およびリード裏面を有する第1リードと、
前記第1リード、前記第1半導体素子および前記第2半導体素子を覆う絶縁層と、
前記第1半導体素子の前記素子第2電極に導通する第1電極と、
前記第1リードに導通する第2電極と、
を備え、
前記第1半導体素子の前記素子裏面と前記リード主面とが対向する姿勢で前記第1半導体素子と前記第1リードとが接合され、
前記第2半導体素子の前記素子裏面と前記リード裏面とが対向する姿勢で前記第2半導体素子と前記第1リードとが接合された、半導体装置。 - 配線パターンおよびビアホールをさらに備える構成において、
前記絶縁層は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く絶縁層主面および絶縁層裏面を備えており、
前記配線パターンは、前記絶縁層主面および絶縁層裏面の少なくとも一方に形成されており、
前記ビアホールは、前記絶縁層主面または絶縁層裏面に開口しており、
前記第1半導体素子の前記素子第2電極と前記第1電極との導通経路、および、前記第1リードと前記第2電極との導通経路は、前記配線パターンおよび前記ビアホールによって構成されている、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1電極および前記第2電極は、前記絶縁層裏面に配置されている、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記第2半導体素子の前記素子第2電極に導通する第3電極をさらに備える構成において、
前記第1半導体素子の前記素子第1電極および前記第2半導体素子の前記素子第1電極は、前記第1リードに電気的に接続されている、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2半導体素子の前記素子第1電極と電気的に接続された第2リードと、前記第2リードに導通する第4電極と、をさらに備える構成において、
前記第1半導体素子の前記素子第1電極は、前記第1リードに電気的に接続されている、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1半導体素子は、導電性の接合層を介して前記第1リードに接合され、かつ、絶縁性の接合層を介して前記第2リードに接合されており、
前記第2半導体素子は、絶縁性の接合層を介して前記第1リードに接合され、かつ、導電性の接合層を介して前記第2リードに接合されている、請求項5に記載の半導体装置。 - 前記第2半導体素子の前記素子第2電極は、前記第1電極に導通する、請求項5または6に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体素子の前記素子第2電極および前記第1電極に導通し、かつ、前記絶縁層に覆われている第3リードをさらに備える、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第2半導体素子の前記素子第1電極と電気的に接続された第3リードをさらに備える構成において、
前記第1半導体素子の前記素子第1電極は、前記第1リードに電気的に接続されており、
前記第3リードは、前記第1電極に導通している、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1半導体素子は、導電性の接合層を介して前記第1リードに接合されており、
前記第2半導体素子は、絶縁性の接合層を介して前記第1リードに接合され、かつ、導電性の接合層を介して前記第3リードに接合されている、請求項9に記載の半導体装置。 - 第5電極をさらに備える構成において、
前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、それぞれ、前記素子主面に配置された素子第3電極を備えており、
前記第5電極は、前記第1半導体素子の前記素子第3電極に導通している、請求項1ないし10のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2半導体素子の前記素子第3電極は、前記第5電極に導通する、請求項11に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、トランジスタである、請求項11または12に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体素子の前記素子第3電極および前記第5電極に導通し、かつ、前記絶縁層に覆われている第4リードをさらに備える、請求項11ないし13のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記リード主面は主面凹部を備え、前記第1半導体素子は、前記主面凹部に配置されている、請求項1ないし14のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記リード裏面は裏面凹部を備え、前記第2半導体素子は、前記裏面凹部に配置されている、請求項1ないし15のいずれか1つに記載の半導体装置。
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