WO2024095830A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2024095830A1
WO2024095830A1 PCT/JP2023/038360 JP2023038360W WO2024095830A1 WO 2024095830 A1 WO2024095830 A1 WO 2024095830A1 JP 2023038360 W JP2023038360 W JP 2023038360W WO 2024095830 A1 WO2024095830 A1 WO 2024095830A1
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WO
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semiconductor chip
substrate
electrode layer
conductor
heat spreader
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PCT/JP2023/038360
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English (en)
French (fr)
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洋 江草
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • HELECTRICITY
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    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
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Definitions

  • Patent Document 1 A semiconductor device including a semiconductor element is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a heat spreader, a semiconductor element fixed to the mounting surface of the heat spreader with a bonding material, and a sealing resin that covers the heat spreader and the semiconductor element.
  • the semiconductor device comprises a conductor, a semiconductor chip mounted on the conductor and electrically connected by a bonding material, a first substrate arranged at a distance from the conductor in the thickness direction of the semiconductor chip and having an insulating layer and an electrode layer, electronic components arranged on the first substrate and electrically connected to the electrode layer, and wiring electrically connecting the semiconductor chip and the electrode layer.
  • the first substrate When viewed in the thickness direction of the semiconductor chip, the first substrate has an area that overlaps with the conductor.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an enlarged portion of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a part of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an enlarged portion of a semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a part of the semiconductor device shown in FIG.
  • one of the objectives is to provide a semiconductor device that can reduce inductance.
  • the inductance can be reduced.
  • a semiconductor chip is mounted on the conductor and electrically connected to the conductor by a bonding material, a first substrate arranged at a distance from the conductor in the thickness direction of the semiconductor chip and having a first electrode layer and a first insulating layer, an electronic component arranged on the first substrate and electrically connected to the first electrode layer, and wiring electrically connecting the semiconductor chip and the first electrode layer.
  • the first substrate When viewed in the thickness direction of the semiconductor chip, the first substrate has an area overlapping with the conductor.
  • a heat spreader is mounted on a substrate including an insulating layer and a conductive layer, and a semiconductor chip is mounted on the heat spreader.
  • the semiconductor chip and the conductive layer of the substrate are then wired together.
  • a bond tool when connecting wires, a bond tool is generally used.
  • multiple heat spreaders may be arranged side by side.
  • the distance between the heat spreaders will be narrowed, resulting in interference between the bond tool and the heat spreaders when connecting the wires. Therefore, a certain amount of width must be secured for the distance between the heat spreaders, and it is difficult to achieve a large heat dissipation effect.
  • the first substrate has an area that overlaps with the conductor, so that the length of the wiring electrically connecting the semiconductor chip and the first electrode layer can be shortened. This allows the path length of the current path to be shortened, and inductance to be reduced.
  • the conductor is used as a heat spreader, the conductor is disposed at a distance in the thickness direction of the first substrate and the semiconductor chip, so that the conductor does not interfere with the first substrate when it is expanded laterally. Therefore, by expanding and enlarging the conductor laterally, a greater heat dissipation effect can be obtained.
  • a frame body surrounding the conductor may be further provided.
  • the frame body may be provided with ribs that protrude towards the conductor when viewed in the thickness direction of the semiconductor chip.
  • the first substrate may be mounted on the ribs.
  • the frame body provided with ribs can be used to more reliably position the first substrate and the conductor with a gap in the thickness direction of the semiconductor chip.
  • mountability can be improved.
  • the electronic component may have an area that overlaps with the conductor when viewed in the thickness direction of the semiconductor chip. For example, if a capacitor that suppresses surges is used as the electronic component, the length of the wiring can be made shorter, thereby reducing inductance.
  • the semiconductor device includes: (4) A semiconductor chip mounted on the conductor and electrically connected by a bonding material, a first substrate arranged on the conductor and having a first electrode layer and a first insulating layer, an electronic component arranged on the first substrate and electrically connected to the first electrode layer, and wiring electrically connecting the semiconductor chip and the first electrode layer.
  • the length of the wiring electrically connecting the semiconductor chip and the first electrode layer can be shortened.
  • the length of the wiring can be shortened, which reduces inductance.
  • the first insulating layer may have a through hole penetrating in the thickness direction.
  • the first substrate may include a metal layer covering the wall surface surrounding the through hole and electrically connecting the conductor and the first electrode layer. In this way, the conductor and the first electrode layer can be made to have the same potential by the metal layer using the through hole. This configuration can reduce self-inductance more than a connection using a wire, thereby further reducing inductance.
  • the electronic component may include at least one of a capacitor, a resistor, and a diode. Such electronic components are effectively used to prevent damage to semiconductor devices, etc.
  • the conductor may include a heat spreader. This allows the heat generated by the semiconductor chip to be efficiently dissipated through the conductor. In addition, it makes it easier to spread the conductor laterally.
  • a second substrate including an electrode layer and an insulating layer may be further provided, which is disposed on the opposite side of the semiconductor chip to the heat spreader in the thickness direction of the semiconductor chip.
  • the heat spreader can be appropriately positioned using the second substrate. Therefore, heat spreaders with different electric potentials can be positioned in predetermined locations.
  • the first substrate may include a printed circuit board. This allows the electronic components to be pre-assembled on the printed circuit board before mounting, improving productivity.
  • the semiconductor chip may include a plurality of semiconductor chips constituting an upper arm and a plurality of semiconductor chips constituting a lower arm.
  • the upper arm and the lower arm may be connected in series.
  • Such a semiconductor device is effectively used, for example, as an inverter.
  • a plurality of semiconductor chips may be included. Electronic components may be attached to each of the plurality of semiconductor chips. In this way, the electronic components attached to the plurality of semiconductor chips can ensure proper operation and suppress failures.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of the semiconductor device in the first embodiment.
  • Fig. 2 is a schematic plan view showing an enlarged view of a portion of the semiconductor device shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing a portion of the semiconductor device shown in Fig. 2.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III in Fig. 2.
  • the semiconductor device 11a in the first embodiment includes a plurality of conductors, specifically two heat spreaders 12a (first heat spreader 12a), a heat spreader 12b (second heat spreader 12b), a frame 13 surrounding the two heat spreaders 12a and 12b, a P terminal 14a, an O terminal 14b, an N terminal 14c, and a plurality of semiconductor chips, specifically four semiconductor chips 15a (first semiconductor chip 15a), a semiconductor chip 15b (second semiconductor chip 15b), a semiconductor chip 15c (third semiconductor chip 15c), and a semiconductor chip 15d.
  • the first substrate 16a includes a first electrode layer 21a and a first insulating layer 22a that constitute a circuit pattern.
  • the first substrate 16b includes a first electrode layer 21b and a first insulating layer 22b that constitute a circuit pattern.
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d are so-called vertical transistor chips, specifically, for example, metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs).
  • MOSFETs metal-oxide-semiconductor field effect transistors
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d are transistor chips in which current flows in the thickness direction (Z direction).
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d are switching elements.
  • the switching elements may be insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d are wide band gap semiconductor chips.
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d each include a semiconductor layer made of SiC (silicon carbide).
  • the semiconductor layer may be made of, for example, Si (silicon) or GaN (gallium nitride).
  • the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d may also include a diode chip connected in reverse parallel to the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d.
  • the diode chip may be made of, for example, a Schottky barrier diode (SBD).
  • the semiconductor device 11a in the first embodiment also includes a second substrate 19, four gate terminals 23a (first gate terminal 23a), 23b (second gate terminal 23b), 23c (third gate terminal 23c), and 23d (fourth gate terminal 23d), and a plurality of wires 25a, 25b, 25c, 25d, 26a, 26b, 26c, 26d, 27a, 27b, 27c, and 27d.
  • the first gate terminal 23a is used to control the operation of the first semiconductor chip 15a.
  • the second gate terminal 23b is used to control the operation of the second semiconductor chip 15b.
  • the third gate terminal 23c is used to control the operation of the third semiconductor chip 15c.
  • the fourth gate terminal 23d is used to control the operation of the fourth semiconductor chip 15d.
  • the wiring of each wire will be described in detail later.
  • the frame 13 includes a plate-shaped support plate 31 and a side wall portion 32 that is provided to rise from the support plate 31.
  • the outer shape of the support plate 31 is a rectangle whose length in the X direction is longer than its length in the Y direction when viewed in the thickness direction of the support plate 31. That is, the outer shape of the frame 13 is a rectangle whose sides extending in the X direction are long sides and whose sides extending in the Y direction are short sides when viewed in the thickness direction, similar to the outer shape of the support plate 31.
  • the thickness direction of the support plate 31 is the Z direction, which is the same as the thickness direction of the semiconductor chips 15a and 15b described later.
  • the side wall portion 32 is fixed to the support plate 31 by, for example, an adhesive not shown.
  • the side wall portion 32 is arranged along the outer shape of the rectangular support plate 31 when viewed in the Z direction.
  • the side wall portion 32 includes a first wall portion 33 and a second wall portion 34 that are arranged at positions corresponding to a pair of long sides of the support plate 31 when viewed in the Z direction, and a third wall portion 35 and a fourth wall portion 36 that are arranged at positions corresponding to the corresponding short sides of the support plate 31. That is, the first wall 33 and the second wall 34 face each other in the Y direction, and the third wall 35 and the fourth wall 36 face each other in the X direction.
  • the space within the frame 13 formed by the support plate 31 and the sidewall 32 is filled with resin (not shown) as a sealing material.
  • resin (not shown) as a sealing material.
  • the type of resin selected may be, for example, epoxy resin, silicone gel, or urethane resin.
  • a terminal block may be provided for the P terminal 14a, O terminal 14b, and N terminal 14c that are exposed from the sealing material.
  • the semiconductor device 11a may be provided with a lid that is attached to the sidewall 32 and covers the sealing material.
  • the frame body 13 is provided with two ribs 39a (first rib 39a) and 39b (second rib 39b).
  • the first rib 39a and the second rib 39b each protrude to the inside of the frame body 13. That is, the first rib 39a and the second rib 39b each protrude to the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b, which are the conductor side, when viewed in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the first rib 39a and the second rib 39b are each provided on the first wall portion 33 with a gap in the X direction.
  • first rib 39a and the second rib 39b are each formed so as to protrude in the Y direction from the inner wall surface 37 of the first wall portion 33 toward the second wall portion 34.
  • the first rib 39a and the second rib 39b each protrude in a rectangular shape when viewed in the Z direction.
  • the first rib 39a overlaps with a part of the first heat spreader 12a when viewed in the Z direction.
  • the second rib 39b overlaps a portion of the second heat spreader 12b when viewed in the Z direction.
  • the first gate terminal 23a, the second gate terminal 23b, the third gate terminal 23c, and the fourth gate terminal 23d are each formed by bending a rod-shaped metal member.
  • the first gate terminal 23a, the second gate terminal 23b, the third gate terminal 23c, and the fourth gate terminal 23d are each attached to the first wall portion 33 with a gap in the X direction.
  • the first gate terminal 23a, the second gate terminal 23b, the third gate terminal 23c, and the fourth gate terminal 23d are each attached to the frame body 13 by insert molding.
  • the first gate terminal 23a is closest to the third wall portion 35, followed by the second gate terminal 23b, the third gate terminal 23c, and the fourth gate terminal 23d, which are closer to the fourth wall portion 36 in that order.
  • the first end of the first gate terminal 23a located on the inner side of the frame body 13 is disposed on the first rib 39a.
  • the first end of the second gate terminal 23b located on the inner side of the frame body 13 is disposed on the first rib 39a.
  • the first end of the third gate terminal 23c located on the inner side of the frame body 13 is disposed on the second rib 39b.
  • the first end of the fourth gate terminal 23d located on the inner side of the frame body 13 is disposed on the second rib 39b.
  • the P terminal 14a, the O terminal 14b, and the N terminal 14c are each a member called a bus bar, and are formed by bending a strip-shaped metal member.
  • the P terminal 14a, the O terminal 14b, and the N terminal 14c each have an area exposed to the outside of the frame body 13, and are used for electrical connection with the outside of the semiconductor device 11a.
  • the P terminal 14a and the N terminal 14c are attached to the third wall portion 35 with a gap in the Y direction.
  • the P terminal 14a is disposed on the side closer to the first wall portion 33, and the N terminal 14c is disposed on the side closer to the second wall portion 34.
  • the O terminal 14b is attached to the fourth wall portion 36.
  • the Y direction position where the P terminal 14a is attached and the Y direction position where the O terminal 14b is attached are aligned.
  • the P terminal 14a, the O terminal 14b, and the N terminal 14c may each be attached to the frame body 13 by insert molding when the resin frame body 13 is molded.
  • the first end of the P terminal 14a located on the inner side of the frame body 13 is joined to the first heat spreader 12a.
  • the P terminal 14a and the first heat spreader 12a are electrically connected.
  • the first end of the O terminal 14b located on the inner side of the frame body 13 is joined to the second heat spreader 12b.
  • the O terminal 14b and the second heat spreader 12b are electrically connected.
  • the first end of the N terminal 14c located on the inner side of the frame body 13 is joined to a circuit board 45 included in the second electrode layer 41 of the second substrate 19, which will be described later.
  • the N terminal 14c and the circuit board 45 of the second electrode layer 41 of the second substrate 19 are electrically connected.
  • the second substrate 19 is disposed on the surface 38 located in the thickness direction of the support plate 31.
  • the second substrate 19 includes a second electrode layer 41 and a second insulating layer 42.
  • the second electrode layer 41 constituting a circuit pattern is disposed on the second insulating layer 42.
  • the second electrode layer 41 has three circuit boards 43, 44, and 45 constituting the circuit pattern.
  • the circuit boards 43, 44, and 45 are each disposed at a distance on the second insulating layer 42.
  • the second insulating layer 42 of the second substrate 19 is attached to the surface 38 by a solder material (not shown).
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are attached on the second electrode layer 41 as conductors. Both the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are so-called heat sinks and have a certain thickness. Specifically, the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are sufficiently thick compared to the first semiconductor chip 15a, the first substrate 16a, the second substrate 19, etc.
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are each made of, for example, a copper plate.
  • the outer shapes of the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are each rectangular when viewed in the Z direction.
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are each conductive.
  • the first heat spreader 12a is bonded to the circuit board 43 by a conductive bonding material such as solder (not shown).
  • the second heat spreader 12b is attached to the circuit board 44 by a conductive bonding material such as solder (not shown).
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are arranged with a gap in the X direction.
  • the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are mounted on the first heat spreader 12a.
  • the first semiconductor chip 15a is electrically connected to the first heat spreader 12a by a conductive bonding material 28 (see FIG. 3 in particular).
  • the drain pad of the first semiconductor chip 15a is electrically connected to the first heat spreader 12a.
  • the second semiconductor chip 15b is electrically connected to the first heat spreader 12a by a conductive bonding material (not shown).
  • the drain pad of the second semiconductor chip 15b is electrically connected to the first heat spreader 12a.
  • the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are arranged with a gap in the X direction. Heat generated when the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are driven is dissipated using the first heat spreader 12a.
  • the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are each mounted on the second heat spreader 12b. Specifically, the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are each electrically connected to the second heat spreader 12b by a conductive bonding material (not shown). In this case, the drain pads of the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are electrically connected to the second heat spreader 12b. The third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are arranged with a gap in the X direction. Heat generated when the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are driven is dissipated using the second heat spreader 12b.
  • the first substrate 16a includes the first electrode layer 21a and the first insulating layer 22a.
  • the first electrode layer 21a includes four circuit boards 51a, 52a, 53a, and 54a.
  • the circuit boards 51a, 52a, 53a, and 54a are each spaced apart on the first insulating layer 22a.
  • the circuit boards 51a and 52a are each electrically connected to the first snubber capacitor 17a as an electronic component.
  • the circuit board 51a is connected to the first electrode of the first snubber capacitor 17a
  • the circuit board 52a is connected to the second electrode opposite to the first electrode of the first snubber capacitor 17a.
  • circuit boards 53a and 54a are each electrically connected to the second snubber capacitor 17b as an electronic component. Specifically, a circuit board 53a is connected to a first electrode of the second snubber capacitor 17b, and a circuit board 54a is connected to a second electrode opposite the first electrode of the second snubber capacitor 17b.
  • the first substrate 16b includes the first electrode layer 21b and the first insulating layer 22b as described above.
  • the first electrode layer 21b includes four circuit boards 51b, 52b, 53b, and 54b.
  • the circuit boards 51b, 52b, 53b, and 54b are each arranged at a distance on the first insulating layer 22b.
  • the circuit boards 51b and 52b are each electrically connected to the third snubber capacitor 17c as an electronic component.
  • the circuit board 51b is connected to the first electrode of the third snubber capacitor 17c
  • the circuit board 52b is connected to the second electrode opposite to the first electrode of the third snubber capacitor 17c.
  • circuit boards 53b and 54b are each electrically connected to the fourth snubber capacitor 17d as an electronic component.
  • circuit board 53b is connected to a first electrode of fourth snubber capacitor 17d
  • circuit board 54b is connected to a second electrode opposite the first electrode of fourth snubber capacitor 17d.
  • the first substrate 16a is disposed at a distance from the first heat spreader 12a, which is a conductor, in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the first substrate 16a is mounted on the first rib 39a.
  • the first insulating layer 22a of the first substrate 16a is attached to the first rib 39a by bonding with an adhesive (not shown).
  • a part of the first substrate 16a overlaps with the first heat spreader 12a when viewed in the Z direction. That is, the first substrate 16a has an area 29a that overlaps with the first heat spreader 12a, which is a conductor, when viewed in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the area 29a is indicated by a dashed line.
  • the first rib 39a is interposed between the first substrate 16a and the first heat spreader 12a.
  • the first substrate 16b is disposed at a distance from the second heat spreader 12b, which is a conductor, in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the first substrate 16b is mounted on the second rib 39b.
  • the first insulating layer 22b of the first substrate 16b is attached to the second rib 39b by bonding with an adhesive (not shown).
  • a part of the first substrate 16b overlaps with the second heat spreader 12b when viewed in the Z direction. That is, the first substrate 16b has an area 29b that overlaps with the second heat spreader 12b, which is a conductor, when viewed in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the area 29b is indicated by a dashed line.
  • the second rib 39b is interposed between the first substrate 16b and the second heat spreader 12b.
  • the first wire 18a electrically connects the first semiconductor chip 15a and the first electrode layer 21a of the first substrate 16a. Specifically, the first wire 18a connects the source pad of the first semiconductor chip 15a and the circuit board 51a of the first electrode layer 21a.
  • the wire 25a electrically connects the source pad of the first semiconductor chip 15a and the circuit board 44 of the second electrode layer 41 of the second substrate 19. Specifically, the wire 25a electrically connects the source pad of the first semiconductor chip 15a and the circuit board 44 of the second electrode layer 41.
  • a plurality of wires 25a are provided.
  • the wire 26a electrically connects the first gate terminal 23a and the gate pad of the first semiconductor chip 15a.
  • the wire 27a electrically connects the circuit board 52a of the first electrode layer 21a of the first substrate 16a and the first heat spreader 12a.
  • the second wire 18b electrically connects the second semiconductor chip 15b to the first electrode layer 21a of the first substrate 16a. Specifically, the second wire 18b connects the source pad of the second semiconductor chip 15b to the circuit board 53a of the first electrode layer 21a.
  • the wire 25b electrically connects the second semiconductor chip 15b to the second electrode layer 41 of the second substrate 19. Specifically, the wire 25b electrically connects the source pad of the second semiconductor chip 15b to the circuit board 44 of the second electrode layer 41. There are multiple wires 25b.
  • the wire 26b electrically connects the second gate terminal 23b to the gate pad of the second semiconductor chip 15b.
  • the wire 27b electrically connects the circuit board 54a of the first electrode layer 21a of the first substrate 16a to the first heat spreader 12a.
  • the current path including the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b constitutes the upper arm, which is the first arm.
  • the third wire 18c electrically connects the third semiconductor chip 15c to the first electrode layer 21b of the first substrate 16b. Specifically, the third wire 18c connects the source pad of the third semiconductor chip 15c to the circuit board 51b of the first electrode layer 21b.
  • the wire 25c electrically connects the third semiconductor chip 15c to the second electrode layer 41 of the second substrate 19. Specifically, the wire 25c electrically connects the source pad of the third semiconductor chip 15c to the circuit board 45 of the second electrode layer 41. There are multiple wires 25c.
  • the wire 26c electrically connects the third gate terminal 23c to the gate pad of the third semiconductor chip 15c.
  • the wire 27c electrically connects the circuit board 52b of the first electrode layer 21b of the first substrate 16b to the second heat spreader 12b.
  • the fourth wire 18d electrically connects the fourth semiconductor chip 15d to the first electrode layer 21b of the first substrate 16b. Specifically, the fourth wire 18d connects the source pad of the fourth semiconductor chip 15d to the circuit board 53b of the first electrode layer 21b.
  • the wire 25d electrically connects the fourth semiconductor chip 15d to the second electrode layer 41 of the second substrate 19. Specifically, the wire 25d electrically connects the source pad of the fourth semiconductor chip 15d to the circuit board 45 of the second electrode layer 41. There are multiple wires 25d.
  • the wire 26d electrically connects the fourth gate terminal 23d to the gate pad of the fourth semiconductor chip 15d.
  • the wire 27d electrically connects the circuit board 54b of the first electrode layer 21b of the first substrate 16b to the second heat spreader 12b.
  • the current path including the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d constitutes the lower arm, which is the second arm.
  • the multiple semiconductor chips included in the semiconductor device 11a include a first semiconductor chip 15a and a second semiconductor chip 15b that form an upper arm, and a third semiconductor chip 15c and a fourth semiconductor chip 15d that form a lower arm.
  • the upper arm and the lower arm are connected in series.
  • Such a semiconductor device 11a can be effectively used as, for example, an inverter.
  • an external input signal turns the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b on through the first gate terminal 23a and the second gate terminal 23b, and turns the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d off through the third gate terminal 23c and the fourth gate terminal 23d from the outside.
  • a current flows from the P terminal 14a through the first heat spreader 12a, the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b, the wires 25a and 25b, the circuit board 44, and the second heat spreader 12b to the O terminal 14b.
  • the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are turned off through the first gate terminal 23a and the second gate terminal 23b by an external input signal, and the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are turned on through the third gate terminal 23c and the fourth gate terminal 23d from the outside. Then, a current flows from the O terminal 14b through the second heat spreader 12b, the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d, the wires 25c and 25d, the circuit board 45, and to the N terminal 14c.
  • the support plate 31 is prepared, and the second substrate 19 is attached to the surface 38 of the support plate 31.
  • the first heat spreader 12a is attached to the circuit board 43
  • the second heat spreader 12b is attached to the circuit board 44.
  • the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are attached to the first heat spreader 12a
  • the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are attached to the second heat spreader 12b.
  • the side wall portion 32 to which the P terminal 14a, the O terminal 14b, the N terminal 14c, the first gate terminal 23a, the second gate terminal 23b, the third gate terminal 23c, and the fourth gate terminal 23d are attached is attached to the support plate 31.
  • the first substrate 16a is attached to the first rib 39a
  • the first substrate 16b is attached to the second rib 39b.
  • the first wire 18a, the second wire 18b, the third wire 18c, the fourth wire 18d, the wire 25a, the wire 25b, the wire 25c, the wire 25d, the wire 26a, the wire 26b, the wire 26c, the wire 26d, the wire 27a, the wire 27b, the wire 27c, and the wire 27d are wired to electrically connect each member.
  • the P terminal 14a, the O terminal 14b, and the N terminal 14c are electrically connected to the first heat spreader 12a, the second heat spreader 12b, and the circuit board 45, respectively, by soldering or ultrasonic bonding.
  • a sealing material is poured into the space of the frame 13 and hardened to seal. In this way, the semiconductor device 11a is manufactured.
  • the side wall portion 32 may be attached to the support plate 31 with the first substrate 16a attached to the first rib 39a and the first substrate 16b attached to the second rib 39b in advance.
  • the first substrate 16a has an area 29a overlapping with the first heat spreader 12a, which is a conductor, so that the lengths of the first wire 18a, which is the wiring that electrically connects the first semiconductor chip 15a and the first electrode layer 21a, and the second wire 18b, which is the wiring that electrically connects the second semiconductor chip 15b and the first electrode layer 21a, can be shortened.
  • the first substrate 16b has an area 29b overlapping with the second heat spreader 12b, which is a conductor, so that the lengths of the third wire 18c, which is the wiring that electrically connects the third semiconductor chip 15c and the first electrode layer 21b, and the fourth wire 18d, which is the wiring that electrically connects the fourth semiconductor chip 15d and the first electrode layer 21b, can be shortened. This allows the path length of the current path to be shortened, and inductance to be reduced.
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b which are conductors, are arranged at intervals in the Z direction, which is the thickness direction of the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d, from the first substrate 16a, 16b. Therefore, when the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are expanded in the horizontal direction, in this embodiment, in the direction along the X-Y plane, they can be enlarged by slipping under the first ribs 39a and the second ribs 39b, and do not interfere with the first substrate 16a and the first substrate 16b. Therefore, by expanding the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b in the horizontal direction, it is possible to obtain a greater heat dissipation effect.
  • the first snubber capacitor 17a, the second snubber capacitor 17b, the third snubber capacitor 17c, and the fourth snubber capacitor 17d are arranged higher in the Z direction than the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d, i.e., on the opening side of the sidewall portion 32, so they are less susceptible to thermal interference from the first semiconductor chip 15a, etc. Therefore, it is possible to use the first snubber capacitor 17a, etc., which has a low heat resistance temperature, and costs can be reduced.
  • the frame 13 surrounding the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b is provided with a first rib 39a that protrudes toward the first heat spreader 12a side and a second rib 39b that protrudes toward the second heat spreader 12b side when viewed in the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • the first substrate 16a is mounted on the first rib 39a.
  • the first substrate 16b is mounted on the second rib 39b. Therefore, by utilizing the frame 13 provided with the first ribs 39a and the second ribs 39b, the first substrate 16a, 16b and the first heat spreader 12a, 12b can be more reliably arranged with a gap between them in the thickness direction of the first semiconductor chip 15a.
  • first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b when expanded laterally, in this embodiment in the direction along the X-Y plane, they can be enlarged by slipping under the first ribs 39a and the second ribs 39b. Also, since the first substrate 16a can be mounted on the first ribs 39a and the first substrate 16b can be mounted on the second ribs 39b in advance before assembling the semiconductor device 11a, it is possible to improve mountability.
  • the first snubber capacitor 17a, the second snubber capacitor 17b, the third snubber capacitor 17c, and the fourth snubber capacitor 17d when viewed in the thickness direction of the first semiconductor chip 15a, have areas that overlap with the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b, which are conductors. This makes it possible to shorten the wiring length of the current path, thereby further reducing inductance.
  • the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b are included as conductors. Therefore, heat generated from the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15 can be efficiently dissipated via the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b. In addition, the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b can be easily spread in the lateral direction.
  • the second substrate 19 is disposed on the opposite side of the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d in the thickness direction of the first semiconductor chip 15a, sandwiching the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b, and includes a second electrode layer 41 and a second insulating layer 42. Therefore, the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b can be appropriately positioned using the second substrate 19. Therefore, the first heat spreader 12a and the second heat spreader 12b, which have different electric potentials, can be positioned in a predetermined location.
  • the semiconductor chips include a plurality of semiconductor chips constituting the upper arm, specifically, a first semiconductor chip 15a and a second semiconductor chip 15b, and a plurality of semiconductor chips constituting the lower arm, specifically, a third semiconductor chip 15c and a fourth semiconductor chip 15d.
  • the upper arm and the lower arm are connected in series.
  • Such a semiconductor device 11a is effectively used as, for example, an inverter.
  • multiple semiconductor chips are included.
  • the multiple semiconductor chips specifically the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d, are each equipped with a first snubber capacitor 17a, a second snubber capacitor 17b, a third snubber capacitor 17c, and a fourth snubber capacitor 17d, which are electronic components. This allows for proper operation and suppression of failures.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a semiconductor device in embodiment 2.
  • the semiconductor device in embodiment 2 differs from embodiment 1 in that it does not include first heat spreader 12a and second heat spreader 12b.
  • the semiconductor device 11b in the second embodiment includes a circuit board 43 of the second substrate 19, which is a conductor, a first semiconductor chip 15a and a second semiconductor chip 15b, a first substrate 16a having a first electrode layer 21a and a first insulating layer 22a, a first snubber capacitor 17a and a second snubber capacitor 17b as electronic components, and a first wire 18a and a second wire 18b as wiring.
  • the first semiconductor chip 15a and the second semiconductor chip 15b are mounted on the circuit board 43, respectively, and are electrically connected to the circuit board 43 by a bonding material (not shown).
  • the first substrate 16a is disposed at a distance from the circuit board 43.
  • the first snubber capacitor 17a and the second snubber capacitor 17b are disposed on the first substrate 16a.
  • the first snubber capacitor 17a is electrically connected to the first electrode layer 21a, specifically, to the circuit board 51a included in the first electrode layer 21a.
  • the second snubber capacitor 17b is electrically connected to the first electrode layer 21a, specifically, to the circuit board 53a included in the first electrode layer 21a.
  • the first wire 18a electrically connects the source pad of the first semiconductor chip 15a to the circuit board 51a included in the first electrode layer 21a.
  • the second wire 18b electrically connects the source pad of the second semiconductor chip 15b to the circuit board 53a included in the first electrode layer 21a.
  • the first substrate 16a When viewed in the thickness direction of the first semiconductor chip 15a, the first substrate 16a has an area 29a that overlaps with the circuit board 43.
  • the semiconductor device 11b also includes a circuit board 44 of the second substrate 19, which is a conductor, a third semiconductor chip 15c and a fourth semiconductor chip 15d, a first substrate 16b having a first electrode layer 21b and a first insulating layer 22b, a third snubber capacitor 17c and a fourth snubber capacitor 17d as electronic components, and a third wire 18c and a fourth wire 18d as wiring.
  • the third semiconductor chip 15c and the fourth semiconductor chip 15d are each mounted on the circuit board 44 and electrically connected to the circuit board 44 by a bonding material (not shown).
  • the first substrate 16b is disposed at a distance from the circuit board 44.
  • the third snubber capacitor 17c and the fourth snubber capacitor 17d are each disposed on the first substrate 16b.
  • the third snubber capacitor 17c is electrically connected to the first electrode layer 21b, specifically to the circuit board 51b included in the first electrode layer 21b.
  • the fourth snubber capacitor 17d is electrically connected to the first electrode layer 21b, specifically, to the circuit board 53b included in the first electrode layer 21b.
  • the third wire 18c electrically connects the source pad of the third semiconductor chip 15c to the circuit board 51b included in the first electrode layer 21b.
  • the fourth wire 18d electrically connects the source pad of the fourth semiconductor chip 15d to the circuit board 53b included in the first electrode layer 21b.
  • the first substrate 16b has an area 29b that overlaps with the circuit board 44.
  • the first substrate 16a, 16b has regions 29a, 29b that overlap with the conductor circuit boards 43, 44, so that the lengths of the first wires 18a, 18b, 18c, and 18d that electrically connect the first semiconductor chip 15a, the second semiconductor chip 15b, the third semiconductor chip 15c, and the fourth semiconductor chip 15d to the first electrode layer 21a, 21b can be shortened. This allows the wiring length of the current path to be shortened, and inductance to be reduced.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor device in embodiment 3.
  • the semiconductor device in embodiment 3 differs from embodiment 2 in that it includes an auxiliary source terminal and that the electronic component is a chip resistor.
  • semiconductor device 11c in embodiment 3 includes first semiconductor chip 15a, second semiconductor chip 15b, third semiconductor chip 15c, fourth semiconductor chip 15d, first substrate 16a having first electrode layer 21a and first insulating layer 22a constituting a circuit pattern, and first substrate 16b having first electrode layer 21b and first insulating layer 22b constituting a circuit pattern.
  • First electrode layer 21a includes circuit board 51a, circuit board 53a, circuit board 55a, circuit board 56a, circuit board 57a, and circuit board 58a.
  • First electrode layer 21b includes circuit board 51b, circuit board 53b, circuit board 55b, circuit board 56b, circuit board 57b, and circuit board 58b.
  • the semiconductor device 11c further includes a first chip resistor 17e, a second chip resistor 17f, a third chip resistor 17g, and a fourth chip resistor 17h.
  • the semiconductor device 11c includes a first auxiliary source terminal 23e and a second auxiliary source terminal 23f.
  • the first auxiliary source terminal 23e and the second auxiliary source terminal 23f are provided at the positions of the second gate terminal 23b and the fourth gate terminal 23d in the first embodiment, respectively.
  • the source pad of the first semiconductor chip 15a and the circuit board 55a are electrically connected by a wire 26e.
  • the first chip resistor 17e is disposed between the circuit board 55a and the circuit board 58a, and is electrically connected to each of the circuit boards 55a and 58a.
  • the source pad of the second semiconductor chip 15b and the circuit board 56a are electrically connected by a wire 26f.
  • the second chip resistor 17f is disposed between the circuit board 56a and the circuit board 58a, and is electrically connected to each of the circuit boards 56a and 58a.
  • the circuit board 58a and the first auxiliary source terminal 23e are electrically connected by a wire 26b.
  • the circuit board 57a and the first gate terminal 23a are electrically connected by a wire 26a.
  • the source pad of the third semiconductor chip 15c and the circuit board 55b are electrically connected by a wire 26g.
  • the third chip resistor 17g is disposed between the circuit board 55b and the circuit board 58b, and is electrically connected to each of the circuit boards 55b and 58b.
  • the source pad of the fourth semiconductor chip 15d and the circuit board 56b are electrically connected by a wire 26h.
  • the fourth chip resistor 17h is disposed between the circuit board 56b and the circuit board 58b, and is electrically connected to each of the circuit boards 56b and 58b.
  • the circuit board 58b and the second auxiliary source terminal 23f are electrically connected by a wire 26d.
  • the circuit board 57b and the third gate terminal 23c are electrically connected by a wire 26c.
  • the inductance of the current path from the gate terminals (first gate terminal 23a, third gate terminal 23c) to the auxiliary source terminals (first auxiliary source terminal 23e, second auxiliary source terminal 23f) can be reduced, allowing for more reliable control of the first semiconductor chip 15a, etc.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an enlarged portion of a semiconductor device in the fourth embodiment.
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view showing a portion of the semiconductor device shown in Fig. 6.
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view taken along the line VII-VII in Fig. 6.
  • the semiconductor device of the fourth embodiment differs from the first embodiment in that it is provided with a through-hole, etc.
  • the semiconductor device 11d in the fourth embodiment includes a first heat spreader 12a which is a conductor, a first semiconductor chip 15a mounted on the first heat spreader 12a and electrically connected by a bonding material 28, a first substrate 16a which is disposed on the first heat spreader 12a and has a first electrode layer 21a and a first insulating layer 22a, a first snubber capacitor 17a which is disposed on the first substrate 16a and which is electrically connected to the first electrode layer 21a, and a first wire 18a which is wiring which electrically connects the first semiconductor chip 15a and the first electrode layer 21a.
  • the first insulating layer 22a also has through holes 46a, 46b, and 46c that penetrate in the thickness direction.
  • the first substrate 16a includes a metal layer 47a that covers a wall surface 49 surrounding the through holes 46a, 46b, and 46c and electrically connects the first heat spreader 12a and the first electrode layer 21a.
  • the metal layer 47a is electrically connected to the first heat spreader 12a, which is a conductor, by a conductive bonding material 48.
  • the first substrate 16a is disposed on the first heat spreader 12a, which is a conductor, so the length of the wiring electrically connecting the first semiconductor chip 15a and the first electrode layer 21a can be shortened. This shortens the path length of the current path, and reduces inductance.
  • the first heat spreader 12a and the first electrode layer 21a can be made to have the same potential by the metal layer 47a using the through holes 46a, 46b, and 46c.
  • This configuration can reduce the self-inductance more than a connection using a wire, so that the inductance can be further reduced.
  • a blind via configuration may be used for the electrical connection between the first heat spreader 12a and the first electrode layer 21a.
  • wires are used as the wiring, but the present invention is not limited to this.
  • copper clips, ribbon wires, and thick aluminum wires may be used as the wiring.
  • the first substrate may include a printed circuit board.
  • the first substrate may include a printed circuit board.
  • the electronic components include snubber capacitors, but this is not limiting, and the electronic components may be configured to include at least one of a capacitor, a resistor, and a diode. Such electronic components are effectively used to prevent damage to semiconductor devices.
  • An example of a resistor is the chip resistor shown in FIG. 5.
  • An example of a diode is a Schottky barrier diode.
  • Examples of circuit configurations for snubber capacitors include a C snubber circuit, an RC snubber circuit, and a charge-discharge RCD snubber circuit.

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Abstract

半導体装置は、導体と、導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、半導体チップの厚さ方向において導体と間隔をあけて配置され、絶縁層および電極層を有する第1基板と、第1基板上に配置され、電極層と電気的に接続される電子部品と、半導体チップと電極層とを電気的に接続する配線と、を備える。半導体チップの厚さ方向に見て、第1基板は、導体と重複する領域を有する。

Description

半導体装置
 本開示は、半導体装置に関するものである。本出願は、2022年11月4日出願の日本出願第2022-176990号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 半導体素子を含む半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示の半導体装置は、ヒートスプレッダと、ヒートスプレッダの実装面に接合材で固定された半導体素子と、ヒートスプレッダと半導体素子を覆う封止樹脂と、を備える。
特開2018-14357号公報
 本開示に従った半導体装置は、導体と、導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、半導体チップの厚さ方向において導体と間隔をあけて配置され、絶縁層および電極層を有する第1基板と、第1基板上に配置され、電極層と電気的に接続される電子部品と、半導体チップと電極層とを電気的に接続する配線と、を備える。半導体チップの厚さ方向に見て、第1基板は、導体と重複する領域を有する。
図1は、実施の形態1における半導体装置の概略平面図である。 図2は、図1に示す半導体装置の一部を拡大して示す概略平面図である。 図3は、図1に示す半導体装置の一部を示す概略断面図である。 図4は、実施の形態2における半導体装置の概略平面図である。 図5は、実施の形態3における半導体装置の概略平面図である。 図6は、実施の形態4における半導体装置の一部を拡大して示す概略平面図である。 図7は、図6に示す半導体装置の一部を示す概略断面図である。
 [本開示が解決しようとする課題]
 特許文献1に開示される半導体装置においては、インダクタンスの低減を図ることが求められる。
 そこで、インダクタンスの低減を図ることができる半導体装置を提供することを目的の1つとする。
 [本開示の効果]
 上記半導体装置によれば、インダクタンスの低減を図ることができる。
 [本開示の実施形態の説明]
 最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体装置は、
 (1)導体と、導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、半導体チップの厚さ方向において導体と間隔をあけて配置され、第1電極層および第1絶縁層を有する第1基板と、第1基板上に配置され、第1電極層と電気的に接続される電子部品と、半導体チップと第1電極層とを電気的に接続する配線と、を備える。半導体チップの厚さ方向に見て、第1基板は、導体と重複する領域を有する。
 特許文献1に開示の半導体装置においては、絶縁層と導電層とを含む基板上にヒートスプレッダを搭載し、そのヒートスプレッダ上に半導体チップを搭載している。そして、半導体チップと基板の導電層とをワイヤを用いて配線している。このような構成であると、ヒートスプレッダによる放熱の効果をより得ようとするためにヒートスプレッダの放熱面積を広くすると、ワイヤの配線長が長くなってしまうため、インダクタンスの増加、配線抵抗の増加を招くこととなる。また、ヒートスプレッダとワイヤとの絶縁を確保すべく、ヒートスプレッダとワイヤとが接触しないようにするためには、ワイヤを大きくループせざるを得ない。そうすると、さらに配線長が長くなり、インダクタンスがさらに増加してしまうこととなる。
 また、ワイヤを接続する際には、一般的にはボンドツールが用いられる。ここで、ヒートスプレッダを複数並べて配置させる場合がある。このような場合において、ヒートスプレッダの放熱面積を広くするとヒートスプレッダ同士の間隔が狭くなってしまい、ワイヤ接続時におけるボンドツールとヒートスプレッダとの干渉を招くことになる。したがって、ヒートスプレッダ同士の間隔についてある程度の幅を確保する必要があり、大きな放熱の効果を得ることは困難である。すなわち、特許文献1に開示の半導体装置において、大きな放熱の効果を得ようとすると、インダクタンスの低減を図ることが困難である。
 本開示に係る半導体装置によると、第1基板は導体と重複する領域を有するため、半導体チップと第1電極層とを電気的に接続する配線の長さを短くすることができる。そうすると、電流経路の経路長を短くすることができ、インダクタンスの低減を図ることができる。なお、導体をヒートスプレッダとして利用する場合において、導体は、第1基板と半導体チップの厚さ方向に間隔をあけて配置されるため、導体を横方向に広げる際に、第1基板と干渉することはない。したがって、導体を横方向に広げて大きくして、より多くの放熱の効果を得ることができる。
 (2)上記(1)において、導体を取り囲む枠体をさらに備えてもよい。枠体には、半導体チップの厚さ方向に見て導体側に突出するリブが設けられていてもよい。第1基板は、リブ上に搭載されていてもよい。このようにすることにより、リブが設けられた枠体を利用して、半導体チップの厚さ方向において、より確実に第1基板と導体とを間隔をあけて配置することができる。また、予めリブ上に第1基板を搭載してから半導体装置を組み立てることができるため、実装性の向上を図ることができる。
 (3)上記(1)または(2)において、半導体チップの厚さ方向に見て、電子部品は、導体と重複する領域を有してもよい。例えば、電子部品にサージを抑制するコンデンサを用いた場合、より配線の長さを短くすることができるため、インダクタンスの低減を図ることができる。
 また、本開示に係る半導体装置は、
 (4)導体と、導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、導体上に配置され、第1電極層および第1絶縁層を有する第1基板と、第1基板上に配置され、第1電極層と電気的に接続される電子部品と、半導体チップと第1電極層とを電気的に接続する配線と、を備える。
 上記半導体装置によると、導体上に第1基板が配置されているため、半導体チップと第1電極層とを電気的に接続する配線の長さを短くすることができる。例えば、電子部品にサージを抑制するコンデンサを用いた場合、より配線の長さを短くすることができるため、インダクタンスの低減を図ることができる。
 (5)上記(4)において、第1絶縁層は、厚さ方向に貫通するスルーホールを有してもよい。第1基板は、スルーホールを取り囲む壁面を覆い、導体と第1電極層とを電気的に接続する金属層を含んでもよい。このようにすることにより、スルーホールを利用して金属層により、導体と第1電極層とを同電位にすることができる。このような構成は、ワイヤによる接続よりも自己インダクタンスを小さくできるため、よりインダクタンスの低減を図ることができる。
 (6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、電子部品は、コンデンサ、抵抗およびダイオードのうちの少なくともいずれか1つを含んでもよい。このような電子部品は、半導体装置の損傷の抑制等において、有効に利用される。
 (7)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、導体は、ヒートスプレッダを含んでもよい。このようにすることにより、導体を介して半導体チップから生ずる熱を効率的に放熱することができる。また、導体を横方向に広げやすい。
 (8)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、半導体チップの厚さ方向においてヒートスプレッダを挟んで半導体チップと反対側に配置され、電極層および絶縁層を含む第2基板をさらに備えてもよい。このようにすることにより、第2基板を利用して、ヒートスプレッダを適切に配置することができる。したがって、電位の異なるヒートスプレッダを所定の場所に配置できる。
 (9)上記(1)から(8)のいずれかにおいて、第1基板は、プリント基板を含んでもよい。このようにすることにより、プリント基板に事前に電子部品を組み込んだものを取り付けることができるため、生産性の向上を図ることができる。
 (10)上記(1)から(9)のいずれかにおいて、半導体チップは、上アームを構成する複数の半導体チップと、下アームを構成する複数の半導体チップと、を含んでもよい。上アームと下アームとは、直列で接続されていてもよい。このような半導体装置は、例えばインバータとして有効に利用される。
 (11)上記(1)から(10)のいずれかにおいて、半導体チップは、複数含まれていてもよい。複数の半導体チップのそれぞれに、電子部品が取り付けられていてもよい。このようにすることにより、複数の半導体チップにおいて取り付けられた電子部品により、適切な動作や故障の抑制を図ることができる。
 [本開示の実施形態の詳細]
  次に、本開示の半導体装置の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
 (実施の形態1)
 本開示の実施の形態1における半導体装置の構成について説明する。図1は、実施の形態1における半導体装置の概略平面図である。図2は、図1に示す半導体装置の一部を拡大して示す概略平面図である。図3は、図2に示す半導体装置の一部を示す概略断面図である。図3は、図2中のIII-IIIで示す線分で切断した場合の概略断面図である。
 図1、図2および図3を参照して、実施の形態1における半導体装置11aは、導体としての複数、具体的には2つのヒートスプレッダ12a(第1ヒートスプレッダ12a)、ヒートスプレッダ12b(第2ヒートスプレッダ12b)と、2つのヒートスプレッダ12a、ヒートスプレッダ12bを取り囲む枠体13と、P端子14aと、O端子14bと、N端子14cと、複数、具体的には4つの半導体チップ15a(第1半導体チップ15a)、半導体チップ15b(第2半導体チップ15b)、半導体チップ15c(第3半導体チップ15c)、半導体チップ15d(第4半導体チップ15d)と、複数、具体的には2つの第1基板16a、第1基板16bと、電子部品としての複数、具体的には4つのスナバコンデンサ17a(第1スナバコンデンサ17a)、スナバコンデンサ17b(第2スナバコンデンサ17b)、スナバコンデンサ17c(第3スナバコンデンサ17c)、スナバコンデンサ17d(第4スナバコンデンサ17d)と、配線としての複数、具体的には4つのワイヤ18a(第1ワイヤ18a)、ワイヤ18b(第2ワイヤ18b)、ワイヤ18c(第3ワイヤ18c)、ワイヤ18d(第4ワイヤ18d)と、を含む。なお、第1基板16aは、回路パターンを構成する第1電極層21aと、第1絶縁層22aと、を含む。第1基板16bは、回路パターンを構成する第1電極層21bと、第1絶縁層22bと、を含む。
 本実施形態においては、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、いわゆる縦型のトランジスタチップであり、具体的には例えば、金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)である。第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、厚さ方向(Z方向)に電流が流れるトランジスタチップである。第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、スイッチング素子である。なお、スイッチング素子としては絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)でもよい。第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、ワイドバンドギャップ半導体チップである。具体的には、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、SiC(炭化ケイ素)から構成される半導体層を含む。なお、半導体層としては、例えばSi(シリコン)やGaN(窒化ガリウム)から構成されていてもよい。また、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと逆並列接続されるダイオードチップを含んでいてもよい。なお、ダイオードチップとしては、例えばショットキーバリアダイオード(SBD)から構成されていてもよい。
 また、実施の形態1における半導体装置11aは、第2基板19と、4つのゲート端子23a(第1ゲート端子23a)、ゲート端子23b(第2ゲート端子23b)、ゲート端子23c(第3ゲート端子23c)、ゲート端子23d(第4ゲート端子23d)と、複数のワイヤ25a、ワイヤ25b、ワイヤ25c、ワイヤ25d、ワイヤ26a、ワイヤ26b、ワイヤ26c、ワイヤ26d、ワイヤ27a、ワイヤ27b、ワイヤ27c、ワイヤ27dと、を含む。第1ゲート端子23aは、第1半導体チップ15aの動作を制御するために利用される。第2ゲート端子23bは第2半導体チップ15bの動作を制御するために利用される。第3ゲート端子23cは、第3半導体チップ15cの動作を制御するために利用される。第4ゲート端子23dは、第4半導体チップ15dの動作を制御するために利用される。各ワイヤの配線については、後に詳述する。
 枠体13は、板状の支持板31と、支持板31から立ち上がるように設けられる側壁部32と、を含む。支持板31の外形形状は、支持板31の厚さ方向に見て、X方向の長さがY方向の長さよりも長い矩形状である。すなわち、枠体13の外形形状は、支持板31の外形形状と同様に、厚さ方向に見て、X方向に延びる辺を長辺とし、Y方向に延びる辺を短辺とした矩形状である。支持板31の厚さ方向は、後述する半導体チップ15a、半導体チップ15bの厚さ方向と同じZ方向である。側壁部32は、例えば図示しない接着剤により支持板31に固定されている。側壁部32は、Z方向に見て、矩形状の支持板31の外形形状に沿って配置されている。具体的には、Z方向に見て支持板31の一対の長辺に相当する位置に配置される第1壁部33および第2壁部34と、支持板31の一致の短辺に相当する位置に配置される第3壁部35および第4壁部36と、を含む。すなわち、第1壁部33および第2壁部34は、Y方向において対向し、第3壁部35および第4壁部36は、X方向において対向する。
 支持板31および側壁部32によって構成される枠体13内の空間には、図示しない封止材としての樹脂が充填される。樹脂の種類としては、たとえばエポキシ樹脂やシリコーンゲル、ウレタン樹脂が選択される。なお、封止材から露出するP端子14a、O端子14bおよびN端子14cについては、端子台を設けることにしてもよい。また、半導体装置11aは、側壁部32に取り付けて封止材を覆う蓋を設けることにしてもよい。
 枠体13には、2つのリブ39a(第1リブ39a)、リブ39b(第2リブ39b)が設けられている。第1リブ39aおよび第2リブ39bはそれぞれ、枠体13の内側に突出している。すなわち、第1リブ39aおよび第2リブ39bはそれぞれ、第1半導体チップ15aの厚さ方向であるZ方向に見て、導体側である第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12b側に突出している。第1リブ39aおよび第2リブ39bはそれぞれ、X方向に間隔をあけて第1壁部33に設けられている。具体的には、第1リブ39aおよび第2リブ39bはそれぞれ、第1壁部33の内壁面37から第2壁部34に向かってそれぞれY方向に突出するように形成されている。第1リブ39aおよび第2リブ39bはそれぞれ、Z方向に見て矩形状に突出している。第1リブ39aは、Z方向に見て第1ヒートスプレッダ12aの一部と重なっている。第2リブ39bは、Z方向に見て第2ヒートスプレッダ12bの一部と重なっている。
 第1ゲート端子23a、第2ゲート端子23b、第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dはそれぞれ、棒状の金属部材を折り曲げて形成される。第1ゲート端子23a、第2ゲート端子23b、第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dはそれぞれ、X方向に間隔をあけて第1壁部33に取り付けられている。本実施形態においては、第1ゲート端子23a、第2ゲート端子23b、第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dはそれぞれ、枠体13にインサート成形されて取り付けられている。また、第1ゲート端子23aが最も第3壁部35に近く、第2ゲート端子23b、第3ゲート端子23c、そして第4ゲート端子23dの順に、第4壁部36に近くなっていく。枠体13の内方側に位置する第1ゲート端子23aの第1端部は、第1リブ39a上に配置されている。枠体13の内方側に位置する第2ゲート端子23bの第1端部は、第1リブ39a上に配置されている。枠体13の内方側に位置する第3ゲート端子23cの第1端部は、第2リブ39b上に配置されている。枠体13の内方側に位置する第4ゲート端子23dの第1端部は、第2リブ39b上に配置されている。
 P端子14a、O端子14bおよびN端子14cはそれぞれバスバーと呼ばれる部材であり、帯状の金属部材を折り曲げて形成される。P端子14a、O端子14bおよびN端子14cはそれぞれ枠体13の外部に露出する領域を有し、半導体装置11aの外部との電気的な接続に利用される。P端子14aおよびN端子14cは、Y方向に間隔をあけて第3壁部35に取り付けられる。P端子14aは、第1壁部33に近い側に配置され、N端子14cは、第2壁部34に近い側に配置される。O端子14bは、第4壁部36に取り付けられる。本実施形態においては、P端子14aが取り付けられるY方向の位置とO端子14bが取り付けられるY方向の位置とは、揃えられている。P端子14a、O端子14bおよびN端子14cはそれぞれ、樹脂製の枠体13の成形時においてインサート成形により枠体13に取り付けられてもよい。
 枠体13の内方側に位置するP端子14aの第1端部は、第1ヒートスプレッダ12aと接合されている。P端子14aと第1ヒートスプレッダ12aとは、電気的に接続されている。枠体13の内方側に位置するO端子14bの第1端部は、第2ヒートスプレッダ12bと接合されている。O端子14bと第2ヒートスプレッダ12bとは、電気的に接続されている。枠体13の内方側に位置するN端子14cの第1端部は、後述する第2基板19の第2電極層41に含まれる回路板45に接合されている。N端子14cと第2基板19の第2電極層41の回路板45とは、電気的に接続されている。
 支持板31の厚さ方向に位置する面38上に第2基板19が配置される。第2基板19は、第2電極層41と、第2絶縁層42と、を含む。第2基板19においては、第2絶縁層42の上に回路パターンを構成する第2電極層41が配置される。第2電極層41は、回路パターンを構成する3つの回路板43、回路板44、回路板45を有する。回路板43、回路板44、回路板45はそれぞれ第2絶縁層42上において離隔して配置される。第2基板19は、図示しないロウ材により第2絶縁層42が面38に取り付けられる。
 第2電極層41上にそれぞれ導体としての第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bが取り付けられる。第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bは共に、いわゆる放熱板であり、ある程度の厚さを有する。具体的には、第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bは、第1半導体チップ15a、第1基板16aおよび第2基板19等のそれぞれと比較して十分に厚い。第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bはそれぞれ、例えば銅板から構成されている。第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bの外形形状はそれぞれ、Z方向に見て矩形状である。第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bはそれぞれ、導電性を有する。第1ヒートスプレッダ12aは、導電性を有する図示しないはんだのような接合材により回路板43に接着される。第2ヒートスプレッダ12bは、導電性を有する図示しないはんだのような接合材により回路板44に接着される。第1ヒートスプレッダ12aと第2ヒートスプレッダ12bとは、X方向に間隔をあけて配置される。
 第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bはそれぞれ、第1ヒートスプレッダ12a上に搭載される。具体的には、第1半導体チップ15aは、導電性を有する接合材28により第1ヒートスプレッダ12aに電気的に接続される(特に図3参照)。この場合、第1半導体チップ15aのドレインパッドと第1ヒートスプレッダ12aとが電気的に接続される。第2半導体チップ15bは、導電性を有する接合材(図示せず)により第1ヒートスプレッダ12aに電気的に接続される。この場合、第2半導体チップ15bのドレインパッドと第1ヒートスプレッダ12aとが電気的に接続される。第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bは、X方向に間隔をあけて配置される。第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bの駆動時における発熱は、第1ヒートスプレッダ12aを利用して放熱される。
 第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、第2ヒートスプレッダ12b上に搭載される。具体的には、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、導電性を有する接合材(図示せず)により第2ヒートスプレッダ12bに電気的に接続される。この場合、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dのそれぞれのドレインパッドと第2ヒートスプレッダ12bとが電気的に接続される。第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dは、X方向に間隔をあけて配置される。第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dの駆動時における発熱は、第2ヒートスプレッダ12bを利用して放熱される。
 第1基板16aは、上記したように第1電極層21aと、第1絶縁層22aと、を含む。第1電極層21aは、4つの回路板51a、回路板52a、回路板53aおよび回路板54aを含む。回路板51a、回路板52a、回路板53aおよび回路板54aはそれぞれ第1絶縁層22a上において離隔して配置される。回路板51aおよび回路板52aは、電子部品としての第1スナバコンデンサ17aとそれぞれ電気的に接続される。具体的には、第1スナバコンデンサ17aの第1電極に回路板51aが接続され、第1スナバコンデンサ17aの第1電極とは反対の第2電極に回路板52aが接続される。また、同様に回路板53aおよび回路板54aは、電子部品としての第2スナバコンデンサ17bとそれぞれ電気的に接続される。具体的には、第2スナバコンデンサ17bの第1電極に回路板53aが接続され、第2スナバコンデンサ17bの第1電極とは反対の第2電極に回路板54aが接続される。
 また、第1基板16aと同様に、第1基板16bは、上記したように第1電極層21bと、第1絶縁層22bと、を含む。第1電極層21bは、4つの回路板51b、回路板52b、回路板53bおよび回路板54bを含む。回路板51b、回路板52b、回路板53bおよび回路板54bはそれぞれ第1絶縁層22b上において離隔して配置される。回路板51bおよび回路板52bは、電子部品としての第3スナバコンデンサ17cとそれぞれ電気的に接続される。具体的には、第3スナバコンデンサ17cの第1電極に回路板51bが接続され、第3スナバコンデンサ17cの第1電極とは反対の第2電極に回路板52bが接続される。また、同様に回路板53bおよび回路板54bは、電子部品としての第4スナバコンデンサ17dとそれぞれ電気的に接続される。具体的には、第4スナバコンデンサ17dの第1電極に回路板53bが接続され、第4スナバコンデンサ17dの第1電極とは反対の第2電極に回路板54bが接続される。
 ここで、第1基板16aは、第1半導体チップ15aの厚さ方向であるZ方向において、導体である第1ヒートスプレッダ12aと間隔をあけて配置される。本実施形態においては、第1基板16aは、第1リブ39a上に搭載されている。具体的には、第1基板16aの第1絶縁層22aが第1リブ39a上に図示しない接着剤により接着され、取り付けられている。第1基板16aの一部はZ方向に見て、第1ヒートスプレッダ12aと重なっている。すなわち、第1基板16aは、第1半導体チップ15aの厚さ方向であるZ方向に見て、導体である第1ヒートスプレッダ12aと重複する領域29aを有する。領域29aは、破線で示されている。本実施形態においては、第1基板16aと第1ヒートスプレッダ12aとの間に、第1リブ39aが介在している。
 また、第1基板16bは、第1半導体チップ15aの厚さ方向であるZ方向において、導体である第2ヒートスプレッダ12bと間隔をあけて配置される。本実施形態においては、第1基板16bは、第2リブ39b上に搭載されている。具体的には、第1基板16bの第1絶縁層22bが第2リブ39b上に図示しない接着剤により接着され、取り付けられている。第1基板16bの一部はZ方向に見て、第2ヒートスプレッダ12bと重なっている。すなわち、第1基板16bは、第1半導体チップ15aの厚さ方向であるZ方向に見て、導体である第2ヒートスプレッダ12bと重複する領域29bを有する。領域29bは、破線で示されている。本実施形態においては、第1基板16bと第2ヒートスプレッダ12bとの間に、第2リブ39bが介在している。
 次に、配線について説明する。第1ワイヤ18aは、第1半導体チップ15aと第1基板16aの第1電極層21aとを電気的に接続する。具体的には、第1ワイヤ18aは、第1半導体チップ15aのソースパッドと、第1電極層21aの回路板51aとを接続する。ワイヤ25aは、第1半導体チップ15aのソースパッドと、第2基板19の第2電極層41の回路板44とを電気的に接続する。具体的には、ワイヤ25aは、第1半導体チップ15aのソースパッドと、第2電極層41の回路板44とを電気的に接続する。ワイヤ25aは、複数設けられている。ワイヤ26aは、第1ゲート端子23aと、第1半導体チップ15aのゲートパッドとを電気的に接続する。ワイヤ27aは、第1基板16aの第1電極層21aの回路板52aと、第1ヒートスプレッダ12aとを電気的に接続する。
 第2ワイヤ18bは、第2半導体チップ15bと第1基板16aの第1電極層21aとを電気的に接続する。具体的には、第2ワイヤ18bは、第2半導体チップ15bのソースパッドと、第1電極層21aの回路板53aとを接続する。ワイヤ25bは、第2半導体チップ15bと、第2基板19の第2電極層41とを電気的に接続する。具体的には、ワイヤ25bは、第2半導体チップ15bのソースパッドと、第2電極層41の回路板44と、を電気的に接続する。ワイヤ25bは、複数設けられている。ワイヤ26bは、第2ゲート端子23bと、第2半導体チップ15bのゲートパッドとを電気的に接続する。ワイヤ27bは、第1基板16aの第1電極層21aの回路板54aと、第1ヒートスプレッダ12aとを電気的に接続する。なお、第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bを含む電流経路は、第1のアームである上アームを構成する。
 第3ワイヤ18cは、第3半導体チップ15cと第1基板16bの第1電極層21bとを電気的に接続する。具体的には、第3ワイヤ18cは、第3半導体チップ15cのソースパッドと、第1電極層21bの回路板51bとを接続する。ワイヤ25cは、第3半導体チップ15cと、第2基板19の第2電極層41とを電気的に接続する。具体的には、ワイヤ25cは、第3半導体チップ15cのソースパッドと、第2電極層41の回路板45とを電気的に接続する。ワイヤ25cは、複数設けられている。ワイヤ26cは、第3ゲート端子23cと、第3半導体チップ15cのゲートパッドとを電気的に接続する。ワイヤ27cは、第1基板16bの第1電極層21bの回路板52bと、第2ヒートスプレッダ12bとを電気的に接続する。
 第4ワイヤ18dは、第4半導体チップ15dと第1基板16bの第1電極層21bとを電気的に接続する。具体的には、第4ワイヤ18dは、第4半導体チップ15dのソースパッドと、第1電極層21bの回路板53bとを接続する。ワイヤ25dは、第4半導体チップ15dと、第2基板19の第2電極層41とを電気的に接続する。具体的には、ワイヤ25dは、第4半導体チップ15dのソースパッドと、第2電極層41の回路板45とを電気的に接続する。ワイヤ25dは、複数設けられている。ワイヤ26dは、第4ゲート端子23dと、第4半導体チップ15dのゲートパッドとを電気的に接続する。ワイヤ27dは、第1基板16bの第1電極層21bの回路板54bと、第2ヒートスプレッダ12bとを電気的に接続する。なお、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dを含む電流経路は、第2のアームである下アームを構成する。
 すなわち、半導体装置11aに含まれる複数の半導体チップは、上アームを構成する第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bと、下アームを構成する第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと、を含む。そして、上アームと下アームとは、直列で接続されている。このような半導体装置11aは、例えばインバータとして有効に利用される。
 次に、半導体装置11aの動作時において流れる電流経路について説明する。半導体装置11aにおいて、外部からの入力信号により第1ゲート端子23aおよび第2ゲート端子23bを通じて第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bがオン状態となり、外部から第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dを通じて第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dがオフ状態となる。そうすると、P端子14aから第1ヒートスプレッダ12a、第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15b、ワイヤ25aおよびワイヤ25b、回路板44、第2ヒートスプレッダ12bを経てO端子14bに電流が流れる。半導体装置11aにおいて、外部からの入力信号により第1ゲート端子23aおよび第2ゲート端子23bを通じて第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bがオフ状態となり、外部から第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dを通じて第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dがオン状態となる。そうすると、O端子14bから第2ヒートスプレッダ12b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15d、ワイヤ25cおよびワイヤ25d、回路板45を経てN端子14cに電流が流れる。
 次に、上記した構成の半導体装置11aの製造方法について、簡単に説明する。まず、支持板31を準備し、支持板31の面38上に、第2基板19を取り付ける。その後、回路板43上に第1ヒートスプレッダ12a、回路板44上に第2ヒートスプレッダ12bを取り付ける。そして、第1ヒートスプレッダ12a上に第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bを取り付け、第2ヒートスプレッダ12b上に第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dを取り付ける。その後、P端子14a、O端子14b、N端子14c、第1ゲート端子23a、第2ゲート端子23b、第3ゲート端子23cおよび第4ゲート端子23dが取り付けられた側壁部32を支持板31に取り付ける。次に第1基板16aを第1リブ39a上に取り付け、第1基板16bを第2リブ39b上に取り付ける。そして、第1ワイヤ18a、第2ワイヤ18b、第3ワイヤ18c、第4ワイヤ18d、ワイヤ25a、ワイヤ25b、ワイヤ25c、ワイヤ25d、ワイヤ26a、ワイヤ26b、ワイヤ26c、ワイヤ26d、ワイヤ27a、ワイヤ27b、ワイヤ27c、ワイヤ27dによる配線を行い、各部材を電気的に接続する。また、P端子14a、O端子14bおよびN端子14cははんだや超音波接合によりそれぞれ第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12b、回路板45に電気的に接続される。最後に枠体13の空間内に封止材を流入して硬化させ、封止する。このようにして半導体装置11aを製造する。なお、予め第1基板16aを第1リブ39a上に取り付け、第1基板16bを第2リブ39b上に取り付けた状態で、側壁部32を支持板31に取り付けることとしてもよい。
 本開示の半導体装置11aにおいては、第1基板16aは導体である第1ヒートスプレッダ12aと重複する領域29aを有するため、第1半導体チップ15aと第1電極層21aとを電気的に接続する配線である第1ワイヤ18aおよび第2半導体チップ15bと第1電極層21aとを電気的に接続する配線である第2ワイヤ18bの長さをそれぞれ短くすることができる。また、第1基板16bは導体である第2ヒートスプレッダ12bと重複する領域29bを有するため、第3半導体チップ15cと第1電極層21bとを電気的に接続する配線である第3ワイヤ18cおよび第4半導体チップ15dと第1電極層21bとを電気的に接続する配線である第4ワイヤ18dの長さをそれぞれ短くすることができる。そうすると、電流経路の経路長を短くすることができ、インダクタンスの低減を図ることができる。
 また、導体である第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bは、第1基板16a,16bと第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dの厚さ方向であるZ方向に間隔をあけて配置されるため、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを横方向、本実施形態においては、X-Y平面に沿う方向に広げる際に、第1リブ39a、第2リブ39bの下側に潜り込ませるようにして大きくすることができるため、第1基板16a、第1基板16bと干渉することはない。したがって、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを横方向に広げて大きくして、より多くの放熱の効果を得ることができる。
 なお、本実施形態においては、Z方向において、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dよりも第1スナバコンデンサ17a、第2スナバコンデンサ17b、第3スナバコンデンサ17cおよび第4スナバコンデンサ17dが上方側、すなわち、側壁部32の開口側に配置されるため、第1半導体チップ15a等からの熱干渉を受けにくい。したがって、耐熱温度の低い第1スナバコンデンサ17a等を用いることができ、コストダウンを図ることもできる。
 本実施形態においては、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを取り囲む枠体13には、第1半導体チップ15aの厚さ方向に見て第1ヒートスプレッダ12a側に突出する第1リブ39a、第2ヒートスプレッダ12b側に突出する第2リブ39bが設けられている。第1基板16aは、第1リブ39a上に搭載されている。第1基板16bは、第2リブ39b上に搭載されている。よって、第1リブ39a、第2リブ39bが設けられた枠体13を利用して、第1半導体チップ15aの厚さ方向において、より確実に第1基板16a、第1基板16bと第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bとを間隔をあけて配置することができる。また、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを横方向、本実施形態においては、X-Y平面に沿う方向に広げる際に、第1リブ39a、第2リブ39bの下側に潜り込ませるようにして大きくすることができる。また、予め第1リブ39a上に第1基板16aを搭載し、第2リブ39b上に第1基板16bを搭載してから半導体装置11aを組み立てることができるため、実装性の向上を図ることができる。
 本実施形態においては、第1半導体チップ15aの厚さ方向に見て、電子部品である第1スナバコンデンサ17a、第2スナバコンデンサ17b、第3スナバコンデンサ17c、第4スナバコンデンサ17dは、導体である第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bと重複する領域を有する。そうすると、電流経路の配線長を短くすることができ、よりインダクタンスの低減を図ることができる。
 本実施形態においては、導体としての第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを含む。したがって、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを介して第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15から生ずる熱を効率的に放熱することができる。また、第1ヒートスプレッダ12aおよび第2ヒートスプレッダ12bを横方向に広げやすい。
 本実施形態においては、第1半導体チップ15aの厚さ方向において第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを挟んで第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと反対側に配置され、第2電極層41および第2絶縁層42を含む第2基板19を含む。よって、第2基板19を利用して、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを適切に配置することができる。したがって、電位の異なる第1ヒートスプレッダ12aと第2ヒートスプレッダ12bを所定の場所に配置できる。
 本実施形態においては、半導体チップは、上アームを構成する複数の半導体チップ、具体的には、第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bと、下アームを構成する複数の半導体チップ、具体的には、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと、を含む。上アームと下アームとは、直列で接続されている。このような半導体装置11aは、例えばインバータとして有効に利用される。
 本実施形態においては、半導体チップは、複数含まれている。複数の半導体チップ、具体的には、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dのそれぞれに、電子部品である第1スナバコンデンサ17a、第2スナバコンデンサ17b、第3スナバコンデンサ17cおよび第4スナバコンデンサ17dが取り付けられている。よって、適切な動作や故障の抑制を図ることができる。
 (実施の形態2)
 他の実施の形態である実施の形態2について説明する。図4は、実施の形態2における半導体装置の概略平面図である。実施の形態2の半導体装置は、第1ヒートスプレッダ12a、第2ヒートスプレッダ12bを備えない点において実施の形態1の場合と異なっている。
 図4を参照して、実施の形態2における半導体装置11bは、導体である第2基板19の回路板43と、第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bと、第1電極層21aおよび第1絶縁層22aを有する第1基板16aと、電子部品としての第1スナバコンデンサ17aおよび第2スナバコンデンサ17bと、配線としての第1ワイヤ18aおよび第2ワイヤ18bと、を備える。第1半導体チップ15aおよび第2半導体チップ15bはそれぞれ、回路板43上に搭載され、接合材(図示せず)により回路板43に電気的に接続される。第1基板16aは、回路板43と間隔をあけて配置される。第1スナバコンデンサ17aおよび第2スナバコンデンサ17bはそれぞれ、第1基板16a上に配置される。第1スナバコンデンサ17aは、第1電極層21a、具体的には第1電極層21aに含まれる回路板51aと電気的に接続される。第2スナバコンデンサ17bは、第1電極層21a、具体的には第1電極層21aに含まれる回路板53aと電気的に接続される。第1ワイヤ18aは、第1半導体チップ15aのソースパッドと第1電極層21aに含まれる回路板51aとを電気的に接続する。第2ワイヤ18bは、第2半導体チップ15bのソースパッドと第1電極層21aに含まれる回路板53aとを電気的に接続する。第1半導体チップ15aの厚さ方向に見て、第1基板16aは、回路板43と重複する領域29aを有する。
 また、半導体装置11bは、導体である第2基板19の回路板44と、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと、第1電極層21bおよび第1絶縁層22bを有する第1基板16bと、電子部品としての第3スナバコンデンサ17cおよび第4スナバコンデンサ17dと、配線としての第3ワイヤ18cおよび第4ワイヤ18dと、を備える。第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dはそれぞれ、回路板44上に搭載され、接合材(図示せず)により回路板44に電気的に接続される。第1基板16bは、回路板44と間隔をあけて配置される。第3スナバコンデンサ17cおよび第4スナバコンデンサ17dはそれぞれ、第1基板16b上に配置される。第3スナバコンデンサ17cは、第1電極層21b、具体的には第1電極層21bに含まれる回路板51bと電気的に接続される。第4スナバコンデンサ17dは、第1電極層21b、具体的には第1電極層21bに含まれる回路板53bと電気的に接続される。第3ワイヤ18cは、第3半導体チップ15cのソースパッドと第1電極層21bに含まれる回路板51bとを電気的に接続する。第4ワイヤ18dは、第4半導体チップ15dのソースパッドと第1電極層21bに含まれる回路板53bとを電気的に接続する。第3半導体チップ15cの厚さ方向に見て、第1基板16bは、回路板44と重複する領域29bを有する。
 このような構成の半導体装置11bによると、第1基板16a、第1基板16bは導体である回路板43、回路板44と重複する領域29a、領域29bを有するため、第1半導体チップ15a、第2半導体チップ15b、第3半導体チップ15cおよび第4半導体チップ15dと第1電極層21a、第1電極層21bとを電気的に接続する配線である第1ワイヤ18a、第2ワイヤ18b、第3ワイヤ18cおよび第4ワイヤ18dの長さを短くすることができる。そうすると、電流経路の配線長を短くすることができ、インダクタンスの低減を図ることができる。
 (実施の形態3)
 他の実施の形態である実施の形態3について説明する。図5は、実施の形態3における半導体装置の概略平面図である。実施の形態3の半導体装置は、補助ソース端子を備える点および電子部品がチップ抵抗である点等において実施の形態2の場合と異なっている。
 図5を参照して、実施の形態3における半導体装置11cは、第1半導体チップ15aと、第2半導体チップ15bと、第3半導体チップ15cと、第4半導体チップ15dと、回路パターンを構成する第1電極層21aおよび第1絶縁層22aを有する第1基板16aと、回路パターンを構成する第1電極層21bおよび第1絶縁層22bを有する第1基板16bと、を含む。第1電極層21aは、回路板51aと、回路板53aと、回路板55aと、回路板56aと、回路板57aと、回路板58aと、を含む。第1電極層21bは、回路板51bと、回路板53bと、回路板55bと、回路板56bと、回路板57bと、回路板58bと、を含む。半導体装置11cは、さらに第1チップ抵抗17eと、第2チップ抵抗17fと、第3チップ抵抗17gと、第4チップ抵抗17hと、を含む。半導体装置11cは、第1補助ソース端子23eと、第2補助ソース端子23fと、を含む。第1補助ソース端子23eおよび第2補助ソース端子23fはそれぞれ、実施の形態1における第2ゲート端子23bおよび第4ゲート端子23dの位置に設けられている。
 第1半導体チップ15aのソースパッドと回路板55aとは、ワイヤ26eにより電気的に接続されている。第1チップ抵抗17eは、回路板55aと回路板58aとの間に配置されており、回路板55aおよび回路板58aのそれぞれと電気的に接続されている。第2半導体チップ15bのソースパッドと回路板56aとは、ワイヤ26fにより電気的に接続されている。第2チップ抵抗17fは、回路板56aと回路板58aとの間に配置されており、回路板56aおよび回路板58aのそれぞれと電気的に接続されている。回路板58aと第1補助ソース端子23eとは、ワイヤ26bにより電気的に接続されている。回路板57aと第1ゲート端子23aとは、ワイヤ26aにより電気的に接続されている。
 第3半導体チップ15cのソースパッドと回路板55bとは、ワイヤ26gにより電気的に接続されている。第3チップ抵抗17gは、回路板55bと回路板58bとの間に配置されており、回路板55bおよび回路板58bのそれぞれと電気的に接続されている。第4半導体チップ15dのソースパッドと回路板56bとは、ワイヤ26hにより電気的に接続されている。第4チップ抵抗17hは、回路板56bと回路板58bとの間に配置されており、回路板56bおよび回路板58bのそれぞれと電気的に接続されている。回路板58bと第2補助ソース端子23fとは、ワイヤ26dにより電気的に接続されている。回路板57bと第3ゲート端子23cとは、ワイヤ26cにより電気的に接続されている。
 このような構成の半導体装置11cによれば、ゲート端子(第1ゲート端子23a、第3ゲート端子23c)から補助ソース端子(第1補助ソース端子23e、第2補助ソース端子23f)に至る電流経路のインダクタンスを低減することができ、より信頼性の高い第1半導体チップ15a等の制御を行うことができる。
 (実施の形態4)
 他の実施の形態である実施の形態4について説明する。図6は、実施の形態4における半導体装置の一部を拡大して示す概略平面図である。図7は、図6に示す半導体装置の一部を示す概略断面図である。図7は、図6中のVII-VIIで示す線分で切断した場合の概略断面図である。実施の形態4の半導体装置は、スルーホールを備える点等において実施の形態1の場合と異なっている。
 図6および図7を参照して、実施の形態4における半導体装置11dは、導体である第1ヒートスプレッダ12aと、第1ヒートスプレッダ12a上に搭載され、接合材28により電気的に接続される第1半導体チップ15aと、第1ヒートスプレッダ12a上に配置され、第1電極層21aおよび第1絶縁層22aを有する第1基板16aと、第1基板16a上に配置され、第1電極層21aと電気的に接続される電子部品としての第1スナバコンデンサ17aと、第1半導体チップ15aと第1電極層21aとを電気的に接続する配線としての第1ワイヤ18aと、を備える。
 また、第1絶縁層22aは、厚さ方向に貫通するスルーホール46a、スルーホール46b、スルーホール46cを有する。そして、第1基板16aは、スルーホール46a、スルーホール46b、スルーホール46cを取り囲む壁面49を覆い、第1ヒートスプレッダ12aと第1電極層21aとを電気的に接続する金属層47aを含む。金属層47aは、導電性を有する接合材48により、導体である第1ヒートスプレッダ12aに電気的に接続されている。
 このような半導体装置11dによると、導体である第1ヒートスプレッダ12a上に第1基板16aが配置されているため、第1半導体チップ15aと第1電極層21aとを電気的に接続する配線の長さを短くすることができる。そうすると、電流経路の経路長を短くすることができ、インダクタンスの低減を図ることができる。
 また、本実施形態によると、スルーホール46a、スルーホール46b、スルーホール46cを利用して金属層47aにより、第1ヒートスプレッダ12aと第1電極層21aとを同電位にすることができる。このような構成は、ワイヤによる接続よりも自己インダクタンスを小さくできるため、よりインダクタンスの低減を図ることができる。なお、第1ヒートスプレッダ12aと第1電極層21aとの電気的な接続については、ブラインドビアの構成を採用することにしてもよい。
 (他の実施の形態)
 なお、上記の実施の形態においては、配線として、ワイヤを用いることとしたが、これに限らず、配線として、例えば銅クリップやリボンワイヤ、アルミニウム太線を用いてもよい。
 また、上記の実施の形態においては、第1基板は、プリント基板を含んでもよい。このようにすることにより、電子部品が第1基板に取り付けられていないため、プリント基板に事前に電子部品を組み込んだものを取り付けることができるため、構成をシンプルにして生産性の向上を図ることができる。
 なお、上記の実施の形態においては、半導体チップは複数備えられることとしたが、これに限らず、一つであってもよい。
 また、上記の実施の形態においては、電子部品は、スナバコンデンサを含むこととしたが、これに限らず、電子部品は、コンデンサ、抵抗およびダイオードのうちの少なくともいずれか1つを含むよう構成してもよい。このような電子部品は、半導体装置の損傷の抑制等において、有効に利用される。抵抗としては、例えば図5に示すチップ抵抗が挙げられる。また、ダイオードとしては、例えばショットキーバリアダイオードが挙げられる。また、スナバコンデンサの回路構成としては、Cスナバ回路、RCスナバ回路、充放電形RCDスナバ回路等が挙げられる。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
11a,11b,11c,11d 半導体装置、12a ヒートスプレッダ(第1ヒートスプレッダ)、(導体)、12b ヒートスプレッダ(第2ヒートスプレッダ)、(導体)、13 枠体、14a P端子、14b O端子、14c N端子、15a 半導体チップ(第1半導体チップ)、15b 半導体チップ(第2半導体チップ)、15c 半導体チップ(第3半導体チップ)、15d 半導体チップ(第4半導体チップ)、16a,16b 第1基板、17a スナバコンデンサ(第1スナバコンデンサ)、17b スナバコンデンサ(第2スナバコンデンサ)、17c スナバコンデンサ(第3スナバコンデンサ)、17d スナバコンデンサ(第4スナバコンデンサ)、17e チップ抵抗(第1チップ抵抗)、17f チップ抵抗(第2チップ抵抗)、17g チップ抵抗(第3チップ抵抗)、17h チップ抵抗(第4チップ抵抗)、18a ワイヤ(第1ワイヤ)、18b ワイヤ(第2ワイヤ)、18c ワイヤ(第3ワイヤ)、18d ワイヤ(第4ワイヤ)、19 第2基板、21a,21b 第1電極層、22a,22b 第1絶縁層、23a ゲート端子(第1ゲート端子)、23b ゲート端子(第2ゲート端子)、23c ゲート端子(第3ゲート端子)、23d ゲート端子(第4ゲート端子)、23e 補助ソース端子(第1補助ソース端子)、23f 補助ソース端子(第2補助ソース端子)、25a,25b,25c,25d,26a,26b,26c,26d,26e,26f,26g,26h,27a,27b,27c,27d ワイヤ、28,48 接合材、29a,29b 領域、31 支持板、32 側壁部、33 第1壁部、34 第2壁部、35 第3壁部、36 第4壁部、37 内壁面、38 面、39a リブ(第1リブ)、39b リブ(第2リブ)、41 第2電極層、42 第2絶縁層、43,44,45,51a,51b,52a,52b,53a,53b,54a,54b,55a,55b,56a,56b,57a,57b,58a,58b 回路板、46a,46b,46c スルーホール、47a 金属層、49 壁面。
 

Claims (11)

  1.  導体と、
     前記導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、
     前記半導体チップの厚さ方向において前記導体と間隔をあけて配置され、第1電極層および第1絶縁層を有する第1基板と、
     前記第1基板上に配置され、前記第1電極層と電気的に接続される電子部品と、
     前記半導体チップと前記第1電極層とを電気的に接続する配線と、を備え、
     前記半導体チップの厚さ方向に見て、前記第1基板は、前記導体と重複する領域を有する、半導体装置。
  2.  前記導体を取り囲む枠体をさらに備え、
     前記枠体には、前記半導体チップの厚さ方向に見て前記導体側に突出するリブが設けられており、
     前記第1基板は、前記リブ上に搭載されている、請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記半導体チップの厚さ方向に見て、前記電子部品は、前記導体と重複する領域を有する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4.  導体と、
     前記導体上に搭載され、接合材により電気的に接続される半導体チップと、
     前記導体上に配置され、第1電極層および第1絶縁層を有する第1基板と、
     前記第1基板上に配置され、前記第1電極層と電気的に接続される電子部品と、
     前記半導体チップと前記第1電極層とを電気的に接続する配線と、を備える、半導体装置。
  5.  前記第1絶縁層は、厚さ方向に貫通するスルーホールを有し、
     前記第1基板は、前記スルーホールを取り囲む壁面を覆い、前記導体と前記第1電極層とを電気的に接続する金属層を含む、請求項4に記載の半導体装置。
  6.  前記電子部品は、コンデンサ、抵抗およびダイオードのうちの少なくともいずれか1つを含む、請求項1または請求項4に記載の半導体装置。
  7.  前記導体は、ヒートスプレッダを含む、請求項1または請求項4に記載の半導体装置。
  8.  前記半導体チップの厚さ方向において前記ヒートスプレッダを挟んで前記半導体チップと反対側に配置され、第2電極層および第2絶縁層を含む第2基板をさらに備える、請求項7に記載の半導体装置。
  9.  前記第1基板は、プリント基板を含む、請求項1または請求項4に記載の半導体装置。
  10.  前記半導体チップは、
     上アームを構成する複数の半導体チップと、
     下アームを構成する複数の半導体チップと、を含み、
     前記上アームと前記下アームとは、直列で接続されている、請求項1または請求項4に記載の半導体装置。
  11.  前記半導体チップは、複数含まれており、
     複数の前記半導体チップのそれぞれに、前記電子部品が取り付けられている、請求項1または請求項4に記載の半導体装置。
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