(57)【要約】【課題】装置構造の絶縁性能を向上させながら薄型化できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体素子１１と、第１の絶縁層２１ａの両面に第１の導体層２１ｂ、２１ｃを積層してなり、一方の第１の導体層２１ｃを介して半導体素子１１の一面１１ａに接合される第１の積層板２１と、第２の絶縁層２２ａの両面に第２の導体層２２ｂ、２２ｃを積層してなり、一方の第２の導体層２２ｂを介して半導体素子１１の一面１１ａとは反対側の他面１１ｂに接合される第２の積層板２２と、第２の積層板２２において半導体素子１１の側の第２の導体層２２ｂと同一平面に設けられる信号線端子２２ｓと、第１の積層板２１に向けて突出して設けられて半導体素子１１と信号線端子２２ｓを接続する信号線５１とを備え、半導体素子１１の側の第１の導体層２１ｃには、信号線５１の突出部５１ｐを収容する収容空間２１ｓが形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
第１の絶縁層の両面に第１の導体層を積層してなり、一方の前記第１の導体層を介して前記半導体素子の一面に接合される第１の積層板と、
第２の絶縁層の両面に第２の導体層を積層してなり、一方の前記第２の導体層を介して前記半導体素子の前記一面とは反対側の他面に接合される第２の積層板と、
前記第２の積層板において前記半導体素子の側の前記第２の導体層と同一平面に設けられる信号線端子と、
前記第１の積層板に向けて突出して設けられて前記半導体素子と前記信号線端子を接続する信号線と、
を備え、
前記半導体素子の側の前記第１の導体層には、前記信号線の突出部を収容する収容空間が形成される半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子とは反対側の前記第１の導体層と、前記半導体素子とは反対側の前記第２の導体層との少なくとも一方に接続される冷却部材をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の積層板及び前記第２の積層板には、前記半導体素子がはんだ接合される、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号線が接続される半導体素子を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置としては、例えば特開２００９−２２４５６０号公報に記載されるように、信号線が接続される半導体素子を一対の放熱板により挟持してなる装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２４５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この装置では、熱伝導性及び電気伝導性に優れた放熱板と半導体素子との間に絶縁構造が設けられておらず、装置構造の絶縁性能が低下することが想定される。そして、絶縁性能を向上するために放熱板の外側に絶縁構造が設けられると、装置構造の薄型化が困難になることが想定される。
【０００５】
そこで、本発明は、装置構造の絶縁性能を向上させながら薄型化できる半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、第１の絶縁層の両面に第１の導体層を積層してなり、一方の第１の導体層を介して半導体素子の一面に接合される第１の積層板と、第２の絶縁層の両面に第２の導体層を積層してなり、一方の第２の導体層を介して半導体素子の一面とは反対側の他面に接合される第２の積層板と、第２の積層板において半導体素子の側の第２の導体層と同一平面に設けられる信号線端子と、第１の積層板に向けて突出して設けられて半導体素子と信号線端子を接続する信号線とを備え、半導体素子の側の第１の導体層には、信号線の突出部を収容する収容空間が形成される。
【０００７】
これにより、半導体素子の両面に絶縁層を有する積層板が接合されるので、装置構造の絶縁性能を向上させるとともに、装置構造を薄型化することができる。また、第１の積層板に向けて突出する信号線の突出部が第１の導体層に形成された収容空間に収容されるので、装置構造をさらに薄型化することができる。
【０００８】
また、半導体素子とは反対側の第１の導体層と、半導体素子とは反対側の第２の導体層との少なくとも一方に接続される冷却部材をさらに備えてもよい。
【０００９】
また、第１の積層板及び第２の積層板には、半導体素子がはんだ接合されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置構造の絶縁性能を向上させながら薄型化できる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の基本的構成を示す要部断面図である。
【図２】図１のII−II線沿いの平面図である。
【図３】図１のIII−III線沿いの平面図である。
【図４】冷却部材を装着した状態の半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
以下では、図１から図４を参照して本発明の実施形態に係る半導体装置１について説明する。半導体装置１は、例えばモータなどの装置を駆動するために車両に搭載される装置であり、パワーモジュールとも称される。
【００１４】
まず、図１から図３を参照して半導体装置１の基本的構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１の基本的構成を示す要部断面図であり、図２は、図１のII−II線沿いの平面図である。図３は、図１のIII−III線沿いの平面図である。なお、図２及び図３には、後述するモールド樹脂３１を透過した状態における平面図が示されている。また、図１には、図２及び図３に示すＩ−Ｉ線沿いの断面が示されている。
【００１５】
半導体装置１は、第１及び第２の半導体素子１１、１２を有する。第１の半導体素子１１としては、例えばトランジスタが用いられ、第２の半導体素子１２としては、例えばダイオードが用いられる。第１の半導体素子１１は、後述する信号線５１が接続される半導体素子である。
【００１６】
半導体装置１は、半導体素子１１、１２を挟持する一対の積層板として第１及び第２の積層板２１、２２を有する。第１の積層板２１は、第１の絶縁層２１ａと、第１の絶縁層２１ａの両面に積層された第１の導体層２１ｂ、２１ｃとを有する。第２の積層板２２は、第２の絶縁層２２ａと、第２の絶縁層２２ａの両面に積層された第２の導体層２２ｂ、２２ｃとを有する。絶縁層２１ａ、２２ａとしては、セラミックスなどの絶縁体が用いられる。導体層２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃとしては、金属板などの導体が用いられる。
【００１７】
半導体装置１は、半導体素子１１、１２を一対の積層板２１、２２により挟持し、半導体素子１１、１２及び一対の積層板２１、２２の大半をモールド樹脂３１により封止してなる。
【００１８】
半導体装置１において、半導体素子１１、１２は、積層板２１、２２に沿って並べて配置される。なお、半導体素子１１、１２の形状、サイズ、数量及び配置は、図１から図３に示す例に限定されない。
【００１９】
第１の積層板２１は、一方の第１の導体層２１ｃを介して半導体素子１１、１２の一面１１ａ、１２ａ（図２参照）に接合される。第１の導体層２１ｃは、例えば、第１の半導体素子１１のコレクタ電極１１ｃに接合されるとともに、第２の半導体素子１２のカソード電極（不図示）に接合される。なお、第１の積層板２１の形状、サイズ及び配置は、図１から図３に示す例に限定されない。
【００２０】
第２の積層板２２は、一方の第２の導体層２２ｂを介して半導体素子１１、１２の一面１１ａ、１２ａとは反対側の他面１１ｂ、１２ｂ（図３参照）に接合される。第２の導体層２２ｂは、例えば、第１の半導体素子１１のエミッタ電極１１ｅに接合されるとともに、第２の半導体素子１２のアノード電極（不図示）に接合される。なお、第２の積層板２２の形状、サイズ及び配置は、図１から図３に示す例に限定されない。
【００２１】
積層板２１、２２と半導体素子１１、１２は、例えばはんだ４１ａ、４１ｂにより電気的に接合される。はんだ４１ａ、４１ｂは、例えば、鉛はんだにより形成されてもよく、鉛フリーはんだにより形成されてもよい。
【００２２】
第１の積層板２１には、モールド樹脂３１から突出した第１の導体層２１ｃの一部がリード端子２１ｄとして設けられる。同様に、第２の積層板２２には、モールド樹脂３１から突出した第２の導体層２２ｂの一部がリード端子２２ｄとして設けられる。なお、リード端子２１ｄ、２２ｄの形状、サイズ、数量及び配置は、図１から図３に示す例に限定されない。リード端子２１ｄ、２２ｄは、平面的に互いに異なる位置に配置されてもよい。
【００２３】
第２の積層板２２には、半導体素子１１の側の第２の導体層２２ｂと同一平面に信号線端子２２ｓが設けられる。信号線端子２２ｓは、例えば第１の半導体素子１１の制御用端子として設けられる。信号線端子２２ｓは、一端が第２の導体層２２ｂから離間して第２の絶縁層２２ａに接続され、他端がモールド樹脂３１から突出して設けられる。なお、信号線端子２２ｓの形状、サイズ、数量及び配置は、図１から図３に示す例に限定されない。
【００２４】
第１の積層板２１と第２の積層板２２の間には、第１の積層板２１に向けて突出して設けられて第１の半導体素子１１と信号線端子２２ｓを接続する信号線５１が設けられる。信号線５１としては、例えばボンディングワイヤが用いられる。信号線５１は、例えば、第１の半導体素子１１のゲート電極１１ｇに電気的に接合される。
【００２５】
第１の積層板２１において、半導体素子１１の側の第１の導体層２１ｃには、信号線５１の突出部５１ｐを収容する収容空間２１ｓが形成される。なお、信号線５１の突出部５１ｐとは、信号線５１において第１の積層板２１に向けて突出した部位である。収容空間２１ｓは、例えば開口部、切欠き、溝として第１の導体層２１ｃに形成される。
【００２６】
また、第１の導体層２１ｂは、放熱層としても機能する。同様に、第２の導体層２２ｃは、放熱層としても機能する。
【００２７】
上記のごとく構成された積層板２１、２２は、放熱機能を果たす。すなわち、第１の積層板２１の導体層２１ｂは、第１の導体層２１ｃ及び第１の絶縁層２１ａを介して半導体素子１１、１２から伝達される熱を放出する。同様に、第２の積層板２２の導体層２２ｃは、第２の導体層２２ｂ及び第２の絶縁層２２ａを介して半導体素子１１、１２から伝達される熱を放出する。
【００２８】
また、積層板２１、２２は、配線機能を果たす。すなわち、導体層２１ｃ、２２ｂのリード端子２１ｄ、２２ｄは、半導体素子１１、１２と、図示されていない外部装置とを電気的に接続する。また、第２の導体層２２ｂの信号線端子２２ｓは、第１の半導体素子１１と、図示されていない同一又は他の外部装置とを電気的に接続する。
【００２９】
さらに、積層板２１、２２は、放熱機能及び配線機能に加えて絶縁機能を果たす。すなわち、絶縁層２１ａ、２２ａは、両面に設けられた導体層２１ｂ、２１ｃ；２２ｂ、２２ｃを互いに絶縁することで、半導体素子１１、１２と導体層２１ｂ、２２ｃとを絶縁する。また、第１の絶縁層２１ａは、収容空間２１ｓにおいて信号線５１の突出部５１ｐと第１の導体層２１ｂとの間の短絡を防止する。
【００３０】
図４は、冷却部材６１ａ、６１ｂを装着した状態の半導体装置１を示している。図４に示すように、半導体装置１は、図１に示した基本的構成に加えて、第１の導体層２１ｂ及び第２の導体層２２ｃの少なくとも一方に接続される冷却部材６１ａ、６１ｂをさらに備えてもよい。
【００３１】
冷却部材６１ａ、６１ｂとしては、通常、内部に冷媒を流通可能な部材が用いられる。冷却部材６１ａは、第１の導体層２１ｂに接続され、冷却部材６１ｂは、第２の導体層２２ｃに接続される。なお、導体層２１ｂ、２２ｃと冷却部材６１ａ、６１ｂとは、両者の間に存在する空気層を排除して熱伝導性を向上させるためにグリス層６１ｇなどを介して接続される。
【００３２】
冷却部材６１ａ、６１ｂは、半導体素子１１、１２から導体層２１ｂ、２２ｃに伝達された熱を半導体装置１の外部に放出することにより、装置構造の放熱を促進する。また、冷却部材６１ａ、６１ｂは、絶縁層２１ａ、２２ａにより半導体装置１に対して絶縁される。
【００３３】
つぎに、半導体装置１の製造方法について説明する。まず、第１の絶縁層２１ａに第１の導体層２１ｂ、２１ｃを積層し、リード端子２１ｄ及び収容空間２１ｓを有する第１の積層板２１を作製する。同様に、第２の絶縁層２２ａに第２の導体層２２ｂ、２２ｃを積層し、リード端子２２ｄ及び信号線端子２２ｓを有する第２の積層板２２を作製する。なお、信号線端子２２ｓは、後述する信号線５１の接続前に後付で第２の積層板２２に配置されてもよい。
【００３４】
積層板２１、２２を作製した後、第２の積層板２２の第２の導体層２２ｂに半導体素子１１、１２をはんだ４１ｂを介して接合する。半導体素子１１、１２の一面１１ｂ、１２ｂを接合した後、信号線５１を介して第１の半導体素子１１と信号線端子２２ｓを電気的に接続する。信号線５１を接続した後、第１の積層板２１の第１の導体層２１ｃに半導体素子１１、１２の他面１１ａ、１２ａをはんだ４１ａを介して接合する。信号線５１は、第１の半導体素子１１と第１の絶縁層２１ａとの間に形成された収容空間２１ｓ、及び信号線端子２２ｓと第１の絶縁層２１ａとの間の空間に収容される。
【００３５】
信号線５１を接続し、半導体素子１１、１２を接合した後、半導体素子１１、１２を一対の積層板２１、２２により挟持してなるワークを成形型に投入してモールド樹脂３１により封止する。ワークの封止は、放熱層として機能する導体層２１ｂ、２２ｃを露出させるとともにリード端子２１ｄ、２２ｄを突出させた封止体が得られるように行われる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置１によれば、半導体素子１１、１２の両面１１ａ、１１ｂ；１２ａ、１２ｂに絶縁層２１ａ、２２ａを有する積層板２１、２２が接合されるので、装置構造の絶縁性能を向上させるとともに、装置構造を薄型化することができる。また、第１の積層板２１に向けて突出する信号線５１の突出部５１ｐが第１の導体層２１ｃに形成された収容空間２１ｓに収容されるので、装置構造をさらに薄型化することができる。
【００３７】
また、半導体装置１は、半導体素子１１、１２とは反対側の第１の導体層２１ｂと、半導体素子１１、１２とは反対側の第２の導体層２２ｃとの少なくとも一方に接続される冷却部材６１ａ、６１ｂをさらに備えてもよい。
【００３８】
また、第１の積層板２１及び第２の積層板２２には、半導体素子１１、１２がはんだ接合されてもよい。
【００３９】
なお、前述した実施形態は、本発明に係る半導体装置１の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係る半導体装置１は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る半導体装置１は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係る半導体装置１を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…半導体装置、１１…第１の半導体素子、１２…第２の半導体素子、２１…第１の積層板、２２…第２の積層板、２１ａ…第１の絶縁層、２２ａ…第２の絶縁層、２１ｂ、２１ｃ…第１の導体層、２２ｂ、２２ｃ…第２の導体層、２１ｄ、２２ｄ…リード端子、２１ｓ…収容空間、２２ｓ…信号線端子、３１…モールド樹脂、４１ａ、４１ｂ…はんだ、５１…信号線、６１ａ、６１ｂ…冷却部材、６１ｇ…グリス層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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