(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ（１ａ、１ｂ）と、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）の両面を挟むように熱伝導性を有する接合部材（２）を介して接合された一対の放熱部材（３、４）と、前記半導体チップ（１ａ）における前記第１の放熱部材（３）と対向する面には制御電極が形成されており、前記制御電極と電気的に接続されるリードフレーム（９）とを備え、前記一対の放熱部材（３、４）は、第１の放熱部材（３）と、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する面に凹部（８）が形成された第２の放熱部材（４）とよりなり、この凹部（８）内に前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）が嵌め合わされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の放熱部材（３）における前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する部位に、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）側に突出した凸部（６）が形成されており、この凸部（６）が前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）と前記接合部材（２）を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記一対の放熱部材（３、４）における前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方には突起部（７ａ、７ｂ）が形成されており、前記リードフレーム（９）に形成された穴（１２ａ、１２ｂ）と前記突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせることにより、前記一対の放熱部材（３、４）の少なくとも一方が前記リードフレーム（９）に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記一対の放熱部材（３、４）における前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方には突起部（７ａ、７ｂ）が形成されており、当該放熱部材（３、４）と前記リードフレーム（９）との間にスペーサ（１３）を介在させた状態で、前記リードフレーム（９）に形成された穴（１２ａ、１２ｂ）と前記突起部（７ａ、７ｂ）とが嵌め合わされて固定されており、前記スペーサ（１３）によって当該放熱部材（３、４）と前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）との、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）の厚み方向における位置決めがなされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体チップ（１ａ、１ｂ）と、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）の両面を挟むように熱伝導性を有する接合部材（２）を介して接合された一対の放熱部材（３、４）とを備え、前記一対の放熱部材（３、４）は、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する部位に、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）側に突出した凸部（６）が形成された第１の放熱部材（３）と、第２の放熱部材（４）とよりなり、この凸部（６）が、前記接合部材（２）を介して前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）に接合されており、前記半導体チップ（１ａ）における前記第１の放熱部材（３）と対向する面に形成された制御電極と電気的に接続されるリードフレーム（９）を備えており、前記一対の放熱部材（３、４）における前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方には突起部（７ａ、７ｂ）が形成されており、前記リードフレーム（９）に形成された穴（１２ａ、１２ｂ）と、前記突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせて固定することにより、前記一対の放熱部材（３、４）の少なくとも一方が前記リードフレーム（９）に固定されており、前記一対の放熱部材（３、４）と前記リードフレーム（９）との間に生じる隙間にスペーサ（１３）を介在させ、前記スペーサ（１３）によって前記一対の放熱部材（３、４）と前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）との、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）の厚み方向における位置決めがなされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記一対の放熱部材（３、４）として、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）に線膨張率が近似した金属を用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記一対の放熱部材（３、４）として、銅の内部において、インバーおよびモリブデンのうちの少なくとも１つが、部分的に複数配置されているものを用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記一対の放熱部材（３、４）の各々の面のうち、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する面とは反対側の面が露出した状態で、前記一対の放熱部材（３、４）および前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）が樹脂封止されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記一対の放熱部材（３、４）が、前記半導体チップ（１ａ、１ｂ）の電極として用いられることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの上下から放熱する構成を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップの上下から放熱を行っている半導体装置には、例えば、特開平４−２７１４５号公報に記載の発明がある。図１１は、この公報に記載の半導体装置の概略断面図である。図１１に示すように、半導体チップＪ１が下面放熱板Ｊ２に直接接着されており、下面および上面放熱板Ｊ２、Ｊ３が、これらの放熱板Ｊ２、Ｊ３に複数配列された結合ピンＪ４により接合されている。また、半導体チップＪ１とリードフレームＪ５とがワイヤボンドにより形成されたワイヤＪ６により電気的に接続されている。そして、これらの部材Ｊ１〜Ｊ６が樹脂Ｊ７により封止されている。
【０００３】
上記、従来公報に記載の半導体装置では、半導体チップＪ１の上下両側から放熱を行うようにしているものの、半導体チップＪ１の上面と上面放熱板Ｊ３とが直接接着されていない。そのため、半導体チップＪ１の上面から直接、上面放熱板Ｊ３に熱が伝わるのではなく、モールド樹脂Ｊ７を介して伝わることになり、半導体チップＪ１の上面からの放熱性が良くない。
【０００４】
それに対して、特開昭６１−１６６０５１号公報に記載の発明では、半導体チップの上下からモールド樹脂を介すことなく放熱を行っている。図１２は、この公報に記載の半導体装置の概略断面図である。図１２に示すように、半導体チップＪ１１がダイパッドＪ１２に固着されており、半導体チップＪ１１の上面に接着剤Ｊ１３を用いてチップ側放熱板Ｊ１４が接着されている。また、外部リードＪ１５と半導体チップＪ１１とがワイヤボンドにより形成されたワイヤＪ１６により電気的に接続されている。また、ダイパッドＪ１２における半導体チップＪ１１の搭載面とは反対側の面には、ダイパッド側放熱板Ｊ１７が接触しており、これらの部材Ｊ１１〜Ｊ１７が樹脂Ｊ１８により封止されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この後述の公報に記載の半導体装置は、前者公報に記載の半導体装置と比較して、半導体チップの上側に対しても放熱部材をモールド樹脂を介すことなく接触させているため放熱性が向上している。しかし、この後述の公報に記載の半導体装置では放熱板を接着剤Ｊ１３のみでチップに対して固定しているため、半導体チップを搭載する際に位置ずれ、即ち、半導体チップの搭載位置のばらつきが起こり易いという問題がある。
【０００６】
そのため、例えば、放熱板を電極として兼用し、特に半導体チップとしてパワー素子を用いる場合には、半導体チップの搭載位置がずれることにより、半導体チップの絶縁すべき領域において通電してしまう等の不具合がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、半導体チップの両面を放熱部材で挟んでなる構成を有する半導体装置において、放熱性を改善し、半導体チップの搭載位置のばらつきを抑えた半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の両面を挟むように熱伝導性を有する接合部材（２）を介して接合した一対の放熱部材（３、４）と、半導体チップ（１ａ）における第１の放熱部材（３）と対向する面には制御電極が形成されており、制御電極と電気的に接続されるリードフレーム（９）とを備え、一対の放熱部材（３、４）は第１の放熱部材（３）と、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する面に凹部（８）を形成した第２の放熱部材（４）とよりなり、この凹部（８）内に半導体チップ（１ａ、１ｂ）を嵌め合わしていることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、熱伝導性を有する接合部材（２）を介して、一対の放熱部材（３、４）を半導体チップ（１ａ、１ｂ）の両面と接合しているため、放熱性を改善することができる。また、第２の放熱部材（４）の凹部（８）に半導体チップ（１ａ、１ｂ）を嵌め合わせるため、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の平面方向において、第２の放熱部材（４）と半導体チップ（１ａ、１ｂ）との相対位置を固定することができ、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の搭載位置のばらつきを抑えた半導体装置を提供することができる。さらに、本発明の様に半導体チップ（１ａ）に制御電極が形成されていても、凸部（６）の形状を調節することにより、第１の放熱部材（３）と制御電極とが接触しない様にすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、第１の放熱部材（３）における半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する部位に、半導体チップ（１ａ、１ｂ）側に突出した凸部（６）を形成し、この凸部（６）を半導体チップ（１ａ、１ｂ）と接合部材（２）を介して接合することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、第２の放熱部材（４）の凹部（８）により半導体チップ（１ａ、１ｂ）の位置決めを行った状態で、第１の放熱部材（３）に凸部（６）を形成しているため、凸部（６）の形状を調節することにより、第１の放熱部材（３）を半導体チップ（１ａ、１ｂ）の所望の領域のみと適切に接合させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）における半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方には突起部（７ａ、７ｂ）を形成し、リードフレーム（９）に形成した穴（１２ａ、１２ｂ）と突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせることにより、一対の放熱部材（３、４）の少なくとも一方をリードフレーム（９）に固定することを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、リードフレーム（９）に対して一対の放熱部材（３、４）の少なくとも一方を固定して位置決めでき、放熱部材（３、４）の位置決め精度を向上させることができるため、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の平面方向における搭載位置のばらつきを、さらに抑えた半導体装置を提供することができる。特に、一対の放熱部材（３、４）の両方をリードフレーム（９）に対して固定する場合は、このばらつきを確実に抑えることができる。
【００１６】
なお、この固定は、かしめにより行っても良いし、その他、半田などにより固定しても良い。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）における半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方に突起部（７ａ、７ｂ）を形成し、当該放熱部材（３、４）とリードフレーム（９）との間にスペーサ（１３）を介在した状態で、リードフレーム（９）に形成した穴（１２ａ、１２ｂ）と突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせて固定し、スペーサ（１３）によって当該放熱部材（３、４）と半導体チップ（１ａ、１ｂ）との、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の厚み方向における位置決めをしていることを特徴としている。
【００１８】
これにより、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の平面方向に加えて厚み方向にも位置を固定できるため、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の搭載位置のばらつきを、より確実に抑えた半導体装置を提供することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の両面を挟むように熱伝導性を有する接合部材（２）を介して接合した一対の放熱部材（３、４）とを設け、一対の放熱部材（３、４）は、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する部位に、半導体チップ（１ａ、１ｂ）側に突出した凸部（６）を形成した第１の放熱部材（３）と、第２の放熱部材（４）とよりなり、この凸部（６）が、接合部材（２）を介して半導体チップ（１ａ、１ｂ）に接合し、半導体チップ（１ａ）における第１の放熱部材（３）と対向する面に形成した制御電極と電気的に接続するリードフレーム（９）を設け、一対の放熱部材（３、４）における半導体チップ（１ａ、１ｂ）との対向面の少なくとも一方には突起部（７ａ、７ｂ）を形成していることを特徴としている。
【００２０】
さらに、リードフレーム（９）に形成した穴（１２ａ、１２ｂ）と、突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせて固定することにより、一対の放熱部材（３、４）の少なくとも一方をリードフレーム（９）に固定し、一対の放熱部材（３、４）とリードフレーム（９）との間に生じる隙間にスペーサ（１３）を介在し、このスペーサ（１３）によって一対の放熱部材（３、４）と半導体チップ（１ａ、１ｂ）との、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の厚み方向における位置決めをすることを特徴としている。
【００２１】
本発明の様に、第１の放熱部材（３）に形成した凸部（６）を半導体チップ（１ａ、１ｂ）に接合するようにすると、半導体チップ（１ａ、１ｂ）に接続されるリードフレーム（９）と一対の放熱部材（３、４）との間には、凸部（６）の段差によって隙間が生じるが、この隙間にスペーサ（１３）を介在させてリードフレームに形成した穴（１２ａ、１２ｂ）と一対の放熱部材（３、４）の突起部（７ａ、７ｂ）とを嵌め合わせて固定することにより、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の平面方向にも厚み方向にも、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と一対の放熱部材（３、４）との相対位置のばらつきを抑えた半導体装置を提供することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）として、半導体チップ（１ａ、１ｂ）に線膨張率が近似した金属を用いることを特徴としている。
【００２３】
これにより、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と各々の放熱部材（３、４）との線膨張率が異なることに起因する熱応力の発生を抑制することができ、接合部材（２）に対する歪みの集中を防止することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）として、銅の内部において、インバーおよびモリブデンのうちの少なくとも１つが、部分的に複数配置されているものを用いることを特徴としている。
【００２５】
本発明によれば、銅の内部にインバーやモリブデンを配置した金属は、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と線膨張率が近似しているため、請求項６に記載の発明と同様の効果を発揮することができる。また、インバーやモリブデンは銅と比較すると放熱性が劣るが、銅の内部に部分的に配置することにより、放熱性も十分に確保することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）の各々の面のうち、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と対向する面とは反対側の面が露出した状態で、一対の放熱部材（３、４）および半導体チップ（１ａ、１ｂ）を樹脂封止していることを特徴としている。
【００２７】
これにより、一対の放熱部材（３、４）を構成する第１の放熱部材（３）と第２の放熱部材（４）との絶縁を確実に行うことができる。また、露出した面を冷却することにより、的確に放熱を行うことができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の発明において、一対の放熱部材（３、４）が、半導体チップ（１ａ、１ｂ）の電極として用いられることを特徴としている。
【００２９】
一対の放熱部材（３、４）を電極として利用し、各々の放熱部材（３、４）の間の電位差が大きい場合には、各々の放熱部材（３、４）と半導体チップ（１ａ、１ｂ）との相対位置がずれることにより、絶縁されるべき部分が通電してしまう恐れがある。しかし、本発明では、半導体チップ（１ａ、１ｂ）と各々の放熱部材（３、４）との相対位置のばらつきが抑えられているため、各々の放熱部材（３、４）を電極として用いても好適である。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体装置を上面から見た模式図であり、図２（ａ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は、図１におけるＤ−Ｄ断面を模式的に示す図である。図１および図２に示すように、平面的に配置された２つの半導体チップとしてのＳｉチップ１ａ、１ｂに対して、それらのＳｉチップ１ａ、１ｂの両面を挟む様にして、熱伝導性を有する接合部材２を介して一対の放熱部材である第１および第２の放熱部材３、４が接合されている。
【００３２】
Ｓｉチップ１ａのワイヤボンドされている側の面である一面５ａに対しては、第１の放熱部材３が接合されており、Ｓｉチップ１ａ、１ｂにおける一面５ａの反対側の面である他面５ｂに対しては、第２の放熱部材４が接合されている。この第２の放熱部材４は、図１においては、一部、他の部材と重なっている部分を二点鎖線で示してある。また、Ｓｉチップ１ａ、１ｂは、図１において他の部材と重なっている部分を一点鎖線で示してある。
【００３３】
ここで、Ｓｉチップ１ａ、１ｂとしては、本例では、図１においてワイヤボンドされているＳｉチップがＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップ１ａであり、もう一方のＳｉチップがフライホイールダイオードチップ１ｂである。ＩＧＢＴチップ１ａにおいては、それぞれ、第１の放熱部材３がエミッタ端子、第２の放熱部材４がコレクタ端子となっている。また、ＩＧＢＴチップ１ａにおける第１の放熱部材３と対向する面には、外部との電気的な信号の授受を行うための制御電極（図示せず）がゲートとして形成されており、インナーリード１０とワイヤボンドされている。
【００３４】
ＩＧＢＴチップ１ａの等価回路は、例えば図３に示すようにコレクタＣ、エミッタＥ、ゲートＧ、電流検出用端子Ｉｓ、感温のためのダイオード端子であるアノードＡおよびカソードＫからなる。
【００３５】
図１および図２に示すように、第１の放熱部材３は平面形状は略矩形であり、その対角から相反する方向へ短冊状に伸びている短冊部３ａ、３ｂが２個所設けられている。一方、厚み方向には、各々のＳｉチップ１ａ、１ｂの一面５ａ側の主電極と対向する部位に、Ｓｉチップ１ａ、１ｂ側に突出した凸部６が形成されている。そして、凸部６の先端は平面あるいはＳｉチップ１ａ、１ｂとの接合に支障を来さない程度に平面であり、この平面部の形状は対向するＳｉチップ１ａ、１ｂの主電極の平面形状に対応している。
【００３６】
また、第１の放熱部材３のＳｉチップ１ａ、１ｂとの対向面における各々の短冊部３ａ、３ｂ、および矩形部の各辺のうち短冊部３ａ、３ｂが伸びている方向に平行な辺の内側の計３個所において、Ｓｉチップ１ａ、１ｂ側に突出した突起部７ａが形成されている。
【００３７】
第２の放熱部材４は、平面形状は第１の放熱部材３とほぼ同じである。ただし、第２の放熱部材４における２つの短冊部４ａ、４ｂは、第１の放熱部材３の各々の短冊部３ａ、３ｂと異なる位置に設けられている。一方、厚み方向には、Ｓｉチップ１ａ、１ｂと対向する部分においてＳｉチップ１ａ、１ｂが嵌まるような凹部８が形成されている。この凹部８の深さは、例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度にすることができる。
【００３８】
また、第２の放熱部材４のＳｉチップ１ａ、１ｂとの対向面における各々の短冊部４ａ、４ｂ、および矩形部の各辺のうち短冊部４ａ、４ｂが伸びている方向に平行な辺の内側の計３個所において、Ｓｉチップ１ａ、１ｂ側に突出した突起部７ｂが形成されている。ただし、これらの第２の放熱部材４に形成された突起部７ｂは第１の放熱部材３に形成された突起部７ａと上面方向から見た場合に重ならないような位置にある。
【００３９】
また、第１および第２の放熱部材３、４は、例えばＣｕ（銅）等を用いている。接合部材２としては、高熱伝導接着部材を用いており、その様な部材としては、例えば半田やろう材などがある。
【００４０】
そして、各々のＳｉチップ１ａ、１ｂの他面５ｂ側が、第２の放熱部材４に形成された凹部８内に接合部材２を介して嵌め合わされて接合され、各々のＳｉチップ１ａ、１ｂの一面５ａ側の主電極には、接合部材２を介して第１の放熱部材３に形成された凸部６が接合されている。
【００４１】
また、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの制御電極とリードフレーム９のインナーリード１０とがワイヤボンドによって形成されたワイヤ１１によって電気的に接続されている。リードフレーム９は図１においては、一部、他の部材と重なっている部分が点線で示されている。
【００４２】
また、リードフレーム９においては、後述のように、第１および第２の放熱部材３、４の突起部７ａ、７ｂと嵌め合わせるための穴１２ａ、１２ｂを有する固定部９ａ、９ｂが６個所に設けられている。ここで、ワイヤ１１としては、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等を用いることができ、リードフレーム９としては、例えばＣｕやＣｕ合金または４２合金等を用いることができる。
【００４３】
そして、図２（ｂ）に示すように、第２の放熱部材４に形成された突起部７ｂとリードフレーム９の固定部９ｂに形成された穴１２ｂとが嵌め合わされてかしめられている。また、第１の放熱部材３に形成された突起部７ａの全てには、第１の放熱部材３とリードフレーム９の固定部９ａとの間にスペーサ１３が介在されており、この状態で、この固定部９ａに形成された穴１２ａと、第１の放熱部材３に形成された突起部７ａとが嵌め合わされてかしめられている。
【００４４】
ここで、スペーサ１３は、例えばＣｕ等からなる円柱や角柱の金属であって、突起部７ａが貫通するための穴を有するものである。また、このスペーサ１３はＳｉチップ１ａ、１ｂと第１の放熱部材３との、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの厚み方向における位置決めを行うためのものである。このスペーサ１３の大きさは、例えば、角柱の場合には、断面が一辺２ｍｍの正方形で厚みが０．６ｍｍ程度のものにすることができる。
【００４５】
そして、図１および図２に示すように、第１および第２の放熱部材３、４の各々の面のうちＳｉチップ１ａ、１ｂと対向する面とは反対側の面が露出した状態で、上述のように固定された各々のＳｉチップ１ａ、１ｂと各々の放熱部材３、４とが樹脂１４により封止されている。図１において、この樹脂１４の外枠が破線で示されている。ここで、第１および第２の放熱部材３、４における各々の短冊部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのうち、インナーリード１０が形成された方向とは反対の方向に設けられている短冊部３ａ、４ａが樹脂１４の外部に出ており、この外部に出た短冊部３ａ、４ａがＳｉチップ１ａ、１ｂの外部電極となっている。
【００４６】
次に、上記半導体装置の製造方法について述べる。初めに、上述の図１および図２に示すような、リードフレーム９、第１および第２の放熱部材３、４を用意する。リードフレーム９は、例えばパンチング等により所望の形状に加工する。
【００４７】
図４は、第１および第２の放熱部材３、４の形成方法の模式図である。図４（ａ）に示すように、Ｃｕ等よりなるリール形状の部材１５から、プレス加工用のパンチ１６とダイ１７を用いて、パンチ１６を矢印Ｆの方向に動かしてプレス加工することにより第１および第２の放熱部材３、４を切り出し、第１の放熱部材３に対しては凸部６を、第２の放熱部材４に対しては凹部８をそれぞれ形成する。
【００４８】
図４（ｂ）は突起部７ａ、７ｂを形成する工程図であるが、この図に示すように、突起部７ａ、７ｂ形成用のパンチ１８と中央に凹部が形成されたダイ１９を用いて、パンチ１８を矢印Ｈの方向に動かすことにより、押し出し加工を行い突起部７ａ、７ｂを形成する。
【００４９】
次に、Ｓｉチップ１ａ、１ｂと上述の様にして加工したリードフレーム９と第１および第２の放熱部材３、４とを組み付ける。図５は、この組み付けの際に側面方向から見た各々の部材１ａ、１ｂ、２〜４、９の構成を模式的に示す図である。図５に示すように、第２の放熱部材４の突起部７ｂにリードフレーム９の固定部９ｂの穴１２ｂを嵌め合わせてかしめ、各々の凹部８には接合部材としての半田箔２を介してＳｉチップ１ａ、１ｂの他面５ｂ側を嵌め合わせる。
【００５０】
また、各々のＳｉチップ１ａ、１ｂの一面５ａ上に主電極形状に対応した半田箔２を載せ、第１の放熱部材３の突起部７ａにはスペーサ１３をかませて、この突起部７ａとリードフレーム９の固定部９ａの穴１２ａとを嵌め合わせてかしめる。なお、図５は模式図であるため、第１の放熱部材３における凸部６は省略している。
【００５１】
ここで、この組み付けの際のかしめ固定について詳しく述べる。図６はかしめ固定の工程を模式的に示す図である。図６に示すように、第１および第２の放熱部材３、４の突起部７ａ、７ｂとリードフレーム９の固定部９ａ、９ｂの穴１２ａ、１２ｂとを嵌め合わせた後、パンチ２０を矢印Ｉの方向に動かすことにより穴１２ａ、１２ｂから出た突起部７ａ、７ｂをつぶし、第１および第２の放熱部材３、４とリードフレーム９とを固定する。
【００５２】
続いて、上述の様にかしめ固定したＳｉチップ１ａ、１ｂ、各々の放熱部材３、４およびリードフレーム９を、水素炉等に通して半田リフローすることにより、各々の部材１ａ、１ｂ、３、４を半田付け固定する。その後、ＩＧＢＴチップ１ａの一面５ａ側の制御電極とリードフレーム９とのワイヤボンディングを行った後、トランスファーモールドで樹脂１４により封止することにより、第１の放熱部材３と第２の放熱部材４との絶縁を行い、本実施形態の半導体装置が完成する。
【００５３】
ところで、本実施形態によれば、第１および第２の放熱部材３、４を接合部材２を介して、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの一面５ａおよび他面５ｂに直接接合させているため放熱性を改善することができる。また、前述の、特開昭６１−１６６０５１号公報に記載の発明では、半導体チップとチップ側の放熱板とが、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂性の接着剤のみで固定されており、この様な接着剤は熱伝導性が悪いため放熱性を阻害するという問題があった。しかし、本実施形態では、接合部材２として半田やろう材などの高熱伝導接着部材を用いているため、放熱性を改善することができる。
【００５４】
また、第２の放熱部材４の凹部８にＳｉチップ１ａ、１ｂを嵌め合わせることにより第２の放熱部材４に対してＳｉチップ１ａ、１ｂを固定し、第１および第２の放熱部材３、４の各々の突起部７ａ、７ｂとリードフレーム９の固定部９ａ、９ｂの穴１２ａ、１２ｂとを嵌め合わせてかしめることにより、各々の放熱部材３、４とリードフレーム９とを固定することができる。その結果、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの平面方向におけるこれらの部材の相対位置を固定することができる。
【００５５】
また、第１の放熱部材３の突起部７ａに対してスペーサ１３を介在した状態で、第１の放熱部材３の突起部７ａとリードフレーム９の固定部９ａの穴１２ａとを嵌め合わせてかしめているため、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの搭載空間を確保した状態で第１の放熱部材３をリードフレーム９に固定することができ、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの厚み方向にも相対位置を固定できる。従って、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの平面方向にも厚み方向にも各々の部材の相対位置を固定でき、半導体チップの搭載位置のばらつきを抑えた半導体装置を提供することができる。
【００５６】
また、本実施形態の様に、半導体チップとしてＩＧＢＴなどのパワー素子を用いる場合は、以下に示す絶縁に関する問題がある。図７は、ＩＧＢＴの一例を示す部分断面図である。
【００５７】
図７に示すように、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー素子には、その端部においてガードリング２１やＥＱＲ（同電位リング）２２が形成されているが、これらはコレクタ電極２３とほぼ同電位となっている。ガードリング２１やＥＱＲ２２はパワー素子のエミッタ電極２４側の面に形成されており、エミッタ電極２４の近傍にコレクタ電極２３と同電位であるガードリング２１やＥＱＲ２２が存在することになる。
【００５８】
従って、エミッタ電極２４とコレクタ電極２３間の電位差が、例えば６００Ｖ程度となるようなパワー素子の場合、ガードリング２１やＥＱＲ２２とエミッタ電極２４との電位差が６００Ｖ程度となる。そのため、半田付けエリアが周囲部におよぶ、例えば、放熱部材２５が図７の白抜き矢印Ｊに示すように、通常の位置よりもガードリング２１やＥＱＲ２２側にずれる等することにより、半田等の接合部材２６や放熱部材２５を介して、直接、あるいは放電によりガードリング２１やＥＱＲ２２とエミッタ電極２４との間で通電してしまう可能性がある。
【００５９】
また、通電を妨げるために、ガードリング２１やＥＱＲ２２の上面にポリイミド等からなる保護膜２７を被覆しても、その膜の厚さは１〜２μｍ程度であり、６００Ｖもの絶縁耐圧は確保できない。
【００６０】
しかし、本実施形態の半導体装置では、上述の様に、Ｓｉチップ１ａ、１ｂ、リードフレーム９、および、第１および第２の放熱部材３、４の相対位置を固定した状態で、第１の放熱部材３に凸部６を設け、この凸部６をＳｉチップ１ａ、１ｂの一面５ａの主電極に接合している。そのため、凸部６の形状を調節して第１の放熱部材３を主電極のみと接合させることができ、さらに、上述のようなＳｉチップ１ａ、１ｂと第１の放熱部材３との相対位置がずれることに起因する絶縁に関する問題も解決することができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、スペーサ１３は第１の放熱部材３に形成された突起部７ａにかませる例について示したが、例えば、各々の放熱部材３、４に対して突起部７ａ、７ｂを形成する際に、図４（ｂ）に示す押し出し加工用のダイ１９の凹部を段状にしておく等して、段状の突起部を形成して、スペーサを一体で形成しても良い。
【００６２】
また、スペーサ１３は、第１の放熱部材３の突起部７ａに設けることに限定するものではなく、必要であれば第２の放熱部材４の突起部７ｂに設け、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの厚み方向におけるＳｉチップ１ａ、１ｂ、各々の放熱部材３、４およびリードフレーム９の相対位置を決定しても良い。
【００６３】
また、本実施形態のように、第１および第２の放熱部材３、４の両方をそれぞれリードフレーム９に対してかしめ固定すれば、確実に半導体チップの搭載位置のばらつきを抑えることができるが、第１および第２の放熱部材３、４のうち、どちらか一方のみをかしめ固定し、この放熱部材３、４の位置決め精度を向上させ、半導体チップの搭載位置のばらつきを改善できるのであれば、一方の放熱部材３、４のみかしめ固定しても良い。
【００６４】
また、各々の放熱部材３、４のうちのＳｉチップ１ａ、１ｂと対向する面が樹脂１４から露出しているが、例えば、この露出している部分を冷却部材に接触させるなどして放熱を促すことができる。
【００６５】
また、本実施形態では、半導体チップとしてＩＧＢＴチップ１ａを用いる例について示しており、上述のような絶縁に関する問題を解決するために、本実施形態の様な半導体チップの搭載位置のばらつきを抑えることができる構成にすると、その効果が特に発揮されるが、各々の放熱部材３、４を電極として使用しない場合も、放熱性を改善したり、半導体チップの搭載位置のばらつきを抑えるためには、本実施形態の構成が好適である。
【００６６】
また、第１の放熱部材３に形成された突起部７ａの全て（本例では３個所）にスペーサ１３を設ける例について示したが、最低２個所に設ければＳｉチップ１ａ、１ｂの厚み方向における、第１の放熱部材３とＳｉチップ１ａ、１ｂとの相対位置を固定することができる。また、接合部材２として半田箔を用いる例について示したが、半田ペースト等を用いても良い。また、半導体チップ１ａ、１ｂは１つでも良い。
【００６７】
（第２実施形態）
ＩＧＢＴチップ１ａは電流容量が１００Ａ以上のものになるとチップサイズが大きくなり、１０〜１６ｍｍ程度となるものがある。この場合、各々の放熱部材３、４としてＣｕを用いている場合は、Ｃｕの線膨張率がＩＧＢＴチップ１ａを構成するＳｉの線膨張率の５〜６倍であるため、冷熱サイクルにおいて接合部材２である半田が熱疲労し、亀裂が発生して熱抵抗が増大し、熱放散性（放熱性）が悪化することが懸念される。
【００６８】
そこで、この様な不具合を改善するための実施形態が第２実施形態である。図８は、第２実施形態の半導体装置の概略断面図である。本実施形態は、第１および第２の放熱部材３、４として用いられる材料が第１実施形態と異なるものである。以下、主として、図２（ａ）と異なるところについて述べ、同一部分には図８中、同一符号を付して説明を簡略化する。
【００６９】
図８に示すように、第１および第２の放熱部材３、４として、Ｓｉチップ１ａ、１ｂと線膨張率が近似した金属を用い、その一例としてインバーよりなる部材（以下、インバー部材という）２８をＣｕよりなる部材（以下、Ｃｕ部材という）２９で挟んだ構成をなすクラッド材（以下、ＣＩＣという）を用いるものである。そして、ＣＩＣのインバー部材２８とＣｕ部材２９の厚さの比や全体の厚さを調節して、可能な限りＳｉの線膨張率に近くなるようにしている。その他の各々の部材や部材の形状等は、上記、第１実施形態に示すものと同様である。
【００７０】
本実施形態によれば、各々の放熱部材３、４の線膨張率がＳｉチップ１ａ、１ｂの線膨張率に近似しているため、Ｓｉチップ１ａ、１ｂのサイズが大きい場合にも、Ｓｉチップ１ａ、１ｂと各々の放熱部材３、４との線膨張率が異なることに起因する熱応力の発生を抑制することができ、接合部材２に対する歪みの集中を防止することができる。その結果、各々の放熱部材３、４とＳｉチップ１ａ、１ｂとの接合性の低下を防ぐことができるため、放熱性の低下や、各々の放熱部材３、４を電極として用いている場合には電気伝導性の低下も防ぐことができる。
【００７１】
なお、インバーの代わりにＭｏ（モリブデン）を用いても、同様の効果を発揮することができる。また、各々の放熱部材３、４において、Ｃｕ部材２９の間に挟む材料をインバー部材２８あるいはＭｏよりなる部材（以下、Ｍｏ部材という）に統一しなくても、異なっていても良い。また、特に各々の放熱部材３、４としてクラッド材を用いることに限定するものではなく、Ｃｕ−Ｍｏの合金など、Ｓｉと線膨張率が近似した部材を用いれば良い。
【００７２】
ところで、上記、第２実施形態は、各々の放熱部材３、４として線膨張率がＳｉに近似した金属を用いる例について示しており、その一例としてＣＩＣ等のクラッド材を用いている。しかし、インバーやＭｏはＣｕと比較して熱伝導性が劣るため、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの厚み方向におけるインバー部材２８やＭｏ部材の存在により放熱性が低下するという問題がある。そこで、この問題を改善するための変形例を以下に示す。
【００７３】
本変形例は、ＣＩＣのインバー部材２８を部分的に複数内層させるものである。図９は、このインバー部材２８を部分的に複数内層させたＣＩＣの模式的な図であり、（ａ）はＣＩＣをインバー部材２８を含む部分において層に対して平行に切断した断面図であり、（ｂ）はＣＩＣをインバー部材２８を含む部分において層に対して垂直に切断した断面図である。
【００７４】
図９に示すように、本変形例では、Ｃｕ部材２９の内部においてインバー部材２８を部分的に複数配置しており、本例では、Ｃｕ部材２９の内部の４個所に、インバー部材２８を配置させている。これにより、各々の放熱部材３、４の厚み方向においてＣｕ部材２９のみからなる部分を設けることができるため、各々の放熱部材３、４の厚み方向における熱伝導性を犠牲にすることはない。従って、放熱性を確保した上でＳｉと線膨張率が近似した放熱部材を提供することができる。
【００７５】
なお、本変形例では、Ｃｕ部材２９の内部の４個所にインバー部材２８を設けているが、各々の寸法が小さいインバー部材を数多く設ける等して、細かいメッシュ状にしても良い。また、インバー部材の代わりにＭｏ部材を用いても良い。また、インバー部材とＭｏ部材とを併用しても良い。
【００７６】
（他の実施形態）
図１０は、他の実施形態の半導体装置の概略断面図である。上記、第１および第２実施形態においては、ＩＧＢＴチップ１ａの一面５ａ側の制御電極とインナーリード１０との電気的な接続をワイヤボンドにより行っているが、図１０に示すように、半田等のバンプ形状の接合部材３０により行っても良い。
【００７７】
これにより、第１および第２の放熱部材３、４とＳｉチップ１ａ、１ｂとを半田付けする際に、このインナーリード１０と制御電極との接続も一括して行うことができるため、製造工程を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の半導体装置を上面から見た模式図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置の概略断面図である。
【図３】ＩＧＢＴチップの等価回路を示す図である。
【図４】各々の放熱部材の形成方法の模式図である。
【図５】半導体装置の製造過程において側面方向から見た構成を模式的に示す図である。
【図６】かしめ固定の工程を模式的に示す図である。
【図７】ＩＧＢＴチップの一例を示す部分断面図である。
【図８】第２実施形態の半導体装置の概略断面図である。
【図９】第２実施形態の変形例で用いる放熱部材の模式的な断面図である。
【図１０】他の実施形態の半導体装置の概略断面図である。
【図１１】従来公報に記載の半導体装置の概略断面図である。
【図１２】他の従来公報に記載の半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…半導体チップ、２…接合部材、３…第１の放熱部材、
４…第２の放熱部材、６…凸部、７ａ、７ｂ…突起部、８…凹部、
９…リードフレーム、１２ａ、１２ｂ…穴、１３…スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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