(57)【要約】  半導体モジュールは、第１の電極パッドが設けられた第１の面と、第１の面と反対側であり第２の電極パッドが設けられた第２の面と、を有する半導体チップと、第１の電極パッドと接続される第１の基板と、第２の面の側に設けられた第２の基板と、第２の電極パッドと第２の基板とを電気的に接続し、第２の基板側からの平面視において第２の電極パッドよりも大きい導体部と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極パッドが設けられた第１の面と、前記第１の面と反対側であり第２の電極パッドが設けられた第２の面と、を有する半導体チップと、
前記第１の電極パッドと接続される第１の基板と、
前記第２の面の側に設けられた第２の基板と、
前記第２の電極パッドと前記第２の基板とを電気的に接続し、前記第２の基板側からの平面視において前記第２の電極パッドよりも大きい導体部と、
を有する半導体モジュール。
【請求項２】
前記第２の基板側からの平面視において、前記導体部は前記半導体チップよりも大きい請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第２の面には、第３の電極パッドが設けられており、
前記第３の電極パッドには、第１の電極端子が電気的に接続されており、
前記第１の電極端子は、平板状であって、前記第１の基板と前記第２の基板との間において、前記第１の基板及び前記第２の基板と平行に設置されている請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第２の基板側からの平面視において、前記導体部と前記第３の電極パッドとは重なっている請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記導体部の周囲の一部には、前記導体部とは異なる材料により形成された枠部が設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記半導体チップの第２の面に設けられた第２の電極パッドには、金属板が電気的に接続されており、
前記金属板と前記導体部とは、電気的に接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記半導体チップの第２の面に設けられた第２の電極パッドには、第２の電極端子が電気的に接続されており、
前記第２の電極端子と前記導体部とは、電気的に接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記半導体チップは、ＳｉＣを含む材料により形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体モジュールに関するものである。【０００２】
本出願は、２０１７年１０月３０日出願の日本特許出願第２０１７−２０８８７９号に基づく優先権を主張し、前記日本特許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。
【背景技術】
【０００３】
大電流を流すことのできる半導体チップを有する半導体モジュールは、電気自動車等の他、電力用途等に用いられている。このような半導体モジュールは、大電流を流した場合に発熱するため、配線基板の一方の面に半導体チップが搭載されており、配線基板の他方の面には、放熱のためのヒートシンクが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５３１２５号公報
【特許文献２】特開２０１４−８２２３３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の一観点によれば、半導体モジュールは、第１の電極パッドが設けられた第１の面と、第１の面と反対側であり第２の電極パッドが設けられた第２の面と、を有する半導体チップと、第１の電極パッドと接続される第１の基板と、第２の面の側に設けられた第２の基板と、を有している。更に、第２の電極パッドと第２の基板とを電気的に接続し、第２の基板側からの平面視において第２の電極パッドよりも大きい導体部と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、半導体モジュールの構造図である。
【図２】図２は、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの構造図である。
【図３】図３は、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１）である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（２）である。
【図５Ａ】図５Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（３）である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（４）である。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（５）である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（６）である。
【図７Ａ】図７Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（７）である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（８）である。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（９）である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１０）である。
【図９Ａ】図９Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１１）である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１２）である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１３）である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１４）である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１５）である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示の第１の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１６）である。
【図１２】図１２は、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの構造図である。
【図１３】図１３は、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの説明図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１）である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（２）である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（３）である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（４）である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（５）である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（６）である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（７）である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（８）である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（９）である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１０）である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１１）である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１２）である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１３）である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１４）である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１５）である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本開示の第２の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１６）である。
【図２２】図２２は、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの構造図である。
【図２３】図２３は、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの説明図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１）である。の説明
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（２）である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（３）である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（４）である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（５）である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（６）である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（７）である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（８）である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（９）である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１０）である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１１）である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１２）である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１３）である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１４）である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１５）である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、本開示の第３の実施形態の半導体モジュールの製造方法の工程の説明図（１６）である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
半導体モジュールは、大電流を流すことができるものが求められており、このため、半導体モジュールに搭載される半導体チップも大電流を流すことのできるものが用いられる。しかしながら、大電流を流すことのできる半導体チップは発熱も大きいため、効率よく放熱する必要がある。このため、半導体チップにおいて発生した熱を効率よく放熱するできる半導体モジュールが求められていた。本開示は、半導体チップにおいて発生した熱を効率よく放熱することを目的とするものである。
【０００８】
本開示によれば、半導体チップにおいて発生した熱を効率よく放熱することができる。
【０００９】
実施するための形態について、以下に説明する。
【００１０】
［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。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００１１】
〔１〕  本開示の一態様に係る半導体モジュールは、第１の電極パッドが設けられた第１の面と、前記第１の面と反対側であり第２の電極パッドが設けられた第２の面と、を有する半導体チップと、前記第１の電極パッドと接続される第１の基板と、前記第２の面の側に設けられた第２の基板と、前記第２の電極パッドと前記第２の基板とを電気的に接続し、前記第２の基板側からの平面視において前記第２の電極パッドよりも大きい導体部と、を有する。
【００１２】
高耐圧で大電流を流すことのできる半導体モジュールには、高耐圧で大電流を流すことのできる半導体チップが用いられるが、高耐圧で大電流を流すことのできる半導体チップは、大電流を流した場合の発熱も大きく高温となる。従って、高耐圧で大電流を流すことのできる半導体モジュールを得るためには、高耐圧で大電流を流すことのできる半導体チップだけではなく、半導体モジュールにおける放熱が極めて重要である。即ち、半導体チップにおける高耐圧化や大電流化が進めば進むほど、半導体チップの放熱の重要性が高くなる。発明者は、鋭意検討を行った結果、半導体チップを両面より放熱することができ、放熱効率を向上させた構造の半導体モジュールに想到するに至った。本願における開示は、このように発明者により想到されたものに基づくものである。
【００１３】
〔２〕  前記第２の基板側からの平面視において、前記導体部は前記半導体チップよりも大きい。
【００１４】
〔３〕  前記半導体チップの第２の面には、第３の電極パッドが設けられており、前記第３の電極パッドには、第１の電極端子が接続されており、前記第１の電極端子は、平板状であって、前記第１の基板と前記第２の基板との間において、前記第１の基板及び前記第２の基板と平行に設置されている。
【００１５】
〔４〕  前記第２の基板側からの平面視において、前記導体部と前記第３の電極パッドとは重なっている。
【００１６】
〔５〕  前記導体部の周囲の一部には、前記導体部とは異なる材料により形成された枠部が設けられている。
【００１７】
〔６〕  前記半導体チップの第２の面に設けられた第２の電極パッドには、金属板が電気的に接続されており、前記金属板と前記導体部とは、電気的に接続されている。
【００１８】
〔７〕  前記半導体チップの第２の面に設けられた第２の電極パッドには、第２の電極端子が電気的に接続されており、前記第２の電極端子と前記導体部とは、電気的に接続されている。
【００１９】
〔８〕  前記半導体チップは、ＳｉＣを含む材料により形成されている。
【００２０】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
最初に、前述した半導体モジュールについて、図１に基づきより詳細に説明する。図１に示す半導体モジュールは、半導体チップ９１０が、回路基板９２０に搭載されているものである。回路基板９２０は、絶縁体基板９２１の一方の面となる第１の面９２０ａに配線層９２２ａが形成されており、他方の面となる第２の面９２０ｂには放熱層９２３が形成されている。半導体チップ９１０は配線層９２２ａの上には搭載されており、放熱層９２３は不図示のヒートシンクと接続される。
【００２２】
半導体チップ９１０は、一方の面となる第１の面９１０ａにドレイン電極パッド９１１が設けられており、他方の面となる第２の面９１０ｂに、ソース電極パッド９１２及びゲート電極パッド９１３が設けられている。
【００２３】
従って、回路基板９２０の第１の面９２０ａに設けられた配線層９２２ａと、半導体チップ９１０の第１の面９１０ａに設けられたドレイン電極パッド９１１が、不図示のハンダ等により電気的に接続されている。また、半導体チップ９１０の第２の面９１０ｂに設けられたソース電極パッド９１２は、回路基板９２０の第１の面９２０ａに設けられた配線層９２２ｂとボンディングワイヤ９３１により電気的に接続されている。半導体チップ９１０の第２の面９１０ｂに設けられたゲート電極パッド９１３は、回路基板９２０の第１の面９２０ａに設けられた配線層９２２ｃとボンディングワイヤ９３２により電気的に接続されている。配線層９２２ｂには電極端子９４１が不図示のハンダ等により電気的に接続されており、配線層９２２ｃには電極端子９４２が不図示のハンダ等により電気的に接続されている。図１に示す半導体モジュールでは、回路基板９２０の第１の面９２０ａの側は、半導体チップ９１０の全体が樹脂材料９７０により覆われている。
【００２４】
図１に示す半導体モジュールでは、半導体チップ９１０において発熱した熱は、半導体チップ９１０の第１の面９１０ａの側に設けられた回路基板９２０の放熱層９２３を介し不図示のヒートシンクより放熱される。
【００２５】
ところで、このような半導体モジュールでは、高耐圧、大電流に対応したものが求められており、このため、半導体チップ９１０も、高耐圧、大電流に対応したものが用いられる。このような高耐圧、大電流に対応した半導体チップ９１０には、半導体材料としてＳｉを用いたものの他、半導体材料としてＳｉＣ等を用いたものがある。尚、ＳｉＣは、Ｓｉと比べてバンドギャップが広いため、高耐圧、大電流に対応した用途には適している。
【００２６】
しかしながら、一般的に、半導体チップ９１０に流れる電流が増えると、半導体チップ９１０における発熱が増え、図１に示すような構造の半導体モジュールでは、十分に放熱することができない場合がある。即ち、高耐圧、大電流に対応した半導体チップが得られたとしても、放熱の観点から、このような半導体チップを半導体モジュールに用いることができない場合がある。
【００２７】
本実施形態における半導体モジュールは、高耐圧、大電流に対応した半導体チップを用いた場合においても、十分に放熱することのできる構造のものである。
【００２８】
（半導体モジュール）
次に、本実施形態における半導体モジュールについて図２に基づき説明する。本実施形態における半導体モジュールは、半導体素子である半導体チップ１０と、第１の基板２０、第２の基板３０等を有している。
【００２９】
半導体チップ１０は、ＳｉまたはＳｉＣにより形成されており、一方の面となる第１の面１０ａには、ドレイン電極パッド１１が形成されており、他方の面となる第２の面１０ｂには、ソース電極パッド１２及びゲート電極パッド１３が形成されている。尚、小型化や効率の観点からは、半導体チップ１０は、ＳｉＣにより形成されているものが好ましい。本願においては、ドレイン電極を第１の電極、ソース電極を第２の電極、ゲート電極を第３の電極と記載する場合がある。本実施形態では、半導体チップ１０が、ＦＥＴ（Field effect transistor）の場合について説明するが、半導体チップ１０は、トランジスタであってもよい。尚、半導体チップ１０が、トランジスタの場合には、コレクタ電極が第１の電極、エミッタ電極が第２の電極、ベース電極が第３の電極となる。
【００３０】
第１の基板２０は、絶縁体により形成された絶縁体基板２１と、一方の面となる第１の面２０ａに形成された配線層となる金属層２２と、他方の面となる第２の面２０ｂに形成された放熱層となる金属層２３とを有している。第１の基板２０の第１の面２０ａにおける金属層２２には、不図示のハンダ等により、半導体チップ１０のドレイン電極パッド１１が電気的に接続されている。
【００３１】
第２の基板３０は、絶縁体により形成された絶縁体基板３１と、一方の面となる第１の面３０ａに形成された配線層となる金属層３２と、他方の面となる第２の面３０ｂに形成された放熱層となる金属層３３とを有している。
【００３２】
絶縁体基板２１及び絶縁体基板３１は、セラミックス等の絶縁体材料により形成されており、金属層２２、２３、３２、３３は、Ｃｕ（銅）等により形成されている。
【００３３】
半導体チップ１０のゲート電極パッド１３には、ゲート電極端子５０が不図示のハンダ等により電気的に接続されている。ゲート電極端子５０はＣｕ（銅）等により平板状に細長く形成されており、第１の基板２０と第２の基板３０との間を第１の基板２０及び第２の基板３０と平行となるように設置され、ゲート電極パッド１３に電気的に接続されている。尚、本願においては、ゲート電極端子５０を第１の電極端子と記載する場合がある。また、本願明細書において、平行とは幾何学的に厳密な平行を意味するものではなく、加工における寸法誤差等を含むことを許容され本発明の効果を奏する範囲で幅を持つ意味である。
【００３４】
半導体チップ１０は、ソース電極パッド１２が形成されている領域を除き、絶縁性を有する樹脂材料により形成された樹脂層７１、７２により覆われている。半導体チップ１０のソース電極パッド１２の上には、導電性を有する材料、例えば、金属材料等により、ソース導体部４０が形成されている。ソース導体部４０は、一方の側４０ａにおいて、半導体チップ１０のソース電極パッド１２と電気的に接続されており、他方の側４０ｂにおいて、第２の基板３０の第１の面３０ａの金属層３２と電気的に接続されている。ソース導体部４０は導電性の高い材料により形成されており、このような材料は、一般に熱伝導率も高い。従って、ソース導体部４０は、半導体チップ１０のソース電極パッド１２と第２の基板３０の金属層３２とを電気的に接続するとともに、ソース導体部４０を介し、半導体チップ１０において発生した熱を第２の基板３０に効率よく放熱することができる。
【００３５】
ソース導体部４０は、半導体チップ１０のソース電極パッド１２と接続されている一方の側４０ａよりも、第２の基板３０の第１の面３０ａの金属層３２と接続されている他方の側４０ｂの面積が広くなるように形成されている。具体的には、ソース導体部４０の他方の側４０ｂは、半導体チップ１０よりも面積が広く形成されており、半導体チップ１０の上方において、ソース導体部４０により半導体チップ１０の全体が覆われている。従って、半導体チップ１０のゲート電極パッド１３は、ゲート電極パッド１３の上方において、ソース導体部４０により覆われている。
【００３６】
図３は、本実施形態における半導体モジュールにおいて、第２の基板３０の側より平面視した半導体チップ１０とソース導体部４０との位置関係を示すものである。尚、図３では、便宜上、第２の基板３０、ゲート電極端子５０、樹脂層７２等は省略されている。本実施形態における半導体モジュールは、第２の基板３０の側より平面視した状態では、半導体チップ１０の全体はソース導体部４０により覆われている。従って、半導体チップ１０のゲート電極パッド１３もソース導体部４０により覆われている。本実施形態においては、半導体チップ１０は、半導体材料がＳｉである場合には、大きさが約１０ｍｍ×１０ｍｍであり、ＳｉＣである場合には、大きさが約５ｍｍ×５ｍｍであり、平面視したソース導体部４０の大きさは約１５ｍｍ×２０ｍｍである。
【００３７】
ソース導体部４０は、後述するように、銀ペースト等を焼結することにより形成されているため、ソース導体部４０の周囲の一部には、ソース導体部４０を形成するための枠部４１が設けられている。枠部４１は、ソース導体部４０を形成するためものであるため、通常は、ソース導体部４０とは、異なる材料により形成されている。尚、枠部４１は、絶縁体であってもよく、金属等であってもよい。また、本実施形態における半導体モジュールでは、この枠部４１を除去した構造のものであってもよい。また、第１の基板２０と第２の基板３０との間の枠部４１等の周囲は、絶縁性を有する樹脂層７１、樹脂層７２、及び、絶縁性を有する樹脂材料により形成された絶縁樹脂部７３により固められている。
【００３８】
本実施形態における半導体モジュールでは、第１の基板２０の第２の面２０ｂの金属層２３には、不図示のヒートシンクが接続されており、同様に、第２の基板３０の第２の面３０ｂの金属層３３には、不図示のヒートシンクが接続されている。従って、半導体チップ１０において生じた熱は、半導体チップ１０の第１の面１０ａより、第１の基板２０を介し不図示のヒートシンクに放熱され、半導体チップ１０の第２の面１０ｂより、第２の基板３０を介し不図示のヒートシンクに放熱される。
【００３９】
図１に示す構造の半導体モジュールにおいては、半導体チップにおける熱は、半導体チップ９１０の第１の面９１０ａ、即ち、片方の面からしか放熱をすることができない。これに対し、本実施形態における半導体モジュールは、半導体チップにおける熱は、半導体チップの第１の面１０ａ及び第２の面１０ｂの両面から放熱をすることができる。このため、図１に示す構造の半導体モジュールと比べ、半導体チップにおける放熱の効率を高めることができる。
【００４０】
また、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２に電気的に接続されているソース導体部４０は、面積が広く熱抵抗が低いため、半導体チップ１０の第２の面１０ｂの側において、効率よく放熱を行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態においては、半導体チップ１０のゲート電極パッド１３には、ゲート電極端子５０が直接電気的に接続されており、ソース電極パッド１２には、ソース導体部４０が直接電気的に接続されており、ボンディングワイヤが用いられていない。従って、ボンディングワイヤが形成される領域を確保する必要がなく、半導体モジュールの厚さを薄くすることが可能である。即ち、第１の基板２０と第２の基板３０とを近づけることができる。このように、半導体モジュールの厚さを薄くすることにより、半導体モジュールを小型化にすることができるだけではなく、ソース導体部４０の高さを低くすることができる。これにより、半導体チップ１０から第２の基板３０までの距離が短くなるため、放熱性能をより一層向上させることができる。
【００４２】
（半導体モジュールの製造方法）
次に、本実施形態における半導体モジュールの製造方法について、図４Ａ〜図１１Ｂに基づき説明する。尚、図４Ａ〜図１１Ａは上面図であり、図４Ｂ〜図１１Ｂは断面図である。
【００４３】
最初に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１の基板２０の第１の面２０ａの配線層となる金属層２２の上に、半導体チップ１０の第１の面１０ａに形成されているドレイン電極パッド１１を不図示のハンダ等により接合する。これにより、第１の基板２０の金属層２２と半導体チップ１０のドレイン電極パッド１１とが、電気的に接続される。この際用いられるハンダは、ＳｕＳｂ等を含むハンダであり、このハンダの接合温度は、約２５０℃である。
【００４４】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２及びゲート電極パッド１３が形成されている領域に開口部７１ａを有する樹脂層７１を形成する。樹脂層７１は、絶縁性を有する材料により形成される。具体的には、樹脂層７１が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成し、樹脂層７１を形成するための樹脂材料を塗布する。レジストパターンは、この樹脂材料をはじく材料により形成されており、レジストパターンの上に付着した樹脂材料ははじかれる。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去し、加熱を樹脂材料を硬化させることにより、絶縁性を有する樹脂層７１を形成する。この際用いられる樹脂材料は、例えば、エポキシ系樹脂であり、硬化温度は、約２００℃である。これにより、開口部７１ａを有する樹脂層７１を形成する。樹脂層７１は、開口部７１ａが形成される領域を除き、半導体チップ１０の全面を覆うとともに、半導体チップ１０の周囲の金属層２２の一部を覆っている。樹脂層７１は、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２及びゲート電極パッド１３と、略同じ高さとなるように形成する。
【００４５】
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ゲート電極パッド１３にゲート電極端子５０をハンダ等により接合する。これにより、ゲート電極パッド１３とゲート電極端子５０とが電気的に接続される。ゲート電極端子５０は細長い板状で形成されており、樹脂層７１の上に設置された状態で、一方の端部近傍がゲート電極パッド１３に接合されており、他方の端部が第１の基板２０の図示左側の端部近傍まで延びている。この際用いられるハンダは、ＳｕＣｕ等を含むハンダであり、このハンダの接合温度は、約２３０℃である。
【００４６】
次に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、樹脂層７１及び樹脂層７１の上のゲート電極端子５０の上に、樹脂層７２を形成する。樹脂層７２は、絶縁性を有する材料により形成される。具体的には、樹脂層７２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成し、樹脂層７２を形成するための樹脂材料を塗布する。レジストパターンは、この樹脂材料をはじく材料により形成されており、レジストパターンの上に付着した樹脂材料ははじかれる。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去し、加熱を樹脂材料を硬化させることにより、絶縁性を有する樹脂層７２を形成する。この際用いられる樹脂材料は、例えば、エポキシ系樹脂であり、硬化温度は、約２００℃である。これにより、樹脂層７１及び樹脂層７１の上のゲート電極端子５０の上に樹脂層７２を形成する。樹脂層７２の開口部７２ａは、ゲート電極端子５０の上を覆っているため、樹脂層７１の開口部７１ａよりも狭くなっており、樹脂層７２及び樹脂層７１の開口部７２ａ及び７１ａでは、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２が露出している。樹脂層７２は、半導体チップ１０の第２の面１０ｂからの高さが、３〜４ｍｍ程度となるように形成する。
【００４７】
次に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、樹脂層７２の上に枠部４１を接着する。枠部４１は、１５ｍｍ×２０ｍｍの開口部４１ａを有しており、平面視において、枠部４１の開口部４１ａに半導体チップ１０が位置するように、不図示の接着剤により樹脂層７２に接着する。枠部４１は、絶縁体であってもよく導電性を有する金属等により形成してもよい。
【００４８】
次に、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、枠部４１の開口部４１ａ内に、ソース導体部４０を形成する。具体的には、枠部４１の開口部４１ａ内に、ソース導体部４０を形成するための銀ペースト等の流動性を有する材料を流し込み、焼結させて固めることにより、ソース導体部４０を形成する。これにより、半導体チップ１０のソース電極パッド１２と電気的に接続されるソース導体部４０が形成される。このように形成されるソース導体部４０は、半導体チップ１０の上方を覆っており、平面視において、ソース導体部４０は、半導体チップ１０と重なっている。従って、平面視において、半導体チップ１０のゲート電極パッド１３もソース導体部４０と重なっている。形成されるソース導体部４０の高さは、１０〜２０ｍｍであるが、高さが低いと放熱には有利である。尚、枠部４１は除去してもよいが、実用上支障がなければ除去しなくともよい。
【００４９】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ソース導体部４０の上に、第２の基板３０の第１の面３０ａの金属層３２をハンダ等により接合する。これにより、ソース導体部４０と第２の基板３０の金属層３２とが電気的に接続され、ソース導体部４０を介し、半導体チップ１０のソース電極パッド１２と第２の基板３０の金属層３２とが電気的に接続される。この際の接合温度は、約１８０℃である。
【００５０】
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１の基板２０と第２の基板３０との間の空間を絶縁性を有する絶縁樹脂部７３により埋める。具体的には、絶縁樹脂部７３を形成するための流動性を有する樹脂材料を第１の基板２０と第２の基板３０との間に流し込み、約１４０℃の温度で加熱し硬化させることにより、絶縁樹脂部７３を形成する。絶縁樹脂部７３は、第１の基板２０と第２の基板３０との間を埋め込むように形成されるが、ゲート電極端子５０の一部は露出している。
【００５１】
以上の工程により、本実施形態における半導体モジュールを製造することができる。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態における半導体モジュールについて、図１２に基づき説明する。本実施形態における半導体モジュールは、半導体チップ１０のソース電極パッド１２の上に、ソース金属板１４０が接合されており、ソース金属板１４０の上にソース導体部４０が形成されている。従って、ソース電極パッド１２とソース金属板１４０とは電気的に接続されており、ソース金属板１４０とソース導体部４０とは電気的に接続されている。図１３は、本実施形態における半導体モジュールにおいて、第２の基板３０の側から平面視した半導体チップ１０とソース金属板１４０とソース導体部４０との位置関係を示すものである。尚、図１３では、便宜上、第２の基板３０、ゲート電極端子５０、樹脂層７２等は省略されている。ソース金属板１４０は、銅等により形成されており、半導体チップ１０のソース電極パッド１２よりも大きく、四角形の形状で形成されている。本実施形態においては、このようなソース金属板１４０を設けることにより、放熱効率の向上を図っている。
【００５３】
（半導体モジュールの製造方法）
次に、本実施形態における半導体モジュールの製造方法について、図１４Ａ〜図２１Ｂに基づき説明する。尚、図１４Ａ〜図２１Ａは上面図であり、図１４Ｂ〜図２１Ｂは断面図である。
【００５４】
最初に、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、第１の基板２０の第１の面２０ａの配線層となる金属層２２の上に、半導体チップ１０の第１の面１０ａに形成されているドレイン電極パッド１１を不図示のハンダ等により接合する。
【００５５】
次に、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２及びゲート電極パッド１３が形成されている領域に開口部７１ａを有する樹脂層７１を形成する。
【００５６】
次に、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、ゲート電極パッド１３にゲート電極端子５０をハンダ等により接合するとともに、ソース電極パッド１２にソース金属板１４０をハンダ等により接合する。
【００５７】
次に、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、樹脂層７１及び樹脂層７１の上のゲート電極端子５０の上に、樹脂層７２を形成する。
【００５８】
次に、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、樹脂層７２の上に開口部４１ａを有する枠部４１を接着する。
【００５９】
次に、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、枠部４１の開口部４１ａ内に、ソース導体部４０を形成する。これにより、ソース金属板１４０の上にソース導体部４０が形成される。
【００６０】
次に、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、ソース導体部４０の上に、第２の基板３０の第１の面３０ａの金属層３２をハンダ等により接合する。
【００６１】
次に、図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、第１の基板２０と第２の基板３０との間の空間を絶縁性を有する絶縁樹脂部７３により埋める。
【００６２】
以上の工程により、本実施形態における半導体モジュールを製造することができる。
【００６３】
尚、上記以外の内容については、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態における半導体モジュールについて、図２２に基づき説明する。本実施形態における半導体モジュールは、半導体チップ１０のソース電極パッド１２の上に、ソース補助端子２４０が接合されており、ソース補助端子２４０の上にソース導体部４０が形成されている。従って、ソース電極パッド１２とソース補助端子２４０とは電気的に接続されており、ソース補助端子２４０とソース導体部４０とは電気的に接続されている。尚、本願においては、ソース補助端子２４０を第２の電極端子と記載する場合がある。
【００６５】
図２３は、本実施形態における半導体モジュールにおいて、第２の基板３０の側から平面視した半導体チップ１０とゲート電極端子５０とソース補助端子２４０とソース導体部４０との位置関係を示すものである。尚、図２３では、便宜上、第２の基板３０、樹脂層７２等は省略されている。ソース補助端子２４０は、銅等により形成されており、半導体チップ１０のソース電極パッド１２よりも大きな形状で形成されている。ソース補助端子２４０は、ソース電極とは別に設けられており、大電流が流れる半導体チップにおいて、安定してゲート電圧を印加することができるように設けられている。ソース補助端子２４０は、ゲート電極端子５０と同様に、第１の基板２０と第２の基板３０との間において、第１の基板２０及び第２の基板３０と平行に設けられており、端部の一部が絶縁樹脂部７３より露出している。本実施形態においては、このようなソース補助端子２４０を設けることにより、放熱効率の向上とともに、半導体モジュールの安定化を図っている。
【００６６】
（半導体モジュールの製造方法）
次に、本実施形態における半導体モジュールの製造方法について、図２４Ａ〜図３１Ｂに基づき説明する。尚、図２４Ａ〜図３１Ａは上面図であり、図２４Ｂ〜図３１Ｂは断面図である。
【００６７】
最初に、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、第１の基板２０の第１の面２０ａの配線層となる金属層２２の上に、半導体チップ１０の第１の面１０ａに形成されているドレイン電極パッド１１を不図示のハンダ等により接合する。
【００６８】
次に、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、半導体チップ１０の第２の面１０ｂのソース電極パッド１２及びゲート電極パッド１３が形成されている領域に開口部７１ａを有する樹脂層７１を形成する。
【００６９】
次に、図２６Ａ及び図２６Ｂに示すように、ゲート電極パッド１３にゲート電極端子５０をハンダ等により接合するとともに、ソース電極パッド１２にソース補助端子２４０をハンダ等により接合する。
【００７０】
次に、図２７Ａ及び図２７Ｂに示すように、樹脂層７１及び樹脂層７１の上のゲート電極端子５０の上に、樹脂層７２を形成する。
【００７１】
次に、図２８Ａ及び図２８Ｂに示すように、樹脂層７２の上に開口部４１ａを有する枠部４１を接着する。
【００７２】
次に、図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、枠部４１の開口部４１ａ内に、ソース導体部４０を形成する。これにより、ソース金属板１４０の上にソース導体部４０が形成される。
【００７３】
次に、図３０Ａ及び図３０Ｂに示すように、ソース導体部４０の上に、第２の基板３０の第１の面３０ａの金属層３２をハンダ等により接合する。
【００７４】
次に、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、第１の基板２０と第２の基板３０との間の空間を絶縁性を有する絶縁樹脂部７３により埋める。
【００７５】
以上の工程により、本実施形態における半導体モジュールを製造することができる。
【００７６】
尚、上記以外の内容については、第１の実施形態と同様である。
【００７７】
以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０        半導体チップ
１０ａ      第１の面
１０ｂ      第２の面
１１        ドレイン電極パッド
１２        ソース電極パッド
１３        ゲート電極パッド
２０        第１の基板
２０ａ      第１の面
２０ｂ      第２の面
２１        絶縁体基板
２２        金属層
２３        金属層
３０        第２の基板
３０ａ      第１の面
３０ｂ      第２の面
３１        絶縁体基板
３２        金属層
３３        金属層
４０        ソース導体部
４０ａ      一方の側
４０ｂ      他方の側
４１        枠部
４１ａ      開口部
５０        ゲート電極端子
７１        樹脂層
７１ａ      開口部
７２        樹脂層
７２ａ      開口部
７３        絶縁樹脂部
１４０      ソース金属板
２４０      ソース補助端子
９１０      半導体チップ
９１０ａ    第１の面
９１０ｂ    第２の面
９１１      ドレイン電極パッド
９１２      ソース電極パッド
９１３      ゲート電極パッド
９２０      回路基板
９２０ａ    第１の面
９２０ｂ    第２の面
９２１      絶縁体基板
９２２ａ    配線層
９２２ｂ    配線層
９２２ｃ    配線層
９２３      放熱層
９３１      ボンディングワイヤ
９３２      ボンディングワイヤ
９４１      電極端子
９４２      電極端子
９７０      樹脂材料
【図１】
2019087540.tif 000003
【図２】
2019087540.tif 000004
【図３】
2019087540.tif 000005
【図４Ａ】
2019087540.tif 000006
【図４Ｂ】
2019087540.tif 000007
【図５Ａ】
2019087540.tif 000008
【図５Ｂ】
2019087540.tif 000009
【図６Ａ】
2019087540.tif 000010
【図６Ｂ】
2019087540.tif 000011
【図７Ａ】
2019087540.tif 000012
【図７Ｂ】
2019087540.tif 000013
【図８Ａ】
2019087540.tif 000014
【図８Ｂ】
2019087540.tif 000015
【図９Ａ】
2019087540.tif 000016
【図９Ｂ】
2019087540.tif 000017
【図１０Ａ】
2019087540.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019087540.tif 000019
【図１１Ａ】
2019087540.tif 000020
【図１１Ｂ】
2019087540.tif 000021
【図１２】
2019087540.tif 000022
【図１３】
2019087540.tif 000023
【図１４Ａ】
2019087540.tif 000024
【図１４Ｂ】
2019087540.tif 000025
【図１５Ａ】
2019087540.tif 000026
【図１５Ｂ】
2019087540.tif 000027
【図１６Ａ】
2019087540.tif 000028
【図１６Ｂ】
2019087540.tif 000029
【図１７Ａ】
2019087540.tif 000030
【図１７Ｂ】
2019087540.tif 000031
【図１８Ａ】
2019087540.tif 000032
【図１８Ｂ】
2019087540.tif 000033
【図１９Ａ】
2019087540.tif 000034
【図１９Ｂ】
2019087540.tif 000035
【図２０Ａ】
2019087540.tif 000036
【図２０Ｂ】
2019087540.tif 000037
【図２１Ａ】
2019087540.tif 000038
【図２１Ｂ】
2019087540.tif 000039
【図２２】
2019087540.tif 000040
【図２３】
2019087540.tif 000041
【図２４Ａ】
2019087540.tif 000042
【図２４Ｂ】
2019087540.tif 000043
【図２５Ａ】
2019087540.tif 000044
【図２５Ｂ】
2019087540.tif 000045
【図２６Ａ】
2019087540.tif 000046
【図２６Ｂ】
2019087540.tif 000047
【図２７Ａ】
2019087540.tif 000048
【図２７Ｂ】
2019087540.tif 000049
【図２８Ａ】
2019087540.tif 000050
【図２８Ｂ】
2019087540.tif 000051
【図２９Ａ】
2019087540.tif 000052
【図２９Ｂ】
2019087540.tif 000053
【図３０Ａ】
2019087540.tif 000054
【図３０Ｂ】
2019087540.tif 000055
【図３１Ａ】
2019087540.tif 000056
【図３１Ｂ】
2019087540.tif 000057
【国際調査報告】
2019087540.tif 000058
2019087540.tif 000059