(57)【要約】  半導体装置（１）が、第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップ（２）を備えるとともに、前記第１の主面に対向配置された放熱板（３）と、前記第１の主面と前記放熱板（３）との間に配置されて、前記半導体チップ（２）に電気的に接続する第１電極（５）と、前記第２の主面に対向配置された圧接部材（４）と、前記第２の主面と前記圧接部材（４）との間に配置されて、前記半導体チップ（２）に電気的に接続する第２電極（６）と、前記放熱板（３）と前記半導体チップ（２）のそれぞれに前記第１電極（５）を圧接させ、かつ前記圧接部材（４）と前記半導体チップ（２）のそれぞれに前記第２電極（６）を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、を備える。
2013121691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップと、
前記第１の主面に対向配置された放熱板と、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第１電極と、
前記第２の主面に対向配置された圧接部材と、
前記第２の主面と前記圧接部材との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第２電極と、
前記放熱板と前記半導体チップのそれぞれに前記第１電極を圧接させ、かつ前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに前記第２電極を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第１電極の前記半導体チップに接触する部分の表面粗さが、前記半導体チップの前記第１電極に接触する部分の表面粗さよりも粗い請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱板と前記第１電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面に対向する面を持ち、その前記第１の主面に対向する前記第１電極の面の面積が、前記第１の主面の面積よりも大きく、
前記第１の主面に対向する前記第１電極の面に投影された前記第１の主面の外周から、前記第１の主面に対向する前記第１電極の面がはみ出すように、前記半導体チップが配置されている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記放熱板が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第１凹部を持ち、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置される前記第１電極の少なくとも一部が、前記１凹部に入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第２凹部を持ち、
前記第２凹部に前記半導体チップの一部が入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記圧接部材が第２の放熱板である請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の放熱板と前記第２電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記第２の放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２の放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項７記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２の放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記圧接部材と前記半導体チップとの間の、前記第２電極とは異なる場所に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続するとともに、前記圧力発生機構によって、前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに圧接される第３電極をさらに備え、
前記第２電極に付与される圧力が、前記第３電極に付与される圧力よりも大きくなるように、前記圧力発生機構が圧力を発生させる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体チップが、表面電極として、前記第２の主面に形成されたエミッタ電極、ソース電極またはアノード電極を持ち、
前記第２電極が、前記エミッタ電極、ソース電極またはアノード電極に電気的に接続し、
前記圧力発生機構によって前記第２電極に付与される圧力が、０．５ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ未満である
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１５】
放熱板上に第１電極を配置する工程と、
前記第１電極上に半導体チップを配置する工程と、
前記半導体チップ上に第２電極を配置する工程と、
前記第２電極上に圧接部材を配置する工程と、
前記放熱板および前記圧接部材から前記半導体チップへ向けて圧力を付与して、前記第１電極を前記半導体チップに圧接するとともに、前記第２電極を前記半導体チップに圧接する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にＩＧＢＴモジュールやパワーＭＯＳＦＥＴモジュール等の大電力半導体装置（パワーモジュール）に適用されることが可能な半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１はパワーモジュールを開示している。そのパワーモジュールは、パワー素子（半導体チップ）の一方の主面（下面）が、半田によってヒートスプレッダに固着される一方で、そのパワー素子の他方の主面（上面）に形成されている表面電極が、半田によってリードフレームのインナーリードに直接固着された構造を有している。【０００３】
図３５は、非特許文献１に開示されているパワーモジュール１０１の構造の概略を示す断面図である。そのパワーモジュール１０１においては、パワー素子１０２の上面に形成されている表面電極（図示せず）が、半田層１０４によって主端子１０３に直接固着されている。また、パワー素子１０２の上面に形成されている他の表面電極（図示せず）は、ワイヤ（金属細線）１０６を介して制御端子１０５に電気的かつ機械的に接続されている。パワー素子１０２の下面は、半田層１０７を介してヒートスプレッダ（金属ブロック）１０８に固着されている。そのヒートスプレッダ１０８の下面が、絶縁性樹脂から成る絶縁シート１０９を介して、金属層１１０に固着されている。また、パワーモジュール１０１の各構成要素はモールド樹脂１１１によって封止されている。そのモールド樹脂１１１の外形から、主端子１０３の一部分と制御端子１０５の一部分がそれぞれ突出している。【０００４】
特許文献１は、他のパワーモジュールを開示している。そのパワーモジュールは、半導体チップと放熱板との間に、セラミック等の絶縁材から成る絶縁基板が配置された構造を有している。【０００５】
図３６は、特許文献１に開示されているパワーモジュール２０１の構造の概略を示す断面図である。このパワーモジュール２０１においては、絶縁基板２０３の一方の面（上面）に導電体２０３ａが形成されており、半導体チップ２０２が、その導電体２０３ａの表面に、半田層２０４によって固定されている。絶縁基板２０３は、セラミック等の絶縁材から成る。また、絶縁基板２０３の他方の面（下面）にも導電体２０３ｂが形成されている。この導電体２０３ｂの表面が、半導体チップ２０２の下方に配置された放熱板２０５に、半田層２０６によって固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２３３８６号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】菊池正雄、外４名、「ダイレクトリード接合型  大容量パワーモジュール」、三菱電機技報、２０１０年４月、８４巻、第４号、ｐ．２３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パワーモジュールに搭載される半導体チップの材料は、Ｓｉ（シリコン）が一般的である。一方、近年、ＳｉＣ（炭化珪素）製またはＧａＮ（窒化ガリウム）製の半導体チップが開発されてきている。このＳｉＣ製またはＧａＮ製の半導体チップの特長の１つは、その温度が高温になっても動作が可能なことである。詳しくは、Ｓｉ製の半導体チップは、その温度が１５０°Ｃを超えると動作できない。これに対して、ＳｉＣ製またはＧａＮ製の半導体チップは、その温度が３００°Ｃ以上の高温になっても動作が可能である。そのため、ＳｉＣ製またはＧａＮ製の半導体チップが搭載されるパワーモジュールには、Ｓｉ製の半導体チップが搭載されるパワーモジュールと比べて高温に対応することが求められる。【０００９】
しかしながら、上記した非特許文献１および特許文献１にそれぞれ開示されているパワーモジュールの構造では、高温に対応することができない。【００１０】
具体的には、上記した非特許文献１に開示されているパワーモジュール１０１の構造において、パワー素子１０２の材料がＳｉＣの場合、パワー素子１０２の熱膨張係数は３〜４ｐｐｍ／°Ｃとなる。一方、主端子１０３及びヒートスプレッダ１０８の材料が共に銅（Ｃｕ）の場合、主端子１０３及びヒートスプレッダ１０８の熱膨張係数は共に１７ｐｐｍ／°Ｃとなる。このため、パワー素子１０２の温度変化に伴う応力が、主端子１０３とパワー素子１０２とを接合する半田層（接合部）１０４と、ヒートスプレッダ１０８とパワー素子１０２とを接合する半田層（接合部）１０７にそれぞれ発生する。その応力は、パワー素子１０２の温度が高くなる程、大きくなる。したがって、それらの接合部（半田層１０４、１０７）がそれぞれ受ける応力負荷は、パワー素子１０２の温度幅が大きい程、大きくなる。よって、パワー素子１０２の材料がＳｉＣであり、パワーモジュール１０１の動作中に、パワー素子１０２の温度がＳｉ製の半導体チップに比べて高温になる場合、接合部に応力が繰り返し発生することにより、接合部が破壊されて、接続不良が発生する、あるいは熱抵抗が悪化するといった問題が起こる可能性がある。【００１１】
また、上記した特許文献１に開示されているパワーモジュール２０１の構造において、放熱板２０５の材料が銅（Ｃｕ）の場合、その放熱板２０５の熱膨張係数は１７ｐｐｍ／°Ｃとなる。一方、絶縁基板２０３の材料が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合、その絶縁基板２０３の熱膨張係数は４ｐｐｍ／°Ｃとなる。このため、半導体チップ２０２の温度変化に伴う応力が、絶縁基板２０３と放熱板２０５とを接合する半田層（接合部）２０６に発生する。その応力は、半導体チップ２０２の温度が高くなる程、大きくなる。したがって、接合部（半田層２０６）が受ける応力負荷は、半導体チップ２０２の温度幅が大きい程、大きくなる。よって、半導体チップ２０２の材料が例えばＳｉＣであり、パワーモジュール２０１の動作中に、半導体チップ２０２の温度がＳｉ製の半導体チップに比べて高温になる場合、接合部に応力が繰り返し発生することにより、接合部が破壊されて、熱抵抗が悪化するといった問題が起こる可能性がある。【００１２】
本発明の目的の一つは、半導体チップの温度幅が大きい場合でも信頼性が高い半導体装置を提供することである。また、本発明の目的の一つは、半導体チップの温度幅が大きい場合でも信頼性が高い半導体装置を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体装置の一側面は、第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップと、前記第１の主面に対向配置された放熱板と、前記第１の主面と前記放熱板との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第１電極と、前記第２の主面に対向配置された圧接部材と、前記第２の主面と前記圧接部材との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第２電極と、前記放熱板と前記半導体チップのそれぞれに前記第１電極を圧接させ、かつ前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに前記第２電極を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、を備えることである。【００１４】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第１電極の前記半導体チップに接触する部分の表面粗さが、前記半導体チップの前記第１電極に接触する部分の表面粗さよりも粗いことである。【００１５】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記放熱板と前記第１電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、前記放熱板の材料が銅またはアルミニウムであることである。【００１６】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面に対向する面を持ち、その前記第１の主面に対向する前記第１電極の面の面積が、前記第１の主面の面積よりも大きく、前記第１の主面に対向する前記第１電極の面に投影された前記第１の主面の外周から、前記第１の主面に対向する前記第１電極の面がはみ出すように、前記半導体チップが配置されていることである。【００１７】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記放熱板が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第１凹部を持ち、前記第１の主面と前記放熱板との間に配置される前記第１電極の少なくとも一部が、前記１凹部に入り込んでいることである。【００１８】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第２凹部を持ち、前記第２凹部に前記半導体チップの一部が入り込んでいることである。【００１９】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記圧接部材が第２の放熱板であることである。【００２０】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第２の放熱板と前記第２電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、前記第２の放熱板の材料が銅またはアルミニウムであることである。【００２１】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックであることである。【００２２】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナであることである。【００２３】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第２の放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックであることである。【００２４】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記第２の放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナであることである。【００２５】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記圧接部材と前記半導体チップとの間の、前記第２電極とは異なる場所に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続するとともに、前記圧力発生機構によって、前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに圧接される第３電極をさらに備え、前記第２電極に付与される圧力が、前記第３電極に付与される圧力よりも大きくなるように、前記圧力発生機構が圧力を発生させることである。【００２６】
本発明の半導体装置の他の側面は、前記半導体チップが、表面電極として、前記第２の主面に形成されたエミッタ電極、ソース電極またはアノード電極を持ち、前記第２電極が、前記エミッタ電極、ソース電極またはアノード電極に電気的に接続し、前記圧力発生機構によって前記第２電極に付与される圧力が、０．５ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ未満であることである。【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法の一側面は、放熱板上に第１電極を配置する工程と、前記第１電極上に半導体チップを配置する工程と、前記半導体チップ上に第２電極を配置する工程と、前記第２電極上に圧接部材を配置する工程と、前記放熱板および前記圧接部材から前記半導体チップへ向けて圧力を付与して、前記第１電極を前記半導体チップに圧接するとともに、前記第２電極を前記半導体チップに圧接する工程と、を具備することである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、半導体チップとその半導体チップに電気的に接続する電極との間の接続の信頼性が向上する。よって、信頼性の高い半導体装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の構造例の概略を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の構造例の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の構造例の概略を示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の構造例の概略を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第３の構造例の概略を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第４の構造例の概略を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第５の構造例の概略を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第６の構造例の概略を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第７の構造例の概略を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第８の構造例の概略を示す断面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第１の構成例の概略を示す平面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第１の構成例の概略を示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第２の構成例の概略を示す平面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第２の構成例の概略を示す断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第２の構成例の概略を他の方向から示す断面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第３の構成例の概略を示す平面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第３の構成例の概略を示す断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施の形態に係る半導体装置が備える圧力発生機構の第３の構成例の概略を他の方向から示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第９の構造例の概略を示す断面図である。
【図１４Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１０の構造例の概略を示す平面図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１０の構造例の概略を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１１の構造例の概略を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１２の構造例の概略を示す断面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１３の構造例の概略を示す平面図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１３の構造例の概略を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１４の構造例の概略を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１５の構造例の概略を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１６の構造例の概略を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る半導体装置における圧接力と接続抵抗値の関係を示すグラフである。
【図２２Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の一構造例の概略を示す断面図であり、半導体チップの下面に配置される電極の面積がその半導体チップの下面の面積よりも広い構造の一例を示す。
【図２２Ｂ】図２２Ａに示す構造の比較例として、半導体チップの下面に配置される電極の面積がその半導体チップの下面の面積より狭い半導体装置の一構造例の概略を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図２４Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１７の構造例の概略を示す断面図である。
【図２４Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１８の構造例の概略を示す断面図である。
【図２５Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１９の構造例の概略を示す断面図である。
【図２５Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２０の構造例の概略を示す断面図である。
【図２６Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２１の構造例の概略を示す断面図である。
【図２６Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２２の構造例の概略を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２３の構造例の概略を示す断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２４の構造例の概略を示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２５の構造例の概略を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２６の構造例の概略を示す断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２７の構造例の概略を示す断面図である。
【図３２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２８の構造例の概略を示す断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例の概略を示す工程別断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他の一例の概略を示す工程別断面図である。
【図３５】既知のパワーモジュールの構造の概略を示す断面図である。
【図３６】他の既知のパワーモジュールの構造の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、パワーモジュール（大電力半導体装置またはパワー半導体装置）を例にして、図面を参照しながら説明する。但し、説明の簡潔化のため、実質的に同一の構成要素には同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を模式的に示す。図示された各構成要素の寸法（厚みや長さ等）、形状等は図面作成の都合上から、実際とは異なる。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の材質や形状、個数、寸法等は一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３１】
まず、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を用いて、本実施の形態の半導体装置（パワーモジュール）１の概要について説明する。図１Ａは本実施の形態の半導体装置１の構造例の概略を示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。但し、図１Ａは、圧接部材の一例である上側放熱板４を図示していない。図２は本実施の形態の半導体装置１の構造例の概略を示す正面図である。図２は、上側放熱板４を仮想線（二点鎖線）で示している。
【００３２】
図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すように、半導体装置１は、半導体チップ２を備える。この実施の形態において、半導体チップ２は、パワー半導体チップである。
【００３３】
また、半導体装置１は、半導体チップ２の下側に配置される下側放熱板（第１の放熱板）３と、半導体チップ２の上側に配置される上側放熱板（第２の放熱板）４と、を備える。したがって、上側放熱板４は下側放熱板３に対向配置されており、半導体チップ２は下側放熱板３と上側放熱板４との間に配置されている。放熱板３、４の材料は、好適には、熱伝導率の高い高熱伝導材料である。半導体装置１は、さらに、第１電極５、第２電極６および第３電極７を備える。
【００３４】
第１電極５は、半導体チップ２の第１の主面（下面）に対向する下側放熱板３の上面に配置されている。この第１電極５は、下側放熱板３に接触する圧接部５ａと、その圧接部５ａから突出する突出部５ｂを有する。この第１電極５の圧接部５ａの上面に半導体チップ２が配置される。圧接部５ａの上面は、下側放熱板３に対向する圧接部５ａ（第１電極５）の下面とは反対側の面である。したがって第１電極５は、半導体チップ２と下側放熱板３との間に配置されている。
【００３５】
第１電極５の突出部５ｂは、半導体チップ２の投影領域から外れた所定の位置から上側放熱板４へ向けて突出している。この第１電極５の突出部５ｂは、上側放熱板４の上面から突出するように、第１電極５の圧接部５ａから伸びている。上側放熱板４の上面は、半導体チップ２に対向する上側放熱板４の下面とは反対側の面である。したがって上側放熱板４は、第１電極５の突出部５ｂを挿入することが可能な穴部（図示せず）を有している。
【００３６】
また、第１電極５の圧接部５ａは、半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極（図示せず）に対向して配置されており、その図示しない第１表面電極に電気的に導通している。半導体チップ１の下面に形成されている図示しない第１表面電極は、例えば、半導体チップ１の下面のほぼ全面に形成されたベタ電極であってもよい。第１電極５の圧接部５ａは、図示しない圧力発生機構によって半導体チップ２と下側放熱板３のそれぞれに圧接されて、それらに接触接合している。図示しない圧力発生機構は、第１電極５の圧接部５ａを半導体チップ２と下側放熱板３のそれぞれに圧接接合させる圧力を発生させる。
【００３７】
第２電極６と第３電極７は、半導体チップ２の上面（第２の主面）の異なる場所に配置される。半導体チップ２の上面は、半導体チップ２の第１の主面（下面）とは反対側の面である。この半導体装置１においては、半導体チップ２の上面に投影された各電極６、７の領域のそれぞれの中心が、いずれも半導体チップ２の上面の中心から外れて位置している。これらの電極６、７も、半導体チップ２の下面に配置される第１電極５と同様に、半導体チップ２に接触する圧接部６ａ、７ａと、その圧接部６ａ、７ａから突出する突出部６ｂ、７ｂを有する。
【００３８】
これらの電極６、７の圧接部６ａ、７ａの上面に上側放熱板４が配置される。圧接部６ａ、７ａの上面は、半導体チップ２に対向する圧接部６ａ、７ａ（電極６、７）の下面とは反対側の面である。したがって第２電極６と第３電極７は共に、半導体チップ２と上側放熱板４との間に配置されており、半導体チップ２の上面に対向配置された上側放熱板４は、半導体チップ２の下面に対向配置された下側放熱板３と共に、半導体チップ２と、複数の電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａを挟み、それらを保持している。
【００３９】
第２電極６の突出部６ｂは、上側放熱板４の上面から突出するように、第２電極６の圧接部６ａから伸びている。同様に、第３電極７の突出部７ｂも、上側放熱板４の上面から突出するように、第３電極７の圧接部７ａから伸びている。したがって、上側放熱板４は、第２電極６の突出部６ｂを挿入することが可能な穴部（図示せず）と、第３電極７の突出部７ｂを挿入することが可能な穴部を有している。
【００４０】
また、第２電極６の圧接部６ａは、半導体チップ２の上面に形成されている第２表面電極８に対向して配置されており、その第２表面電極８に電気的に導通している。同様に、第３電極７の圧接部７ａは、半導体チップ２の上面に形成されている第３表面電極９に対向して配置されており、その第３表面電極９に電気的に導通している。第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａは共に、図示しない圧力発生機構によって半導体チップ２と上側放熱板４のそれぞれに圧接されて、それらに接触接合している。図示しない圧力発生機構は、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａを共に、半導体チップ２と上側放熱板４のそれぞれに圧接接合させる圧力を発生させる。
【００４１】
この半導体装置１では、半導体チップ２の第２の主面（上面）に形成されている第２表面電極８の面積が、その第２表面電極８に接触する第２電極６の圧接部６ａの面積（第２電極６の投影面積）よりも大きく、第２表面電極８は、少なくとも一方向において第２電極６の圧接部６ａからはみ出している。この構成により、第２電極６の圧接部６ａと半導体チップ２が相対的に摺動しても（滑っても）、半導体チップ２の第２表面電極８と第２電極６との間の電気的導通が保たれる。
【００４２】
この実施の形態では、半導体装置１は、半導体チップ２の第２表面電極８に第２電極６が接触する構造を有している。しかし、半導体装置の構造は、その構造に限られない。例えば、半導体チップ２の第２表面電極８にめっき処理が施されて、高さが例えば４μｍ程度の突起状電極が第２表面電極８上に形成されてもよい。具体的には、半導体チップ２の第２表面電極８が例えばＡｌ（アルミニウム）から成る場合には、第２表面電極８にＮｉめっきが施されてもよい。または、Ｎｉめっきが施された後に、さらにＡｕフラッシュめっきが施されてもよい。このように半導体チップ２の第２表面電極８上に突起状電極が形成されることにより、第２電極６の圧接部６ａの面積が、第２表面電極８の面積よりも大きい場合と小さい場合のいずれにおいても、第２電極６の圧接部６ａと半導体チップ２が相対的に摺動したときの、第２表面電極８と第２電極６との間の電気的導通を保つことが可能となる。
【００４３】
また、この半導体装置１では、半導体チップ２の第２の主面（上面）に形成されている第３表面電極９が、少なくとも一方向において、その第３表面電極９に接触する第３電極７の圧接部７ａからはみ出している。一方、第３電極７の圧接部７ａも、少なくとも一方向において第３表面電極９からはみ出している。このように、半導体チップの表面電極から、その表面電極に電気的に接続する電極がはみ出す場合には、半導体チップの表面電極上に突起状電極を形成する必要がある。この半導体装置１では、半導体チップ２の第３表面電極９上に、めっき処理によって、図示しない突起状電極が形成されており、そのめっき処理によって形成された図示しない突起状電極上に、第３電極７の圧接部７ａが配置されている。この構成により、第３電極７の圧接部７ａと半導体チップ２が相対的に摺動しても（滑っても）、半導体チップ２の第３表面電極９と第３電極７との間の電気的導通が保たれる。このように第３表面電極９上に突起状電極が形成される場合には、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａのそれぞれの上面の高さを揃えるために、第２電極６の圧接部６ａが電気的に接続する半導体チップ２の第２表面電極８上にも、めっき処理等によって突起状電極を形成するのが好適である。
【００４４】
この実施の形態では、半導体チップ２の上面に２個の電極６、７が配置された構造を持つ半導体装置１について説明する。しかし、本発明はこの構造に限定されるものではない。半導体チップ２の各主面には、一つ以上の電極が配置されていればよい。
【００４５】
また、この実施の形態では、半導体チップ２を介して下側放熱板３に対向配置される圧接部材として上側放熱板４を使用する半導体装置１について説明する。しかし、圧接部材は、放熱板、つまり熱伝導性を有する部材に限定されるものではない。圧接部材は、少なとも、半導体チップ２に電気的に接続する電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａを、下側放熱板３と共に半導体チップ２に圧接して、それらを保持する役目と、電気的絶縁を保つ役目を果たす部材であればよい。
【００４６】
この半導体装置１では、図示しない圧力発生機構が、下側放熱板３と上側放熱板４との間で半導体チップ２を保持するための圧力を発生させる。そして、その圧力によって、第１電極５の圧接部５ａと下側放熱板３との圧接接合、第１電極５の圧接部５ａと半導体チップ２との圧接接合、第２電極６の圧接部６ａおよび第３電極７の圧接部７ａと半導体チップ２との圧接接合、並びに、第２電極６の圧接部６ａおよび第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との圧接接合が実現される。また、これらの圧接接合によって、半導体チップ２、第１電極５、第２電極６および第３電極７の位置関係が保持される。
【００４７】
続いて、この半導体装置１の各構成要素について詳しく説明する。
【００４８】
まず、半導体チップ２について説明する。パワーモジュールに使用される半導体チップは、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどのパワー半導体チップが代表的である。近年は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）製またはＧａＮ（窒化ガリウム）製のパワー半導体チップが開発されている。パワー半導体チップの構造は、縦型、横型に分類される。この実施の形態では、半導体チップ２が縦型パワーＭＯＳＦＥＴである場合について説明する。
【００４９】
半導体チップ２が縦型パワーＭＯＳＦＥＴである場合、この実施の形態の半導体装置１において、半導体チップ２の下面（第１の主面）に形成されている第１表面電極は、ドレイン電極である。そのドレイン電極が、半導体チップ２の下面に配置された第１電極５と電気的に接続する。また、半導体チップ２の上面（第２の主面）に形成されている第２表面電極８と第３表面電極９は、それぞれ、ソース電極とゲート電極である。したがって、ソース電極８が第２電極６と電気的に接続し、ゲート電極９が第３電極７と電気的に接続する。
【００５０】
なお、この実施の形態の半導体装置１において、半導体チップ２がＩＧＢＴの場合には、半導体チップ２の下面に形成される第１表面電極は、コレクタ電極であり、半導体チップ２の上面に形成される第２表面電極８と第３表面電極９は、それぞれ、エミッタ電極とゲート電極であり、エミッタ電極８が第２電極６と電気的に接続し、ゲート電極９が第３電極７と電気的に接続する。
【００５１】
また、この実施の形態の半導体装置１において、半導体チップ２がバイポーラトランジスタの場合には、半導体チップ２の下面に形成される第１表面電極は、コレクタ電極であり、半導体チップ２の上面に形成される第２表面電極８と第３表面電極９は、それぞれ、エミッタ電極とベース電極であり、エミッタ電極８が第２電極６と電気的に接続し、ベース電極９が第３電極７と電気的に接続する。
【００５２】
半導体チップがダイオードの場合には、半導体チップの一方の主面にカソード電極が表面電極として形成され、半導体チップの他方の主面にアノード電極が表面電極として形成される。このように半導体チップがダイオードの場合には、半導体チップの両主面にそれぞれ１個の表面電極が形成される。したがって、この場合、それらの主面にはそれぞれ１個の電極が配置される。
【００５３】
続いて、第１電極５、第２電極６および第３電極７について説明する。各電極５〜７は、電流を流す、所定の電圧を保つなどの電気的な役割を果たす部材である。
【００５４】
半導体チップ２に電気的に接続する電極５〜７の材料は、一般的には銅である。しかし、電極５〜７の材質は銅に限定されるものではない。電極５〜７の材質は、ニッケル、アルミニウム等であってもよい。あるいは、銅等から成る基材にニッケルめっきが施された電極が使用されてもよい。または、銅等から成る基材にニッケルめっきが施され、そのニッケルめっき上にさらに銀めっき又は金めっきが施された電極が使用されてもよい。銅等から成る基材にニッケルめっき等が施されることにより、電極は酸化し難くなる。また、ニッケルめっき上にさらに銀めっき又は金めっきが施されることにより、電極の酸化がより一層起こり難くなる。
【００５５】
また、上記したように、電極５〜７は、半導体装置１の外形の外部へと伸びる突出部５ｂ〜７ｂを有している。これらの突出部５ｂ〜７ｂは、異なる場所から、互いに接触することがないように伸びている。また、各突出部５ｂ〜７ｂがそれぞれ挿入される上側放熱板４の各穴部の断面積は、可能な限り小さいほうがよい。この半導体装置１では、各突出部５ｂ〜７ｂは、上側放熱板４に対して垂直方向に伸びている。このようにすれば、上側放熱板４の各穴部の断面積の増加が抑制されるので、上側放熱板４の放熱特性が向上する。
【００５６】
なお、第１電極５、第２電極６および第３電極７が、それぞれ、上側放熱板４の上面から突出する突出部の代わりに、下側放熱板３の下面から突出する突出部を有し、上側放熱板４の代わりに下側放熱板３が、各突出部をそれぞれ挿入することが可能な各穴部を有しても構わない。下側放熱板３の下面は、下側放熱板３の上面とは反対側の面である。
【００５７】
続いて、下側放熱板３および上側放熱板４について説明する。放熱板３および４は、第１電極５、第２電極６および第３電極７を半導体チップ２に圧接して、それらを保持する役目と、半導体チップ２の熱を効率よく放熱する役目と、電気的絶縁を保つ役目を果たす部材である。
【００５８】
放熱板３および４の材料は、熱伝導率の高い絶縁性無機材料が好適である。具体的には、放熱板３および４の材料として、ダイヤモンドが使用されてもよい。または、放熱板３および４の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックが使用されてもよい。
【００５９】
但し、放熱板３、４の材料として熱伝導率のよい金属が使用されて、放熱板３、４と電極５〜７との間が絶縁要素によって絶縁されてもよい。以下、放熱板３、４と電極５〜７との間が絶縁要素によって絶縁された構造を持つ半導体装置１について、図３〜図９を用いて説明する。
【００６０】
図３および図４は本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略をそれぞれ示す断面図である。図３および図４に示す半導体装置１においては、絶縁要素の一例である絶縁層１０ａが、下側放熱板３の上面と、上側放熱板４の下面に形成されている。さらに、各電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂが挿入される上側放熱板４の各穴部の内面にも、絶縁層１０ａが形成されている。下側放熱板３の上面に形成された絶縁層１０ａは、第１電極５の圧接部５ａと下側放熱板３との間を絶縁する。同様に、上側放熱板４の下面に形成された絶縁層１０ａは、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との間を絶縁するとともに、第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との間を絶縁する。これにより、放熱板３、４と電極５〜７との間の電気的絶縁が保たれる。したがって、放熱板３および４の基材として、アルミニウムや銅などから成る金属部材を使用することが可能となる。
【００６１】
絶縁層１０ａの材質は、熱伝導が高い無機材料が好適である。例えば、絶縁層１０ａの材質として、アルミニウムの陽極酸化膜（アルマイト）、ダイヤモンド薄膜、セラミック溶射による形成される膜、ダイヤモンドライクカーボンなどが使用されてもよい。
【００６２】
例えば、絶縁層１０ａの材質としてアルマイトが選択された場合、絶縁層１０ａの膜厚は、１０μｍ〜１００μｍ程度にすればよい。絶縁層１０ａがアルマイトから成る場合、絶縁層１０ａの絶縁性を向上させるために、封孔処理を実施するのが好適である。アルマイト処理に用いられる電解質液は、蓚酸をベースとする電解質液が好ましい。絶縁層１０ａの被膜が壊れ難くなり、絶縁性が向上するためである。また、アルマイトの表面が樹脂膜によってコーティングされてもよい。これにより、絶縁層１０ａの絶縁性が更に高まる。絶縁層１０ａをコーティングする樹脂膜の膜厚は、１μｍ〜２０μｍ程度にすればよい。樹脂層１０ａをコーティングする樹脂膜を形成する方法としては、例えば、アルマイト処理の後にアルマイトの表面にフッ素含有樹脂を電着させる方法を採用することが可能である。
【００６３】
このように金属から成る放熱板に無機材料から成る絶縁層１０ａが形成された構造を持つ半導体装置１は、熱伝導率のよい絶縁性無機材料から成る放熱板を使用する半導体装置１よりも、熱伝導性が高く、かつ、安価に製造することが可能である。
【００６４】
下側放熱板３の上面に形成される絶縁層１０ａの面積は、第１電極５の圧接部５ａから下側放熱板３へ効率よく放熱されるように、第１電極５の圧接部５ａの面積（第１電極５の投影面積）よりも広くするのが好適である。また、このように下側放熱板３の上面に形成される絶縁層１０ａの面積が第１電極５の圧接部５ａの面積よりも広いことにより、下側放熱板３と第１電極５の圧接部５ａとの間が確実に絶縁される。一方、上側放熱板４の下面に形成される絶縁層１０ａの面積は、主に第２電極６の圧接部６ａから上側放熱板４へ効率よく放熱されるように、例えば、半導体チップ２の上面の面積より広くしてもよい。また、このように上側放熱板４の下面に形成される絶縁層１０ａの面積が半導体チップ２の上面の面積よりも広いことにより、各電極６、７の圧接部６ａ、７ａと上側放熱板４との間が確実に絶縁される。
【００６５】
図４に示す半導体装置１は、半導体チップ２に対向する各放熱板３、４の上面または下面に対する各絶縁層１０ａの面積の割合が図３に示す半導体装置１と異なる。具体的には、図４に示す半導体装置１における絶縁層１０ａの面積の割合は、図３に示す半導体装置１における絶縁層１０ａの面積の割合よりも大きい。したがって、図３に示す半導体装置１の寸法と図４に示す半導体装置１の寸法が同等の場合、図４に示す半導体装置１の各放熱板３、４の上面または下面に形成される各絶縁層１０ａの面積は、図３に示す半導体装置１の各放熱板３、４の上面または下面に形成される各絶縁層１０ａの面積に比べて大きくなる。一方、図４に示すように、下側放熱板３の上面の全面または略全面に絶縁層１０ａを形成し、上側放熱板４の下面の全面または略全面に絶縁層１０ａを形成する方が、図３に示すように各放熱板３、４の上面または下面に部分的に各絶縁層１０ａを形成するよりも、絶縁層１０ａの形成が容易となる。
【００６６】
続いて、放熱板３、４と電極５〜７との間が絶縁要素によって絶縁された構造を持つ半導体装置１の他例について説明する。図５〜図９は本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略をそれぞれ示す断面図である。
【００６７】
図５に示す半導体装置１は、絶縁層が形成された放熱板３、４として、絶縁要素の一例である絶縁部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが埋め込まれた放熱板３、４を使用している。これら埋め込まれた絶縁部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより、各放熱板３、４に絶縁層が形成されている。
【００６８】
下側放熱板３に埋め込まれた絶縁部材１０ｂは、第１電極５の圧接部５ａに対応する位置で下側放熱板３の上面から露出する。
【００６９】
上側放熱板４に埋め込まれた絶縁部材１０ｃは、第２電極６の圧接部６ａに対応する位置で上側放熱板４の下面から露出する。上側放熱板４に埋め込まれた絶縁部材１０ｃの形状は、第２電極６の形状に対応している。つまり、絶縁部材１０ｃは、第２電極６の圧接部６ａに対応するベース部と、第２電極６の突出部６ｂに対応する突出部（図示せず）を備えており、絶縁部材１０ｃのベース部の下面が上側放熱板４の下面から露出し、絶縁部材１０ｃの突出部が、絶縁部材１０ｃのベース部から上側放熱板４の上面まで伸びている。そして、第２電極６の突出部６ｂを挿入することが可能な穴部（図示せず）が、絶縁部材１０ｃのベース部の下面から絶縁部材１０ｃの突出部の端面まで伸びている。
【００７０】
同様に、上側放熱板４に埋め込まれた絶縁部材１０ｄは、第３電極７の形状に対応した形状をしており、第３電極７の圧接部７ａに対応するベース部と、第３電極７の突出部７ｂに対応する突出部を備えている。この絶縁部材１０ｄは、第３電極７の圧接部７ａに対応する位置で、絶縁部材１０ｄのベース部の下面が上側放熱板４の下面から露出するように配置される。絶縁部材１０ｄの突出部は、絶縁部材１０ｄのベース部から上側放熱板４の上面まで伸びている。そして、第３電極７の突出部７ｂを挿入することが可能な穴部が、絶縁部材１０ｄのベース部の下面から絶縁部材１０ｄの突出部の端面まで伸びている。
【００７１】
また、上側放熱板４には、第１電極５の突出部５ｂを挿入することが可能な穴部が形成された絶縁部材（図示せず）が埋め込まれている。この絶縁部材は、絶縁部材１０ｃと一体であっても構わない。
【００７２】
絶縁部材１０ｂは、ザグリ加工等によって下側放熱板３に形成された凹部にはめ込まれてもよい。同様に、各絶縁部材１０ｃ、１０ｄのベース部は、ザグリ加工等によって上側放熱板４に形成された各凹部にはめ込まれてもよい。このように絶縁部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが放熱板３、４に埋め込まれることにより、絶縁部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの位置ズレが発生しない。
【００７３】
半導体チップ２の第１の主面に形成されている主電極に圧接される第１電極５と下側放熱板３との間を絶縁するための絶縁部材１０ｂには、高熱伝導率と高耐熱性が要求される。同様に、半導体チップ２の第２の主面に形成されている主電極に圧接される第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材１０ｃにも、高熱伝導率と高耐熱性が要求される。したがって、これらの絶縁部材１０ｂ、１０ｃの材料には、例えばダイヤモンドや、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックなどの無機絶縁材料が好適である。但し、高い放熱性が要求されない場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の安価なセラミックが使用されても構わない。
【００７４】
例えば、絶縁部材１０ｂが窒化アルミニウムから成る場合には、絶縁部材１０ｂに必要な厚みは５０μｍ〜１０００μｍ程度である。好適には、絶縁部材１０ｂの厚みは、４００μｍ程度である。同様に、絶縁部材１０ｃが窒化アルミニウムから成る場合には、絶縁部材１０ｃのベース部に必要な厚みは５０μｍ〜１０００μｍ程度である。好適には、絶縁部材１０ｃのベース部の厚みは、４００μｍ程度である。絶縁部材１０ｂの材料がダイヤモンドの場合は、絶縁部材１０ｂに必要な厚みは１０μｍ〜１００μｍ程度である。同様に、絶縁部材１０ｃの材料がダイヤモンドの場合は、絶縁部材１０ｃのベース部に必要な厚みは１０μｍ〜１００μｍ程度である。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドと単結晶ダイヤモンドのいずれでも構わない。
【００７５】
一方、半導体チップ２のゲート電極に圧接される第３電極７と上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材１０ｄには、絶縁性のみが求められる。したがって、絶縁部材１０ｄの材料は、例えば、雲母（マイカ）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックなどの安価な無機材料で構わない。また、第１電極５の突出部５ｂと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材（図示せず）にも、絶縁性のみが求められる。したがって、第１電極５の突出部５ｂと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材が絶縁部材１０ｃと一体ではない場合、第１電極５の突出部５ｂと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材（図示せず）の材料は、例えば、雲母（マイカ）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックなどの安価な無機材料で構わない。
【００７６】
放熱板３、４の材料は、安価で熱伝導率の高い金属材料が好適である。例えば、アルミニウムや銅などが好ましい。絶縁部材１０ｂ〜１０ｄは、カットや研削等の機械加工で所定の形状にすることが可能である。絶縁部材１０ｂ〜１０ｄがセラミックから成る場合には、機械加工に代えて、型による成形で絶縁部材を所定の形状にすることも可能である。
【００７７】
絶縁部材１０ｂの面積は、下側放熱板３と第１電極５の圧接部５ａとの間が確実に絶縁されるように、第１電極５の圧接部５ａの面積よりも広くするのが好適である。同様に、絶縁部材１０ｃのベース部の面積（絶縁部材１０ｃの投影面積）は、第２電極６の圧接部６ａの面積よりも広くするのが好適であり、絶縁部材１０ｄのベース部の面積（絶縁部材１０ｄの投影面積）も、第３電極７の圧接部７ａの面積（第３電極７の投影面積）よりも広くするのが好適である。
【００７８】
なお、絶縁部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが放熱板３、４に埋め込まれる代わりに、ザグリ加工等によって放熱板３、４に形成された各凹部内に、アルミニウムの陽極酸化膜（アルマイト）や、ダイヤモンド薄膜、セラミック溶射による形成される膜、ダイヤモンドライクカーボンなどが形成されてもよい。
【００７９】
図６に示す半導体装置１においては、絶縁部材１０ｂが下側放熱板３の上面に配置されている。この下側放熱板３の上面に配置された絶縁部材１０ｂにより、下側放熱板３に絶縁層が形成されている。また絶縁部材１０ｃ、１０ｄのベース部が上側放熱板４の下面に配置されている。この上側放熱板４の下面に配置された絶縁部材１０ｃ、１０ｄにより、上側放熱板４に絶縁層が形成されている。
【００８０】
図６に示す半導体装置１によれば、図５に示す半導体装置１のように放熱板３、４に凹部を形成する必要がないので、低コスト化が可能となる。絶縁部材１０ｂの面積は、第１電極５の圧接部５ａから下側放熱板３へ効率よく放熱されるように、第１電極５の圧接部５ａの面積よりも大きくするのが好適である。また、このように下側放熱板３の上面に配置される絶縁部材１０ｂの面積が第１電極５の圧接部５ａの面積よりも広いことにより、下側放熱板３と第１電極５の圧接部５ａとの間が確実に絶縁される。同様に、上側放熱板４の下面に配置される絶縁部材１０ｃのベース部の面積も、圧接部６ａの面積より大きくするのが好適であり、上側放熱板４の下面に配置される絶縁部材１０ｄのベース部の面積も、圧接部７ａの面積より大きくするのが好適である。また、このように絶縁部材１０ｃのベース部の面積が圧接部６ａの面積よりも広く、絶縁部材１０ｄのベース部の面積が圧接部７ａの面積よりも広いことにより、各電極６、７の圧接部６ａ、７ａと上側放熱板４との間が確実に絶縁される。
【００８１】
第２電極６と上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材と、第３電極７と上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材は、例えば図７に示すように一体であってもよい。図７は、下側放熱板３に絶縁部材１０ｂが埋め込まれ、上側放熱板４に絶縁部材１０ｅが埋め込まれた構造を持つ半導体装置１を示している。絶縁部材１０ｅは、第２電極６と上側放熱板４との間を絶縁するとともに、第３電極７と上側放熱板４との間を絶縁する。この埋め込まれた絶縁部材１０ｅにより、上側放熱板４に絶縁層が形成されている。
【００８２】
詳しくは、絶縁部材１０ｅは、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａを覆うベース部と、第２電極６の突出部６ｂに対応する突出部（図示せず）と、第３電極７の突出部７ｂに対応する突出部を備えており、絶縁部材１０ｅのベース部の下面が上側放熱板４の下面から露出し、絶縁部材１０ｅの各突出部が、絶縁部材１０ｅのベース部から上側放熱板４の上面まで伸びている。そして、第２電極６の突出部６ｂを挿入することが可能な穴部（図示せず）が、絶縁部材１０ｅのベース部の下面から絶縁部材１０ｅの一方の突出部の端面まで伸び、第３電極７の突出部７ｂを挿入することが可能な穴部が、絶縁部材１０ｅのベース部の下面から絶縁部材１０ｅの他方の突出部の端面まで伸びている。
【００８３】
また、上側放熱板４には、第１電極５の突出部５ｂを挿入することが可能な穴部が形成された絶縁部材（図示せず）が埋め込まれている。この絶縁部材は、絶縁部材１０ｅと一体であっても構わない。
【００８４】
絶縁部材１０ｅのベース部は、ザグリ加工等によって上側放熱板４に形成された凹部にはめ込まれてもよい。このように絶縁部材１０ｅが上側放熱板４に埋め込まれることにより、絶縁部材１０ｅの位置ズレが発生しない。
【００８５】
図７に示す半導体装置１においては、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との間を絶縁する絶縁部材１０ｅに、高熱伝導率と高耐熱性が要求される。したがって、絶縁部材１０ｅの材料には、例えば、ダイヤモンドや、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックなどの無機絶縁材料が好適である。但し、高い放熱性が要求されない場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の安価なセラミックが使用されても構わない。例えば、絶縁部材１０ｅが窒化アルミニウムから成る場合には、絶縁部材１０ｅのベース部に必要な厚みは５０μｍ〜１０００μｍ程度である。好適には、絶縁部材１０ｅのベース部の厚みは、４００μｍ程度である。絶縁部材１０ｅの材料がダイヤモンドの場合は、絶縁部材１０ｅのベース部に必要な厚みは１０μｍ〜１００μｍ程度である。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドと単結晶ダイヤモンドのいずれでも構わない。
【００８６】
絶縁部材１０ｅは、カットや研削等の機械加工で所定の形状にすることが可能である。絶縁部材１０ｅがセラミックから成る場合には、機械加工に代えて、型による成形で絶縁部材１０ｅを所定の形状することも可能である。
【００８７】
絶縁部材１０ｅのベース部の面積（絶縁部材１０ｅの投影面積）は、各電極６、７の圧接部６ａ、７ａと上側放熱板４との間が確実に絶縁されるように、例えば、半導体チップ２の上面の面積より広くしてもよい。
【００８８】
なお、絶縁部材１０ｂ、１０ｅが放熱板３、４に埋め込まれる代わりに、ザグリ加工等によって放熱板３、４に形成された各凹部内に、アルミニウムの陽極酸化膜（アルマイト）や、ダイヤモンド薄膜、セラミック溶射による形成される膜、ダイヤモンドライクカーボンなどが形成されてもよい。
【００８９】
図８、図９に示す半導体装置１においては、絶縁部材１０ｂが下側放熱板３の上面に配置され、絶縁部材１０ｅのベース部が上側放熱板４の下面に配置されている。この上側放熱板４の下面に配置された絶縁部材１０ｅにより、上側放熱板４に絶縁層が形成されている。図８に示す半導体装置１では、絶縁部材１０ｂが下側放熱板３の上面に部分的に配置されており、絶縁部材１０ｅのベース部が上側放熱板４の下面に部分的に配置されている。図９に示す半導体装置１では、絶縁部材１０ｂが下側放熱板３の上面の全面または略全面に配置されており、絶縁部材１０ｅのベース部が上側放熱板４の下面の全面または略全面に配置されている。
【００９０】
図８、図９に示す半導体装置１によれば、図７に示す半導体装置１のように放熱板３、４に凹部を形成する必要がないので、低コスト化が可能となる。絶縁部材１０ｅのベース部の面積は、主に第２電極６の圧接部６ａから上側放熱板４へ効率よく放熱されるように、例えば、半導体チップ２の上面の面積より広くしてもよい。また、このように上側放熱板４の下面に配置される絶縁部材１０ｅのベース部の面積が半導体チップ２の上面の面積よりも広いことにより、各電極６、７の圧接部６ａ、７ａと上側放熱板４との間が確実に絶縁される。
【００９１】
なお、以上の図３〜図９に示す下側放熱板３と上側放熱板４は、任意に組み合わせてもよい。例えば、半導体装置１は、図３に示す絶縁層１０ａが形成された下側放熱板３と、図８に示す絶縁部材１０ｅが設けられた上側放熱板４とを備えてもよい。
【００９２】
以上のように、この実施の形態では、電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが半導体チップ２に圧接接合されている。そのため、この実施の形態の半導体装置１は、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが半導体チップ２に接続している各接続部分の破壊を回避できる。例えば、半導体チップ２の材料がＳｉＣの場合、その半導体チップ２の熱膨張係数は３〜４ｐｐｍ／°Ｃとなる。一方、半導体チップ２に電気的に接続する電極５〜７の基材が銅から成る場合、電極５〜７の熱膨張係数は１７ｐｐｍ／°Ｃとなる。そのため、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａと半導体チップ２との各接続界面には、半導体チップ２の温度変化に伴う応力が発生する。しかし、この半導体装置１では、半導体チップ２に電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが接続する形態が、固定接続ではなく接触接続である。したがって、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａと半導体チップ２との各接続界面に、半導体チップ２の温度変化に伴う応力が発生しても、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａと半導体チップ２とが相対的に摺動する（滑る）ため、各接続界面に発生する応力は緩和される。よって、上記したように各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが半導体チップ２に接続している各接続部分の破壊は回避され、半導体チップ２と電極５〜７との間の信頼性の高い接続を得ることが可能となる。
【００９３】
また、第１電極５の圧接部５ａと下側放熱板３との接続界面、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との接続界面、および第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との接続界面にも、熱膨張係数の差に起因する応力が発生する。しかし、この半導体装置１では、放熱板３、４に電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが接続する形態も、固定接続ではなく接触接続である。したがって、下側放熱板３に第１電極５の圧接部５ａが接続している接続部分の破壊は回避される。同様に、上側放熱板４に第２電極６の圧接部６ａが接続している接続部分の破壊は回避され、上側放熱板４に第３電極７の圧接部７ａが接続している接続部分の破壊も回避される。よって、放熱板３、４と電極５〜７との間の接続の信頼性が高まる。
【００９４】
また、この半導体装置１においては、半導体チップ２に電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが接続する形態が、固定接続ではなく接触接続であり、放熱板３、４に電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａが接続する形態も、固定接続ではなく接触接続である。このため、例えば半導体装置１の組み立て後に半導体チップ２が不良であることが判明した場合に、半導体チップ２をリペアすることが容易となる。
【００９５】
続いて、第１電極５の圧接部５ａと下側放熱板３との接続界面、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との接続界面、および第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との接続界面に発生する応力をより小さくするための放熱板３、４の材料について、表１および２を用いて説明する。
【００９６】
表１はＳｉＣ（炭化珪素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の熱膨張係数（α）を示している。表２の事例１は、半導体チップの材料がＳｉＣ、電極の基材の材料がＣｕまたはＡｌ、放熱板の基材の材料がＣｕまたはＡｌの場合における、半導体チップと電極との間の熱膨張係数差（Δα１）と、電極と放熱板との間の熱膨張係数差（Δα２）を示している。表２の事例２は、半導体チップの材料がＳｉＣ、電極の基材の材料がＣｕまたはＡｌ、放熱板の基材の材料がＡｌＮの場合における、半導体チップと電極との間の熱膨張係数差（Δα１）と、電極と放熱板との間の熱膨張係数差（Δα２）を示している。
【００９７】
【表１】
2013121691.tif 000003
【００９８】
【表２】
2013121691.tif 000004
【００９９】
表２に示すように、事例１の場合、半導体チップと電極との間の熱膨張係数差（Δα１）は１３〜１７ｐｐｍ／°Ｃとなり、電極と放熱板との間の熱膨張係数差（Δα２）は０〜３ｐｐｍ／°Ｃとなる。これに対し、事例２の場合、半導体チップと電極との間の熱膨張係数差（Δα１）は１３〜１７ｐｐｍ／°Ｃとなり、事例１の場合と同等となる。一方、電極と放熱板との間の熱膨張係数差（Δα２）は１３〜１６ｐｐｍ／°Ｃとなり、事例１の場合よりも大きくなる。これは、事例１の場合、電極の基材と放熱板の基材が共に金属であるのに対し、事例２の場合、電極の基材が金属で、放熱板の基材が、金属ではない無機物であるためである。したがって、事例２に比べて、事例１の方が、電極と放熱板との間の熱膨張係数差Δα２に伴って発生する応力が小さくなる。このことから、下側放熱板３の基材の材料と上側放熱板４の基材の材料は共に、金属であることが好ましい。
【０１００】
続いて、第１電極５の圧接部５ａを下側放熱板３と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合させ、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａを共に上側放熱板４と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合させる圧力を発生させる圧力発生機構の第１の具体例について、図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａは、この実施の形態の圧力発生機構の一構成例の概略を示す平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。但し、図１０Ａは上側放熱板４を図示していない。
【０１０１】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示す半導体装置１は、圧力発生機構として、４本のネジ１１と４つのスプリング１２を使用する。上側放熱板４には、その４本のネジ１１を通すための４つの穴１３が形成されている。この４つの穴１３は、好適には、半導体チップ２の上面の中心に対して点対称となる位置に形成される。下側放熱板３には、上側放熱板４に形成された４つのネジ用の穴１３に対応する４箇所にネジ穴１４が切られている。各ネジ１１の上端の鍔部と上側放熱板４との間にスプリング１２がそれぞれ配置されている。この構成により、４本のネジ１１が締められると、下側放熱板３と上側放熱板４が固定されるとともに、半導体チップ２が加圧される。スプリング１２には、皿バネ、ウェーブワッシャーなどを使用することが可能である。
【０１０２】
この４本のネジ１１と４つのスプリング１２が発生させる圧力によって、下側放熱板３と半導体チップ２との間に配置された第１電極５の圧接部５ａが、下側放熱板３と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合される。同時に、上側放熱板４と半導体チップ２との間に配置された第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａが共に、上側放熱板４と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合される。この構成によれば、４箇所で加圧力を調整することが可能となるので、加圧分布の調整が容易となる。したがって、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す圧力発生機構は、精度の良い加圧分布を作り出すことが可能である。
【０１０３】
ここで、好ましい圧力分布について説明する。半導体チップ２の上面に接触する第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａのうち、より面積が大きい圧接部に、より大きな圧力が付与されることが好ましい。例えば、図１０Ａおよび図１０Ｂの紙面では、右側に位置する第２電極６の圧接部６ａの面積が、左側に位置する第３電極７の圧接部７ａの面積よりも大きい。この場合、右側に位置するネジ１１ｂを、左側に位置するネジ１１ａに比べて、より締めて、右側に位置するスプリング１２ｂによって発生する圧接力が、左側に位置するスプリング１２ａによって発生する圧接力よりも大きくなるようにする。これにより、面積が比較的大きい第２電極６の圧接部６ａを半導体チップ２に圧接接合させる圧接力が、面積が比較的小さい第３電極７の圧接部７ａを半導体チップ２に圧接させる圧接力よりも大きくなるので、第３電極７よりも大きな電流が流れる第２電極６の圧接部６ａを、より安定して半導体チップ２に圧接することが可能となる。
【０１０４】
続いて、第１電極５の圧接部５ａと下側放熱板３との圧接接合、第２電極６の圧接部６ａおよび第３電極７の圧接部７ａのそれぞれと上側放熱板４との圧接接合、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａと半導体チップ２との圧接接合を実現するための圧力発生機構の他の例（第２の具体例）について、図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて説明する。図１１Ａは、この実施の形態の圧力発生機構の他の構成例の概略を示す平面図である。但し、図１１Ａは上側放熱板４を図示していない。また、図１１Ａは、クリップ１５を仮想線（二点鎖線）で示している。図１１Ｂは図１１ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１１Ｃは図１１ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【０１０５】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示す半導体装置１は、圧力発生機構として、１個のクリップ１５を使用する。クリップ１５は、中央部１５ａと、その中央部１５ａの両端から曲げられた２つの側部１５ｂと、その２つの側部１５ｂのそれぞれの先端から曲げられた２つの挟み込み部１５ｃとを備える。このクリップ１５は板バネを含む。
【０１０６】
クリップ１５は、中央部１５ａが上側放熱板４の上面に接触し、２つの挟み込み部１５ｃが下側放熱板３の下面に接触するように、半導体装置１に取り付けられる。このように半導体装置１の一つの周方向に沿って１個のクリップ１５が取り付けられることにより、下側放熱板３と上側放熱板４が、クリップ１５を形成する板バネの付勢力（締め付け力）によって加圧され、固定される。そして、その加圧によって、下側放熱板３と半導体チップ２との間に配置された第１電極５の圧接部５ａが、下側放熱板３と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合され、上側放熱板４と半導体チップ２との間に配置された第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａが共に、上側放熱板４と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合される。
【０１０７】
下側放熱板３の下面に設けられた段部３ａは、別の放熱経路と下側放熱板３との接触がクリップ１５によって阻害されないように、平面を突出させている。この段部３ａにより、下側放熱板３が別の放熱経路、例えば放熱フィンやグラファイト等に接触し易くなる。また、下側放熱板３の段部３ａには、クリップ１５の締め付け力による挟み込み部１５ｃの先端の移動を阻止する役割もある。また、下側放熱板３の側壁には、クリップ１５の側部１５ｂが入り込む凹部３ｂが形成されている。上側放熱板４の側壁にも、下側放熱板３と同様に、クリップ１５の側部１５ｂが入り込む凹部４ｂが形成されている。また、図１１Ａに示すように、電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂは、クリップ１５の投影領域から外れた所定の位置にそれぞれ設けられる。
【０１０８】
以上説明した図１１Ａ〜図１１Ｃに示す構成によれば、１個のクリップ１５によって圧接接合が可能となる。したがって、この構成によれば、半導体装置１の組立が簡単になる。
【０１０９】
なお、クリップ１５は、中央部１５ａが下側放熱板３の下面に接触し、２つの挟み込み部１５ｃが上側放熱板４の上面に接触するように、半導体装置１に取り付けられてもよい。この場合、上側放熱板４の上面に、段部が設けられる。その段部は、上側放熱板４が別の放熱経路、例えば放熱フィンやグラファイト等に接触し易くなるように、平面を突出させる。また、その段部には、クリップ１５の締め付け力による挟み込み部１５ｃの先端の移動を阻止する役割もある。
【０１１０】
続いて、圧力発生機構として２個のクリップを用いる半導体装置について、図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて説明する。図１２Ａは、この実施の形態の圧力発生機構の他の構成例（第３の具体例）の概略を示す平面図である。但し、図１２Ａは上側放熱板４を図示していない。図１２Ｂは図１２ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１２Ｃは図１２ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。但し、図１２Ｂは、クリップ１６を仮想線（二点鎖線）で示している。
【０１１１】
図１２Ａ〜図１２Ｃに示す半導体装置１は、圧力発生機構として、図１１Ａ〜図１１Ｃに示すクリップ１５よりも小型の２個のクリップ１６を使用する。このクリップ１６は、中央部１６ａと、その中央部１６ａの両端から曲げられた２つの挟み込み部１６ｂを備える。このクリップ１６は板バネを含む。
【０１１２】
一対のクリップ１６は、半導体装置１の所定の両端部に取り付けられている。具体的には、クリップ１６は、中央部１６ａが下側放熱板３の側壁および上側放熱板４の側壁に対向し、一方の挟み込み部１６ｂが下側放熱板３の下面に接触し、他方の挟み込み部１６ｂが上側放熱板４の上面に接触するように、半導体装置１に取り付けられる。このように半導体装置１の一つの周方向に沿って複数のクリップ１６が取り付けられることにより、下側放熱板３と上側放熱板４が、クリップ１６を形成する板バネの付勢力（締め付け力）によって加圧され、固定される。そして、その加圧によって、下側放熱板３と半導体チップ２との間に配置された第１電極５の圧接部５ａが、下側放熱板３と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合され、上側放熱板４と半導体チップ２との間に配置された第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａが共に、上側放熱板４と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合される。
【０１１３】
下側放熱板３の下面に設けられた段部３ａは、別の放熱経路と下側放熱板３との接触がクリップ１６によって阻害されないように、平面を突出させている。この段部３ａにより、下側放熱板３が別の放熱経路、例えば放熱フィンやグラファイト等に接触し易くなる。同様に、上側放熱板４の上面に設けられた段部４ａも、上側放熱板４が別の放熱経路、例えば放熱フィンやグラファイト等に接触し易くなるように、平面を突出させる。また、これらの段部３ａおよび４ａには、クリップ１６の締め付け力による挟み込み部１６ｂの先端の移動を阻止する役割もある。
【０１１４】
また、図１２Ａに示すように、電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂは、各クリップ１６の投影領域から外れた所定の位置にそれぞれ設けられる。
【０１１５】
以上説明した図１２Ａ〜図１２Ｃに示す構成によれば、放熱板３、４の表面が、１個のクリップが用いられる場合よりも広く開放されるので、半導体装置１の放熱性が向上する。ここで、放熱板３、４の表面は、半導体チップ２に対向する放熱板３、４の面とは反対側の面である。
【０１１６】
一対のクリップ１６は、好適には、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、半導体装置１の一つの周方向に沿って配置される。但し、一対のクリップ１６は、半導体装置１の異なる周方向に沿って配置されてもよい。
【０１１７】
続いて、半導体チップ２の一方の主面に形成されている複数の表面電極にそれぞれ接続する複数の電極の圧接部間で、それらの厚み（高さ）にバラツキがある場合でも、放熱性に優れ、且つ、電気的接続の信頼性が高い半導体装置を得るための構成について、図１３を用いて説明する。図１３は本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略を示す断面図である。
【０１１８】
この半導体装置１では、半導体チップ２の上面にソース電極８とゲート電極９が形成されている。そのため、半導体チップ２の上面に、ソース電極８とゲート電極９にそれぞれ接続する２つの電極６、７が配置される。この２つの電極６、７の圧接部６ａ、７ａの厚みが異なる場合、厚みが薄い方の圧接部は、半導体チップ２および上側放熱板４と良好に接触接合できない。
【０１１９】
上記問題を解決するために、図１３に示す半導体装置１では、第２電極６の圧接部６ａよりも面積が小さい第３電極７の圧接部７ａが、第２電極６の圧接部６ａよりも薄く形成され、その薄く形成された第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との間に、緩衝材１７が配置されている。このように、薄く形成された第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との間に緩衝材１７が配置されることで、ソース電極８上に配置される第２電極６の圧接部６ａとゲート電極９上に配置される第３電極７の圧接部７ａを、それぞれ、半導体チップ２と上側放熱板４に良好に圧接接合させることが可能となる。緩衝材１７としては、例えば、耐熱性を有するポリイミド樹脂薄膜などを使用することが可能である。
【０１２０】
また、半導体チップ２の一方の主面に形成されている複数の表面電極にそれぞれ接続する複数の電極の圧接部のうち、より小さい面積を持つ圧接部を、他の圧接部よりも薄く形成するのが好適である。このようにすれば、複数の圧接部のうち、より大きい面積を持つ圧接部が、放熱板に直接接触するので、放熱性に優れた半導体装置を得ることが可能となる。
【０１２１】
続いて、半導体チップ２の一方の主面に形成されている複数の表面電極にそれぞれ接続する複数の電極と半導体チップ２との良好な接触接合を得るための他の構成について、図１４Ａおよび図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ａは本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略を示す平面図であり、図１４Ｂは図１４ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。但し、図１４Ａは上側放熱板４を図示していない。
【０１２２】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す半導体装置１は、半導体チップ２のゲート電極９に電気的に導通する第３電極として、スプリング付き電極１８を使用している。このスプリング付き電極１８は、有底の筒部（筐体）１８ａと、スプリング１８ｂと、接触部１８ｃとを備える。このスプリング付き電極１８において、スプリング１８ｂの一方端は筒部１８ａの内部の底面に配置されており、そのスプリング１８ｂの他方端に、接触部１８ｃの基端が接している。そして、接触部１８ｃの先端が筒部１８ａの開放端から突出している。スプリング１８ｂとしては、例えば巻バネなどが使用されてもよい。なお、スプリング付き電極１８の構成部品のうち、少なくとも筒部１８ａと接触部１８ｃは、第３電極７の材料と同様に、電気伝導性が良好な金属などから成る。
【０１２３】
このスプリング付き電極１８は、上側放熱板４が半導体チップ２の上方の所定の位置に配置されたときに、接触部１８ｃの先端が半導体チップ２のゲート電極９に接触するように、上側放熱板４に固定されている。また、筒部１８ａの一部は、半導体装置１の外部へと伸びる第３電極７の突出部７ａと同様に、上側放熱板４の上面から突出している。
【０１２４】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す構成によれば、圧力発生機構が発生させる圧力によって、半導体チップ２のソース電極８上に配置された第２電極６の圧接部６ａが、半導体チップ２と上側放熱板４のそれぞれに圧接接合されるときに、スプリング付き電極１８の接触部１８ｃの先端が、スプリング１８ｂの付勢力によって、半導体チップ２のゲート電極９に良好に圧接接合される。
【０１２５】
スプリング付き電極１８は、半導体チップ２の一方の主面に形成されている複数の表面電極にそれぞれ接続する複数の電極のうち、より小さい面積を持つ圧接部を備えた電極と置き換えるのが好適である。このようにすれば、複数の圧接部のうち、より大きい面積を持つ圧接部が放熱板に接触するので、放熱性に優れた半導体装置を得ることが可能となる。
【０１２６】
なお、スプリング付き電極１８を備えた半導体装置１において、図３〜図９に示すように放熱板３、４に絶縁層が形成されてもよい。例えば、図１５に示すように、図５の半導体装置１と同様に、下側放熱板３に絶縁部材１０ｂが埋め込まれ、上側放熱板４に絶縁部材１０ｃ、１０ｄが埋め込まれてもよいし、図１６に示すように、図６の半導体装置１と同様に、下側放熱板３の上面に絶縁部材１０ｂが配置され、上側放熱板４の上面に絶縁部材１０ｃ、１０ｄのベース部が配置されてもよい。
【０１２７】
続いて、半導体チップ２の表面電極に電気的に接続する電極を半導体装置１の外部へ取り出すための他の構成について、図１７Ａおよび図１７Ｂを用いて説明する。図１７Ａは本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略を示す平面図であり、図１７Ｂは図１７ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。但し、図１７Ａは上側放熱板４を図示していない。
【０１２８】
図１Ａ〜図１６に示す半導体装置１においては、電極５〜７が半導体装置１の外部へ取り出される方向は、上側放熱板４に交差する方向であった。しかし、半導体チップ２の表面電極に電気的に接続する電極が半導体装置１の外部へ取り出される方向は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、半導体チップ２に対して水平方向であってもよい。この構成によれば、下側放熱板３と上側放熱板４との間の隙間から電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂが半導体装置１の外部へ突出する。よって、放熱板３、４の表面に、より広い面積が確保されるので、より放熱性のよい半導体装置が得られる。ここで、放熱板３、４の表面は、半導体チップ２に対向する面とは反対の面である。
【０１２９】
電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂが取り出される方向は特に限定されるものではない。但し、半導体チップ２の同一の主面上に配置される複数の電極６、７の突出部６ｂ、７ｂが取り出される方向は、それら複数の突出部６ｂ、７ｂが互いに接触しない方向とするのが好適である。
【０１３０】
なお、電極５〜７が水平方向へ取り出される半導体装置１において、図３〜図９に示すように放熱板３、４に絶縁層が形成されてもよい。
【０１３１】
例えば、図１８に示すように、図７の半導体装置１と同様に、下側放熱板３に絶縁部材１０ｂが埋め込まれ、上側放熱板４に絶縁部材１０ｅが埋め込まれてもよい。但し、電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂは上側放熱板４と交差しないので、上側放熱板４の内部に、電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材を埋め込む必要はない。したがって、図１８に示す半導体装置１において上側放熱板４に埋め込まれる絶縁部材１０ｅは、図７の絶縁部材１０ｅのベース部に相当する形状をしている。また、図１８に示すように、電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａと放熱板３、４との間を絶縁する絶縁部材１０ｂ、１０ｅに加えて、水平方向へ延びる電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂと放熱板３、４との間を絶縁する絶縁要素（絶縁層）１０ｆが必要となる。つまり、絶縁要素１０ｆは、半導体チップ２の周辺領域よりも外方において、水平方向へ延びる電極５〜７と放熱板３、４との間を絶縁する。その絶縁要素１０ｆの材料は、安価な絶縁性無機材料で構わない。具体的には、絶縁要素１０ｆの材料として、マイカシートが使用されてもよい。
【０１３２】
また、例えば、図１９、図２０に示すように、図８、図９の半導体装置１と同様に、絶縁部材１０ｂが下側放熱板３の上面に配置され、絶縁部材１０ｅが上側放熱板４の下面に配置されてもよい。図１９、図２０に示す半導体装置１では、図１８に示す半導体装置１と同様に、上側放熱板４の内部に、電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂと上側放熱板４との間を絶縁するための絶縁部材を埋め込む必要はなく、上側放熱板４の下面に配置される絶縁部材１０ｅは、図７の絶縁部材１０ｅのベース部に相当する形状をしている。また、図１９、図２０に示す半導体装置１においても、図１８に示す半導体装置１と同様に、水平方向へ延びる電極５〜７の突出部５ｂ〜７ｂと放熱板３、４との間に絶縁要素（絶縁層）が設けられてもよい。
【０１３３】
続いて、半導体チップ２に付与される圧力について、図２１を用いて説明する。図２１のグラフの縦軸は、半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極とその第１表面電極に接触接続する第１電極５との接続抵抗値と、半導体チップの上面に形成されている第２表面電極とその第２表面電極に接触接続する第２電極６との接続抵抗値と、半導体チップ２の抵抗値との合計値を示している。また、グラフの横軸は、比較的面積の広い第２電極６の圧接部６ａを半導体チップ２の上面に圧接接合させる圧力（荷重）を示している。
【０１３４】
図２１に示すように、圧力が０．５ＭＰａ以上になると、接続抵抗値が安定する。さらに圧力が増加して３０ＭＰａ以上になると、半導体チップ２が破壊される。よって、半導体チップ２の上面に第２電極６の圧接部６ａを圧接接合させる圧力（荷重）は、０．５ＭＰａ以上且つ３０ＭＰａ未満が好ましい。第２電極６は、大電流が流れる表面電極、例えば、ソース電極、エミッタ電極、アノード電極上に配置されて、その表面電極に接触している。
【０１３５】
続いて、半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極（図示せず）に接触する第１電極５の圧接部５ａの面積について、図２２Ａおよび図２２Ｂを用いて説明する。図２２Ａは第１電極５の圧接部５ａの面積が好適な半導体装置１の一構造例の概略を示す断面図であり、半導体チップ２の下面に配置される第１電極５の圧接部５ａの面積が、その半導体チップ２の下面の面積よりも大きい構造の一例の概略を示している。図２２Ｂは、図２２Ａに示す構造の比較例として、第１電極５の圧接部５ａの面積が半導体チップ１の下面の面積よりも小さい半導体装置１の一構造例の概略を示す断面図であり、半導体装置１に不具合が発生する様子を示している。
【０１３６】
図２２Ａに示すように、第１電極５の圧接部５ａの面積が半導体チップ２の下面の面積よりも大きく、かつ、半導体チップ２の下面の外周から第１電極５の圧接部５ａがはみ出す場合、複数の電極６、７の圧接部６ａ、７ａから半導体チップ２の上面へ圧力が付与されても、その圧力は、第１電極５の圧接部５ａによって安定して受けとめられる。
【０１３７】
これに対して、図２２Ｂに示すように、第１電極５の圧接部５ａの面積が半導体チップ２の下面の面積よりも小さく、第１電極５の圧接部５ａから半導体チップ２の下面がはみ出す場合には、半導体チップ２の上面に配置された複数の電極６、７の圧接部６ａ、７ａから半導体チップ２へ付与される圧力によって、半導体チップ２が破壊される可能性がある。特に、複数の電極６、７の圧接部６ａ、７ａ間で、それらの厚みにバラツキがある場合に、半導体チップ２が破壊される可能性が高まる。例えば、図２２Ｂに示すように、半導体チップ２にクラック１９が発生して、そのクラック１９を起点にして半導体チップ２が割れるおそれがある。この半導体チップ２の破壊現象は、特に、第３電極７の圧接部７ａが第２電極６の圧接部６ａよりも厚い場合に発生し易い。
【０１３８】
また、半導体チップ２から発生する熱は第１電極５の圧接部５ａを介して放熱される。したがって、第１電極５の圧接部５ａの面積が半導体チップ２の下面の面積よりも大きく、かつ、半導体チップ２の下面が第１電極５が配置されている領域内に内包される構造は、半導体装置１の放熱性を高めることが可能な好ましい構造である。
【０１３９】
続いて、半導体チップ２の表面粗さと、半導体チップ２に接触する各電極５〜７の圧接部５ａ〜７ａの表面粗さについて、図２３を用いて説明する。図２３は、半導体チップ２の下面とその下面に接触する第１電極５の圧接部５ａとの界面を拡大して示している。具体的には、図２３に示す界面は、半導体チップ２の第１の主面（下面）に形成されている第１表面電極と第１電極５の圧接部５ａとの界面である。
【０１４０】
図２３に示すように、第１電極５の半導体チップ２に接触する部分の表面粗さは、半導体チップ２の第１電極５に接触する部分の表面粗さよりも粗い方が好ましい。つまり、第１電極５の圧接部５ａの上面の表面粗さは、半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極の表面の表面粗さよりも粗い方が好ましい。半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極に比べて硬度が低い第１電極５の圧接部５ａの表面粗さが、半導体チップ２の下面に形成されている第１表面電極の表面の表面粗さよりも粗い場合、半導体チップ２と第１電極５の熱膨張係数差に起因して発生する摺動によって、第１電極５の半導体チップ２（第１表面電極）に接する部分の表面が変形していき、第１電極５の圧接部５ａと半導体チップ２（第１表面電極）との密着性が高まっていくためである。
【０１４１】
したがって、第１電極５の半導体チップ２に接触する部分の表面粗さが、半導体チップ２の第１電極５に接触する部分の表面粗さよりも粗いことにより、半導体チップ２と第１電極５とのより良好な接続が得られる。
【０１４２】
続いて、この実施の形態における半導体装置の他の構造例について、図２４Ａを用いて説明する。図２４Ａは本実施の形態の半導体装置１の他の構造例の概略を示す断面図である。
【０１４３】
図２４Ａに示すように、半導体装置１において、半導体チップ２の第１の主面（下面）に対向する下側放熱板３の上面に、その下側放熱板３と半導体チップ２との間に配置される第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる凹部２０が形成されていてもよい。この凹部２０は、例えばザグリ加工で形成することが可能である。
【０１４４】
この実施の形態の半導体装置１の製造プロセスは、下側放熱板３の上面に第１電極５を配置する工程を有している。この工程において、第１電極５の圧接部５ａの一部が、下側放熱板３の上面に形成されている凹部２０内に収まることにより、第１電極５が下側放熱板３の凹部２０に保持される。したがって、第１電極５が配置された後の工程において、第１電極５の位置ズレが起こらない。よって、安定した半導体装置１の製造が可能となる。
【０１４５】
なお、下側放熱板３の凹部２０に第１電極５の圧接部５ａが入り込む構成は、図示されたように、下側放熱板３の凹部２０に第１電極５の圧接部５ａの下部が入り込む構成に限定されない。例えば、第１電極５の圧接部５ａの下面に凸部または段部が設けられており、その第１電極５の圧接部５ａの下面の凸部または段部のみが収まる凹部が下側放熱板３に形成されていてもよい。また、例えば、第１電極５の圧接部５ａの全部が収まる凹部が下側放熱板３に形成されていてもよい。
【０１４６】
また、下側放熱板３の凹部２０に第１電極５の圧接部５ａが入り込む構造を持つ半導体装置１において、図３〜図９に示すように放熱板３、４に絶縁層が形成されてもよい。
【０１４７】
例えば、図２５Ａに示すように、図５の半導体装置１と同様に、下側放熱板３に絶縁部材１０ｂが埋め込まれ、上側放熱板４に絶縁部材１０ｃと絶縁部材１０ｄが埋め込まれてもよい。図２５Ａに示す半導体装置１において、絶縁部材（絶縁層）１０ｂは、第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる第１凹部２０の形状に形作られており、下側放熱板３に形成された第２凹部２１内に配置される。これにより、下側放熱板３の上面に第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる第１凹部２０が形成される。第１凹部２０の形状に形作られた絶縁部材１０ｂは、カットや研削等の機械加工で作成することが可能である。絶縁部材１０ｂがセラミックから成る場合には、機械加工に代えて、型による成形で、第１凹部２０の形状に形作られた絶縁部材１０ｂを作成することも可能である。
【０１４８】
また例えば、図２６Ａに示すように、図６の半導体装置１と同様に、下側放熱板３の上面に絶縁部材１０ｂが配置され、上側放熱板４の下面に絶縁部材１０ｃのベース部と絶縁部材１０ｄのベース部が配置されてもよい。図２６Ａに示す半導体装置１において、絶縁部材（絶縁層）１０ｂは、第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる第１凹部２０の形状を持ち、第２凹部２１が形成された下側放熱板３の面上に、第１凹部２０が第２凹部２１に収まるように配置される。これにより、下側放熱板３の上面に第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる第１凹部２０が形成される。第１凹部２０の形状を持つ絶縁部材１０ｂは、カットや研削等の機械加工で作成することが可能である。絶縁部材１０ｂがセラミックから成る場合には、機械加工に代えて、型による成形で、第１凹部２０の形状を持つ絶縁部材１０ｂを作成することも可能である。
【０１４９】
また、図２４Ｂに示すように、半導体チップ２の下面に対向する第１電極５の圧接部５ａの上面に、半導体チップ２が部分的に収まる凹部２２が形成されていてもよい。この第１電極５の凹部２２も、下側放熱板３の凹部２０と同様に、例えばザグリ加工で形成することが可能である。
【０１５０】
この実施の形態の半導体装置１の製造プロセスは、第１電極５の圧接部５ａの上面に半導体チップ２を配置する工程を有している。この工程において、半導体チップ２の一部が、第１電極５の圧接部５ａの上面に形成されている凹部２２内に収まることにより、半導体チップ２が第１電極５の凹部２２に保持される。したがって、半導体チップ２が配置された後の工程において、半導体チップ２の位置ズレが起こらない。よって、安定した半導体装置の製造が可能となる。
【０１５１】
なお、第１電極５の圧接部５ａの凹部２２に半導体チップ２が部分的に入り込む構成は、図示されたように、第１電極５の圧接部５ａの凹部２２に半導体チップ２の下部が入り込む構成に限定されない。例えば、半導体チップ２の下面に凸部または段部が設けられており、その半導体チップ２の下面の凸部または段部のみが収まる凹部が第１電極５の圧接部５ａの上面に形成されていてもよい。
【０１５２】
また、第１電極５の圧接部５ａの凹部２２に半導体チップ２が部分的に入り込む構造を持つ半導体装置１において、図３〜図９に示すように放熱板３、４に絶縁層が形成されてもよい。例えば、図２５Ｂに示すように、図２５Ａの半導体装置１と同様に、下側放熱板３に絶縁部材１０ｂが埋め込まれ、上側放熱板４に絶縁部材１０ｃと絶縁部材１０ｄが埋め込まれてもよいし、図２６Ｂに示すように、図２６Ａの半導体装置１と同様に、下側放熱板３の上面に絶縁部材１０ｂが配置され、上側放熱板４の下面に絶縁部材１０ｃのベース部と絶縁部材１０ｄのベース部が配置されてもよい。
【０１５３】
また、半導体チップ２の周囲に、絶縁性や耐湿信頼性を増すために、絶縁性の樹脂材料が塗布されてもよい。樹脂材料には、シリコーンからなる樹脂や、ポリイミドからなる樹脂などを使用することが可能である。ポリイミド系の樹脂は、耐熱性があるので、半導体チップ２の周囲をコーティングする樹脂材料として好ましい。この絶縁性の樹脂材料によって、半導体チップ２の表面電極間、および、半導体チップ２の複数の表面電極にそれぞれ接触接合する複数の電極５〜７間で、電気的導通が起こらないようにすることが可能となる。
【０１５４】
絶縁材料は、一般的に熱伝導率が低いため、絶縁性の樹脂材料は、放熱の主経路となる電極５〜７と放熱板３、４との間に塗布しないようにする。このように絶縁性の樹脂材料が放熱の主経路に塗布されないことにより、熱伝導性を考慮することなく、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料を選択することが可能となり、その結果、より高い耐熱性を持つ樹脂材料を選択することが可能となる。また、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料には、電極５〜７を半導体チップ２に固定したり、電極５〜７を放熱板３、４に固定したりする機能は必要ない。したがって、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料として、塗布後にゲル状となる樹脂、または、塗布後に膜厚が１〜１００μｍの薄い膜状となる樹脂を使用することが可能となる。
【０１５５】
塗布後にゲル状となる絶縁樹脂２３ａが塗布された半導体装置１の構造例を図２７〜図２９に示し、塗布後に薄い膜状となる絶縁樹脂２３ｂが塗布された半導体装置１の構造例を図３０〜図３２に示す。図２７〜図３２に示すように、絶縁樹脂２３ａ、２３ｂは、放熱の主経路となる電極５〜７と放熱板３、４との間以外の場所に塗布される。
【０１５６】
塗布後にゲル状となる絶縁樹脂２３ａまたは塗布後に薄い膜状となる絶縁樹脂２３ｂが選択された場合、塗布後に硬化して固体となる樹脂と比べて、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７aと半導体チップ２との相対的な摺動（滑り）や、第１電極５の圧接部５aと下側放熱板３との相対的な摺動（滑り）や、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との相対的な摺動（滑り）や、第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との相対的な摺動（滑り）が、塗布された樹脂によって阻害されない。したがって、各電極５〜７の圧接部５ａ〜７aと半導体チップ２との各接続界面に発生する応力や、第１電極５の圧接部５aと下側放熱板３との接続界面に発生する応力や、第２電極６の圧接部６ａと上側放熱板４との接続界面に発生する応力や、第３電極７の圧接部７ａと上側放熱板４との接続界面に発生する応力を緩和することが可能となる。
【０１５７】
また、この実施の形態の半導体装置１では、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料に、電極５〜７を半導体チップ２に固定したり、電極５〜７を放熱板３、４に固定したりする機能は必要ない。その結果、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料の選択肢が増え、より高い耐熱性を持つ樹脂材料を選択することが可能となる。
【０１５８】
また、この実施の形態の半導体装置１では、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料に、電極５〜７を半導体チップ２に固定したり、電極５〜７を放熱板３、４に固定したりする機能は必要ないので、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料は、塗布後に強度を保つ必要はない。よって、塗布後に薄い膜状になる絶縁樹脂２３ｂが選択された場合、絶縁樹脂２３ｂは、絶縁に必要な量だけ塗布されればよいので、半導体チップ２の周囲に塗布される樹脂材料を削減することが可能となり、低コスト化が可能となる。
【０１５９】
なお、半導体チップに接触する複数の電極が水平方向へ取り出される半導体装置において、半導体チップの一方の主面上に配置された電極が取り出される方向と、半導体チップの他方の主面上に配置された電極が取り出される方向が一致する場合には、それら取り出される方向が一致する電極の突出部間に絶縁要素を設けるのが好適である。例えば図２９および図３２に示すように、半導体チップ２の下面に配置された第１電極５の突出部５ｂと半導体チップ２の上面に配置された第２電極６の突出部６ｂが同じ方向へ取り出される場合には、第１電極５の突出部５ｂと第２電極６の突出部６ｂとの間を絶縁するために、第１電極５の突出部５ｂと第２電極６の突出部６ｂとの間に絶縁要素２４を設けるのが好適である。絶縁要素２４は、半導体チップ２の周辺領域よりも外方において、同じ方向へ延びる第１電極５と第２電極６との間を絶縁する。絶縁要素２４の材料は、より高い耐熱性を持つ安価な絶縁性無機材料で構わない。具体的には、絶縁要素２４の材料として、マイカシートが使用されてもよい。
【０１６０】
以上説明した半導体装置１の構造は、半導体チップ２から発生した熱が、半導体チップ２の下面に配置された第１電極５を介して、下側放熱板３へ直接逃げるシンプルな放熱構造となっている。つまり、半導体装置１の構造は、半導体チップ２と放熱板との間に多数の構成材料が配置されていない構造である。また、半導体チップ２と放熱板との間に、熱伝導性の悪い絶縁性樹脂も塗布（配置）されていない。したがって、半導体装置１の構造は、半導体チップ２から発生した熱の放熱性に優れている。
【０１６１】
さらに、以上説明した半導体装置１は、半導体チップ２から発生した熱が、半導体チップ２の上面に配置された電極を介して、上側放熱板４へ直接逃げる構造も併用している。したがって、半導体装置１の構造は、より放熱性のよい構造となっている。
【０１６２】
続いて、上記した半導体装置１の製造方法の一例について説明する。図３３は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例の概略を示す工程別断面図である。
【０１６３】
まず、ステップＳ１において、予め第２凹部２１が形成された下側放熱板３の基材が用意される。第２凹部２１は、例えばザグリ加工によって形成することが可能である。
【０１６４】
次に、ステップＳ２において、第２凹部２１が形成されている下側放熱板３の基材の上面に、無機材料から成る絶縁層１０ａが一定の厚みで形成される。これにより、絶縁層１０ａの表面に第１凹部２０が形成される。
【０１６５】
絶縁層１０ａを形成する方法としては、例えば、陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成する方法がある。下側放熱板３の基材がアルミニウムの場合、絶縁層１０ａとして、アルミニウムの陽極酸化皮膜（アルマイト）が形成される。または、絶縁層１０ａとして、スパッタ法、蒸着法あるいはＣＶＤ法によって、ダイヤモンド薄膜が形成されてもよい。または、絶縁層１０ａとして、セラミック溶射によってセラミック層が形成されてもよい。セラミック材料は、熱伝導率の良いＡｌＮ（窒化アルミニウム）が好ましい。
【０１６６】
次に、ステップＳ３において、絶縁層１０ａの余分な部分が除去される。これにより、絶縁層１０ａが第２凹部２１の内面にのみ残り、下側放熱板３の基材の上面が、第２凹部２１を除いて露出する。第２凹部２１の内面に残った絶縁層１０ａの上端は、下側放熱板３の基材の上面と同一平面になる。絶縁層１０ａの不要部分は、例えば、研削によって除去することが可能である。あるいは、絶縁層１０ａが不要な箇所に予めマスキングをしておき、その後に絶縁層１０ａを形成してもよい。なお、例えば、カットや研削等の機械加工によって所定の形状に形作られた絶縁部材が、下側放熱板３の基材の第２凹部２１内に配置されることにより、第２凹部２１内に絶縁層が形成されてもよい。絶縁部材としては、例えばセラミック等が使用される。
【０１６７】
次に、ステップ４において、第１電極５が、例えば部品マウンター設備などによって下側放熱板３上に配置される。詳しくは、絶縁層１０ａの第１凹部２０上に第１電極５が配置される。これにより、絶縁層１０ａの第１凹部２０内に第１電極５の圧接部５ａが部分的に収まる。よって、第１電極５の位置が保持される。
【０１６８】
次に、ステップＳ５において、次の工程（ステップＳ６）において配置される半導体チップ２の位置決めに使用される複数の第１治具２５が、図示しない把持手段によって所定の位置に配置され、その配置された場所に保持される。詳しくは、複数の第１治具２５は、半導体チップ２が配置される予定の領域または空間を囲むように保持される。
【０１６９】
次に、ステップＳ６において、半導体チップ２が、例えば部品マウンター設備などによって第１電極５上に配置される。詳しくは、複数の第１治具２５によって囲まれた空間または領域に、半導体チップ２が配置される。第１治具２５は、半導体チップ２が配置された後は、その半導体チップ２の位置を保持する。図３３は、一つの方向に沿って複数の第１治具２５により半導体チップ２が挟まれた状態を示している。但し、第１治具２５の数および配置位置は、特に限定されるものではない。第１治具２５によって半導体チップ２の位置が保持され、かつ、後の工程において半導体装置１から第１治具２５が退避可能であればよい。
【０１７０】
次に、ステップＳ７において、次の工程（ステップＳ８）において半導体チップ２の上面に配置される第２電極６および第３電極７の位置決めに使用される複数の第２治具２６が、図示しない把持手段によって所定の位置に配置され、その配置された場所に保持される。詳しくは、複数の第２治具２６は、第２電極６の圧接部６ａおよび第３電極７の圧接部７ａがそれぞれ配置される予定の各領域または各空間を囲むように保持される。
【０１７１】
次に、ステップＳ８において、第２電極６および第３電極７が、例えば部品マウンター設備などによって半導体チップ２上に配置される。詳しくは、複数の第２治具２６によって囲まれた各空間または各領域に、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａがそれぞれ配置される。第２治具２６は、第２電極６および第３電極７が配置された後は、第２電極６および第３電極７の位置を保持する。図３３は、一つの方向に沿って複数の第２治具２６により第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａが挟まれた状態を示している。但し、第２治具２６の数および配置位置は、特に限定されるものではない。第２治具２６によって、半導体チップ２の上面に配置される電極の位置が保持され、かつ、後の工程において半導体装置１から第２治具２６が退避可能であればよい。
【０１７２】
次に、ステップＳ９において、圧接部材の一例である上側放熱板４が、例えば部品マウンター設備などによって、電極６、７の圧接部６ａ、７ａの上面に配置される。このとき、鉛直方向に伸びる各電極５〜７の突出部が、上側放熱板４に予め形成されている各穴部にそれぞれ挿入される。図３３には、第３電極７の突出部７ｂのみが図示されている。また、電極６、７の圧接部６ａ、７ａの上面が、上側放熱板４に形成されている絶縁層１０ａにそれぞれ接触する。
【０１７３】
その後、図示しない圧力発生機構によって、下側放熱板３と上側放熱板４が半導体チップ２へ向けて加圧され、その加圧状態が保持される。この加圧により、第１電極５の圧接部５ａは、下側放熱板３と半導体チップ２のそれぞれに圧接接合され、第２電極６の圧接部６ａと第３電極７の圧接部７ａは共に、半導体チップ２と上側放熱板４のそれぞれに圧接接合される。また、このとき、半導体チップ２の上面に配置された第２電極６の圧接部６ａに０．５ＭＰａ以上且つ３０ＭＰａ未満の圧力が付与されるように、圧力発生機構による加圧が行われる。圧力発生機構としては、ネジとスプリングの組み合わせや、クリップなどが使用されてもよい。
【０１７４】
次に、ステップＳ１０において、第１治具２５と第２治具２６が、図示しない把持手段によって、半導体チップ２に対して水平方向に取り外される。なお、半導体チップ２の上面（第２の主面）に配置される電極の位置を保持する第２治具２６は、半導体チップ２に対して鉛直方向に取り外してもよい。この場合、第２治具２６が通過できる開口部が上側放熱板４に形成されている必要がある。半導体チップ２の位置を保持する第１治具２５も、第２治具２４と同様に、鉛直方向に取り外してもよい。
【０１７５】
図３４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他例の概略を示す工程別断面図である。図３４に示す製造プロセスは、図３３に示す製造プロセスのステップＳ３、つまり絶縁層１０ａの不要部分を除去する工程が省かれている点のみが、図３３に示す製造プロセスと異なる。
【０１７６】
なお、図３４および図３３に示す製造プロセスで製造される構造とは異なる構造を持つ半導体装置１についても、図３４または図３３に示す製造プロセスと同様の製造プロセスで製造することが可能である。
【０１７７】
以上説明したように、この実施の形態によれば、電気的接続の信頼性および放熱性の高い半導体装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、半導体チップとその半導体チップ上に配置される電極との接続の信頼性が高い半導体装置を得ることができ、半導体チップの温度幅が大きいパワーモジュール（大電力半導体装置）に有用である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2013121691.tif 000017
【図１１Ｂ】
2013121691.tif 000018
【図１１Ｃ】
2013121691.tif 000019
【図１２Ａ】
2013121691.tif 000020
【図１２Ｂ】
2013121691.tif 000021
【図１２Ｃ】
2013121691.tif 000022
【図１３】
2013121691.tif 000023
【図１４Ａ】
2013121691.tif 000024
【図１４Ｂ】
2013121691.tif 000025
【図１５】
2013121691.tif 000026
【図１６】
2013121691.tif 000027
【図１７Ａ】
2013121691.tif 000028
【図１７Ｂ】
2013121691.tif 000029
【図１８】
2013121691.tif 000030
【図１９】
2013121691.tif 000031
【図２０】
2013121691.tif 000032
【図２１】
2013121691.tif 000033
【図２２Ａ】
2013121691.tif 000034
【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
2013121691.tif 000039
【図２５Ｂ】
2013121691.tif 000040
【図２６Ａ】
2013121691.tif 000041
【図２６Ｂ】
2013121691.tif 000042
【図３３】
2013121691.tif 000043
【図３４】
2013121691.tif 000044
【図３５】
2013121691.tif 000045
【図３６】
2013121691.tif 000046
【図２７】
2013121691.tif 000047
【図２８】
2013121691.tif 000048
【図２９】
2013121691.tif 000049
【図３０】
2013121691.tif 000050
【図３１】
2013121691.tif 000051
【図３２】
2013121691.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月19日(2013.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップと、
前記第１の主面に対向配置された放熱板と、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第１電極と、
前記第２の主面に対向配置された圧接部材と、
前記第２の主面と前記圧接部材との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第２電極と、
前記放熱板と前記半導体チップのそれぞれに前記第１電極を圧接させ、かつ前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに前記第２電極を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第１電極の前記半導体チップに接触する部分の表面粗さが、前記半導体チップの前記第１電極に接触する部分の表面粗さよりも粗い請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱板と前記第１電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面に対向する面を持ち、その前記第１の主面に対向する前記第１電極の面の面積が、前記第１の主面の面積よりも大きく、
前記第１の主面に対向する前記第１電極の面に投影された前記第１の主面の外周から、前記第１の主面に対向する前記第１電極の面がはみ出すように、前記半導体チップが配置されている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記放熱板が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第１凹部を持ち、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置される前記第１電極の少なくとも一部が、前記第１凹部に入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第２凹部を持ち、
前記第２凹部に前記半導体チップの一部が入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記圧接部材が第２の放熱板である請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の放熱板と前記第２電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記第２の放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２の放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項７記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２の放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記圧接部材と前記半導体チップとの間の、前記第２電極とは異なる場所に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続するとともに、前記圧力発生機構によって、前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに圧接される第３電極をさらに備え、
前記第２電極に付与される圧力が、前記第３電極に付与される圧力よりも大きくなるように、前記圧力発生機構が圧力を発生させる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体チップが、表面電極として、前記第２の主面に形成されたエミッタ電極、ソース電極またはアノード電極を持ち、
前記第２電極が、前記エミッタ電極、ソース電極またはアノード電極に電気的に接続し、
前記圧力発生機構によって前記第２電極に付与される圧力が、０．５ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ未満である
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１５】
放熱板上に第１電極を配置する工程と、
前記第１電極上に半導体チップを配置する工程と、
前記半導体チップ上に第２電極を配置する工程と、
前記第２電極上に圧接部材を配置する工程と、
前記放熱板および前記圧接部材から前記半導体チップへ向けて圧力を付与して、前記第１電極を前記半導体チップに圧接するとともに、前記第２電極を前記半導体チップに圧接する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月31日(2014.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップと、
前記第１の主面に対向配置された放熱板と、
前記第１の主面に形成された第１表面電極と、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置されて、前記半導体チップの前記第１表面電極に電気的に接続する第１電極と、
前記第２の主面に対向配置された圧接部材と、
前記第２の主面と前記圧接部材との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第２電極と、
前記放熱板と前記半導体チップのそれぞれに前記第１電極を圧接させ、かつ前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに前記第２電極を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、
を備え、
前記第１電極の前記第１表面電極に接触する部分の表面粗さが、前記第１表面電極の表面粗さよりも粗く、かつ前記第１電極の硬度が、前記第１表面電極の硬度よりも低い、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱板と前記第１電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面に対向する面を持ち、その前記第１の主面に対向する前記第１電極の面の面積が、前記第１の主面の面積よりも大きく、
前記第１の主面に対向する前記第１電極の面に投影された前記第１の主面の外周から、前記第１の主面に対向する前記第１電極の面がはみ出すように、前記半導体チップが配置されている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱板が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第１凹部を持ち、
前記第１の主面と前記放熱板との間に配置される前記第１電極の少なくとも一部が、前記第１凹部に入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１電極が、前記半導体チップの前記第１の主面側に開口する第２凹部を持ち、
前記第２凹部に前記半導体チップの一部が入り込んでいる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記圧接部材が第２の放熱板である請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の放熱板と前記第２電極との間を絶縁するための絶縁要素をさらに備え、
前記第２の放熱板の材料が銅またはアルミニウムである
請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２の放熱板の材料がダイヤモンドまたはセラミックである請求項６記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２の放熱板の材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナである請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記圧接部材と前記半導体チップとの間の、前記第２電極とは異なる場所に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続するとともに、前記圧力発生機構によって、前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに圧接される第３電極をさらに備え、
前記第２電極に付与される圧力が、前記第３電極に付与される圧力よりも大きくなるように、前記圧力発生機構が圧力を発生させる
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体チップが、表面電極として、前記第２の主面に形成されたエミッタ電極、ソース電極またはアノード電極を持ち、
前記第２電極が、前記エミッタ電極、ソース電極またはアノード電極に電気的に接続し、
前記圧力発生機構によって前記第２電極に付与される圧力が、０．５ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ未満である
請求項１記載の半導体装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の半導体装置の一側面は、第１の主面とその第１の主面とは反対側の第２の主面を持つ半導体チップと、前記第１の主面に対向配置された放熱板と、前記第１の主面に形成された第１表面電極と、前記第１の主面と前記放熱板との間に配置されて、前記半導体チップの前記第１表面電極に電気的に接続する第１電極と、前記第２の主面に対向配置された圧接部材と、前記第２の主面と前記圧接部材との間に配置されて、前記半導体チップに電気的に接続する第２電極と、前記放熱板と前記半導体チップのそれぞれに前記第１電極を圧接させ、かつ前記圧接部材と前記半導体チップのそれぞれに前記第２電極を圧接させる圧力を発生させる圧力発生機構と、を備え、前記第１電極の前記第１表面電極に接触する部分の表面粗さが、前記第１表面電極の表面粗さよりも粗く、かつ前記第１電極の硬度が、前記第１表面電極の硬度よりも低いことである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2013121691.tif 000053
2013121691.tif 000054
2013121691.tif 000055
2013121691.tif 000056
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