(57)【要約】【課題】インダクタンスの低減を可能とする半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１の金属層と、第１の金属層と略同一平面内に設けられた第２の金属層と、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、第１の端子に電気的に接続された第１の金属配線層と、第２の端子と第２の金属層に電気的に接続され、第１の金属層との間に前１の金属配線層を挟む第２の金属配線層と、第３の端子と第１の金属層に電気的に接続された第３の金属配線層と、第１の金属配線層と第１の金属層との間に設けられ、第１の金属配線層に電気的に接続された第１の上部電極と、第１の金属層に電気的に接続された第１の下部電極とを有する第１の半導体チップと、第３の金属配線層と第２の金属層との間に設けられ、第３の金属配線層に電気的に接続された第２の上部電極と、第２の金属層に電気的に接続された第２の下部電極とを有する第２の半導体チップと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属層と、
前記第１の金属層と略同一平面内に設けられた第２の金属層と、
第１の端子と、
第２の端子と、
第３の端子と、
前記第１の端子に電気的に接続された第１の金属配線層と、
前記第２の端子と前記第２の金属層に電気的に接続され、前記第１の金属層との間に前記第１の金属配線層を挟む第２の金属配線層と、
前記第３の端子と前記第１の金属層に電気的に接続された第３の金属配線層と、
前記第１の金属配線層と前記第１の金属層との間に設けられ、前記第１の金属配線層に電気的に接続された第１の上部電極と、前記第１の金属層に電気的に接続された第１の下部電極とを有する第１の半導体チップと、
前記第３の金属配線層と前記第２の金属層との間に設けられ、前記第３の金属配線層に電気的に接続された第２の上部電極と、前記第２の金属層に電気的に接続された第２の下部電極とを有する第２の半導体チップと、
を備える半導体装置。
【請求項２】
第１のゲート端子と第２のゲート端子とを、更に備え、
前記第１の半導体チップが前記第１のゲート端子に電気的に接続された第１のゲート電極を有し、
前記第２の半導体チップが前記第２のゲート端子に電気的に接続された第２のゲート電極を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の金属配線層と前記第２の金属配線層とが略平行である請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属配線層は、前記第１の半導体チップと前記第２の金属配線層との間に挟まれる請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の金属配線層と前記第１の上部電極との間に設けられた金属の第１の接続部と、
前記第３の金属配線層と前記第２の上部電極との間に設けられた金属の第２の接続部とを、
更に備える請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の金属配線層と前記第２の金属層は直接、又は接着層を間に挟んで接続され、
前記第３の金属配線層と前記第１の金属層は直接、又は接着層を間に挟んで接続される請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の金属配線層と前記第２の金属配線層が樹脂基板の中に設けられた請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールでは、例えば、金属基板の上に、絶縁層を間に挟んで複数のパワー半導体チップが実装される。パワー半導体チップは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、又は、ダイオードである。
【０００３】
パワー半導体モジュールでは、内部のインダクタンスを低減することが望まれる。内部のインダクタンスが大きいと、例えば、スイッチングを高速で行う際に過電圧が発生するおそれがある。過電圧が発生するとパワー半導体モジュールの破壊が生じるおそれがある。このため、パワー半導体チップのスイッチングを高速で行うことができず、スイッチング損失が大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７４１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、インダクタンスの低減を可能とする半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の半導体装置は、第１の金属層と、前記第１の金属層と略同一平面内に設けられた第２の金属層と、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、前記第１の端子に電気的に接続された第１の金属配線層と、前記第２の端子と前記第２の金属層に電気的に接続され、前記第１の金属層との間に前記第１の金属配線層を挟む第２の金属配線層と、前記第３の端子と前記第１の金属層に電気的に接続された第３の金属配線層と、前記第１の金属配線層と前記第１の金属層との間に設けられ、前記第１の金属配線層に電気的に接続された第１の上部電極と、前記第１の金属層に電気的に接続された第１の下部電極とを有する第１の半導体チップと、前記第３の金属配線層と前記第２の金属層との間に設けられ、前記第３の金属配線層に電気的に接続された第２の上部電極と、前記第２の金属層に電気的に接続された第２の下部電極とを有する第２の半導体チップと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式図。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の模式図。
【図３】第１の実施形態の半導体装置の模式図。
【図４】第１の実施形態の半導体装置の等価回路図。
【図５】第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
【図６】第２の実施形態の半導体装置の模式図。
【図７】第３の実施形態の半導体装置の模式図。
【図８】第４の実施形態の半導体装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【０００９】
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する場合がある。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１の金属層と、第１の金属層と略同一平面内に設けられた第２の金属層と、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、第１の端子に電気的に接続された第１の金属配線層と、第２の端子と第２の金属層に電気的に接続され、第１の金属層との間に第１の金属配線層を挟む第２の金属配線層と、第３の端子と第１の金属層に電気的に接続された第３の金属配線層と、第１の金属配線層と第１の金属層との間に設けられ、第１の金属配線層に電気的に接続された第１の上部電極と、第１の金属層に電気的に接続された第１の下部電極とを有する第１の半導体チップと、第３の金属配線層と第２の金属層との間に設けられ、第３の金属配線層に電気的に接続された第２の上部電極と、第２の金属層に電気的に接続された第２の下部電極とを有する第２の半導体チップと、を備える。
【００１１】
図１、図２、図３は、本実施形態の半導体装置の模式図である。図１は上面図、図２及び図３は断面図である。図４は、本実施形態の半導体装置の等価回路図である。
【００１２】
本実施形態の半導体装置は、パワー半導体モジュールである。図４に示すように、本実施形態のパワー半導体モジュールは、並列に接続された２個のＩＧＢＴと２個のＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）が、同様に並列に接続された２個のＩＧＢＴと２個のＳＢＤと、直列に接続されている。本実施形態のパワー半導体モジュールは、１モジュールでハーフブリッジ回路を構成できる、いわゆる「２ｉｎ１」タイプのモジュールである。例えば、本実施形態のパワー半導体モジュールを３個用いることにより３相インバータ回路を構成できる。
【００１３】
本実施形態のパワー半導体モジュールは、樹脂ケース１０、蓋１２、Ｎ電力端子１４（第１の端子）、Ｐ電力端子１６（第２の端子）、ＡＣ出力端子１８（第３の端子）、ゲート端子２０ａ（第１のゲート端子）、ゲート端子２０ｂ（第２のゲート端子）、金属基板２２、樹脂絶縁層２４、第１の金属層２６、第２の金属層２８、ゲート金属層３０、ゲート金属層３２、ＩＧＢＴ３４（第１の半導体チップ）、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０、ＩＧＢＴ４４（第２の半導体チップ）、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０、Ｎ金属配線層５２（第１の金属配線層）、Ｐ金属配線層５４（第２の金属配線層）、ＡＣ金属配線層５６（第３の金属配線層）、金属プラグ５８（第１の接続部）、金属プラグ６０、金属プラグ６２（第２の接続部）、金属プラグ６４、金属プラグ６６、金属プラグ６８、はんだ層７０（第１の接着層）、はんだ層７２（第２の接着層）、ボンディングワイヤ７４、シリコーンゲル７６を備える。
【００１４】
図１（ａ）は、半導体モジュールから蓋１２及びシリコーンゲル７６を除いた状態の上面図である。また、図１（ｂ）は、半導体モジュールから蓋１２、Ｎ金属配線層５２、Ｐ金属配線層５４、ＡＣ金属配線層５６及びシリコーンゲル７６を除いた状態の上面図である。
【００１５】
図２（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＡＡ’方向の断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＢＢ’方向の断面図である。図２（ｃ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＣＣ’方向の断面図である。図２（ｄ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＤＤ’方向の断面図である。図３（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＥＥ’方向の断面図である。図３（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すＦＦ’方向の断面図である。
【００１６】
金属基板２２は、例えば、銅である。例えば、半導体モジュールを製品に実装する際、金属基板２２の裏面には、図示しない放熱板が接続される。
【００１７】
樹脂ケース１０は、金属基板２２の周囲に設けられる。樹脂ケース１０の上には蓋１２が設けられる。また、半導体モジュールの内部には、封止材としてシリコーンゲル７６が充填されている。樹脂ケース１０、金属基板２２、蓋１２、及びシリコーンゲル７６は、半導体モジュール内の部材を保護又は絶縁する機能を有する。
【００１８】
樹脂ケース１０の上部には、Ｎ電力端子１４、Ｐ電力端子１６、ＡＣ出力端子１８、ゲート端子２０ａ、ゲート端子２０ｂが設けられる。Ｐ電力端子１６には外部から、例えば、正電圧が印加される。Ｎ電力端子１４には外部から、例えば、負電圧が印加される。
【００１９】
樹脂絶縁層２４は、金属基板２２の上に設けられる。樹脂絶縁層２４は、金属基板２２と、第１の金属層２６及び第２の金属層２８を絶縁する機能を有する。樹脂絶縁層２４は、樹脂中に、例えば、窒化ホウ素などで形成される熱伝導率の高いフィラ―を含有する。
【００２０】
第１の金属層２６及び第２の金属層２８は、樹脂絶縁層２４上に設けられる。第１の金属層２６と第２の金属層２８は、略同一の平面に設けられる。
【００２１】
第１の金属層２６及び第２の金属層２８は、例えば、第１の金属層２６及び第２の金属層２８の上に設けられる半導体チップ同士を電気的に接続する機能を有する。第１の金属層２６及び第２の金属層２８は、例えば、銅である。
【００２２】
ゲート金属層３０及びゲート金属層３２は、樹脂絶縁層２４上に設けられる。第１の金属層２６、第２の金属層２８、ゲート金属層３０及びゲート金属層３２は、略同一の平面に設けられる。ゲート金属層３０及びゲート金属層３２は、半導体チップとゲート端子２０ａ及びゲート端子２０ｂを接続する機能を有する。
【００２３】
ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０は、第１の金属層２６の上に設けられる。ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０は、Ｎ金属配線層５２と第１の金属層２６との間に設けられる。ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０は、例えば、半田やＡｇナノ粒子を用いて、第１の金属層２６に接続される。
【００２４】
ＩＧＢＴ３４は、上面にエミッタ電極３４ａ（第１の上部電極）、下面にコレクタ電極３４ｂ（第１の下部電極）、上面にゲート電極３４ｃ（第１のゲート電極）を有する。エミッタ電極３４ａは、Ｎ金属配線層５２に電気的に接続される。コレクタ電極３４ｂは、第１の金属層２６に電気的に接続される。ゲート電極３４ｃは、ゲート金属層３０及びボンディングワイヤ７４を用いて、ゲート端子２０ａに接続される。ボンディングワイヤ７４は、例えば、アルミワイヤである。
【００２５】
ＩＧＢＴ４４、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０は、第２の金属層２８の上に設けられる。ＩＧＢＴ４４、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０は、ＡＣ金属配線層５６と第２の金属層２８との間に設けられる。ＩＧＢＴ４４、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０は、例えば、半田やＡｇナノ粒子を用いて、第２の金属層２８に接続される。
【００２６】
ＩＧＢＴ４４は、上面にエミッタ電極４４ａ（第２の上部電極）、下面にコレクタ電極４４ｂ（第２の下部電極）、上面にゲート電極４４ｃ（第２のゲート電極）を有する。エミッタ電極４４ａは、ＡＣ金属配線層５６に電気的に接続される。コレクタ電極４４ｂは、第２の金属層２８と電気的に接続される。ゲート電極４４ｃは、ゲート金属層３２及びボンディングワイヤを用いて、ゲート端子２０ｂに接続される。
【００２７】
ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０、ＩＧＢＴ４４、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）又はシリコン（Ｓｉ）を用いた半導体チップである。
【００２８】
Ｎ金属配線層５２は、ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、ＳＢＤ４０の上に設けられる。Ｎ金属配線層５２は、Ｎ電力端子１４に電気的に接続される。Ｎ金属配線層５２は、例えば、超音波接続によりＮ電力端子１４に接続される。
【００２９】
Ｎ金属配線層５２は、例えば、厚い銅材である。銅材の厚さは、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。
【００３０】
金属プラグ５８は、Ｎ金属配線層５２とＩＧＢＴ３４との間に設けられる。金属プラグ５８は、Ｎ金属配線層５２とエミッタ電極３４ａとの間に設けられる。金属プラグ５８は、Ｎ金属配線層５２とエミッタ電極３４ａを電気的に接続する。金属プラグ５８は、例えば、半田やＡｇナノ粒子を用いて、エミッタ電極３４ａに接続される。
【００３１】
同様に、Ｎ金属配線層５２とＩＧＢＴ３６との間に金属プラグ６０が設けられる。金属プラグ５８及び金属プラグ６０は、例えば、銅である。
【００３２】
Ｐ金属配線層５４は、Ｎ金属配線層５２の上に設けられる。Ｐ金属配線層５４と第１の金属層２６との間に、Ｎ金属配線層５２が設けられる。Ｎ金属配線層５２は、ＩＧＢＴ３４、ＩＧＢＴ３６、ＳＢＤ３８、及びＳＢＤ４０と、Ｐ金属配線層５４との間に設けられる。Ｎ金属配線層５２とＰ金属配線層５４とは、略平行である。
【００３３】
Ｐ金属配線層５４は、Ｐ電力端子１６と第２の金属層２８に電気的に接続される。Ｐ金属配線層５４は、例えば、超音波接続によりＰ電力端子１６に接続される。Ｐ金属配線層５４は、例えば、はんだ層７０を間に挟んで第２の金属層２８に接続される。Ｐ金属配線層５４は、例えば、超音波接続により直接第２の金属層２８に接続されても構わない。
【００３４】
Ｐ金属配線層５４は、例えば、厚い銅材である。銅材の厚さは、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。
【００３５】
ＡＣ金属配線層５６は、ＩＧＢＴ４４、ＩＧＢＴ４６、ＳＢＤ４８、ＳＢＤ５０の上に設けられる。ＡＣ金属配線層５６は、ＡＣ出力端子１８と第１の金属層２６に電気的に接続される。ＡＣ金属配線層５６は、例えば、超音波接続によりＡＣ出力端子１８に接続される。ＡＣ金属配線層５６は、例えば、はんだ層７２を間に挟んで第１の金属層２６に接続される。ＡＣ金属配線層５６は、例えば、超音波接続により直接第１の金属層２６に接続されても構わない。
【００３６】
ＡＣ金属配線層５６は、例えば、厚い銅材である。銅材の厚さは、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。
【００３７】
金属プラグ６２は、ＡＣ金属配線層５６とＩＧＢＴ４４との間に設けられる。金属プラグ６２は、ＡＣ金属配線層５６とエミッタ電極４４ａとの間に設けられる。金属プラグ６２は、ＡＣ金属配線層５６とエミッタ電極４４ａを電気的に接続する。金属プラグ６２は、例えば、半田やＡｇナノ粒子を用いて、エミッタ電極４４ａに接続される。
【００３８】
同様に、ＡＣ金属配線層５６とＩＧＢＴ４６との間に金属プラグ６４が設けられる。金属プラグ６２及び金属プラグ６４は、例えば、銅である。
【００３９】
次に、実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図である。図５は、半導体モジュールから蓋１２及びシリコーンゲル７６を除いた状態の上面図である。
【００４１】
パワー半導体モジュールでは、内部のインダクタンスを低減することが望まれる。内部のインダクタンスが大きいと、例えば、スイッチングを高速で行う際に過電圧が発生するおそれがある。過電圧が発生するとパワー半導体モジュールの破壊が生じるおそれがある。このため、パワー半導体チップのスイッチングを高速で行うことができず、スイッチング損失が大きくなるという問題がある。
【００４２】
本実施形態の半導体モジュールは、Ｎ金属配線層５２とＰ金属配線層５４が上下で重なる平行平板領域８０を備える。平行平板領域８０は、図５中でハッチングを施した領域である。
【００４３】
この平行平板領域８０では、電流が逆向きに流れ、Ｎ金属配線層５２とＰ金属配線層５４の間でインダクタンスを相互に打ち消し合う。したがって、半導体モジュールの内部のインダクタンスが低減する。よって、半導体モジュールの高速スイッチング、及び、スイッチング損失の低減が可能となる。
【００４４】
具体的には、例えば、平行平板領域８０が無い場合に２０ｎＨ程度であるインダクタンスを、１０ｎＨ以下に低減することが可能である。
【００４５】
本実施形態の半導体モジュールは、特に、シリコンを用いた半導体チップに比べて、高速でスイッチング動作が可能なＳｉＣを用いた半導体チップを用いる場合に有効である。
【００４６】
また、例えば、第１の金属層２６及び第２の金属層２８の上に半導体チップを実装し、ボンディングワイヤを用いて端子と半導体チップとの間の電気的接続を行う場合、樹脂絶縁層２４の上に、ワイヤボンディングのためのスペースや引き回し配線のためのスペースが必要となる。このため、樹脂絶縁層２４の上に、半導体チップの実装のために占有できるスペースが少なくなるという問題がある。
【００４７】
本実施の形態の半導体モジュールは、第１の金属層２６及び第２の金属層２８に加えて、第１の金属層２６及び第２の金属層２８とは別平面に存在するＮ金属配線層５２、Ｐ金属配線層５４、ＡＣ金属配線層５６を用いて端子と半導体チップとの間の電気的接続が行われる。このため、例えば、第１の金属層２６及び第２の金属層２８とボンディングワイヤのみを用いて端子と半導体チップとの間の電気的接続が行われる場合と比較すると、樹脂絶縁層２４の上に、ワイヤボンディングのためのスペースや引き回し配線のためのスペースが不要となる。言い換えれば、樹脂絶縁層２４の上の半導体チップの実装のために占有できるスペースが大きくなる。
【００４８】
したがって、樹脂絶縁層２４の上に、多数の半導体チップ、あるいは、サイズの大きい半導体チップを実装することが可能となる。よって、半導体モジュールの設計の自由度が増大する。
【００４９】
例えば、半導体チップを多数実装することや、サイズの大きな半導体チップを実装することで、半導体モジュールのサイズを変えずに定格電流を増加させることが容易となる。また、例えば、サイズの大きな半導体チップに代えて、高歩留りのため低価格となるサイズの小さい半導体チップを多数実装することで、半導体モジュールの製造価格を低減することが可能となる。
【００５０】
また、例えば、ボンディングワイヤを用いて端子と半導体チップとの間の電気的接続を行う場合、ボンディングワイヤの破断や溶断が生じるという問題がある。以下、ボンディングワイヤがアルミワイヤである場合を例に説明する。
【００５１】
例えば、ＩＧＢＴやＳＢＤなどの半導体チップへの通電時に半導体チップが発熱し、アルミワイヤと半導体チップの接続部分に線膨張係数の違いに起因する応力が発生する。この応力により、アルミワイヤの結晶粒（グレーン）の粗大化や亀裂が発生し、最終的にはアルミワイヤにクラックが入ることで破断し、オープン不良となるおそれがある。
【００５２】
また、アルミワイヤは、半導体チップの電極上の限られた部分にしかボンディングできないため、電極内での電流の分散が生じにくい。したがって、半導体チップとアルミワイヤとの接続部分に電流が集中し、接続部分の温度が上昇する傾向がある。よって、アルミワイヤにクラックが入りやすくなる。
【００５３】
さらに、例えば、半導体チップの電極、あるいは、半導体チップが実装される金属層の上でボンディングワイヤが占有できる面積には限りがある。このため、おのずとアルミワイヤの本数が制限され、アルミワイヤ１本あたりの電流負荷が増大し、アルミワイヤの溶断が生じやすくなる。
【００５４】
半導体モジュールに通電、遮断を繰り返す度に、アルミワイヤには熱と応力が繰り返し加わる。その結果、アルミワイヤの破断や溶断が生じ、信頼性不良となる。
【００５５】
本実施の形態の半導体モジュールは、ゲート端子２０ａ及びゲート端子２０ｂと半導体チップとの接続以外は、ボンディングワイヤを用いずに接続が行われる。したがって、ボンディングワイヤに起因する信頼性不良を低減できる。
【００５６】
そして、例えば、Ｎ電力端子１４及びＡＣ出力端子１８と半導体チップの電極との接続部分は、ボンディングワイヤのように点接触ではなく、接触面積の大きい面接触となる。したがって、接続部分での電流集中が生じにくく、温度上昇もおこりにくい。よって、接続に伴う信頼性不良が生じにくい。
【００５７】
また、例えば、Ｎ金属配線層５２、Ｐ金属配線層５４、及びＡＣ金属配線層５６に厚い金属材、例えば、銅材を用いることで、ボンディングワイヤを使う場合と比較して放熱性が向上する。
【００５８】
以上、本実施形態の半導体モジュールは、平行平板領域８０を有するＮ金属配線層５２、Ｐ金属配線層５４を用いることで、インダクタンスの低減が可能となる。したがって、高速スイッチング、及び、スイッチング損失の低減が可能となる。また、接続にボンディングワイヤを極力用いないことで、ボンディングワイヤに起因する信頼性不良を低減できる。また、放熱性が向上する。
【００５９】
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１の金属配線層と第２の金属配線層が樹脂基板の中に設けられる点以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、一部記載を省略する。
【００６０】
図６は、本実施形態の半導体装置の模式図である。図６は、図２（ｂ）に示すＢＢ’方向の断面図に相当する断面図である。
【００６１】
Ｎ金属配線層５２及びＰ金属配線層５４の少なくとも一部が同一の樹脂基板８２内に設けられる。樹脂基板８２は、いわゆる多層配線基板である。さらに、樹脂基板８２には、金属プラグ５８及び金属プラグ６０の一部も埋め込まれている。
【００６２】
また、ＡＣ金属配線層５６の少なくとも一部が樹脂基板８４内に設けられる。さらに樹脂基板８４には、金属プラグ６６及び金属プラグ６８の一部も埋め込まれている。
【００６３】
樹脂基板８２及び樹脂基板８４は、例えば、ガラスエポキシ樹脂を含む基板である。
【００６４】
Ｎ金属配線層５２及びＰ金属配線層５４が樹脂基板８４内で一体化しているため、半導体モジュールの組み立てが容易となる。
【００６５】
また、金属基板２２と樹脂基板８４との線膨張係数の差を小さくすることが可能である。したがって、熱による応力の発生が抑制される。よって、金属層と半導体チップ、あるいは、金属配線層と半導体チップとの接続部分の信頼性が向上する。
【００６６】
また、例えば、Ｎ金属配線層５２とＰ金属配線層５４との間の絶縁性が、半導体モジュールの組み立て前に、樹脂基板８４の状態で試験することができる。したがって、半導体モジュールの絶縁性の信頼性の向上が可能となる。
【００６７】
以上、本実施形態の半導体モジュールによれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、半導体モジュールの組み立てが容易となる。また、半導体モジュールの更なる信頼性の向上が可能となる。  
【００６８】
（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１の半導体チップのゲート電極とゲート端子を接続するゲート配線層を、更に備える以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、一部記載を省略する。
【００６９】
図７は、本実施形態の半導体装置の模式図である。図７（ａ）は、図３（ａ）に示すＥＥ’方向の断面図に相当する断面図、図７（ｂ）は、図３（ｂ）に示すＦＦ’方向の断面図に相当する断面図である。
【００７０】
ゲート配線層８６は、ＩＧＢＴ３６の上面のゲート電極３４ｃと、ゲート端子２０ａとを電気的に接続する。ゲート配線層８６は、ゲート電極３４ｃとゲート端子２０ａとを直接接続する。
【００７１】
ゲート配線層８６は、例えば、半田を用いてゲート電極３４ｃに接続される。ゲート配線層８６は、例えば、超音波接続によりゲート端子２０ａに接続される。
【００７２】
ゲート配線層８６は、例えば、銅材である。ゲート配線層８６が、第２の実施形態の樹脂基板８２に含まれる構成としても構わない。
【００７３】
ゲート配線層８６が樹脂基板８２に含まれる構成とする場合、例えば、ゲート抵抗も樹脂基板８２に含まれる構成とすることも可能である。
【００７４】
また、樹脂絶縁層２４上のゲート金属層３０及びゲート金属層３２が不要となり、半導体チップの実装のために使えるスペースが拡大する。したがって、半導体モジュールの設計の自由度が更に増大する。
【００７５】
以上、本実施形態の半導体モジュールによれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、半導体モジュールの設計の自由度が更に増大する。
【００７６】
（第４の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、樹脂絶縁層に代えて、裏面金属層とセラミック基板を備える点以外は、第２の実施形態と同様である。したがって、第２の実施形態と重複する内容については、一部記載を省略する。
【００７７】
図８は、本実施形態の半導体装置の模式図である。図８は、図２（ｂ）に示すＢＢ’方向の断面図に相当する断面図である。
【００７８】
本実施形態の半導体モジュールは、第２の実施形態の樹脂絶縁層２４に代えて、裏面金属層９０、裏面金属層９２、セラミック基板９４、セラミック基板９６を備える。
【００７９】
セラミック基板９４は、裏面金属層９０と第１の金属層２６との間に設けられる。セラミック基板９６は、裏面金属層９２と第２の金属層２８との間に設けられる。
【００８０】
セラミック基板９４、セラミック基板９６は、例えば、アルミナ基板である。裏面金属層９０、裏面金属層９２は、例えば、例えば、銅である。
【００８１】
樹脂絶縁層２４に代えて、裏面金属層９０、裏面金属層９２、セラミック基板９４、セラミック基板９６を用いることにより、半導体モジュールの放熱性及び絶縁性が向上する。
【００８２】
以上、本実施形態の半導体モジュールによれば、第２の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、放熱性及び絶縁性が向上する。  
【００８３】
第１ないし第４の実施形態では、第１の金属層２６の上、及び、第２の金属層２８の上に、それぞれ、ＩＧＢＴが２個、ＳＢＤが２個、実装される場合を例に説明したが、ＩＧＢＴ及びＳＢＤの数は、これらの数に限定されるものではない。
【００８４】
第１ないし第４の実施形態では、半導体チップとしてＩＧＢＴ及びＳＢＤを用いる場合を例に説明したが、半導体チップはこれらに限定されるものではない。例えば、ＭＯＳＦＥＴやＰＩＮダイオードなど、その他のトランジスタやダイオードを適用することも可能である。また、例えば、ダイオードを実装せず、ＭＯＳＦＥＴのみを実装することも可能である。
【００８５】
第１ないし第４の実施形態では、封止材としてシリコーンゲル７６を用いる場合を例に説明したが、シリコーンゲル７６に代えて、例えば、エポキシ樹脂など、その他の樹脂材料を用いることも可能である。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８７】
１４      Ｎ電力端子（第１の端子）
１６      Ｐ電力端子（第２の端子）
１８      ＡＣ出力端子（第３の端子）
２０ａ    ゲート端子（第１のゲート端子）
２０ｂ    ゲート端子（第２のゲート端子）
２６      第１の金属層
２８      第２の金属層
３４      ＩＧＢＴ（第１の半導体チップ）
３４ａ    エミッタ電極（第１の上部電極）
３４ｂ    コレクタ電極（第１の下部電極）
３４ｃ    ゲート電極（第１のゲート電極）
４４      ＩＧＢＴ（第２の半導体チップ）
４４ａ    エミッタ電極（第２の上部電極）
４４ｂ    コレクタ電極（第２の下部電極）
４４ｃ    ゲート電極（第２のゲート電極）
５２      Ｎ金属配線層（第１の金属配線層）
５４      Ｐ金属配線層（第２の金属配線層）
５６      ＡＣ金属配線層（第３の金属配線層）
５８      金属プラグ（第１の接続部）
６２      金属プラグ（第２の接続部）
７０      はんだ層（第１の接着層）
７２      はんだ層（第２の接着層）
８２      樹脂基板
【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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