(57)【要約】【課題】本明細書は、一対の金属板の間に半導体チップが挟まれている半導体装置において、一対の金属板の平行を保持し易い構造を提供する。【解決手段】半導体装置２は、対向している一対の金属板２０、３０と、半導体チップ１０ａ、１０ｂと、セラミックブロック４０と、パッケージ３を備えている。半導体チップ１０ａ、１０ｂは、両面の夫々に電極が露出しており、一方の電極が正極金属板２０に接続されており、他方の電極が負極金属板３０に接続されている。絶縁体ブロック４０は、半導体チップ１０ａ、１０ｂに隣接しており、一面が正極金属板２０と接しており反対側の面が負極金属板３０に接している。パッケージ３は、一対の金属板２０、３０の間で半導体チップ１０ａ、１０ｂを封止している。【選択図】図３
2019125721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するように配置されている第１金属板と第２金属板と、
両面の夫々に電極が露出しており、一方の電極が前記第１金属板と対向しているとともにハンダで前記第１金属板に接続されており、他方の電極が前記第２金属板と対向しているとともにハンダで前記第２金属板に接続されている半導体チップと、
前記半導体チップに隣接しており、一面が前記第１金属板と接しているとともに反対側の面が前記第２金属板に接している絶縁体ブロックと、
前記第１金属板の前記半導体チップの側の面と前記第２金属板の前記半導体チップの側の面に接しているとともに前記半導体チップを収容しているパッケージと、
を備えている半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁体ブロックは、前記第１金属板の法線方向からみて少なくとも前記半導体チップの両側に位置している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁体ブロックは、前記法線方向からみて前記半導体チップの三方を囲んでいる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２金属板の前記第１金属板とは反対側で前記第２金属板に対向している第３金属板と、
前記第２金属板と前記第３金属板に挟まれており、両面の夫々に電極が露出しており、一方の電極が前記第２金属板と対向しているとともにハンダで前記第２金属板に接続されており、他方の電極が前記第３金属板と対向しているとともにハンダで前記第３金属板に接続されている別の半導体チップと、
前記別の半導体チップに隣接しており、一面が前記第２金属板に接しているとともに反対側の面が前記第３金属板に接している別の絶縁体ブロックと、
を備えており、
前記パッケージは、前記半導体チップと前記別の半導体チップを収容している、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１金属板と前記第３金属板の間に、前記半導体チップと前記第２金属板と前記別の半導体チップの組が３組並列に接続されている、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの前記一方の面に別の電極が設けられており、
前記絶縁体ブロックは、前記別の電極に対向するとともに前記パッケージの外部へ延びている脚部を備えており、
前記脚部の前記別の電極と対向する面に、前記別の電極に接続されているとともに前記パッケージの外部に延びている導電層が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁体ブロックは、セラミックで作られている、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、両面の夫々に電極が露出している半導体チップを一対の金属板が挟んでおり、それら一対の金属板の間で半導体チップが封止されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２に、一対の金属板の間に半導体チップが挟まれているとともにその半導体チップがパッケージに封止されている半導体装置が開示されている。半導体チップは平板状であり、夫々の幅広面に電極が露出している。一対の金属板の夫々は、ハンダ（あるいはハンダと金属ブロック）によって半導体チップの夫々の面の電極と接続されている。即ち、金属板は、半導体チップの電極を他のデバイスと接続する導電経路の役割を担っている。特許文献１、２の半導体装置では、夫々の金属板の一面がパッケージから露出しており、ヒートシンクを兼ねている。
【０００３】
特許文献１には、一対の金属板を平行に保持したまま半導体チップをハンダ接合する治具が開示されている。また、特許文献２には、一対の金属板の間に、別の金属板を挟んだ２個の半導体チップが配置されている２層構造の半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８５９１号公報
【特許文献２】特開２００６−４９５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、一対の金属板を平行に維持する治具を用いる。特許文献２の半導体装置は２層構造であり、中央の金属板の平行を保持することが難しい。本明細書は、一対の金属板に半導体チップが挟まれており、半導体チップが夫々の金属板と接続しているとともにパッケージに収容されている半導体装置に関し、一対の金属板の平行を保持し易い構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、一対の金属板と、半導体チップと、絶縁体ブロックと、パッケージを備えている。一対の金属板は、対向するように平行に配置されている。説明の便宜上、一対の金属板の一方を第１金属板と称し、他方を第２金属板と称する。半導体チップは、両面の夫々に電極が露出しており、一方の電極がハンダで第１金属板に接続されており、他方の電極がハンダで第２金属板に接続されている。なお、半導体チップと金属板の間には、ハンダとともに導電部材が挟まれていてもよい。絶縁体ブロックは、半導体チップに隣接しており、一面が第１金属板に接しているとともに反対側の面が第２金属板に接している。パッケージは、第１金属板の半導体チップの側の面と第２金属板の半導体チップの側の面に接しているとともに半導体チップを収容している。
【０００７】
本明細書が開示する半導体装置は、一対の金属板が絶縁体ブロックを挟んでいる。絶縁体ブロックが一対の金属板を平行に保持する。この半導体装置は、治具等を用いずとも、ハンダの溶融時に一対の金属板を平行に保つことができる。さらに、この半導体装置は、絶縁体ブロックによって一対の金属板が平行を保持しているので、ハンダの厚みを一定にすることができる。
【０００８】
絶縁体ブロックは、第１金属板の法線方向からみて少なくとも半導体チップの両側に位置しているとよい。あるいは、絶縁体ブロックは、第１金属板の法線方向からみて半導体チップの三方を囲んでいるとよい。絶縁体ブロックが半導体チップの位置決めにも役立つ。
【０００９】
本明細書が開示する技術は金属板の法線方向で半導体チップが２段に配置されている２層構造の半導体装置にも適している。本明細書が開示する２層構造の半導体装置は、第３金属板と別の半導体チップと別の絶縁体ブロックを備えている。第３金属板は、第２金属板の第１金属板とは反対側で第２金属板に対向している。別の半導体チップは、第２金属板と第３金属板に挟まれている。別の半導体チップも、両面の夫々に電極が露出している。別の半導体チップの一方の電極が第２金属板と対向しているとともにハンダで第２金属板に接続されており、他方の電極が第３金属板に対向しているとともにハンダで第３金属板に接続されている。別の絶縁体ブロックは、別の半導体チップに隣接しており、一面が第２金属板に接しているとともに反対側の面が第３金属板に接している。パッケージは、半導体チップと別の半導体チップを収容している。
【００１０】
上記した２層の半導体装置は、第１金属板と絶縁体ブロックと第２金属板と別の絶縁体ブロックと第３金属板がこの順序で積層される。中間の第２金属板は、両側から絶縁体ブロックに挟まれ、保持される。この半導体装置は、製造時に治具等を用いることなく、３枚の金属板の平行を保つことができる。
【００１１】
上記した２層の半導体装置は、半導体チップと別の半導体チップが直列に接続される。２個の半導体チップの直列接続が使われる典型的な回路として、三相交流を出力するインバータが挙げられる。インバータは、２個のスイッチング素子の直列接続を３組備える。上記した２層の半導体装置は、インバータに適用することができる。すなわち、第１金属板と第３金属板の間に、半導体チップと第２金属板と別の半導体チップの積層構造の組が３組並列に接続されているとよい。この半導体装置は、１個のパッケージでインバータの主要部品を実現することができる。
【００１２】
本明細書が開示する半導体装置は、さらに、次の特徴を備えていてもよい。半導体チップの一方の面に別の電極が設けられている。絶縁体ブロックは、別の電極に対向するとともにパッケージの外部へ延びている脚部を備えている。脚部の別の電極と対向する面に、別の電極に接続されているとともにパッケージの外部に延びている導電層が設けられている。トランジスタなどは、一対の主電極（コレクタ電極とエミッタ電極、あるいは、ソース電極とドレイン電極）のほかに、ゲート電極などの制御電極を備えている。導電層を備えた脚部は、半導体チップのゲート電極などの制御電極（別の電極）を他のデバイスに接続する端子の役割を担う。一対の金属板の平行を保持する絶縁体ブロックが、半導体チップの制御電極を他のデバイスと接続する端子も兼ねることができる。
【００１３】
絶縁体ブロックは、典型的にはセラミックで作られている。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例の半導体装置の斜視図である。
【図２】パッケージを除く半導体装置の分解斜視図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った半導体装置の断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿った半導体装置の断面図である。
【図５】第１変形例の半導体装置の断面図である。
【図６】セラミックブロックの別の変形例を示す分解斜視図である。
【図７】第２実施例の半導体装置の斜視図である。
【図８】第２実施例の半導体装置の等価回路図である。
【図９】図７のIX−IX線に沿った第２実施例の半導体装置の断面図である。
【図１０】図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】絶縁体ブロックの部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施例）図１−図４を参照して第１実施例の半導体装置２を説明する。図１に半導体装置２の斜視図を示す。半導体装置２は、樹脂製のパッケージ３の中に２個の半導体チップが封止されたパワーモジュールである。図２に、パッケージ３を除く半導体装置２の分解斜視図を示す。図３に、図１のIII−III線に沿った断面図を示し、図４に図１のIV−IV線に沿った断面図を示す。図３は、半導体チップ１０ａを横断する断面を示している。図４は、半導体チップ１０ａ、１０ｂを横断する断面を示している。説明の便宜上、図中の座標系の＋Ｚ方向を「上」と定義し、−Ｚ方向を「下」と定義する。
【００１６】
半導体装置２は、パッケージ３のほか、正極金属板２０、負極金属板３０、２個の半導体チップ１０ａ、１０ｂ、セラミックブロック４０、銅ブロック４を備えている。以下では、正極金属板２０と負極金属板３０を合わせて一対の金属板２０、３０と称する場合がある。
【００１７】
パッケージ３は、扁平であり、２個の幅広面の一方に正極金属板２０が露出しており、他方の幅広面に負極金属板３０が露出している。幅広面に挟まれた一つの幅狭面（上面）から正極端子２１と負極端子３１が延びており、下面から複数の制御端子３３が延びている。制御端子３３は導電性の金属で作られている。幅広面に露出している正極金属板２０と負極金属板３０は、パッケージ３の内部で半導体チップ１０ａ、１０ｂと熱的に接続しており、半導体チップ１０ａ、１０ｂの熱を放出するヒートシンクを兼ねている。
【００１８】
半導体チップ１０ａ、１０ｂは、トランジスタとダイオードが逆並列に接続されているＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse-Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ＲＣ−ＩＧＢＴは、電圧コンバータやインバータなどでよく使われる。半導体チップ１０ａ、１０ｂは平板タイプであり、一方の面にコレクタ電極１２が露出しており、他方の面にエミッタ電極１３が露出している。一方の面にはコレクタ電極１２のほか、ゲート電極やセンスエミッタ電極などの複数の制御電極１４が設けられている。
【００１９】
セラミックブロック４０は、正極金属板２０の法線方向（図中のＸ方向）からみるとＥ字形状をなしており、３方を囲む２か所のスリット４１ａ、４１ｂを有している。正極金属板２０はセラミックブロック４０の一面に接しており、負極金属板３０はセラミックブロック４０の反対側の面に接している。別言すれば、セラミックブロック４０は正極金属板２０と負極金属板３０に挟まれている。セラミックブロック４０の一方のスリット４１ａに半導体チップ１０ａと銅ブロック４が配置され、他方のスリット４１ｂに半導体チップ１０ｂと別の銅ブロック４が配置される。半導体チップ１０ａは、銅ブロック４とともに正極金属板２０と負極金属板３０の間に挟まれる。半導体チップ１０ｂも、別の銅ブロック４とともに正極金属板２０と負極金属板３０の間に挟まれる。
【００２０】
半導体チップ１０ａのコレクタ電極１２にはハンダ５２によって銅ブロック４が接合されており、コレクタ電極１２の反対側のエミッタ電極１３にはハンダ５３によって負極金属板３０が接合されている。銅ブロック４の半導体チップ１０ａとは反対側は、ハンダ５１によって正極金属板２０が接合されている。
【００２１】
半導体チップ１０ｂのコレクタ電極１２にはハンダ５２によって銅ブロック４が接合されており、コレクタ電極１２の反対側のエミッタ電極１３にはハンダ５３によって負極金属板３０が接合されている。銅ブロック４の半導体チップ１０ｂとは反対側は、ハンダ５１によって正極金属板２０が接合されている。
【００２２】
半導体チップ１０ａ、１０ｂは、一対の金属板２０、３０によって並列に接続される。正極金属板２０の縁から正極端子２１が延びており、正極端子２１はパッケージ３の外へと延びている。負極金属板３０の縁から負極端子３１が延びており、負極端子３１はパッケージ３の外へと延びている。半導体装置２は、２個の半導体チップ１０ａ、１０ｂを内蔵しているが、２個の半導体チップ１０ａ、１０ｂは並列に接続されており、半導体装置２はあたかも一つの半導体チップのように動作する。半導体装置２は、負荷を２個の半導体チップ１０ａ、１０ｂに分散できるので、許容電力が大きい。半導体装置２は大電力を扱う電力変換器に適している。
【００２３】
図４に示されているように、制御電極１４は、ボンディングワイヤ３４を介して制御端子３３に接続されている。
【００２４】
セラミックブロック４０は、一対の金属板２０、３０を、平行に対向させた状態を保持する。半導体装置２は、パッケージ３を射出成形で成形する前に、半導体チップ１０ａ、１０ｂと銅ブロック４を一対の金属板２０、３０にハンダ５１−５３によって接合する。セラミックブロック４０によって、接合前から一対の金属板２０、３０の平行が保たれる。平行が保たれている一対の金属板２０、３０の間でハンダ材を溶融させ、半導体チップ１０ａ、１０ｂ、銅ブロック４を接合する。ハンダ材による接合は、リフロー工程で行われる。ハンダが溶融しても一対の金属板２０、３０の平行が保持される。また、平行に保たれている一対の金属板２０、３０の間でハンダ材が溶け、凝固するので、均一な厚みのハンダ層が得られる。ハンダ５１−５３を溶融させるときに治具を用いなくとも一対の金属板２０、３０の平行を保てることと、ハンダ５１−５３の厚みを均一にできることが、セラミックブロック４０の一つの利点である。
【００２５】
また、セラミックブロック４０は、三方を囲むスリット４１ａ（４１ｂ）に半導体チップ１０ａ（１０ｂ）を配置し、その位置を決める役割も果たす。この点も、セラミックブロック４０の別の一つの利点である。
【００２６】
さらに、樹脂製のパッケージ３にセラミックブロック４０を埋め込むことで、パッケージの材料である樹脂の量を減らすこともできる。
【００２７】
両面に金属板が露出している半導体装置２は、両面に冷却器を当てて使われることがある。両面から冷却器を押し当てられる半導体装置２において、セラミックブロック４０はパッケージ３の強度にも貢献する。
【００２８】
なお、パッケージ３から露出している一対の金属板２０、３０は、半導体チップ１０ａ、１０ｂの端子も兼ねているので、露出している表面に、絶縁薄板を陽極接合法などで貼り合わせておくとよい。絶縁薄板の貼り合わせは、射出成形によるパッケージ３の形成の前に行われるとよい。絶縁薄板は、例えば、Ｓｉ２ＡｌやＡＬＮなどを材料とした板でよい。
【００２９】
図５に、変形例の半導体装置２ａの断面図を示す。半導体装置２ａでは、セラミックブロック４０ａの形状が先のセラミックブロック４０と異なる。セラミックブロック４０ａは、スリット４１ａ、４１ｂの内側面に、段差４３を備えている。段差４３は、Ｘ方向から見て半導体チップ１０ａ、１０ｂよりも小さい銅ブロック４の位置を決めるのに役立つ。セラミックブロック４０ａは、段差４３によって、銅ブロック４を小さい隙間で囲み、接合前の銅ブロック４が動ける余裕を少なくしている。セラミックブロック４０ａは、半導体チップ１０ａ、１０ｂだけでなく銅ブロック４の平面方向の位置も定めることができる。
【００３０】
図６に別の変形例のセラミックブロック４０ｂを含む半導体装置２ｂの分解斜視図を示す。図６は、図２と同様に、パッケージ３は除いてある。セラミックブロック４０ｂは、３個のセラミック柱４５ａ、４５ｂ、４５ｃに分かれている。セラミック柱４５ａと４５ｂは半導体チップ１０ａの両側に位置する。セラミック柱４５ｂ、４５ｃは、半導体チップ１０ｂの両側に位置する。セラミックブロック４０ｂは、図中の座標系におけるＹ方向について、半導体チップ１０ａ、１０ｂの位置を決めることができる。セラミックブロックは、金属板２０、３０の法線方向（Ｘ方向）からみて半導体チップの三方を囲んでいることが望ましいが、法線方向からみて両側方向に位置しているだけでも、位置決めに貢献する。
【００３１】
（第２実施例）図７から図１１を参照して第２実施例の半導体装置２ｃを説明する。第１実施例の半導体装置２は、そのパッケージ３の中に、並列に接続された２個の半導体チップ１０ａ、１０ｂを収容していた。第２実施例の半導体装置２ｃは、パッケージ１０３の中に、６個の半導体チップ１０ａ−１０ｆを収容している。６個の半導体チップ１０ａ−１０ｆは、２個ずつ、直列に接続されている。３組の直列接続が並列に接続されている。半導体装置２ｃは、１個で３相交流インバータの主要部を実現することができる。
【００３２】
図７に半導体装置２ｃの斜視図を示し、図８に、その等価回路図を示す。図８において、符号１０ａ−１０ｆが示す破線矩形の中の回路が、それぞれ、１個の半導体チップの等価回路を示している。夫々の半導体チップは、トランジスタ９１（ＩＧＢＴ）とダイオード９２が逆並列に接続されている回路構造を有する。この回路構造は、先に述べたＲＣ−ＩＧＢＴである。半導体チップ１０ａと１０ｂが直列に接続されており、半導体チップ１０ｃと１０ｄが直列に接続されており、半導体チップ１０ｅと１０ｆが直列に接続されている。３組の直列接続は、正極端子１２１と負極端子１３１の間で並列に接続されている。３組の直列接続の夫々の中点が出力端子９ａ−９ｃと接続されている。
【００３３】
図７に示すように、半導体装置２ｃは、第１実施例の半導体装置２と同様に、扁平なパッケージ１０３を有しており、その幅広面に正極金属板１２０と負極金属板１３０が露出している。なお、図７では負極金属板１３０は、パッケージ１０３の裏面に位置しており、見えない。幅狭面の一つである上面から、正極端子１２１、負極端子１３１、出力端子９ａ−９ｃが延びており、下面からは、制御端子（セラミックブロックの脚部６１ａ、６１ｂ）が延びている。制御端子は、合計６組であり、夫々が、１個の半導体チップに接続されている。
【００３４】
図７のIX−IX線に沿った断面図を図９に示し、図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図を図１０に示す。半導体装置２ｃの内部は、対向している一対の金属板１２０、１３０の法線方向（図中のＸ方向）で２層構造をなしている。一対の金属板１２０、１３０の間に、６個の半導体チップ１０ａ−１０ｆと、３枚の中間金属板８ａ−８ｃと、２個のセラミックブロック６０ａ、６０ｂと、複数の銅ブロック４が挟まれている。図１０は、半導体チップ１０ａ、１０ｂを通る断面を示している。
【００３５】
正極金属板１２０と第１中間金属板８ａの間に銅ブロック４と半導体チップ１０ａが挟まれている。半導体チップ１０ａは第１実施例のチップと同じ平板タイプであり、一方の幅広面にコレクタ電極が露出しており、他方の幅広面にエミッタ電極が露出している。一方の幅広面には制御電極１４も設けられている。図９では、コレクタ電極とエミッタ電極の符号を省略しているが、図において、半導体チップ１０ａの下側の面にコレクタ電極と制御電極が設けられており、上側の面にエミッタ電極が設けられている。他の半導体チップについても同様である。
【００３６】
半導体チップ１０ａのコレクタ電極にはハンダ５２によって銅ブロック４が接合されており、コレクタ電極の反対側のエミッタ電極にはハンダ５３によって第１中間金属板８ａが接合されている。銅ブロック４の半導体チップ１０ａとは反対側は、ハンダ５１によって正極金属板１２０が接合されている。
【００３７】
正極金属板１２０とは反対側で、第１中間金属板８ａと負極金属板１３０の間に銅ブロック４と半導体チップ１０ｂが挟まれている。半導体チップ１０ｂは第１実施例のチップと同じ平板タイプであり、一方の幅広面にコレクタ電極が露出しており、他方の幅広面にエミッタ電極が露出している。一方の幅広面には制御電極も設けられている。
【００３８】
半導体チップ１０ｂのコレクタ電極にはハンダ５５によって銅ブロック４が接合されており、コレクタ電極の反対側のエミッタ電極にはハンダ５６によって負極金属板１３０が接合されている。銅ブロック４の半導体チップ１０ｂとは反対側は、ハンダ５４によって第１中間金属板８ａが接合されている。
【００３９】
半導体チップ１０ａ、１０ｂは、第１中間金属板８ａを挟んで直列に接続されている。半導体チップ１０ａが高電位側に位置し、半導体チップ１０ｂが低電位側に位置する。半導体チップ１０ａと１０ｂの直列接続は、正極金属板１２０と負極金属板１３０に挟まれている。半導体チップ１０ａ、１０ｂのコレクタ電極とエミッタ電極は、ハンダ５１−５６と銅ブロック４によって、正極金属板１２０と負極金属板１３０に接続されている。
【００４０】
半導体チップ１０ｃ、１０ｄと第２中間金属板８ｂも、半導体チップ１０ａ、１０ｂ及び第１中間金属板８ａと同じ構造を有している。半導体チップ１０ｃ、１０ｄは、第２中間金属板８ｂを挟んで直列に接続されている。半導体チップ１０ｃが高電位側に位置し、半導体チップ１０ｄが低電位側に位置する。半導体チップ１０ｃと１０ｄの直列接続は、正極金属板１２０と負極金属板１３０に挟まれている。半導体チップ１０ｃ、１０ｄのコレクタ電極とエミッタ電極は、ハンダ５１−５６と銅ブロック４によって、正極金属板１２０と負極金属板１３０に接続されている。
【００４１】
半導体チップ１０ｅ、１０ｆと第３中間金属板８ｃも、半導体チップ１０ａ、１０ｂ及び第１中間金属板８ａと同じ構造を有している。半導体チップ１０ｅ、１０ｆは、第３中間金属板８ｃを挟んで直列に接続されている。半導体チップ１０ｅが高電位側に位置し、半導体チップ１０ｆが低電位側に位置する。半導体チップ１０ｅと１０ｆの直列接続は、正極金属板１２０と負極金属板１３０に挟まれている。半導体チップ１０ｅ、１０ｆのコレクタ電極とエミッタ電極は、ハンダ５１−５６と銅ブロック４によって、正極金属板１２０と負極金属板１３０に接続されている。
【００４２】
以上の通り、２個の半導体チップの直列接続の組が３組、正極金属板１２０と負極金属板１３０の間で並列に接続されている。
【００４３】
６個の半導体チップ１０ａ−１０ｆと３個の中間金属板８ａ−８ｃは樹脂製のパッケージ１０３に封止されている。
【００４４】
正極金属板１２０の縁に正極端子１２１が繋がっており、負極金属板１３０の縁に負極端子１３１が繋がっている。図７に示すように、正極端子１２１と負極端子１３１はパッケージ１０３の上面から外へ延びている。
【００４５】
第１中間金属板８ａには第１出力端子９ａが繋がっている。同様に、第２中間金属板８ｂには第２出力端子９ｂが繋がっており、第３中間金属板８ｃには第３出力端子９ｃが繋がっている。３個の出力端子９ａ−９ｃは、図７に示すように、パッケージ１０３の上面から外へ延びている。
【００４６】
上記のとおり、半導体装置２ｃは、図８の等価回路で表された回路を実現しており、１個でインバータを構成することができる。
【００４７】
正極金属板１２０と３個の中間金属板８ａ−８ｃの間にセラミックブロック６０ａが挟まれている。セラミックブロック６０ａは、一方の面が正極金属板１２０に接しており、反対側の面が中間金属板８ａ−８ｃに接している。セラミックブロック６０ａには、３方を囲むスリットが設けられており、そのスリットに半導体チップが配置されている。セラミックブロック６０ａは３個のスリットを備えており、夫々に、３個の半導体チップ１０ａ、１０ｃ、１０ｅの夫々が位置している。
【００４８】
セラミックブロック６０ａによって、正極金属板１２０と中間金属板８ａ−８ｃは平行に保持される。それゆえ、第１実施例の半導体装置２と同様に、ハンダ５１−５３が溶融しても正極金属板１２０と中間金属板８ａ−８ｃの平行が保たれる。また、ハンダ５１−５３の各層の厚みが一定に保たれる。
【００４９】
負極金属板１３０と３個の中間金属板８ａ−８ｃの間にセラミックブロック６０ｂが挟まれている。セラミックブロック６０ｂは、一方の面が負極金属板１３０に接しており、反対側の面が中間金属板８ａ−８ｃに接している。セラミックブロック６０ｂには、３方を囲むスリットが設けられており、そのスリットに半導体チップが配置されている。セラミックブロック６０ｂは３個のスリットを備えており、夫々に、３個の半導体チップ１０ｂ、１０ｄ、１０ｆの夫々が位置している。
【００５０】
セラミックブロック６０ｂによって、負極金属板１３０と中間金属板８ａ−８ｃは平行に保持される。それゆえ、第１実施例の半導体装置２と同様に、ハンダ５４−５６が溶融しても負極金属板１３０と中間金属板８ａ−８ｃの平行が保たれる。また、ハンダ５４−５６の各層の厚みが一定に保たれる。
【００５１】
半導体装置２ｃは２層構造であり、正極金属板１２０と負極金属板１３０の間に中間金属板８ａ（８ｂ、８ｃ）が挟まれており、それらは平行になっている。セラミックブロック６０ａ、６０ｂが、ハンダの溶融時にも、正極金属板１２０と負極金属板１３０と中間金属板８ａ（８ｂ、８ｃ）の平行を保持する。
【００５２】
セラミックブロック６０ａには、パッケージ１０３の内部から外へと延びている複数の脚部６１ａが設けられている。図１１に、セラミックブロック６０ａの部分拡大斜視図を示す。図１１は、スリット６９の周辺の拡大図である。スリット６９に、半導体チップ１０ａが配置される。図１１には、半導体チップ１０ａも描いてある。図１１は、右側と左側で座標軸の向きが異なることに留意されたい。第１実施例と同様に、三方を囲むスリット６９の中に半導体チップ１０ａを配置することで、半導体チップ１０ａのＹＺ平面内での位置が定まる。
【００５３】
複数の脚部６１ａは、セラミックブロック６０ａのスリット６９の縁に掛け渡されている脚部基部６１ｃから延びている、脚部基部６１ｃは、半導体チップ１０ａがスリット６９に配置されたとき、半導体チップ１０ａの制御電極１４と対向する。脚部基部６１ｃの制御電極１４と対向する位置から脚部６１ａの先端まで、導電層６２が設けられている。図１１では理解を助けるために導電層６２をグレーで示してある。導電層６２は、印刷技術を使って脚部６１ａの表面に形成される。
【００５４】
脚部６１ａは、導電層６２とともに、パッケージ１０３の外まで延びている（図１０参照）。半導体チップ１０ａがスリット６９に配置され、ハンダ５１−５３で半導体チップ１０ａが他の部品と接合されるとき、制御電極１４は導電層６２の上端６２ａに接合される。制御電極１４は、不図示のハンダバンプで導電層６２の上端６２ａに接合される。ハンダバンプを介して制御電極１４と導電層６２が導通する。パッケージ１０３の外まで延びている脚部６１ａと導電層６２により、半導体チップ１０ａの制御電極１４が外部のデバイスと接続される。
【００５５】
第１実施例の半導体装置２では、制御電極１４はボンディングワイヤ３４と制御端子３３で外部のデバイスと接続される（図４参照）。第２実施例の半導体装置２ｃでは、一対の金属板の平行を保持するセラミックブロック６０ａに脚部６１ａを設け、制御端子の役割を果たしている。半導体装置２ｃは、制御電極１４を外部と接続する導電経路にボンディングワイヤ３４を要しないので、製造コストを抑えることができる。
【００５６】
セラミックブロック６０ａは、他の半導体チップ１０ｃ、１０ｅに対しても、同様の脚部６１ａと導電層６２を備えている。セラミックブロック６０ｂも、セラミックブロック６０ａの脚部６１ａと同じ構造の脚部６１ｂを有している。
【００５７】
脚部基部６１ｃによって、スリット６９の一部が狭められている。その空間に、半導体チップ１０ａのコレクタ電極１２に接合されている銅ブロック４が配置される。脚部基部６１ｃによって狭められたスリット６９の空間が銅ブロック４の位置決めに貢献する。
【００５８】
３枚の金属板が対向しつつ平行に配置されている２層構造を有している半導体装置では、真中の金属板の平行を保つことが難しい。第２実施例の半導体装置２ｃは、２個のセラミックブロック６０ａ、６０ｂが両側から中間金属板８ａ−８ｃを挟むので、中間金属板８ａ−８ｃの平行が保たれる。
【００５９】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の半導体装置はパッケージの中にＲＣ−ＩＧＢＴの半導体チップを収容している。本明細書が開示する技術は、他の機能を有する半導体チップを用いてもよい。また、本明細書が開示する技術においては、パッケージに収容する半導体チップの個数に制限はない。本明細書が開示する技術においては、積層方向の両端の金属板に挟まれる他の金属板の数にも制限はない。積層方向の両端の金属板の間に形成される半導体チップの層数にも制限はない。
【００６０】
セラミックブロック４０、６０ａ、６０ｂが絶縁体ブロックの一例に相当する。セラミックブロックは、絶縁性が高く、また、剛性が高いので、実施例の半導体装置に適している。絶縁体ブロックはセラミックで作られていることが望ましいが、セラミックに限られない。絶縁体ブロックは、絶縁性の膜で被覆された金属ブロックであってもよい。あるいは、絶縁体ブロックは樹脂で作られていても良い。
【００６１】
第１実施例の正極金属板２０が第１金属板の一例に相当し、負極金属板３０が第２金属板の一例に相当する。第２実施例の正極金属板１２０が第１金属板の一例に相当し、負極金属板１３０は第３金属板の一例に相当する。中間金属板８ａ−８ｃが第２金属板に一例に相当する。
【００６２】
銅ブロック４は、半導体チップの電極と金属板を導通させるスペーサである。銅ブロック４のかわりに他の導電材で作られたスペーサを用いてもよい。半導体チップの厚みが大きい場合はスペーサを用いなくてもよい。
【００６３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６４】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：半導体装置
３、１０３：パッケージ
４：銅ブロック
８ａ−８ｃ：中間金属板
９ａ−９ｃ：出力端子
１０ａ−１０ｆ：半導体チップ
１２：コレクタ電極
１３：エミッタ電極
１４：制御電極
２０、１２０：正極金属板
２１、１２１：正極端子
３０、１３０：負極金属板
３１、１３１：負極端子
３３：制御端子
３４：ボンディングワイヤ
４０、４０ａ、４０ｂ、６０ａ、６０ｂ：セラミックブロック
４１ａ、４１ｂ、６９：スリット
５１−５６：ハンダ
６１ａ、６１ｂ：脚部
６２：導電層
【図１】
2019125721.tif 000003
【図２】
2019125721.tif 000004
【図３】
2019125721.tif 000005
【図４】
2019125721.tif 000006
【図５】
2019125721.tif 000007
【図６】
2019125721.tif 000008
【図７】
2019125721.tif 000009
【図８】
2019125721.tif 000010
【図９】
2019125721.tif 000011
【図１０】
2019125721.tif 000012
【図１１】
2019125721.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月11日(2018.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書において、「電極がハンダで金属板に接続されている」とは、電極がハンダで金属板に電気的に接続されていることを意味し、電極と金属板が導電部材（例えば銅ブロック）を介してハンダで金属板に間接的に接続されていてもよい。実施例の半導体装置はパッケージの中にＲＣ−ＩＧＢＴの半導体チップを収容している。本明細書が開示する技術は、他の機能を有する半導体チップを用いてもよい。また、本明細書が開示する技術においては、パッケージに収容する半導体チップの個数に制限はない。本明細書が開示する技術においては、積層方向の両端の金属板に挟まれる他の金属板の数にも制限はない。積層方向の両端の金属板の間に形成される半導体チップの層数にも制限はない。