(57)【要約】【課題】更なる小型化を図ることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、第１部材２１と、第２部材２５と、第１部材２１及び第２部材２５の間に配置される半導体チップ３１とを有する半導体素子２０と、配線パターン１３が形成された絶縁部材に孔部１５が設けられている基板１０と、を備える。半導体素子２０は、基板１０の孔部１５に嵌合されていると共に、半導体素子２０が有する半導体チップ３１と基板１０に形成された配線パターン１３とが電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材の間に配置される半導体チップとを有する半導体素子と、
配線パターンが形成された絶縁部材に孔部が設けられている基板と、
を備え、
前記半導体素子は、前記基板の孔部に嵌合されていると共に、前記半導体素子が有する半導体チップと前記基板に形成された配線パターンとが電気的に接続されている、
半導体装置。
【請求項２】
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方が導電性部材であり、
前記半導体チップと前記配線パターンとは、前記導電性部材を介して電気的に接続されている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材とは、間隔保持部材を介して隔てられている、
請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１部材と前記第２部材との間の隙間部分が、樹脂材料でモールドされている、
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１部材及び前記第２部材は、前記半導体チップが配置された側の面とは反対側の面である外側面をそれぞれ有しており、
前記第１部材及び前記第２部材の外側面の少なくとも一方には、前記第１部材及び前記第２部材からの熱を伝導する放熱部材が設けられている、
請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方が、前記基板の主面から突出している、
請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor）などの半導体素子を備えた半導体装置としてインバータ回路が広く知られている。このような半導体装置では、配線パターンが形成された金属基板の上面に半導体素子を配置することが一般的に行われている。例えば、特許文献１には、配線パターンが形成された金属基板の一方の面に半導体素子が配置された半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電子機器の小型化の要求に伴い、インバータ回路などの半導体装置も小型化が求められている。しかしながら、上記従来のように金属基板の上面に半導体素子が配置される構成では、半導体素子自身の高さ及び半導体素子から突出する端子などの制約条件により、さらなる小型化には困難を伴う。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、更なる小型化を図ることが可能な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】
本発明の一側面に係る半導体装置は、第１部材と、第２部材と、第１部材及び第２部材の間に配置される半導体チップとを有する半導体素子と、配線パターンが形成された絶縁部材に孔部が設けられている基板と、を備え、半導体素子は、基板の孔部に嵌合されていると共に、半導体素子が有する半導体チップと基板に形成された配線パターンとが電気的に接続されている。
【０００７】
この構成の半導体装置では、基板に設けられた孔部に半導体素子が嵌合されているので、基板の一方の面に半導体素子が載置される構成に比べ、基板の厚み方向におけるサイズの小型化を図ることができる。また、半導体チップは、第１部材と第２部材とによって挟まれた状態で嵌合されているので、半導体素子を基板の孔部に嵌合させる際の半導体チップの損傷を抑制することができ、生産性を維持することができる。
【０００８】
また、一実施形態において、第１部材及び第２部材の少なくとも一方が導電性部材であり、半導体チップと配線パターンとは、導電性部材を介して電気的に接続されていてもよい。
【０００９】
これにより、半導体チップと基板が有する配線パターンとの電気的な接続を容易に実現することができる。
【００１０】
また、一実施形態において、第１部材と第２部材とは、間隔保持部材を介して隔てられていてもよい。
【００１１】
この構成の半導体装置では、半導体素子を基板の孔部に嵌合させる際に半導体チップにかかる応力を低減させることができるので、半導体チップの損傷をより確実に抑制することができる。
【００１２】
また、一実施形態において、第１部材と第２部材との間の隙間部分が、樹脂材料でモールドされていてもよい。
【００１３】
この構成の半導体装置では、半導体素子を基板の孔部に嵌合させる際の半導体チップの損傷をより確実に抑制することができる。また、半導体チップに対する基板の主面の面内方向、言い換えれば、基板の厚み方向に直交する方向における絶縁性を確保することができる。
【００１４】
また、一実施形態において、第１部材及び第２部材は、半導体チップが配置された側の面とは反対側の面である外側面をそれぞれ有しており、第１部材及び第２部材の外側面の少なくとも一方には、第１部材及び第２部材からの熱を伝導する放熱部材が設けられていてもよい。
【００１５】
この構成の半導体装置では、半導体素子で発生する熱を放熱することができる。また、基板の上面に半導体素子が載置される場合に比べ、半導体素子から近い位置に放熱部材を配置することができるので、より効率的に放熱を行うことができる。更に、第１部材及び第２部材の外側面の両方に放熱部材を配置した場合には、より効率的な放熱が可能になると共に、同じ放熱効果を得ようとしたとき、第１部材及び第２部材の外側面の一方の面に放熱部材と設けた場合と比べて全体的なサイズをコンパクトにすることができる。
【００１６】
また、一実施形態において、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方が、前記基板の主面から突出していてもよい。
【００１７】
この構成の半導体装置では、例えば、第１部材及び第２部材の外側面の少なくとも一方に放熱部材が設けられる場合には、当該放熱部材に接触させることが容易となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、更なる小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】半導体素子を分解して示した斜視図である。
【図３】半導体装置の組立方法の一例を示した図である。
【図４】他の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して一実施形態に係る半導体装置１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上面」、「下面」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。同図において、半導体装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載されるインバータ装置で使用される。図１に示すように、半導体装置１は、半導体素子２０を支持する基板１０と、半導体素子２０と、ヒートシンク（放熱部材）５０と、を主に備えている。
【００２２】
基板１０は、絶縁部材から形成された、いわゆるプリント基板である。絶縁部材の例は樹脂である。基板１０の主面となる上面１０ａ及び下面１０ｂのそれぞれには配線パターン１３が形成されている。配線パターン１３は、例えば、銅などの導電性材料により形成される。基板１０は、後段にて詳述する半導体素子２０を嵌合させるための孔部１５が形成されている。
【００２３】
半導体素子２０は、第１部材２１と第２部材２５と間隔保持部材２７と半導体チップ３１とを備えている。本実施形態の第１部材２１及び第２部材２５は、銅及びアルミニウムなどの導電性部材から形成されており、基板１０に形成されている配線パターン１３（外部回路）と電気的に接続される端子として機能する。また、第１部材２１及び第２部材２５は、半導体素子２０を、基板１０の孔部１５に圧入する際に、半導体チップ３１の破損を防止する保護部材としても機能する。
【００２４】
半導体チップ３１は、電力変換制御に必要な回路の一部を構成する。半導体チップ３１は、第１部材２１と第２部材２５との間に配置されており、第１部材２１及び第２部材２５とはそれぞれはんだ３５により固定されている。半導体チップ３１の例には、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ及び絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などが含まれる。以下、半導体チップ３１として、ＭＯＳＦＥＴトランジスタを実装する場合の例を挙げて説明する。
【００２５】
図２は、半導体素子２０を分解して示した斜視図である。図２に示すように、第１部材２１は、半導体チップ３１のソース端子として機能するソース端子部２１ａと、半導体チップ３１のゲート端子として機能するゲート端子部２１ｂとを有している。第２部材２５（「ドレイン端子部２５」とも称す）は、半導体チップ３１のドレイン端子として機能する。また、それぞれの端子部２１ａ，２１ｂ，２５は、半導体素子２０が孔部１５に嵌合された際に、所定の配線パターン１３に接続される。なお、それぞれの端子部２１ａ，２１ｂ，２５と配線パターン１３との接続部ははんだ付けされてもよい。
【００２６】
第１部材２１と第２部材２５との間には、円柱状の間隔保持部材２７が第１部材２１及び第２部材２５の四隅にそれぞれ配置されている。すなわち、第１部材２１と第２部材２５とは、間隔保持部材２７を介して隔てられている。なお、間隔保持部材２７の形状、設けられる数などは、組立工程において半導体チップ３１に求められる強度などを考慮して適宜設定される。
【００２７】
本実施形態のように、第１部材２１及び第２部材２５が端子として機能する場合、間隔保持部材２７の材料の例は、樹脂及びセラミックなどの絶縁材料、金属の表面に樹脂及びセラミックなど絶縁材料で表面が覆われた金属などである。すなわち、第１部材２１及び第２部材２５との間の絶縁性が確保できる材料が選択される。例えば、間隔保持部材２７である支柱を金属製とし、ドレイン端子として機能する第２部材２５に接するように配置した場合、ソース端子として機能する第１部材２１と間隔保持部材２７である支柱との間には、モールド樹脂により絶縁をしている。
【００２８】
なお、第１部材２１及び第２部材２５の少なくとも一方が端子として機能しない場合、第１部材２１及び第２部材２５の少なくとも一方が絶縁材料により形成されている場合などは、第１部材２１及び第２部材２５との間の絶縁性を考慮する必要はない。
【００２９】
図１に示すように、第１部材２１と第２部材２５との間であって、半導体チップ３１の周囲はモールド樹脂３７によってモールドされている。本実施形態では、間隔保持部材２７を含めて一体的にモールドされている。
【００３０】
基板１０の下面１０ｂ側には、電力変換時に半導体素子２０で発生する熱を放散させるヒートシンク５０が配置されている。ヒートシンク５０には、熱が比較的に伝導しやすいアルミニウム及び銅などの金属材料が用いられる。本実施形態のヒートシンク５０は、第２部材２５の半導体チップ３１が配置された側の面とは反対側の面である外側面２５ｃに絶縁シート３９を介して配置されている。これにより、端子として機能する第２部材２５との間の絶縁性を確保しながら、半導体チップ３１において発生する熱をヒートシンク５０に伝導することができる。
【００３１】
ヒートシンク５０に絶縁シート３９を介して接触する第２部材２５は、基板１０の一方の主面である下面１０ｂからヒートシンク５０側に突出している。これにより、半導体素子２０を容易にヒートシンク５０に接触させることができると共に、基板１０の下面１０ｂに形成された配線パターン１３との間の絶縁性を確保しやすい構成とし得る。
【００３２】
上記一実施形態の半導体装置１によれば、基板１０に設けられた孔部１５に半導体素子２０が嵌合されているので、基板１０の一方の面に半導体素子２０が載置される構成に比べ、基板１０の厚み方向におけるサイズの小型化を図ることができる。
【００３３】
半導体チップ３１を基板１０の孔部１５に嵌合させる際には、圧入時の破損を防止する必要がある。上記実施形態の半導体装置１では、図３に示すように、半導体チップ３１は、第１部材２１と第２部材２５とによって挟まれた状態で孔部１５に圧入されるので、半導体素子２０を基板１０の孔部１５に嵌合させる際の半導体チップ３１の損傷を抑制することができ、生産性を維持することができる。
【００３４】
更に、上記実施形態の半導体装置１では、第１部材２１と第２部材２５とは間隔保持部材２７を介して隔てられているので、圧入時に半導体チップ３１にかかる応力をより緩和することができる。
【００３５】
更に、半導体素子２０が基板１０の孔部１５に配置されることで、ヒートシンク５０のすぐ近くに半導体素子２０を配置することが可能となり、より高い放熱性を得ることができる。
【００３６】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３７】
上記実施形態の半導体装置１では、基板１０の下面１０ｂ側にヒートシンク５０を設ける例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図４は、他の実施形態に係る半導体装置１０１を示す断面図である。図４に示されるように、基板１０の下面１０ｂ側に設けられたヒートシンク５０に加え、基板１０の上面１０ａ側にヒートシンク（放熱部材）６０を設ける構成としてもよい。以下、ヒートシンク６０について以下に詳細に説明する。
【００３８】
ヒートシンク６０は、第１部材２１の上面２１ｃに接触して設けられる。ヒートシンク６０は、基板１０の上面１０ａに形成された配線パターン１３とはんだ６１により接続される。これにより、半導体チップ３１と基板１０の配線パターン１３とを電気的に接続することができる。言い換えれば、ヒートシンク６０は、放熱部材として機能すると共に電極としても機能する。この構成の半導体装置１０１によれば、半導体素子２０において発生する熱をより効率的に放熱することができる。
【００３９】
上記実施形態の半導体装置１，１０１では、基板１０の主面である上面１０ａ及び下面１０ｂの両方に配線パターン１３が形成された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、積層構造の一部の層が配線パターンとして構成された、いわゆるビルドアップ基板を採用することもできる。また、基板１０の主面の一方と基板１０の層間との両方に配線パターン１３が形成することもできる。これらの場合も上記実施形態と同様に、半導体素子２０を孔部１５に嵌合させた際に、半導体チップ３１と層間に存在する配線パターン１３とが電気的に接続される。
【００４０】
また、上記実施形態の半導体装置１，１０１では、図１に示すように、半導体チップ３１の周囲は、間隔保持部材２７を含めてモールド樹脂３７によってモールドされている例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、間隔保持部材２７を備えない構成として、半導体チップ３１の周囲をモールド樹脂３７によってモールドしてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態の半導体装置１，１０１では、図１に示すように、支柱状の間隔保持部材２７を配置する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、半導体チップ３１を囲むように配置されたフレーム状の間隔保持部材２７を配置してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態の半導体装置１，１０１では、第１部材２１及び第２部材２５の両方が端子として機能する例を挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、一方の部材のみを端子として機能する導通部材で構成してもよいし、両方の部材とも端子として機能する導通部材で構成しなくてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０１…半導体装置、１０…基板、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１３…配線パターン、１５…孔部、２０…半導体素子、２１…第１部材、２１ａ…ソース端子部、２１ｂ…ゲート端子部、２５…第２部材（ドレイン端子部）、２７…間隔保持部材、３１…半導体チップ、３７…モールド樹脂、３９…絶縁シート、５０，６０…ヒートシンク（放熱部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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