(57)【要約】【課題】  セラミックス基板が破損し難い半導体モジュールを提供する。【解決手段】  半導体チップと、半導体チップの下面に接続されている第１金属層と、第１金属層の下面に接続されているセラミックス基板と、絶縁層の下面に接続されている第２金属層と、半導体チップ、第１金属層及びセラミックス基板を覆う樹脂層を有し、セラミックス基板の端部の厚みが、端部の先端に向かうにしたがって連続して減少している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの下面に接続されている第１金属層と、
前記第１金属層の下面に接続されているセラミックス基板と、
前記絶縁層の下面に接続されている第２金属層と、
前記半導体チップ、前記第１金属層及び前記セラミックス基板を覆う樹脂層、
を有し、
前記セラミックス基板の端部の厚みが、前記端部の先端に向かうにしたがって連続して減少している、
半導体モジュール。
【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、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体チップと、導電層と、絶縁性セラミックス層を積層するとともに、これらを絶縁性封止樹脂で覆った半導体モジュールが開示されている。絶縁性セラミックス層の端部は、角が面取りされた形状を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体モジュールにおいて、半導体チップが発熱すると絶縁性封止樹脂が熱膨張する。すると、熱膨張し難い絶縁性セラミックス層が絶縁性封止樹脂に引っ張られることによって、絶縁性セラミックス層が破損する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体モジュールは、半導体チップと、前記半導体チップの下面に接続されている第１金属層と、前記第１金属層の下面に接続されているセラミックス基板と、前記絶縁層の下面に接続されている第２金属層と、前記半導体チップ、前記第１金属層及び前記セラミックス基板を覆う樹脂層を有する。前記セラミックス基板の端部の厚みが、前記端部の先端に向かうにしたがって連続して減少している。
【０００６】
この半導体モジュールでは、セラミックス基板の端部の厚みが先端に向かって連続して減少しているため、端部から樹脂層が剥離し易い。したがって、樹脂層が熱膨張したときに、樹脂層が端部から剥離することで、セラミックス基板の破損が防止される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体モジュール１０の縦断面図。
【図２】突出部１６ａの拡大断面図。
【図３】変形例の半導体モジュールの縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示す実施形態の半導体モジュール１０は、ヒートシンク１２と、金属板１４と、絶縁基板１６と、金属板１８と、放熱板２０と、スペーサブロック２２、３６と、半導体チップ２４、３８と、放熱板２６と、金属板２８と、絶縁基板３０と、金属板３２と、ヒートシンク３４とが積層された構造を備えている。以下では、これらの積層方向に対して直交する方向（すなわち、図１の左右方向）を平面方向という。
【０００９】
ヒートシンク１２は、金属により構成されている。ヒートシンク１２は、平坦な下面と、凹凸を備える上面を有している。
【００１０】
金属板１４は、金属製の平板である。金属板１４の上面は、ヒートシンク１２の下面に接合されている。
【００１１】
絶縁基板１６は、セラミックス基板を有している。このセラミックス基板の上面には薄い金属層（図示省略）が形成されている。また、このセラミックス基板の下面には薄い金属層（図示省略）が形成されている。このセラミックス基板は、上面の金属層と下面の金属層の間を絶縁している。絶縁基板１６の上面側の金属層は、金属板１４の下面に接合されている。
【００１２】
金属板１８は、金属製の平板である。金属板１８の上面は、絶縁基板１６の下面側の金属層に接合されている。金属板１８は、絶縁基板１６によって金属板１４から絶縁されている。
【００１３】
放熱板２０は、金属製の平板である。放熱板２０の上面は、金属板１８の下面に接合されている。
【００１４】
スペーサブロック３６は、金属製のブロックである。スペーサブロック３６は、平坦な上面及び下面を有している。スペーサブロック３６は、はんだ層４０によって放熱板２０の下面に接合されている。
【００１５】
スペーサブロック２２は、金属製のブロックである。スペーサブロック２２は、平坦な上面及び下面を有している。スペーサブロック２２は、はんだ層４６によって放熱板２０の下面に接合されている。
【００１６】
半導体チップ３８は、半導体基板を有している。この半導体基板の上面には、上面電極（図示省略）が形成されている。この半導体基板の下面には、下面電極（図示省略）が形成されている。半導体チップ３８の半導体基板には、ダイオードが形成されている。半導体チップ３８の上面電極はダイオードのアノードであり、半導体チップ３８の下面電極はダイオードのカソードである。半導体チップ３８の上面電極は、はんだ層４２によってスペーサブロック３６の下面に接合されている。
【００１７】
半導体チップ２４は、半導体基板を有している。この半導体基板の上面には、上面電極（図示省略）が形成されている。この半導体基板の下面には、下面電極（図示省略）が形成されている。半導体チップ２４の半導体基板には、ＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ２４の上面電極はＩＧＢＴのエミッタであり、半導体チップ２４の下面電極はＩＧＢＴのコレクタである。半導体チップ２４の上面電極は、はんだ層４８によってスペーサブロック２２の下面に接合されている。また、半導体チップ２４の上面には、ゲート電極（図示省略）が形成されている。ゲート電極は、図示しない端子に接続されている。
【００１８】
放熱板２６は、金属製の平板である。放熱板２６の上面は、はんだ層４４によって半導体チップ３８の下面電極に接合されていると共に、はんだ層５０によって半導体チップ２４の下面電極に接合されている。
【００１９】
金属板２８は、金属製の平板である。金属板２８の上面は、放熱板２６の下面に接合されている。
【００２０】
絶縁基板３０は、セラミックス基板を有している。このセラミックス基板の上面には薄い金属層（図示省略）が形成されている。また、このセラミックス基板の下面には薄い金属層（図示省略）が形成されている。このセラミックス基板は、上面の金属層と下面の金属層の間を絶縁している。絶縁基板３０の上面側の金属層は、金属板２８の下面に接合されている。
【００２１】
金属板３２は、金属製の平板である。金属板３２の上面は、絶縁基板３０の下面側の金属層に接合されている。金属板３２は、絶縁基板３０によって金属板２８から絶縁されている。
【００２２】
ヒートシンク３４は、金属により構成されている。ヒートシンク３４は、平坦な上面と、凹凸を備える下面を有している。ヒートシンク３４の上面は、金属板３２の下面に接合されている。
【００２３】
半導体モジュール１０は、樹脂層５２をさらに有している。樹脂層５２は、絶縁性の樹脂により構成されている。樹脂層５２は、ヒートシンク１２とヒートシンク３４の間の積層体全体を覆っている。
【００２４】
図１に示すように、絶縁基板１６（すなわち、セラミックス基板）の平面方向の端部は、隣接する金属板１４、１８の平面方向の端面よりも外側（樹脂層５２側）に突出している。以下では、この突出する部分を、突出部１６ａという。突出部１６ａの厚みは、その先端１６ｂに向かうにしたがって連続して減少しており、先端１６ｂが尖っている。すなわち、先端１６ｂでは、厚みが略ゼロとなっている。突出部１６ａの上面と下面の両方が、平面方向に対して傾斜しており、先端１６ｂで接続されている。また、絶縁基板３０（すなわち、セラミックス基板）の平面方向の端部にも、隣接する金属板２８、３２の平面方向の端面よりも外側に突出する突出部３０ａが形成されている。突出部３０ａの厚みは、その先端３０ｂに向かうにしたがって連続して減少しており、先端３０ｂが尖っている。突出部３０ａの上面と下面の両方が、平面方向に対して傾斜しており、先端３０ｂで接続されている。
【００２５】
放熱板２０と放熱板２６は、半導体チップ２４、３８に通電するための電極としても機能する。放熱板２０と放熱板２６の間に電圧を印加することで、半導体チップ２４、３８に電流が流れる。半導体チップ２４、３８に通電すると、半導体チップ２４、３８が発熱する。半導体チップ２４、３８で生じた熱は、スペーサブロック２２、３６、放熱板２０、金属板１８、絶縁基板１６及び金属板１４を介して、ヒートシンク１２から放熱される。また、半導体チップ２４、３８で生じた熱は、放熱板２６、金属板２８、絶縁基板３０及び金属板３２を介して、ヒートシンク３４から放熱される。これによって、半導体チップ２４、３８の温度上昇が抑制される。
【００２６】
また、半導体チップ２４、３８が発熱すると、半導体モジュール１０の全体が昇温する。このとき、樹脂層５２は線膨張係数が高いため、膨張し易い。これに対し、絶縁基板１６、３０は、セラミックス製であり、線膨張係数が低いため、膨張し難い。したがって、樹脂層５２は絶縁基板１６、３０よりも膨張量が大きくなる。このとき、樹脂層５２は、図２の矢印８０に示すように、絶縁基板１６に対して主に平面方向に膨張する。ここで、絶縁基板１６の突出部１６ａの厚みは、先端１６ｂに向かうにしたがって薄くなっている。このため、突出部１６ａの表面に、矢印８０の方向に膨張する樹脂層５２に対して抜き勾配が設けられている。このため、突出部１６ａは、矢印８０の方向に膨張する樹脂層５２から容易に剥離する。このように、突出部１６ａが樹脂層５２から剥離するため、絶縁基板１６が樹脂層５２によって過度に引っ張られることが防止される。これによって、絶縁基板１６にクラック等の損傷が生じることが防止される。また、このように剥離が生じても、絶縁基板１６は単体で金属板１８と金属板１４の間を絶縁しているので、絶縁性に問題は生じない。また、絶縁基板３０でも、絶縁基板１６と同様にして損傷が防止される。すなわち、絶縁基板３０の突出部３０ａが樹脂層５２から剥離することで、絶縁基板３０の損傷が防止される。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、突出部１６ａ、３０ａの上面と下面が平面に形成されていた（すなわち、図１に示す断面において直線であった）が、図３に示すように、突出部１６ａ、３０ａの表面が湾曲した形状に形成されていてもよい。図３の構成でも、突出部１６ａ、３０ａは、厚みが先端１６ｂ、３０ｂ側ほど薄くなる先細り形状となっている。したがって、突出部１６ａ、３０ａの表面が樹脂層５２の膨張方向に対して勾配を有し、突出部１６ａ、３０ａが熱膨張する樹脂層５２から容易に剥離することができる。
【００２８】
また、上述した実施形態では、絶縁基板１６、３０の端部（すなわち、突出部１６ａ、３０ａ）が金属板１４、１８、２８、３２の端面から突出していたが、当該端部が金属板の端面から必ずしも突出している必要はない。金属板１４、１８、２８、３２のいずれかまたは全部が、絶縁基板１６、３０の端部よりも外側に突出していてもよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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み合わ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み合わ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するものであり、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】
【００３０】
１０：半導体モジュール
１２：ヒートシンク
１４：金属板
１６：絶縁基板
１６ａ：突出部
１６ｂ：先端
１８：金属板
２０：放熱板
２２：スペーサブロック
２４：半導体チップ
２６：放熱板
２８：金属板
３０：絶縁基板
３０ａ：突出部
３０ｂ：先端
３２：金属板
３４：ヒートシンク
３６：スペーサブロック
３８：半導体チップ
４０−５０：はんだ層
５２：樹脂層
８０：矢印
【図１】
2015179760.tif 000003
【図２】
2015179760.tif 000004
【図３】
2015179760.tif 000005