(57)【要約】【課題】  放熱部材の切断効率をより向上させる技術を提供する。【解決手段】  半導体モジュール１０は、第１半導体チップ１２と、第２半導体チップ１４と、放熱部材２０と、を備える。放熱部材２０は、一方の表面２０ｂに第１半導体チップ１２と第２半導体チップ１４が接続されており、一方の表面２０ｂとその裏側の表面２０ａのいずれか一方に、当該一方を平面視したときに、第１半導体チップ１２の接続領域２０ｂ１と第２半導体チップ１４の接続領域２０ｂ２との間を延びている第１溝３２が形成されており、一方の表面２０ｂと裏側の表面２０ａのいずれか他方に、当該他方を平面視したときに、第１溝３２の両側に、第１溝３２に沿って延びる第２溝３４が形成されており、第１溝３２の深さと第２溝３４の深さの和以上の厚みを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体チップと、
第２半導体チップと、
一方の表面に前記第１半導体チップと前記第２半導体チップが接続されており、前記一方の表面とその裏側の表面のいずれか一方に、前記一方を平面視したときに、前記第１半導体チップの接続領域と前記第２半導体チップの接続領域との間を延びている第１溝が形成されており、前記一方の表面と前記裏側の表面のいずれか他方に、前記他方を平面視したときに、前記第１溝の両側に、前記第１溝に沿って延びる第２溝が形成されており、前記第１溝の深さと前記第２溝の深さの和以上の厚みを有する放熱部材と、
を備える半導体モジュール。
【請求項２】
前記放熱部材を平面視したときに、前記第１溝は、前記第１半導体チップの前記接続領域を、前記第２半導体チップの前記接続領域から区画している請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記放熱部材を平面視したときに、前記第１溝は、前記第１半導体チップの前記接続領域の周囲を一巡する溝と、前記第２半導体チップの前記接続領域の周囲を一巡する溝を有する、請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第１溝は、前記一方の表面に形成されており、前記第２溝は、前記裏側の表面に形成されており、前記裏側の表面は外部に露出している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１半導体チップと、前記第２半導体チップと、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップの間の前記一方の表面が樹脂層に覆われており、
前記第１溝内に空間が形成されている、
請求項４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記一方の第２溝と、前記他方の第２溝との間にレーザを照射して、前記第１溝の底面をレーザで切断することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体モジュールの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、放熱部材の上面に２つの半導体チップが配置された半導体モジュールが開示されている。この半導体モジュールでは、放熱部材の上面に長溝を形成して放熱部材の厚みを薄くした部分（以下では「薄肉部」と称する）が形成されている。この長溝は、２つの半導体チップの間に位置するように形成されている。２つの半導体チップの導通を遮断する必要がある場合は、放熱部材の薄肉部を切削して放熱部材を２分割する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２４１３６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の技術では、薄肉部を切削することによって放熱部材を分割する。しかしながら、薄肉部を切削する際に、半導体モジュール（特に、半導体チップ）に機械的に負荷が加わるという問題がある。このため、レーザを用いて放熱部材を切断することで、半導体モジュールに対する負荷を低減することが行われている。しかしながら、放熱部材は、高い熱伝導率を有する材料により形成されている。このため、レーザを用いて放熱部材を切断する場合は、レーザの熱が放熱部材内に拡散するため、レーザの熱を放熱部材の切断に効率よく利用することができない。このため、本明細書では、レーザによる放熱部材の切断効率を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１半導体チップと、第２半導体チップと、放熱部材と、を備える。放熱部材は、一方の表面に第１半導体チップと第２半導体チップが接続されており、一方の表面とその裏側の表面のいずれか一方に、当該一方を平面視したときに、第１半導体チップの接続領域と第２半導体チップの接続領域との間を延びている第１溝が形成されており、一方の表面と裏側の表面のいずれか他方に、当該他方を平面視したときに、第１溝の両側に、第１溝に沿って延びる第２溝が形成されており、第１溝の深さと第２溝の深さの和以上の厚みを有する。
【０００６】
この半導体モジュールでは、放熱部材の一方の表面とその裏側の表面のいずれか一方に、第１溝が形成されている。このため、第１溝が形成されている部分の放熱部材の厚みは、第１溝が形成されていない部分の放熱部材の厚みより薄くなっている（以下では、放熱部材の、第１溝が形成されている部分を「薄肉部」と称する）。また、第１溝が形成されている表面と反対側の面には、第１溝の両側に、第１溝に沿って延びる第２溝が形成されている。第２溝の深さは、第１溝の深さとの和が放熱部材の厚み以上となるように構成されている。このため、薄肉部の両側には、第２溝が配置されている。従って、レーザを用いて薄肉部を切断する際、レーザの熱が放熱部材内を伝導、拡散することが第２溝によって抑制される。結果として、レーザの熱を薄肉部に集中させることができる。このため、第２溝が形成されていない構成と比較して、放熱部材の切断効率をより向上させることができる。なお、本明細書における「半導体チップが放熱部材に接続されている」とは、半導体チップが放熱部材に直接的に接続されている場合だけではなく、半導体チップが放熱部材以外の導電体を介して放熱部材に間接的に接続されている場合も含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の半導体モジュールの平面図を示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図を示す。
【図３】図２の二点鎖線１００で囲まれた部分の部分拡大図を示す。
【図４】図２の二点鎖線１００で囲まれた部分の部分拡大図を示し、レーザにより薄肉部が切断された状態を示す。
【図５】実施例２の半導体モジュールの平面図を示す。
【図６】図５の二点鎖線２００で囲まれた部分の部分拡大図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。
【実施例１】
【０００９】
図１〜４を参照して半導体モジュール１０について説明する。半導体モジュール１０は、２組の半導体積層体１１ａ、１１ｂと樹脂３０を有する。図１、２に示すように、半導体積層体１１ａは、半導体チップ１２、１４、電極ブロック１６、１８、ヒートシンク２０、２２及び遮蔽板３６、３８、４０を有している。半導体チップ１２と電極ブロック１６は、積層されており、ヒートシンク２０、２２の間に配置されている。半導体チップ１４と電極ブロック１８は、積層されており、ヒートシンク２０、２２の間に配置されている。
【００１０】
半導体チップ１２は、矩形状の半導体チップである。半導体チップ１２の上面１２ａには電極ブロック１６がはんだ２４により接合されている。はんだ２４には鉛フリーはんだ箔が用いられる。
【００１１】
半導体チップ１４は、矩形状の半導体チップである。半導体チップ１４は、ヒートシンク２０、２２の間に半導体チップ１２に対して並列接続されている。半導体チップ１４は、半導体チップ１２に対してｘ方向側に配置されている。半導体チップ１４の上面１４ａには電極ブロック１８がはんだ２４により接合されている。なお、半導体チップ１２、１４の形状は矩形状に限られず、例えば台形形状であってもよい。
【００１２】
電極ブロック１６は矩形状であり、その下面１６ｂの大きさは半導体チップ１２の上面電極の大きさと同一とされている。電極ブロック１８は矩形状であり、その下面１８ｂの大きさは半導体チップ１４の上面電極の大きさと同一とされている。電極ブロック１６、１８はＣｕ等の電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料により構成されている。
【００１３】
電極ブロック１６、１８のそれぞれの上面１６ａ、１８ａには、上部ヒートシンク２０の下面２０ｂがはんだ２４により接合されている。図１に破線２０ｂ１で示す領域は、上部ヒートシンク２０の下面２０ｂのうち、電極ブロック１６の上面１６ａが接続されている領域を示す。同様に、図１に破線２０ｂ２で示す領域は、上部ヒートシンク２０の下面２０ｂのうち、電極ブロック１８の上面１８ａが接続されている領域を示す。以下では、破線２０ｂ１、２０ｂ２で示す領域をそれぞれ接続領域２０ｂ１、２０ｂ２と称する。
【００１４】
半導体チップ１２、１４のそれぞれの下面１２ｂ、１４ｂには、下部ヒートシンク２２の上面２２ａがはんだ２４により接合されている。上部ヒートシンク２０と下部ヒートシンク２２は、矩形状で同一の大きさを有している。下部ヒートシンク２２は、上部ヒートシンク２０に対して平行とされている。各ヒートシンク２０、２２は、半導体チップ１２、１４に対する配線の一部としても機能する。各ヒートシンク２０、２２はＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の熱伝導性及び電気伝導性に優れた材料により構成されている。
【００１５】
図３は、図２の範囲１００（即ち、接続領域２０ｂ１と接続領域２０ｂ２の間の上部ヒートシンク２０）の拡大断面図を示している。上部ヒートシンク２０の下面２０ｂには、直線状の溝３２が形成されている。図１に示すように、溝３２は、下面２０ｂの長手方向と直交する方向（即ち、ｙ方向）に延びている。溝３２の−ｙ方向側の端面は、上部ヒートシンク２０の側面２０ｃに位置しており、溝３２のｙ方向側の端面は、上部ヒートシンク２０の側面２０ｄに位置している。別言すれば、溝３２は、上部ヒートシンク２０の下面２０ｂをｘ方向に２分割するようにｙ方向に延びている。溝３２により、接続領域２０ｂ１と接続領域２０ｂ２とが区画されている。図３に示すように、溝３２の断面は矩形状であり、溝３２の底面３２ｂと上部ヒートシンク２０の上面２０ａとの間には薄肉部４４が形成されている。薄肉部４４の厚みｔ２は、上部ヒートシンク２０の厚みｔ１よりも薄くなっている。
【００１６】
上部ヒートシンク２０の下面２０ｂには、矩形状の遮蔽板３６が取付けられている。遮蔽板３６は、セラミック等の低い熱伝導率を有する材料により形成されている。遮蔽板３６は、溝３２の開口３２ａを覆っている。遮蔽板３６と、後述する遮蔽板３８、４０とにより、溝３２内には空間４２が形成されている。なお、遮蔽板３６は矩形状に限られず、例えば台形形状であってもよい。
【００１７】
図１、３に示すように、上部ヒートシンク２０の上面２０ａには、２つの直線状の溝３４（３４ａ、３４ｂ）が形成されている。図１に示すように上面２０ａを平面視する方向に上部ヒートシンク２０を透視すると、溝３４は、溝３２と平行に延びている。溝３４ａ、３４ｂは、上部ヒートシンク２０の側面２０ｃから側面２０ｄまで延びている。溝３４ａは溝３２に対して−ｘ方向側に離間した位置に形成されており、溝３４ｂは溝３２に対してｘ方向側に離間した位置に形成されている。
【００１８】
図３に示すように、溝３４ａの断面は矩形状である。溝３２の深さｄ１と溝３４ａの深さｄ２の間には、ｄ１＋ｄ２≧ｔ１の関係が成立している。溝３２の深さｄ１と溝３４ｂの深さｄ３の間には、ｄ１＋ｄ３≧ｔ１の関係が成立している。別言すれば、溝３４の底面が、溝３２の底面３２ｂよりも半導体チップ側（即ち、−ｚ方向側）に位置している。上記の構成では、薄肉部４４のｘ方向における両側に、溝３４ａ、３４ｂが配置されている。なお、溝３４ａの断面は矩形状に限られず、例えば台形形状であってもよい。
【００１９】
溝３２、３４は、上部ヒートシンク２０を押出成形する際に同時に形成される。但し、この方法に限られず、例えば機械的に切削することにより溝３２、３４を形成してもよい。機械的に切削する場合は、例えばエンドミルやカッティングソーなどで溝３２又は溝３４の一方を先に形成し、形成された溝をガイドとして他方の溝を形成してもよい。
【００２０】
図１に示すように、上部ヒートシンク２０の側面２０ｃには、溝３２、３４の−ｙ方向側の端面を覆うように遮蔽板３８が取付けられている。上部ヒートシンク２０の側面２０ｄには、溝３２、３４のｙ方向側の端面を覆うように遮蔽板４０が取付けられている。遮蔽板３８、４０は、セラミック等の低い熱伝導率を有する材料により形成されている。
【００２１】
図２に示すように、下部ヒートシンク２２に隣接する位置に、リード端子２６が配置されている。半導体チップ１２の端部とリード端子２６は、ボンディングワイヤ２８によって接続されている。これにより、半導体チップ１２のゲート電極とリード端子２６とが電気的に接続されている。
【００２２】
図１に示す半導体積層体１１ｂは、半導体積層体１１ａと同一の構成を有する。
【００２３】
図１に示すように、半導体積層体１１ａ、リード端子２６の一部、半導体積層体１１ｂ、半導体積層体１１ｂの一部及びボンディングワイヤは、樹脂３０によって封止されている。但し、半導体積層体１１ａの上部ヒートシンク２０の上面２０ａと下部ヒートシンク２２の下面２２ｂは、樹脂３０の外部に露出している。半導体積層体１１ｂの上部ヒートシンクの上面と下部ヒートシンクの下面も、樹脂３０の外部に露出している。上述したように、開口３２ａを覆う遮蔽板３６と、溝３２、３４の両側の端面を覆う遮蔽板３８、４０とにより、溝３２の内部には空間４２が形成されている。即ち、空間４２内には、樹脂３０が配置されていない。これは、樹脂封止時に遮蔽板３６、３８、４０によって、溝３２内に樹脂３０が流入することが防止されるためである。また、溝３４ａ、３４ｂ内には、樹脂３０が配置されていない。これは、樹脂封止時に遮蔽板３８、４０によって、溝３２内に樹脂３０が流入することが防止されるためである。樹脂３０はエポキシ樹脂等の密着性に優れた熱硬化性樹脂が用いられる。
【００２４】
上述したように、半導体モジュール１０は、４つの半導体チップを備えている。これらの半導体チップの解析を行う場合は、対象の半導体チップを単独で通電可能とする必要がある。例えば、半導体チップ１２を単独で通電可能とする場合には、上部ヒートシンク２０を切断して、接続領域２０ｂ１を接続領域２０ｂ２から分離する必要がある。以下、このように上部ヒートシンク２０を切断する方法について説明する。
【００２５】
上部ヒートシンク２０を切断する際には、図３の矢印Ａに示すように、上部ヒートシンク２０の溝３４ａと溝３４ｂの間の領域（より詳細には、溝３４ａと溝３４ｂの間の領域のｘ方向の中央部分）にレーザを照射する。溝３４ａと溝３４ｂの間の領域は、薄肉部４４に相当する。溝３４ａと溝３４ｂの間の領域の中央部分にレーザを照射することにより、レーザは薄肉部４４に確実に照射される。ここでは、図４に示すように、薄肉部４４を溶融させることによって、薄肉部４４を切断する。また、レーザの照射位置をｙ方向に沿って移動させることで、薄肉部４４のｙ方向における全体にレーザを照射する。これによって、上部ヒートシンク２０をｘ方向に２分割する。このため、接続領域２０ｂ１は、接続領域２０ｂ２から分離される。その後、接続領域２０ｂ１と下部ヒートシンク２２の間に電圧を印加することで、半導体チップ１２のみに通電することができる。このため、半導体チップ１２単独の特性を評価することができる。また、半導体チップ１４を評価する際にも、上記のように切断することで、半導体チップ１４単独の特性を評価することが可能となる。
【００２６】
半導体モジュール１０では、レーザで切断される箇所（即ち、薄肉部４４）の厚みが薄い。ここで、レーザで薄肉部４４を切断すると、レーザの熱は、上部ヒートシンク２０内をレーザ照射箇所から放射状に伝導する。半導体モジュール１０では、薄肉部４４のｘ方向における両側に溝３４が形成されている。即ち、溝３４は、レーザの熱が放射状に伝導する経路の一部を遮る位置に形成されている。溝３４によりレーザの熱が伝導する領域が狭められるため、レーザの熱が上部ヒートシンク２０内を伝導し、上部ヒートシンク２０から放熱されることが抑制される。従って、熱伝導率の高いＣｕを材料とする上部ヒートシンク２０を切断する場合であっても、レーザの熱を薄肉部４４に局所集中させることができ、効率よく薄肉部４４を切断できる。結果として、溝３４が形成されていない構成と比較して、上部ヒートシンク２０の切断時間をより短縮できる。これにより、切断時の熱が上部ヒートシンク２０などを介して半導体チップ１２、１４に伝導されることを抑制することができる。このため、レーザ照射時における半導体チップ１２、１４への熱の影響を低減することが可能であり、より正確に半導体チップ１２、１４の特性を測定することができる。特に、実施例１の半導体モジュール１０では、ｄ１＋ｄ２＞ｔ１及びｄ１＋ｄ３＞ｔ１の関係が満たされることにより、レーザの熱の伝導経路がより狭められている。このため、上部ヒートシンク２０の切断時間をより一層短縮でき、切断効率が向上すると共に、半導体チップ１２、１４にかかる熱ストレスを軽減できる。
【００２７】
また、半導体モジュール１０では、溝３４を上部ヒートシンク２０の上面２０ａに形成し、溝３２を上部ヒートシンク２０の下面２０ｂに形成することにより、半導体モジュール１０の外部から溝３４を視認できる構成となっている。薄肉部４４は溝３４ａと溝３４ｂの間（厳密には溝３４ａと溝３４ｂ間の中央部分）に形成されているため、溝３４を視認可能とすることで、半導体モジュール１０の外部からでも薄肉部４４の位置を容易に特定することができる。従って、上部ヒートシンク２０の切断時に誤って薄肉部４４以外の箇所にレーザが照射されることを抑制でき、薄肉部４４を精度良く切断できる。
【００２８】
また、半導体モジュール１０では、溝３２内に空間４２が形成されている。このため、上部ヒートシンク２０の薄肉部４４の切断時に、レーザの熱が樹脂３０に伝導することが、溝３２内の空間４２により抑制される。従って、レーザの熱が樹脂３０を介して半導体チップ１２、１４に伝導することに起因して半導体チップ１２、１４が損傷することが抑制される。また、レーザの熱により樹脂３０が溶融することが抑制される。特に、実施例１の半導体モジュール１０では、溝３２の開口３２ａが、熱伝導率の低いセラミック材料により形成された遮蔽板３６に覆われている。このため、遮蔽板３６を用いることにより、レーザの熱が樹脂３０に伝導することがより抑制される。
【００２９】
また、薄肉部４４はレーザで容易に切断できるため、高出力のレーザを用いる必要がなく、低コストで不良解析を行うことができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、図５、６を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。
【００３１】
実施例２の半導体モジュール２１０では、上部ヒートシンク２０に形成された溝２３２及び溝２３４（２３４ａ、２３４ｂ）の形状が、実施例１の半導体モジュール１０と異なっている。即ち、図６に示すように、上部ヒートシンク２０の下面２０ｂには、接続領域２０ｂ１の周囲を一巡する矩形状の溝２３２が形成されている。溝２３２の開口は、セラミック製の遮蔽板（図示省略）によって覆われている。一方、上部ヒートシンク２０の上面２０ａには、２つの矩形状の溝２３４ａ、２３４ｂが形成されている。上部ヒートシンク２０の上面２０ａを平面視する方向に上部ヒートシンク２０を透視すると、溝２３４ａは、溝２３２の内周側に、接続領域２０ｂ１の周囲を一巡するように形成されており、溝２３４ｂは、溝２３２の周囲を一巡するように形成されている。溝２３４ａ、２３４ｂは、それぞれ溝２３２から所定の間隔を置いて、溝２３２に沿って形成されている。図５に示すように、溝２３２、２３４と同様の形状を有する溝が、その他の半導体チップの接続領域の周囲にも形成されている。なお、溝２３２、２３４は矩形状に限られず、例えば台形形状であってもよい。
【００３２】
例えば、接続領域２０ｂ１と接続領域２０ｂ２を分離する場合は、半導体モジュール２１０の上方から、溝２３４ａと溝２３４ｂとの間の中央部分を一巡するようにレーザを照射して、薄肉部を切断する（別言すれば、溝２３２の底面を焼き切る）。これにより、接続領域２０ｂ１が接続領域２０ｂ２から分離される。この構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３３】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体モジュールは、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上部ヒートシンク２０の上面２０ａに溝３２が、下面２０ｂに溝３４がそれぞれ形成されている構成であってもよい。この場合、溝３４の開口には、当該開口を覆う遮蔽板が取付けられていることが好ましい。これにより、樹脂封止時に樹脂が溝３４内に流入することを防止でき、溝３４内に空間が形成される。この構成によっても、薄肉部４４をレーザで切断する際に熱がヒートシンク２０内を伝導することが溝３４によって抑制され、薄肉部４４の切断効率が向上する。
【００３４】
また、実施例１では、溝３２は、上部ヒートシンク２０の一方の側面２０ｃから他方の側面２０ｄまで延びており、これにより接続領域２０ｂ１を接続領域２０ｂ２から区画しているが、これに限られない。例えば、溝３２の−ｙ方向側の端面は、側面２０ｃに位置していなくてもよいし、溝３２のｙ方向側の端面は、側面２０ｄに位置していなくてもよい。即ち、溝３２は、接続領域２０ｂ１を接続領域２０ｂ２から完全に区画していなくてもよい。この構成によっても、溝３４により、薄肉部４４を切断する際にレーザの熱が上部ヒートシンク２０内を拡散することを抑制でき、薄肉部４４の切断効率が向上する。また、溝３２は、ｙ方向に間隔をおいて複数形成されていてもよい。この構成によっても、溝３４により、薄肉部４４の切断効率が向上する。これは、実施例２についても同様である。即ち、溝２３２は、接続領域２０ｂ１及び／又は接続領域２０ｂ２の周囲を一巡していなくてもよい。
【００３５】
また、１つの半導体積層体が有する半導体チップの数は１つでも３つ以上でもよいし、１つの半導体モジュールが有する半導体積層体の数は１つでも３つ以上でもよい。また、溝３２内には熱伝導率の低い材料が充填されていてもよい。
【００３６】
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様々に変形、変更したものが含まれる。また、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】
【００３７】
１０：半導体モジュール、１２：半導体チップ、１４：半導体チップ、１６：電極ブロック、１８：電極ブロック、２０：上部ヒートシンク、２０ｂ１、２０ｂ２：接続領域、２２：下部ヒートシンク、３０：樹脂、３２：溝、３４：溝、４２：空間
【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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