(57)【要約】【課題】信頼性の向上を可能とする圧接型の半導体装置を提供することである。【解決手段】実施形態の半導体装置は、複数の第１金属部を有する第１電極と、前記第１金属部に対向する複数の第２金属部を有する第２電極と、前記第１金属部と前記第２金属部との間に設けられた半導体素子と、前記第１金属部と前記半導体素子との間に設けられ、前記第１電極の外周部における前記第１金属部と前記半導体素子との間においてのみ、前記半導体素子よりも前記外周部側まで延在する金属板と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１金属部を有する第１電極と、
前記第１金属部に対向する複数の第２金属部を有する第２電極と、
前記第１金属部と前記第２金属部との間に設けられた半導体素子と、
前記第１金属部と前記半導体素子との間に設けられ、前記第１電極の外周部における前記第１金属部と前記半導体素子との間においてのみ、前記半導体素子よりも前記外周部側まで延在する金属板と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記外周部における前記第１金属部は、前記外周部に位置する前記半導体素子よりも前記外周部側まで延在している請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記外周部において、前記第２電極の一部が前記金属板まで延在し、前記金属板との間に絶縁体を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２金属部と前記半導体素子との間に設けられ、前記第２電極の外周部における前記第２金属部と前記半導体素子との間においてのみ、前記半導体素子よりも前記外周部側まで延在する金属板と、を更に有する請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記外周部において、前記第１電極と前記半導体素子との間に設けられた金属板と、前記第２電極と前記半導体素子との間に設けられた金属板との間に設けられた絶縁体と、を更に有する請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧接型半導体装置は、両面放熱によるパワー密度向上と、高電圧・大電流下での高信頼性を実現する。圧接型半導体装置は、絶縁性の枠体内部に設けられた複数の半導体素子が、上下の電極ブロックによって挟まれ、気密封止された構造を備える。上下の電極ブロックに外部から押圧力が加えられることにより、内部の電気的接触が保たれる。
【０００３】
圧接型半導体装置の使用には熱の発生が伴うため、圧接型半導体装置は発熱と冷却が繰り返されることとなる。その際、電極ブロックを構成する金属材料は熱膨張と収縮を繰り返すため、半導体素子への押圧力が部分的に弱まる恐れがある。その場合、押圧力が維持されている半導体素子への電流負荷が増加し、半導体素子の破壊が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３２３６５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、信頼性の向上を可能とする圧接型の半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、複数の第１金属部を有する第１電極と、前記第１金属部に対向する複数の第２金属部を有する第２電極と、前記第１金属部と前記第２金属部との間に設けられた半導体素子と、前記第１金属部と前記半導体素子との間に設けられ、前記第１電極の外周部における前記第１金属部と前記半導体素子との間においてのみ、前記半導体素子よりも前記外周部側まで延在する金属板と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の平面構造を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’における断面構造を示す断面図。
【図３】比較例に係る半導体装置の断面構造を示す断面図。
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す断面図。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す断面図。
【図６】第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効果が得られる範囲内で適宜変更可能である。半導体としては、シリコンを一例に説明するが、炭化シリコン（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などの化合物半導体にも適用可能である。
【０００９】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態に係る半導体装置１について、図１及び図２を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係る半導体装置の平面構造を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ’における断面構造を示す断面図を示している。
【００１０】
図２に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置１は、半導体素子１０、エミッタ電極１１（第１電極）、コレクタ電極１２（第２電極）、モリブデン（Ｍｏ）板１３（金属板）、銅（Ｃｕ）柱１４（第１金属部）、及びＣｕ柱１５（第２金属部）を有する。
【００１１】
半導体素子１０は例えば、Ｓｉ基板内に上下電極構造を有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）が形成されている。なお、本発明の実施形態に係る半導体素子１０はＩＧＢＴ構造として説明しているが、それに限定されず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、及びダイオード構造等であっても実施は可能である。
【００１２】
半導体装置１は、複数の半導体素子１０がエミッタ電極１１とコレクタ電極１２により圧接された構造を有する。図１に示すように、半導体素子１０は半導体装置１の内部から外周部付近まで複数設けられている。なお、図１では半導体素子１０は１３個設けられているが、半導体素子１０の数については特に限定されない。
【００１３】
コレクタ電極１２上には複数のＣｕ柱１５が間隔を空けて設けられる。Ｃｕ柱１５上には、図示しない半田等を介してＭｏ板１３が設けられる。そして、Ｍｏ板１３上には、図示しない半田等を介して半導体素子１０が設けられる。
【００１４】
エミッタ電極１１上にも複数のＣｕ柱１４が間隔を空けて設けられ、Ｃｕ柱１４上にはＭｏ板１３が設けられる。そして、半導体素子１０を上下で挟み込むように、エミッタ電極１１上のＭｏ板１３は半導体素子１０の上面に接続される。すなわち、エミッタ電極１１とコレクタ電極１２は対向するように設けられ、その間には半導体素子１０が位置することとなる。半導体素子１０は、エミッタ電極１１とコレクタ電極１２とに挟まれ、圧接されることにより接触性が確保される。
【００１５】
半導体装置１の外周部おいて、エミッタ電極１１上に設けられるＣｕ柱１４及びＭｏ板１３の半導体素子１０とＭｏ板１３との接続面と平行な方向における幅は、コレクタ電極１２上に設けられるＣｕ柱１５及びＭｏ板１３の幅よりも小さくなるように設けられている。その際、コレクタ電極１２上に設けられるＣｕ柱１５及びＭｏ板１３は、半導体装置１の外周方向に延在している。例えば、エミッタ電極１１上に設けられるＭｏ板１３の全面は半導体素子１０と接触しているが、コレクタ電極１２上に設けられるＭｏ板１３は一部が半導体素子１０と接触し、半導体素子１０と接触していない部分は半導体装置１の外周部側に延在している。
【００１６】
半導体装置１は以上のような構造を有する。
【００１７】
なお、半導体装置１の内部は、不活性ガス、例えば、窒素ガスが充填するように封止されている。不活性ガスを充填することによって、内部の半導体素子１０、Ｍｏ板１３、及びＣｕ柱１４，１５等が酸化されることを防止している。
【００１８】
また、本実施形態ではＭｏ板１３及びＣｕ柱１５を設けたが、ＭｏやＣｕに限らず、その他の金属単体や合金等でも実施は可能である。エミッタ電極１１及びコレクタ電極１２と、Ｃｕ柱１４，１５は別々に形成されていても良いし、エミッタ電極１１とＣｕ柱１４、及びコレクタ電極１２とＣｕ柱１５が一体に形成されていても良い。
【００１９】
第１の実施形態に係る半導体装置１の効果について、比較例を用いて説明する。図３は比較例に係る半導体装置の断面構造を示す断面図である。なお、比較例について、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について説明する。
【００２０】
比較例に係る半導体装置２が第１の実施形態に係る半導体装置１と異なる点は、半導体装置１の外周部における、コレクタ電極１２上のＣｕ柱１５及びＭｏ板１３の構造である。半導体装置２の場合、コレクタ電極１２上のＣｕ柱１５及びＭｏ板１３は、半導体装置２の外周側へ延在しておらず、Ｍｏ板１３の全面が半導体素子１０と接触している。
【００２１】
半導体装置２を使用した場合、半導体装置２は圧接封止されており、半導体装置２の内部は外周部と比べて、使用に伴い発生する熱が溜まりやすい。Ｃｕ柱１４，１５は熱が掛かると膨張し、冷やされると収縮して元に戻る。すなわち、銅は弾性を有するため元の形状に戻る。
【００２２】
しかしながら、半導体装置２の使用を繰り返していくと、Ｃｕ柱１４，１５の内部疲労が進行し、弾性から塑性を示すようになってくる。その場合、熱を冷ました後に塑性変形が生じ、Ｃｕ柱１４，１５が使用前よりも縮小してしまう。Ｃｕ柱１４，１５が縮小すると、半導体装置２に掛けられた圧接が弱くなり、特に半導体装置２内部に位置するＣｕ柱１４，１５とＭｏ板１３との接触性が低下していく。すなわち、半導体装置２内部に位置するＣｕ柱１４とＣｕ柱１５間の接触抵抗が大きくなる。
【００２３】
半導体装置２内部に位置するＣｕ柱１４とＣｕ柱１５間の接触抵抗が大きくなると、半導体装置２に電流を流した際、半導体装置２の外周側に位置するＣｕ柱１４とＣｕ柱１５間に電流が集中し、電流負荷が大きくなる。その場合、特定の半導体素子１０に係る負荷が増大し、破壊が生じる可能性がある。従って、半導体装置２の信頼性の低下に繋がる。
【００２４】
第１の実施形態に係る半導体装置１の場合、半導体装置１の外周部おいて、コレクタ電極１２上に設けられるＣｕ柱１５及びＭｏ板１３は、半導体装置１の外周方向に延在している。すなわち、半導体装置２の外周部におけるＣｕ柱１５及びＭｏ板１３よりも、半導体装置１の外周部におけるＣｕ柱１５及びＭｏ板１３の面積が大きいため、半導体装置１の外周部における半導体素子１０の電流負荷を緩和することが可能となる。従って、半導体装置１の信頼性を確保することが可能となる。
【００２５】
（第２の実施形態）
以下に、図４を用いて第２の実施形態に係る半導体装置３について説明する。なお、第２の実施形態について、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について説明する。図４は、第２の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【００２６】
第２の実施形態に係る半導体装置３が、第１の実施形態の半導体装置１と異なる点は、外周部に位置するエミッタ電極１１の一部がコレクタ電極１２側へ延在している点である。また、延在しているエミッタ電極１１の一部は、コレクタ電極１２上に設けられたＭｏ板１３と絶縁体１６を介して接続している。
【００２７】
外周部におけるエミッタ電極１１の一部をコレクタ電極１２側へ延在させることにより、外周部におけるエミッタ電極１１の面積を増やすことができる。そのため、放熱性の向上が可能となる。また、絶縁体１６を介して、エミッタ電極１１の一部は、コレクタ電極１２上に設けられたＭｏ板１３と接触しているため、圧接により半導体装置３を製造した際の圧接部が増え、半導体装置３の耐性も向上する。
【００２８】
なお、延在しているエミッタ電極１１は半導体装置３の外周部に沿って１周する必要は無く、外周部に位置するエミッタ電極１１の一部がコレクタ電極１２側へ延在していれば良い。
【００２９】
（第３の実施形態）
以下に、図５を用いて第３の実施形態に係る半導体装置４について説明する。なお、第３の実施形態について、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について説明する。図５は、第３の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【００３０】
第３の実施形態に係る半導体装置４が、第１の実施形態の半導体装置１と異なる点は、エミッタ電極１１も半導体装置４の外周側に延在している点である。
【００３１】
エミッタ電極１１も半導体装置４の外周側に延在させることにより、エミッタ電極１１と半導体素子１０との間の電流負荷をさらに抑制することができる。
【００３２】
また、図６を用いて第３の実施形態の変形例に係る半導体装置５について説明する。図６は、第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【００３３】
第３の実施形態の変形例に係る半導体装置５は、半導体装置５の外周側に延在しているエミッタ電極１１とコレクタ電極１２との間に絶縁体１６を設けた点である。
【００３４】
絶縁体１６を介して、エミッタ電極１１とコレクタ電極１２とが接触しているため、圧接により半導体装置５を製造した際の圧接部が増え、半導体装置５の耐性が向上する。
【００３５】
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。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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００３６】
１…半導体装置、１０…半導体素子、１１…エミッタ電極（第１電極）、１２…コレクタ電極（第２電極）、１３…Ｍｏ板（金属板）、１４…Ｃｕ柱（第１金属部）、１５…Ｃｕ柱（第２金属部）、１６…絶縁体
【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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