(57)【要約】【課題】電力用の半導体装置を、高い放熱性と大電流が流れる導電体の電気伝導性とを確保しつつ、小型化することを目的としている。【解決手段】本発明の半導体装置１０１は、半導体素子が形成された半導体チップ１が絶縁性樹脂４に埋設された絶縁基板１０２の表面に形成され、半導体チップ１の主電極（電極パッド１６）にビア５ａ、５ｂ、５ｃを介して接続された主配線１１ａと、絶縁基板１０２の表面に形成され、半導体チップ１の副電極（電極パッド１５）にビア５ｄを介して接続された副配線１１ｂと、主配線１１ａの表面に導電性接着剤８を介して接続された金属板９ａと、を備え、副配線１１ｂは、その配線幅が主配線１１ａの配線幅よりも狭い区間を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された半導体チップが絶縁性樹脂に埋設された絶縁基板を備えた半導体装置であって、
前記絶縁基板の表面に形成され、前記半導体チップの主電極にビアを介して接続された主配線と、前記絶縁基板の表面に形成され、前記半導体チップの副電極にビアを介して接続された副配線と、前記主配線の表面に導電性接着剤を介して接続された金属板と、を備え、
前記副配線は、その配線幅が前記主配線の配線幅よりも狭い区間を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ビアは、
前記絶縁性樹脂に形成されたビアホールにおける側面及び、前記ビアホールにおける前記半導体チップの前記主電極または前記副電極に接続する接続面に形成された銅めっき層と、
前記銅めっき層に接する当該ビアの内部に充填された導電性接着剤と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップにおける前記主電極及び前記副電極と反対側である裏面に形成された裏面電極に接続された配線層と、
前記半導体チップにおける前記主電極及び前記副電極が形成された表面と、前記裏面電極が形成された裏面との間の厚みである半導体チップ厚みと略同一の厚みを有するとともに、前記配線層に接続された銅ブロックと、
前記絶縁基板の表面に形成され、前記銅ブロックにビアを介して接続された主配線と、
当該主配線の表面に導電性接着剤を介して接続された金属板と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁基板の前記表面と反対側の裏面に形成され、前記半導体チップにおける前記主電極及び前記副電極と反対側である裏面に形成された裏面電極にビアを介して接続された配線層と、
前記配線層の露出面に導電性接着剤を介して接続された金属板と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ビアは、
接続先である前記主電極、前記副電極、前記銅ブロックに応じて、
前記絶縁性樹脂に形成されたビアホールにおける側面及び、前記ビアホールにおける前記主電極、前記副電極、前記銅ブロックのいずれかと接続する接続面に形成された銅めっき層と、
前記銅めっき層に接する当該ビアの内部に充填された導電性接着剤と、を備えたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ビアは、
接続先である前記主電極、前記副電極、前記裏面電極に応じて、
前記絶縁性樹脂に形成されたビアホールにおける側面及び、前記ビアホールにおける前記主電極、前記副電極、前記裏面電極のいずれかと接続する接続面に形成された銅めっき層と、
前記銅めっき層に接する当該ビアの内部に充填された導電性接着剤と、を備えたことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属板は、銅または銅合金により形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属板が１つまたは複数存在する場合に、
前記金属板の少なくとも１つは、前記絶縁基板の表面または前記表面と反対側の裏面に対して平行な面に投影した場合の投影領域の外部に延伸して配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記金属板が複数存在する場合に、
前記金属板の全ては、前記絶縁基板の表面または前記表面と反対側の裏面に対して平行な面に投影した場合の投影領域の外部に延伸して配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属板が１つまたは複数存在する場合に、
前記金属板の少なくとも１つは、前記絶縁基板の表面または前記表面と反対側の裏面に対して交わる方向に延伸した折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属板が複数存在する場合に、
前記金属板の全ては、前記絶縁基板の表面または前記表面と反対側の裏面に対して交わる方向に延伸した折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
半導体素子が形成された半導体チップが絶縁性樹脂に埋設された半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップを回路基板に接合する半導体チップ接合工程と、
前記半導体チップを絶縁性樹脂で封止する半導体チップ封止工程と、
前記絶縁性樹脂に前記半導体チップの電極に達するビアホールを形成し、前記ビアホールの側面及び、前記半導体チップの前記電極に接続する前記ビアホールの接続面に銅めっき層を形成し、前記銅めっき層に接する前記ビアホールの内部に導電性接着剤を充填してビアを形成するとともに、前記ビアを覆うように配線を形成する配線形成工程と、
前記半導体チップにおける大電流が流れる主電極に接続される前記配線である主配線の表面に導電性接着剤により金属板を接合する金属板接合工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体素子が形成された半導体チップが絶縁性樹脂に埋設された半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップを回路基板に接合する半導体チップ接合工程と、
液状の絶縁性樹脂を前記半導体チップに対して印刷することにより、前記半導体チップの電極上に開放されたビアホールを形成するとともに、前記半導体チップを前記絶縁性樹脂で封止する半導体チップ封止工程と、
前記電極上に形成された前記ビアホールの側面及び、前記半導体チップの前記電極に接続する前記ビアホールの接続面に銅めっき層を形成し、前記銅めっき層に接する前記ビアホールの内部に導電性接着剤を充填してビアを形成するとともに、前記ビアを覆うように配線を形成する配線形成工程と、
前記半導体チップにおける大電流が流れる主電極に接続される前記配線である主配線の表面に導電性接着剤により金属板を接合する金属板接合工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子が形成された半導体チップが、絶縁基材に埋設された回路基板を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子は、例えば、チップ状に切断された半導体チップの主面の表裏にそれぞれ備えられた電極の間に、大電流を流す素子である。パワー半導体素子が形成された半導体チップを搭載した、大電流を処理するための半導体装置は、一般的に以下のようなパワーモジュール構造を持っている。半導体チップは回路基板上にハンダ付けされ、さらに当該回路基板が金属製のベース板にハンダ付けされており、半導体チップと回路基板とがワイヤで接続され、モジュールの外部端子が回路基板に接続されており、半導体チップとワイヤを保護するために、その周囲を樹脂で封止している。このような構造では、半導体チップの専有面積以外に、ワイヤボンディングの領域、外部端子接合領域、および配線引廻し領域が回路基板上に必要となり、モジュールの小型化を妨げる原因となっていた。
【０００３】
モジュールを小型化するために、半導体チップを含む電気回路部品を絶縁基材に埋設された絶縁基板が開発されている。電気回路部品が絶縁基材に埋設された絶縁基板は、ワイヤボンディングの代わりにビアで配線とチップを結線するため、モジュールを小型化する効果が得られることが知られている。ただし、能動素子である半導体チップが絶縁基板に埋設されている場合には、半導体チップの動作による発熱を外部に放熱する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１の電子モジュールでは、電気信号線と電気的に絶縁された放熱ビア（特許文献１の熱バイア）を、半導体チップに相当する構成要素の近傍に配置するなどの排熱経路を考慮することにより対処している。また、特許文献２の回路基板（絶縁基板に相当）では、半導体チップの主面の内、電気接続用電極が形成されていない面から、放熱ビア（特許文献２の放熱用接続ビア）と高熱伝導率を有する平板状部材を介して、ヒートシンクに放熱経路を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５３５１５６公報（００４２段〜００５５段、図１０）
【特許文献２】特開２０１２−７４４９７号公報（００６０段〜００６２段、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、パワー半導体素子や、複数のパワー半導体素子を含むパワー半導体回路のような、大電流が流れ、発熱量も大きい電気回路部品が絶縁基材に埋設された絶縁基板を、電力用の半導体装置として適用する場合には、より高い放熱性が要求される。パワー半導体素子やパワー半導体回路は、大電流が流れるため、配線のジュール熱を抑制するため、配線の厚みを増やし、電流が流れる方向に垂直な配線断面積を大きくする必要がある。パワー半導体素子やパワー半導体回路は、配線が厚くなることで、通常の配線厚みのものと比較して、配線のパターニング精度が低くなり、回路基板上に微細な回路パターンを形成することが困難となっている。
【０００７】
例えば、３端子のＦＥＴ（Field-Effect-Transistor、電界効果トランジスタ）の場合、ソース、ドレインに接続される電極及び配線のような主配線は大電流が流れるため、その配線断面積を大きくする必要があるが、ゲートに接続される電極及び配線のような制御用の配線は、配線断面積が小さいもの、すなわち微細なものでも問題はない。しかし、特許文献１の電子モジュールや特許文献２の回路基板に記載された技術に従うと、主配線と制御用の配線を同一の配線層をパターニングして形成するので、主配線の厚さと制御用の配線の厚さが同一であり、いずれの配線においても、微細な線路を形成することが困難である。その結果、パワー半導体が形成された半導体チップが絶縁基材に埋設された絶縁基板を備えた電力用の半導体装置は、小型化が困難となっている。
【０００８】
さらには、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ（Intelligent Power Module））のように、パワー半導体素子で構成された駆動回路だけでなく自己保護機能が組み込まれたような場合、より複雑で微細な制御用配線と、大電流が流れる主配線が入り交じることとなり、上記のような従来技術に従うと、ＩＰＭのように、パワー半導体素子以外の回路素子を多数含む場合、小型化が特に困難となる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、パワー半導素子が組み込まれた電力用の半導体装置を、高い放熱性と大電流が流れる導電体の電気伝導性とを確保しつつ、小型化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、半導体素子が形成された半導体チップが絶縁性樹脂に埋設された絶縁基板を備えた半導体装置であって、絶縁基板の表面に形成され、半導体チップの主電極にビアを介して接続された主配線と、絶縁基板の表面に形成され、半導体チップの副電極にビアを介して接続された副配線と、主配線の表面に導電性接着剤を介して接続された金属板と、を備え、副配線は、その配線幅が主配線の配線幅よりも狭い区間を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、半導体チップの主電極がビア、主配線、導電性接着剤を介して金属板に接続され、半導体チップの副電極にビアを介して接続された副配線は、配線幅が主配線の配線幅よりも狭い区間を有するので、高い放熱性と大電流が流れるビアから金属板までの導電体の電気伝導性とを確保しつつ、微細な副配線が形成でき、小型化することがでる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体装置の断面模式図である。
【図２】図１のビアの拡大図である。
【図３】図１の絶縁基板の製造過程を示す断面図である。
【図４】図１の絶縁基板の製造過程を示す断面図である。
【図５】図１の絶縁基板の断面模式図である。
【図６】図１の半導体装置の製造過程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２による半導体装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による半導体装置の断面模式図である。図２は、図１のビアの拡大図である。図３、図４は、図１の絶縁基板の製造過程を示す断面図である。図５は、図１の絶縁基板の断面模式図である。図６は、図１の半導体装置の製造過程を示す断面図である。半導体装置１０１は、電力用の半導体チップ（適宜、パワー半導体チップと称する）１が埋設された絶縁基板１０２と、絶縁基板１０２の裏面側に接続せれたヒートシンク３と、絶縁基板１０２の表面側に設けられた配線１１（図１における配線１１ａ、１１ｃ）に接続された金属板９（図１における金属板９ａ、９ｂ）とを備える。なお、金属板の符号は、総括的に９を用い、区別して説明する場合に９ａ、９ｂを用いる。配線の符号は、総括的に１１を用い、区別して説明する場合に１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いる。
【００１４】
絶縁基板１０２は、半導体チップ１と、複数の配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、配線層１２と、回路基板２と、金属層１８と、絶縁性樹脂４と、銅ブロック７と、複数のビア５を備える。図１では、５つのビア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを記載した。なお、ビアの符号は、総括的に５を用い、区別して説明する場合に５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを用いる。
【００１５】
絶縁基板１０２に埋設された半導体チップ１の主面の表側（表面）に形成される電極パッド１５、１６と、絶縁基板１０２の表面に形成される配線１１とが銅メッキされた複数のビア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介して接続される。半導体チップ１の主面の裏側（裏面）に形成された裏面電極１７は、配線層１２、銅ブロック７、ビア５ｅを介して、配線１１ｃに接続される。
【００１６】
図２に示すように、比較的大電流が流れるビア５ａ、５ｂ、５ｃは、ビアホールにおける側面及び電極パッド１６との接続面に銅めっき層６が形成され、この銅めっき層６の上であって、ビアホール内部に、導電性接着剤１０が充填される。また、比較的大電流が流れないビア５ｄも、図２のビア内部構造と同様であり、ビアホールにおける側面及び電極パッド１５との接続面に銅めっき層６が形成され、この銅めっき層６の上であって、ビアホール内部に、導電性接着剤１０が充填される。当該ビア５ａ、５ｂ、５ｃに接続する配線１１の表面には、導電性接着剤８が配され、銅を主成分とする金属板９が導電性接着剤８及び配線１１ａを介して、ビア５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。一方、制御用の電極パッド１５に接続される配線１１ｂのように、比較的大電流が流れない配線１１ｂの上は、金属板９が配されない。絶縁基板１０２の表面に形成される配線１１は、銅を主成分とする金属からなる。比較的大電流が流れない配線１１ｂに接続されたビア５ｄは、図２における導電性接着剤８及び金属板９が配されない構造になっている。
【００１７】
図１ではひとつの半導体チップ１が絶縁基板１０２内に埋設されている例を示したが、半導体チップ１が複数あっても構わない。また、半導体チップ１以外の回路素子を絶縁基板１０２内に埋設しても構わない。その場合には、適宜、比較的大電流が流れるビア５ａ、５ｂ、５ｃ、配線１１は、上述のような構造にすればよい。
【００１８】
半導体チップ１から発生する熱は、ビア５を介して配線１１に伝達され、配線１１から外部へ伝達される。本実施の形態１によれば、一般的なモジュールの場合に使用されるワイヤによる接合とは異なり、高い熱伝導率を有する銅めっき層６を備えたビア５を形成しているとともに、ビア５の内部が金属粒子を含む導電性接着剤８で充填されているため、ビア５の熱抵抗率及び電気抵抗率が小さいことに加え、ビア５の高さに相当する半導体チップ１と配線１１との間の距離が、従来のワイヤの長さと比較し非常に短いため、非常に効率よくチップ表面から配線１１へ熱及び電気が伝達される。その結果、半導体チップ１の発熱による熱は、周囲に拡散しやすくなる共に、半導体チップ１と配線１１を接続するビア５のジュール熱は小さくなる。
【００１９】
ここで、配線１１の精細さ、すなわち、微細な配線幅と微細な配線間距離は、配線領域の面積に関与し、その結果、半導体装置１０１のサイズに大きく影響する。すなわち、モジュールの小型化のためには、配線１１の微細化が必要となる。配線１１の微細化のためには、配線１１の厚みを薄くし、配線形成の解像度の向上を図るべきである。非常に低い導電性を必要としない制御用等の配線１１ｂや、ＩＰＭに搭載されるセンサを接続する配線等に対しては、不必要に配線の厚みは厚くしないほうがよく、このように厚みが薄い場合には、非常に低い導電性を必要としない配線１１ｂを高精細に形成できる。したがって、実施の形態１の半導体装置１０１においては、比較的大電流が流れず、低い導電性が必要ではない配線１１ｂは、比較的大電流が流れ、低い導電性が必要な配線１１ａ、１１ｃの配線幅よりも狭い区間を有している。
【００２０】
一方、大電流が流れる半導体装置１０１の主配線、すなわちパワー半導体素子の主電極（例えば、ソースやドレイン）に接続された配線や、複数のパワー半導体素子を含むパワー半導体回路の入出力回路に接続された配線は、大電流が流れるため、その配線は高い導電率が必要であり、配線の断面積を増加させればよい。また、制御用配線の高精細化のためには、配線の厚みを厚くすることはできないが、高い導電率を達成するために配線の幅を大きくすると、微細な配線幅が達成できず、高精細さが達成されないという問題がある。なお、比較的大電流が流れる配線１１ａ、１１ｃは主配線であり、比較的大電流が流れない制御用配線等の配線１１ｂは副配線である。
【００２１】
そこで、上述のような構造を持つことにより、大電流が流れる配線１１ａ、１１ｃと、微細さが求められる制御用等の配線１１ｂとを、ひとつの配線層に形成することが可能となり、この問題を解決することができる。ビア５から配線１１まで伝達された熱及び電気は、配線１１を通じて外部へ伝達される。本実施の形態１では、金属板９がビア５に充填された導電性接着剤１０と同じ材料の導電性接着剤８で直接接合されているので、金属板９へもビア５から容易に熱及び電気は伝達される。さらに、金属板９が配線１１に導電性接着剤８で接合されている領域では、ビア５から配線１１に伝達された熱及び電気も金属板９に容易に伝達される。さらには、比較的大電流が流れるビア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅ、及び配線１１ａ、１１ｃに金属板９ａ、９ｂを接合させると、半導体チップ１から外部端子への導電経路の抵抗が小さくなるので、導電経路のジュール熱の発生を抑制することも可能となる。
【００２２】
金属板９は、熱伝導率、導電率が高い素材であることが求められる。金属板９は、一般的な金属であれば使用に耐えるが、銅が好ましい。その理由は、熱伝導率、導電率が高いだけでなく、ビア５、配線１１に使用される銅と熱膨張率が一致するため、ビア５や配線１１と金属板９との間の熱応力を低減でき、接合信頼性を確保できるためである。加工性や剛性を確保するため、金属板９の材料には、銅に適宜他の元素を加えても構わない。
【００２３】
金属板９の厚みは、厚すぎると、加工性に欠けるとともに、半導体装置１０１の重量が重くなるという問題が発生する。また、金属板９の厚みが薄すぎると、熱伝導性、導電性に欠けるとともに、外部端子としての剛性に欠けるという問題が発生する。よって、金属板９の厚みは、適宜設定する必要がある。金属板９には、ネジやかしめ等による外部との接続するための接続穴が形成されている。
【００２４】
パワー半導体チップ１の電気容量や電気回路部品の数によっては、パワー半導体チップ１の主面の片面（例えば、図１の裏面側の面、すなわち図１の裏面電極１７側の面）にセラミック製の回路基板２を配置し、パワー半導体チップ１の主面の他方の面（例えば、図１の表面側の面）にのみビア５を形成してもよい。
【００２５】
導電性接着剤８は、電気伝導性でかつ配線１１と金属板９を接着させるものであればよい。導電性接着剤１０は、接着工程時に液状となり、ビア５の内部に充填することが必要となる。導電性接着剤８と導電性接着剤１０を同一の接着材にする場合は、導電性接着剤８が接着工程時に液状となることが必要となる。また、半導体装置１０１が動作する時の温度上昇や、非動作時の温度下降などによるサーマルショックの際にも、導電性接着剤８、１０による接合部が剥離しないよう、導電性接着剤８、１０は、高い密着力と靭性があることが好ましい。具体的には、導電性接着剤８、１０は、はんだや、金属粉体と樹脂の混合物（金属粉体含有樹脂）や、カーボンブラックと樹脂の混合物（カーボンブラック含有樹脂）や、焼結銀などが挙げられる。
【００２６】
続いて、実施の形態１における半導体装置１０１の製造工程例を示す。図３〜図５を用いて、絶縁基板１０２の製造工程例を示し、図６、図１を用いて、絶縁基板１０２が完成した後の半導体装置１０１の製造工程例を示す。まず、図３に示すように、半導体チップ１をセラミック製の回路基板２に電気的に接合させ、製造中間体１０３を形成する（半導体チップ接合工程）。半導体チップ１は、例えば主面の表裏にそれぞれ備えられた電極の間に電流を流すＦＥＴパワー半導体チップである。半導体チップ１と回路基板２との接合ははんだでもよく、金属粉末やカーボンブラックと樹脂との混合物や、焼結銀や、ロウ付け用金属で構わない。回路基板２には、配線層１２がパターンニングされた上層配線と、金属層１８が形成されている。図３のように、半導体チップ１が接合されないセラミック製の回路基板２の上層配線の一部に、半導体チップ１と略同一の厚みの銅ブロック７を同時に接合してもよい。これは、半導体チップ１の主面におけるセラミック製の回路基板２と接する電極（裏面電極１７）と接続されるセラミック製の回路基板２上の配線層１２(以下、適宜、第二の配線層１２)と、半導体チップ１の他方の主面側に形成される配線１１とを接続するビア５の形成を容易にするためである。複数の配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、同一の配線層(以下、適宜、第一の配線層)から形成されている。
【００２７】
上記のような銅ブロック７を用いることで、第一の配線層（配線１１）と第二の配線層１２との距離は、半導体チップ１の厚みに、半導体チップ１の第一の配線層側に形成されるビア５の高さを加えたものとなる。銅ブロック７を用いない場合は、第一の配線層と第二の配線層１２を接合させるには、第一の配線層側の半導体チップ１上に形成されるビア５よりも、大幅に高いビアを形成する必要がある。ビアの高さが高くなると、ビア内部における銅めっきの形成が悪くなる。銅めっき不良によって、導電性接着剤１０の充填が困難になり、さらにビア径を大きくする必要性から、ビア径が大きくなり、配線密度が低くなる、といった問題が発生しやすい。そこで、銅ブロック７を第二の配線層１２上の一部に接続させ、銅ブロック７と第一の配線層（配線１１）との間にビア５（図１のビア５ｅ）を形成すれば、銅ブロック７上に形成されたビア５ｅは、第一の配線層側の半導体チップ１上に形成されるビア５（図１のビア５ａ、５ｂ、５ｃ）と同じ高さとすることができる。その結果、容易にかつ信頼性よく第一の配線層（配線１１）と第二の配線層１２との間を接続することができる。
【００２８】
続いて、図４に示すように、絶縁性樹脂４で半導体チップ１を封止し、製造中間体１０４を形成する（半導体チップ封止工程）。絶縁性樹脂４は、例えば液状のエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂等である。絶縁性樹脂４が、液状のエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂等であれば、ディスペンサ等を用いて、半導体チップ１の表面が絶縁性樹脂４で覆われるまで半導体チップ１の表面およびその周囲に樹脂を流し込み、その後、レベリングさせ硬化させることにより、半導体チップ１を絶縁性樹脂４内に埋め込むとともに、半導体チップ１の主面（表面）と平行で第一の配線層を形成する絶縁基板１０２の表面を形成することができる。また、絶縁性樹脂４は、Ｂステージ状態のエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂からなるシート状樹脂や、熱可塑性のシート状樹脂等であってもよい。絶縁性樹脂４が、Ｂステージ状態のエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂からなるシート状樹脂や、熱可塑性のシート状樹脂で、半導体チップ１が設置された製造中間体１０３をラミネートすることにより、液状の樹脂と同様に、半導体チップ１を絶縁性樹脂４内に埋没させるとともに、半導体チップ１の主面（表面）と平行で第一の配線層を形成する絶縁基板１０２の表面を形成することができる。その折に、銅箔と一緒にラミネートすることにより、第一の配線層に相当する位置に銅箔を形成してもよい。
【００２９】
図５に示すように、図４の製造中間体１０４にビア５と配線１１を形成し、絶縁基板１０２を形成する（配線形成工程）。製造中間体１０４に、ビア５のために穴（ビアホール）を開け、銅めっき層６の形成及び導電性接着剤１０の充填を行い、ビア５を形成するとともに、ビア５を覆うように配線１１を形成する。穴（ビアホール）は、通常のビルドアッププリント配線板と同様に、炭酸ガスレーザーや、ＹＡＧレーザーや、エキシマレーザー等により加工できる。絶縁基板１０２は、通常のプリント配線板と異なり、熱伝導性が高いため、アブレーションによる作用の効果が大きい炭酸ガスレーザーよりも、ＹＡＧレーザーや、エキシマレーザーの方が加工性に優れる。特に、熱容量が大きい銅ブロック７上にビア５ｅを形成する場合には、ＹＡＧレーザーや、エキシマレーザーを用いるとビア５ｅの形成が容易にできる。
【００３０】
銅めっき層６（図２参照）は、通常のビルドアッププリント配線板と同様に、無電解めっきにより形成する。必要に応じ、電解めっきにより銅めっき層６のめっき厚みを増加させる。銅めっき層６を形成するために、ビア５内部のめっき厚みを選択集中的に増やすことのできるビアフィルめっきを用いても構わない。そのとき、銅めっきによって、第一の配線層を同時に形成することができる。すなわち、いわゆる、プリント配線板では一般的なアディティブ法、セミアディティブ法と呼ばれるパターニングしたレジスト材をあらかじめ第一の配線層に形成した後、めっきを行うことにより、第一の配線層を形成することができる。また、これもプリント配線板で最も一般的なサブトラクティブ法と呼ばれる、いったんビア５のための銅めっき時に、第一の配線層を形成する絶縁性樹脂４の表面の全面に渡り銅めっきを行い、その後パターニングされたレジスト材をその上に形成し、銅を選択的にエッチングすることにより配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成することができる。そのときには、絶縁性樹脂４の形成時に銅箔を絶縁樹脂表面に形成した場合、銅箔の表面粗さによるアンカー効果が第一の配線層と絶縁性樹脂４との密着力の強化に寄与するため好ましい。
【００３１】
また、図４の半導体チップ封止工程、図５の配線形成工程は、以下の方法でも行うことができる。半導体チップ封止工程は、液状の絶縁性樹脂４を半導体チップ１に対して印刷することにより、半導体チップ１の電極上に開放されたビアホールを形成するとともに、半導体チップ１を絶縁性樹脂４で封止する。具体的には、液状の絶縁性樹脂４を印刷法で、ビア５の穴部分に液状の絶縁性樹脂４が接触しないように、半導体チップ１上に印刷し、硬化させることにより、ビア５の穴を開けることと、半導体チップ１を埋没させることを同時に達成することができる。電力用ではない一般的な半導体チップでは、電極が微細であり、印刷法では十分な精度をもってビアの穴を形成することは不可能であるが、パワー半導体チップ１においては、特に入出力部に関する電極（主配線が接続される主電極）は、一般的な半導体チップの電極サイズと比較して巨大で、印刷法における印刷精度で十分なビア５を形成することができる。ビア５の穴が開いた絶縁性樹脂４を形成したあとは、銅めっき、配線１１のパターニングは上述の方法と同じ方法で、ビア５及び配線１１を形成することができる。
【００３２】
続いて、図６に示すように、絶縁基板１０２に埋設された半導体チップ１の主電極や入出力回路などの大電流が流れる配線１１ａ、１１ｃに導電性接着剤８により金属板９を接合させ、製造中間体１０５を形成する（金属板接合工程）。金属板９は、あらかじめ、絶縁基板１０２側の接続箇所である配線１１の形状やビア５のランド形状と、当該金属板９に接続する外部回路の端子の形状とに合わせて形状加工しておく。金属板９は、エッチングもしくはパンチングによる加工により形成することができる。金属板９は、外部回路に接続する外部端子を兼ねるため、金属板９の厚みは、１．０ｍｍから０．５ｍｍ程度のものを使用することが多い。この程度の厚みの場合、加工精度から、加工後の最も細い部分においても１ｍｍ以上の幅が必要となる。そのため、微細な配線幅が要求される制御用の配線１１ｂ等の上には金属板は接合しない。
【００３３】
導電性接着剤８、１０は、上述のとおり、はんだや、金属粉体含有樹脂や、カーボンブラック含有樹脂や、焼結銀などが挙げられる。導電性接着剤８は、スクリーン印刷、ディスペンスにより、配線１１ａ、１１ｃもしくは金属板９ａ、９ｂの何れか一方に供給されるか、またはその両方に供給される。導電性接着剤１０は、ビア５の内部へ充填する必要があるため、適宜真空下で供給を行う。なお、ビア５の形成時にビアフィルめっきを用いた場合も、完全にビア表面が平坦とならないため、導電性接着剤１０でビア５の内部に充填する必要がある。その後、金属板９ａ、９ｂを配線１１ａ、１１ｃの所定の位置に合わせて、圧力を加え、適宜熱を加えることにより接合される。適宜、金属板９ａ、９ｂおよび配線１１ａ、１１ｃの表面に形成される酸化膜を除去するために、還元剤、フラックスなどをあらかじめそれぞれの表面に塗布してもよく、導電性接着剤８に混入させておいてもよい。また、大電流が流れない配線１１ｂでも、外部回路の端子へとつながる場合には、金属板９を接合させる必要がある。その場合には、ビア５ｄの近くなど、配線密度が高いところではなく、配線１１ｂ上であって、周囲に他の配線がないような領域において、金属板９を接続するための接続電極を形成すればよい。この接続電極は、金属板９の幅と略同一にした電極である。
【００３４】
図１に示すように、金属板９ａ、９ｂは、絶縁基板１０２の表面または表面と反対側の裏面に対して平行な面に投影した場合の投影領域の外部に延伸して配置されている。金属板９が、半導体チップ１が埋設されている絶縁基板１０２の投影領域の投影面積の外部にまで張り出すことにより、ネジやかしめ等による外部との接続を容易にすることができる。また、絶縁基板１０２の主面に対して垂直方向または斜め方向に外部端子となるピンが立った状態に金属板９を折り曲げても、すなわち、金属板９が絶縁基板１０２の表面または表面と反対側の裏面に対して交わる方向に延伸した折り曲げ部を有する場合でも、ネジやかしめ等による外部との接続を容易にすることができる。このことから、図３〜図５までの工程（半導体チップ接合工程、半導体チップ封止工程、配線形成工程）は、個別の半導体装置１０１に対応した個片の製造中間体１０３、１０４や個片の絶縁基板１０２にする必要がない。すなわち、半導体チップ接合工程、半導体チップ封止工程、配線形成工程の各工程は、複数の回路基板２が形成された、一つの大きな基板に、多数の半導体チップ１を割り付けることにより、複数個の半導体装置１０１に対応した製造中間体を、工程中は同一の基板として製造することができる。この場合、金属板接合工程に進む前に、個片化した絶縁基板１０２を形成する基板切断工程を行う。図６に示す金属板接合工程では、複数の半導体装置１０１毎の外部端子（金属板９ａ、９ｂ）が物理的に干渉するため、金属板接合工程の前には、絶縁基板１０２は個片化しなければならない。
【００３５】
製造中間体１０５を形成した後に、製造中間体１０５の金属層１８にヒートシンク３を接合するヒートシンク接合工程を行う。ヒートシンク接合工程が終了すると、図１のような半導体装置１０１が製造される。
【００３６】
以上の工程で製造された実施の形態１の半導体装置１０１は、半導体チップ１の主面の表側に形成されたビア５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と第一の配線層（配線１１）により半導体チップ１が発生した熱を外部に放熱し、かつ、半導体チップ１の主面の裏側に形成された第二の配線層１２を介して、銅ブロック７と、ビア５（５ｅ）と第一の配線層（配線１１）により半導体チップ１が発生した熱を外部に放熱できる。また、実施の形態１の半導体装置１０１は、セラミック製の回路基板２を介して放熱器であるヒートシンク３や、その他の放熱器であるフィンや、これらの放熱器に冷媒が循環されているような冷却機構と接することにより、半導体チップ１の主面の裏側から半導体チップ１が発生した熱を外部に放熱できる。したがって、実施の形態１の半導体装置１０１は、半導体チップ１の主面にビア５とビア５に接続された従来よりも薄い配線１１を形成し、大電流の流れない配線１１ｂを大電流の流れる配線１１ａ、１１ｃよりも微細化したので、半導体チップ１の主面の表裏側両方から効率よく熱が外部へ放出されるとともに、大電流が流れる導電体（半導体チップ１から外部端子への導電経路）の電気伝導性を確保しつつ、小型化を達成することができる。
【００３７】
実施の形態１の半導体装置１０１は、絶縁基板１０２の表側に形成した配線１１の厚みが薄いため、微細な線路（配線１１）を形成することができ、配線１１の高密度化を図ることができ、半導体装置１０１の小型化を達成することができる。なおかつ、大電流が流れる配線１１ａ、１１ｂに関しては、ビアホールの表面に銅めっき層６を備えた成されたビア５の内部が導電性接着剤１０で充填されることにより、ビア５の導電性、熱伝導性の向上が達成できるとともに、導電性接着剤１０により配線１１との接続表面が平坦化しビア５と配線１１ａ、１１ｂとの導電性接着剤１０を介した接触面積が増えることにより、ビア５と配線１１ａ、１１ｂとの間の導電性、熱伝導性が向上する。さらに、大電流が流れる配線１１ａ、１１ｂ上に、導電性接着剤８を介して金属板９を配置、接着することにより、配線１１ａ、１１ｂの導電性、熱伝導性が向上する。その結果、配線１１が薄くても大電流が流れる導電体（半導体チップ１から外部端子への導電経路）のジュール熱が抑制され、放熱性を確保し、半導体装置１０１の高い信頼性を確保できる。
【００３８】
実施の形態１の半導体装置１０１の製造方法は、絶縁基板１０２の表側に形成した配線１１の厚さを同一の厚さで、かつ従来よりも薄くしたので、配線層の形成時間を短くでき、半導体装置１０１の生産性が向上する。実施の形態１の半導体装置１０１の製造方法は、ビアホールを備えた絶縁性樹脂４を印刷法により半導体チップ１上に形成でき、この場合には、ビア５の穴を開ける（ビアホール形成工程）ことと、半導体チップ１を埋没させる（半導体チップ封止工程）ことを同時に達成することができるので、半導体装置１０１の生産性が向上する。
【００３９】
半導体チップ１に形成される半導体素子は、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でもよいが、本発明においては炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を適用できる。半導体素子のデバイス種類としては、特に限定する必要はないが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）のようなスイッチング素子や、ダイオードのような整流素子を搭載することができる。例えば、スイッチング素子や整流素子として機能する半導体素子に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料又はダイヤモンドを用いた場合、従来から用いられてきたシリコン（Ｓｉ）で形成された素子よりも電力損失が低いため、半導体装置１０１の高効率化が可能となる。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、半導体装置１０１の小型化が可能となる。さらにワイドバンドギャップ半導体素子は、耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンク３や放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、ヒートシンク３や放熱フィンを備えた半導体装置１０１の一層の小型化が可能になる。
【００４０】
以上のように、実施の形態１の半導体装置１０１は、半導体素子が形成された半導体チップ１が絶縁性樹脂４に埋設された絶縁基板１０２を備えた半導体装置１０１であって、絶縁基板１０２の表面に形成され、半導体チップ１の主電極（電極パッド１６）にビア５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を介して接続された主配線（配線１１ａ）と、絶縁基板１０２の表面に形成され、半導体チップ１の副電極（電極パッド１５）にビア５（５ｄ）を介して接続された副配線（配線１１ｂ）と、主配線（配線１１ａ）の表面に導電性接着剤８を介して接続された金属板９（９ａ）と、を備え、副配線（配線１１ｂ）は、その配線幅が主配線（配線１１ａ）の配線幅よりも狭い区間を有することを特徴とするので、高い放熱性と大電流が流れるビア５から金属板９までの導電体の電気伝導性とを確保しつつ、微細な副配線（配線１１ｂ）が形成でき、小型化することがでる。
【００４１】
実施の形態１の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された半導体チップ１が絶縁性樹脂４に埋設された半導体装置１０１を製造する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ１を回路基板２に接合する半導体チップ接合工程と、半導体チップ１を絶縁性樹脂４で封止する半導体チップ封止工程と、絶縁性樹脂４に半導体チップ１の電極（電極パッド１５、１６）に達するビアホールを形成し、ビアホールの側面及び、半導体チップ１の電極（電極パッド１５、１６）に接続するビアホールの接続面に銅めっき層６を形成し、銅めっき層６に接するビアホールの内部に導電性接着剤１０を充填してビア５を形成するとともに、ビア５を覆うように配線１１を形成する配線形成工程と、半導体チップ１における大電流が流れる主電極（電極パッド１６）に接続される配線である主配線（配線１１ａ）の表面に導電性接着剤８により金属板９を接合する金属板接合工程と、を含むことを特徴とするので、高い放熱性と大電流が流れるビア５から金属板９までの導電体の電気伝導性とを確保しつつ、微細な配線（１１ｂ）が形成でき、小型化した半導体装置１０１を製造することがでる。
【００４２】
実施の形態１の他の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された半導体チップ１が絶縁性樹脂４に埋設された半導体装置１０１を製造する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ１を回路基板に接合する半導体チップ接合工程と、液状の絶縁性樹脂４を半導体チップ１に対して印刷することにより、半導体チップ１の電極（電極パッド１５、１６）上に開放されたビアホールを形成するとともに、半導体チップ１を絶縁性樹脂４で封止する半導体チップ封止工程と、電極（電極パッド１５、１６）上に形成されたビアホールの側面及び、半導体チップ１の電極（電極パッド１５、１６）に接続するビアホールの接続面に銅めっき層６を形成し、銅めっき層６に接するビアホールの内部に導電性接着剤１０を充填してビア５を形成するとともに、ビア５を覆うように配線１１を形成する配線形成工程と、半導体チップ１における大電流が流れる主電極（電極パッド１６）に接続される配線である主配線（配線１１ａ）の表面に導電性接着剤８により金属板９を接合する金属板接合工程と、を含むことを特徴とするので、高い放熱性と大電流が流れるビア５から金属板９までの導電体の電気伝導性とを確保しつつ、微細な配線（１１ｂ）が形成でき、小型化した半導体装置１０１を製造することがでる。
【００４３】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による半導体装置の断面模式図である。実施の形態２の半導体装置１０１は、半導体チップ１の主面の両面（表面、裏面）にビア５を形成した例である。実施の形態２の半導体装置１０１は、実施の形態１と比較して、絶縁基板１０２の主面の両面（表面、裏面）ともビア５が形成されている。それに付随して、図１の回路基板２を使用せずに、配線層１２が、絶縁基板１０２上に形成されている。金属板９ｂは、配線層１２の露出面（ビア５に接続しない側の面）に導電性接着剤８を介して接続される。図７では、半導体チップ１の表面に４つのビア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを備え、半導体チップ１の裏面に４つのビア５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈを備えた例を示した。実施の形態２の半導体装置１０１も、実施の形態１の半導体装置１０１と同様の効果を発揮でき、さらに以下に示す効果も発揮することができる。
【００４４】
実施の形態２の半導体装置１０１は、このような半導体チップ１を中心とした表面側と裏面側との対称性の高い構造をとることにより、半導体装置１０１の反りを抑制することができ、半導体装置１０１から熱を放出する放出先であるヒートシンク３（図示せず）やフィン、冷却装置と絶縁基板１０２との接続面積を大きくすることができる。その結果、実施の形態２の半導体装置１０１は、信頼性が高くなるだけでなく、半導体装置１０１から熱を放出する放出先であるヒートシンク３（図示せず）やフィン、冷却装置と絶縁基板１０２との間の熱抵抗を小さくし、より効果的に放熱することができる。
【００４５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…半導体チップ、２…回路基板、４…絶縁性樹脂、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ…ビア、６…銅めっき層、７…銅ブロック、８…導電性接着剤、９、９ａ、９ｂ…金属板、１０…導電性接着剤、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…配線、１２…配線層、１５…電極パッド、１６…電極パッド、１７…裏面電極、１０１…半導体装置、１０２…絶縁基板。
【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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【図７】
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