(57)【要約】【課題】半導体素子自体の最高温度を低下させることのできる接触電極を有する半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の接触電極付き半導体装置１０は，半導体素子１１と，半導体素子１１と導通する接触電極１２とを有する半導体装置１０であって，半導体素子１１と接触電極１２との接触領域内に，半導体素子１１と接触電極１２とが導通しない非導通領域（貫通穴１２ａ）が設けられており，半導体素子１１と接触電極１２とは，接触電極１２のうち非導通領域以外の部分で導通している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と，前記半導体素子と導通する接触電極とを有する半導体装置において，
前記半導体素子と前記接触電極との接触領域内に，前記半導体素子と前記接触電極とが導通しない非導通領域が設けられており，
前記半導体素子と前記接触電極とは，前記接触電極のうち前記非導通領域以外の部分で導通していることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において，
前記接触電極に貫通穴が形成されており，
前記貫通穴が前記非導通領域をなしていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において，
前記接触電極に前記半導体素子から離間する向きに湾曲したドーム部が形成されており，
前記ドーム部が前記非導通領域をなしていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において，
前記接触領域内において，前記半導体素子と前記接触電極との互いに接触する面の少なくとも一方に，部分的に非メッキ領域を有するメッキ層が形成されており，
前記非メッキ領域が前記非導通領域をなしていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置において，
前記半導体素子に素子構造のない非素子部が形成されており，
前記非素子部が前記非導通領域をなしていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の半導体装置において，
前記接触領域内における前記非導通領域の周囲に，前記半導体素子と前記接触電極とが導通しない複数のサブ非導通領域が形成されていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１つに記載の半導体装置において，
前記非導通領域は，前記接触領域の中央より，隣接する半導体素子に向かってずれた位置に配置されていることを特徴とする接触電極付き半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，インバータ装置等に用いられ，通電により発熱する半導体装置であって，接触電極を有するものに関する。さらに詳細には，半導体素子の上面に平板状の接触電極が取り付けられ，下面には放熱板等が取り付けられた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動回路等のインバータに搭載される半導体装置では，基板に実装されている半導体素子が通電により発熱する。そのため一般に，半導体装置の下面に放熱板を接続することにより，この発熱した素子からの放熱を促している。さらに，複数素子の配置を工夫することにより，素子間の温度を均熱化することも行われている。また，積極的に発熱素子を冷却する冷却装置も提案されている（例えば，特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３４９２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，前記した従来の各装置によっても，各半導体素子内の温度分布については，特段の工夫はされていない。一般に，半導体素子に許容される温度には限度があり，使用中でもそれ以上の温度になる箇所がないことが求められる。そのため，各半導体素子内での最高温度そのものを低下させることが望まれていた。
【０００４】
本発明は，前記した従来の半導体装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，半導体素子自体の最高温度を低下させることのできる接触電極を有する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】
【０００５】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の接触電極付き半導体装置は，半導体素子と，半導体素子と導通する接触電極とを有する半導体装置であって，半導体素子と接触電極との接触領域内に，半導体素子と接触電極とが導通しない非導通領域が設けられており，半導体素子と接触電極とは，接触電極のうち非導通領域以外の部分で導通しているものである。
【０００６】
本発明の接触電極付き半導体装置は，半導体素子と接触電極とはそれらの接触領域内において導通し，導通によって半導体素子は発熱する。ここで本発明では，非導通領域が設けられているので，非導通領域では半導体素子が発熱しない。従って，最高温度となっていた領域に非導通領域を形成すれば，最高温度を低下させることができる。
【０００７】
さらに本発明では，接触電極に貫通穴が形成されており，貫通穴が非導通領域をなしていることが望ましい。貫通穴が形成されている部分では電流が流れないので，非導通領域となる。従って，非導通領域を容易に形成することができる。
【０００８】
さらに本発明では，接触電極に半導体素子から離間する向きに湾曲したドーム部が形成されており，ドーム部が非導通領域をなしていることが望ましい。ドーム部からは半導体素子に直接は電流が流れないので，非導通領域となる。従って，非導通領域を容易に形成することができる。
【０００９】
さらに本発明では，接触領域内において，半導体素子と接触電極との互いに接触する面の少なくとも一方に，部分的に非メッキ領域を有するメッキ層が形成されており，非メッキ領域が非導通領域をなしていることが望ましい。非メッキ領域では半導体素子と接触電極の間ではほとんど導通しない。従って，非導通領域を容易に形成することができる。
【００１０】
さらに本発明では，半導体素子に素子構造のない非素子部が形成されており，非素子部が非導通領域をなしていることが望ましい。非素子部は絶縁体であるので，導通しない。従って，非導通領域を容易に形成することができる。
【００１１】
さらに本発明では，接触領域内における非導通領域の周囲に，半導体素子と接触電極とが導通しない複数のサブ非導通領域が形成されていることが望ましい。サブ非導通領域を設けることで，非導通領域の面積を減少させることができる。従って，このようにすれば，接触領域の面内方向への導通ルートは自由度が大きくなる。
【００１２】
さらに本発明では，非導通領域は，接触領域の中央より，隣接する半導体素子に向かってずれた位置に配置されていることが望ましい。他の半導体素子が隣接していると，その半導体素子から発生される熱によって，その隣接側から熱を受ける。そのため，最高温度となる領域が，その隣接する半導体素子に向かってずれる。本発明では，非導通領域が隣接する半導体素子に向かってずれた位置に配置されているので，最高温度を低下させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の接触電極を有する半導体装置によれば，半導体素子自体の最高温度を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，インバータ装置等に搭載されるパワー系の半導体装置に本発明を適用したものである。
【００１５】
本形態の半導体装置１０は，図１と図２に示すように，半導体素子１１と接触電極１２とを有している。半導体素子１１は，スイッチング素子等であり，通電により発熱するものである。半導体素子１１の図２中上面には，接触電極１２が接合されている。ここでは，半導体素子１１は絶縁基板１３上に実装され，絶縁基板１３の図２中下面には，放熱板１４が取り付けられている。
【００１６】
本形態では，図１に示すように，接触電極１２のうち半導体素子１１に接合されている範囲の中央付近には，貫通穴１２ａが形成されている。貫通穴１２ａの形状は，円に限らず，楕円，多角形等どのようなものでも構わない。ここでは，接触電極１２は，銅またはアルミ等の板材で形成されており，打ち抜くことにより容易に貫通穴１２ａを形成できる。
【００１７】
ここで，この半導体装置１０に通電すると，図２に矢印で示すように，外部から接触電極１２へ電流が流れ込む。電流の向きは逆でもよい。そして，接触電極１２との接合面から半導体素子１１内を通って，絶縁基板１３に形成された導通部へと電流が流れる。本形態では，接触電極１２に貫通穴１２ａが形成されているので，図３に示すように，この部分には電流が流れない。すなわち，半導体素子１１と接触電極１２とが接触している範囲が接触領域であり，貫通穴１２ａの範囲が非導通領域である。ここで，図３は，図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
一般に，半導体素子１１は，通電により発熱する。本発明者は，ある程度の平面積を有する半導体素子に対し，その上面に取り付けられた平板状で貫通穴のない接触電極からほぼ均一に通電した場合，接触領域の中央付近が接触領域のそれ以外の部分に比較してかなり高温となっていることに気づいた。これは，半導体装置の下面側に取り付けられた放熱板のうち，中央付近からの放熱に有効となる範囲が小さく，接触領域の周辺部に比較して放熱されにくいことが原因であると考えられる。また，中央付近にはその周囲から発生した熱も伝わることも原因であると考えられる。
【００１９】
そこで，本形態では，貫通穴１２ａを設けることにより，半導体素子１１のうち特に高温となっていた部分を非導通領域とした。すなわち，この範囲は通電しないので，半導体素子１１のうちこの範囲からは発熱しない。しかし，その周囲は発熱しており，周囲から非導通領域にも熱が伝わる。そのため，非導通領域であっても，ある程度温度が上昇する。そのため，図３に示す面における温度分布は，およそ図４に実線で示すような分布となる。なお，この図で，破線で示しているのは，貫通穴１２ａが無い板状の接触電極を使用した場合の温度分布の例である。
【００２０】
破線の分布では，中央付近の比較的狭い範囲に集中して，高温部が形成されていた。そして，その範囲内に最高温度となる箇所があった。これに対し，本形態では，接触電極１２に貫通穴１２ａを設けることにより，貫通穴１２ａの範囲内では，この破線の温度分布に比較して低温となる。一方，貫通穴１２ａの周囲では，この破線の温度分布よりは高温となるが，破線の分布における最高温度よりはかなり低い。すなわち，本形態の温度分布では，高温部が比較的広い範囲に形成されるが，その代わりに最高温度は破線の例に比較してかなり低いものとなった。
【００２１】
従って，半導体素子１１が通電により到達する最高温度を下げることができる。最高温度を低下させることができれば，半導体素子１１の動作状況についての信頼性が向上する。従って，その分高負荷運転をすることもできる。さらには，最高温度が低下すれば，さらなる集積化が可能となり，結果的には，半導体素子１１をより小型化することができる。各半導体素子１１を小型化することができれば，絶縁基板１３等の小型化も可能であり，全体として低コスト化が可能となる。
【００２２】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置１０によれば，接触電極１２に貫通穴１２ａが設けられているので，この範囲が非導通領域となる。従って，半導体素子１１の到達する最高温度を低く抑えることができる。ひいては，半導体装置１０の最高温度を低下させることができる。
【００２３】
「第２の形態」
以下，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態と比較して，接触電極の形状がやや異なるのみであるので，共通の部材については共通の符号を付して，説明を省略する。
【００２４】
本形態の半導体装置２０の接触電極２２は，図５と図６に示すように，半導体素子１１と接合されている範囲の中央部にドーム部２２ａを有している。図６は，図５のＢ−Ｂ断面図である。ドーム部２２ａの図６中上面は半球状に盛り上がっており，ドーム部２２ａの図中下面は半導体素子１１と接触していない。ドーム部２２ａと半導体素子１１との間には，空気層が存在する。従って，このドーム部２２ａの範囲は，非導通領域となっている。なお，このドーム部２２ａは，例えばプレス等によって，平板状の電極の一部を変形させることによって形成することができる。
【００２５】
本形態によっても，第１の形態と同様に，接触領域の中央部に非導通領域が形成されているので，この部分からは発熱せず，最高温度を低く抑えることができる。さらに本形態では，第１の形態に比較して，接触電極２２の面内方向へは，ドーム部２２ａを通しても導通が確保されている。従って，接触電極２２の抵抗値が部分的に大きくなることはない。さらに，打ち抜きによって貫通穴を形成するとバリの処理等の後工程が必要となるが，本形態ではこの後工程が不要であり，加工が容易である。
【００２６】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置２０によれば，接触電極２２にドーム部２２ａが設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置２０の最高温度を低下させることができる。
【００２７】
「第３の形態」
以下，本発明を具体化した第３の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態と比較して，接合部の構成がやや異なるのみであるので，共通の部材については共通の符号を付して，説明を省略する。
【００２８】
本形態の半導体装置３０の接触電極３２は，図７と図８に示すように，半導体素子１１との接合面にメッキ層３３が形成されている。また，半導体素子１１にも，その図８中上面に，メッキ層３４が形成されている。図８は，図７のＣ−Ｃ断面図である。なお，図８では，メッキ層３３，３４の厚さを大げさに表示している。
【００２９】
本形態では，接触電極３２は，全体に平板状であり，孔や変形部は設けられていない。一方で，メッキ層３３の中央部には，非メッキ領域３３ａが形成されている。例えばこの範囲のみをマスクしてメッキする等により，接合面のうち非メッキ領域３３ａだけがメッキされていない。従って，非メッキ領域３３ａは，接合面に接触電極３２の素材が露出している。
【００３０】
一般に，接触電極は銅またはアルミ等の板材で形成され，半導体素子１１はシリコンを含む半導体部材である。これらは，ハンダ付け等によって直接接合して導通させることは難しい。そのため従来より，接合面の全面にメッキを施すことにより，メッキ層を介して導通させるようにしている。なお，第１と第２の形態においても，特段に言及はしなかったが実際にはこのメッキ層が形成されている。
【００３１】
本形態では，メッキ層３３に非メッキ領域３３ａが設けられているので，この部分はほとんど導通しない。従って，この非メッキ領域３３ａが非導通領域となる。このようにすれば，接触電極３２の面内での導通は非導通領域においても確保されている。また本形態では，接触電極３２の上面からの突出部分はない。なお，メッキ層３３に非メッキ領域３３ａを形成する代わりに，メッキ層３４に非メッキ領域を形成しても良い。また，メッキ層３３と３４との両方に非メッキ領域を形成しても良い。
【００３２】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置３０によれば，接触電極３２のメッキ層３３に非メッキ領域３３ａが設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置３０の最高温度を低下させることができる。
【００３３】
「第４の形態」
以下，本発明を具体化した第４の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態と比較して，接触電極の形状と半導体素子の構成がやや異なるものである。
【００３４】
本形態の半導体装置４０の接触電極４２は，図９と図１０に示すように，孔も凸部もない平板状である。図１０は，図９のＤ−Ｄ断面図である。一方，半導体素子４１の図９中中央部には，図１０中縦方向に貫通する非加工部４１ａが設けられている。この非加工部４１ａは，半導体ウェハのＳｉのまま，加工されていない部分であり，素子構造が形成されていない。よって，事実上の絶縁体である。なお，半導体素子４１のうち，非加工部４１ａ以外の部分は，通常のトレンチ構造またはプレーナ構造に加工されている部分であり，導通するとともに素子として機能する。
【００３５】
本形態では，半導体素子４１に非加工部４１ａが設けられているので，この部分は導通しない。従って，この非加工部４１ａが非導通領域である。このようにすれば，接触電極４２の面内での導通は確保されている。また本形態では，接触電極４２の上面からの突出部分はない。なお，本形態においても，第３の形態に記載したメッキ層は実際には形成されている。
【００３６】
なお本形態では，半導体素子４１中に電子的機能に寄与しない範囲である非加工部４１ａが設けられているが，これにより最高温度を抑えることができるため，結果的には却って集積度を上げることができる。従って，半導体素子４１の大きさを大きくする必要はない。
【００３７】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置４０によれば，半導体素子４１に非加工部４１ａが設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置４０の最高温度を低下させることができる。なお，Ｓｉのままで非加工部４１ａとする代わりに，その部分をＳｉＯ2等の絶縁物で埋めてもよい。
【００３８】
「第５の形態」
以下，本発明を具体化した第５の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１〜第４の形態と比較して，非導通領域の形状がやや異なるのみのものである。
【００３９】
本形態の半導体装置５０では，図１１に示すように，非導通領域５１が設けられている。非導通領域５１は，中央部のやや大きい第１領域５１ａとその周辺に設けられた第１領域５１ａより小さい第２領域５１ｂとを有している。これらの非導通領域５１の形成方法は，これまでに記載した第１の形態から第４の形態のいずれかと同様の方法とすればよい。
【００４０】
中央部の第１領域５１ａは，第１の形態等の非導通領域が１つものと比較して，小さい面積のものとできる。その場合には，第１の形態等と比較して，接触電極の面内方向への導通可能な領域が広いため，半導体素子全体に流れる電流を分散することができる。さらに，第１形態等の非導通領域が１つのものと異なり，非導通領域の周囲にドーナツ状の温度ピーク領域の発生を防止することができる。なお，第２領域５１ｂの配置は，第１領域５１ａに対してかならずしも均等である必要はない。また，第１領域５１ａの近くに限らず，やや離れた配置としても良い。
【００４１】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置５０によれば，非導通領域５１が設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置５０の最高温度を低下させることができる。
【００４２】
「第６の形態」
以下，本発明を具体化した第６の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１〜第５の形態と比較して，半導体装置が複数隣接して設けられているものである。
【００４３】
本形態の半導体装置６０では，図１２に示すように，２つの半導体装置６０Ａ，６０Ｂが互いに隣接して設けられている。一般に，半導体装置同士が接近して設けられていると，お互いに相手の熱によって影響を受ける。そのため，非導通領域の設けられていない場合には，各半導体装置において最高温度となるのは接触電極の中央部ではなく，他方の半導体装置にやや寄った位置となる。そこで，本形態では，隣接して設けられている半導体装置６０Ａ，６０Ｂに設けられる非導通領域６１Ａ，６１Ｂを，互いに他方にやや寄った配置としている。
【００４４】
例えば，図１２に示すように，半導体装置６０Ａでは，非導通領域が形成されていない場合，右側に配置された半導体装置６０Ｂの影響により，中心よりやや右寄りにその最高温度部位ができる。そのため，図１３において破線で示すように，そのピーク位置が中央からやや右寄りに偏った温度分布となる。この図１３において，破線は非導通領域６１Ａが設けられていない場合の温度分布を示し，実線は本形態の温度分布を示す。なお，この図は，半導体装置６０Ａの非導通領域６１Ａを含む箇所での温度分布を示す。
【００４５】
本形態では，半導体装置６０Ａの非導通領域６１Ａを，非導通領域が形成されていない場合の最高温度位置を含むように設けている。これは，接触電極６２Ａの中央部でなく，図１２に示すように，隣接する半導体装置６０Ｂに寄った位置である。また，同様に，半導体装置６０Ｂの非導通領域６１Ｂを，非導通領域が形成されていない場合の最高温度位置を含むように設けている。これは，接触電極６２Ｂの中央部でなく隣接する半導体装置６０Ａに寄った位置である。
【００４６】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置６０によれば，非導通領域６１Ａ，６１Ｂが設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置６０の最高温度を低下させることができる。
【００４７】
「第７の形態」
以下，本発明を具体化した第７の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，上記の各形態と比較して，１つの半導体装置に対し，複数個の接触電極が設けられているものである。
【００４８】
本形態の半導体装置７０では，図１４に示すように，半導体素子７１に３個に分割された接触電極７２が設けられている。あるいは，図１５に示すように，１つの半導体素子７６に４個に分割された接触電極７７が設けられている半導体装置７５でもよい。例えば，スイッチ部との間の距離を調整するために，このように分割された接触電極を用いることがある。これらは，分割されてはいるが，その全体で１つの接触電極として機能する。従って，各図中に破線で示すように，各分割部分の接合部を含む全体が本発明で言う接触領域に相当する。
【００４９】
さらに，いずれも接触電極は分割されているが，半導体素子７１，７６は１体のものであるので，非導通領域が設けられていない場合に最高温度となるのは，第１の形態等と同様に接触領域の中央部である。そこで本形態でも，接触領域の中央部に非導通領域を設ける。
【００５０】
例えば，３分割されている接触電極７２では，図１４に示すように，中央に配置されている分割部分の中央部に非導通領域７３が設けられている。あるいは，４分割されている接触電極７７では，図１５に示すように，中央部の２つの分割部分にまたがって，非導通領域７８が設けられている。いずれの場合も，これらの非導通領域が設けられていない場合に最高温度となる領域を含むように，非導通領域を設けておけばよい。なお，図１４と図１５に示す破線は，本形態において「接触領域」，「非導通領域」として定義される部分を示すために描いたものである。実際にそのような線があるわけではない。
【００５１】
以上詳細に説明したように，本形態の半導体装置７０，７５によれば，非導通領域７３，７８が設けられているので，第１の形態と同様に半導体装置７０，７５の最高温度を低下させることができる。
【００５２】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記のどの形態においても，非導通領域の形状は，円に限らず，楕円，多角形等どのようなものでも構わない。また，非導通領域の大きさは適宜選択されればよい。さらに，非導通領域として，複数領域の組み合わせとしてもよい。また，上記の各形態を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】第１の形態に係る半導体装置の側面図である。
【図３】第１の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】第１の形態に係る半導体装置の温度分布図である。
【図５】第２の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図６】第２の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図７】第３の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図８】第３の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図９】第４の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図１０】第４の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】第５の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図１２】第６の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図１３】第６の形態に係る半導体装置の温度分布図である。
【図１４】第７の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図１５】第７の形態に係る半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０  半導体装置
１１  半導体素子
１２，２２，３２，４２  接触電極
１２ａ  貫通穴
２２ａ  ドーム部
３３，３４  メッキ層
３３ａ，３４ａ  非メッキ領域
４１ａ  非加工部
５１  非導通領域
【図１】
2008277523.tif 000003
【図２】
2008277523.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008277523.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008277523.tif 000008
【図７】
2008277523.tif 000009
【図８】
2008277523.tif 000010
【図９】
2008277523.tif 000011
【図１０】
2008277523.tif 000012
【図１１】
2008277523.tif 000013
【図１２】
2008277523.tif 000014
【図１３】
2008277523.tif 000015
【図１４】
2008277523.tif 000016
【図１５】
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