(57)【要約】【課題】ヒートシンクの大面積化に対応できる樹脂モールド半導体装置を提供する。【解決手段】パワー素子パッケージ１００は、半導体チップ７、放熱部材１，４、モールド樹脂部１１、制御信号用リード端子８および大電流用リード端子９，１０を備えている。半導体チップ７と放熱部材１，４とは、半田接続部５，６により導通接続されている。放熱部材１の受熱面１ｐには絶縁層２および導体層３が設けられ、制御信号用リード端子８は、導体層３を介して半導体チップ７のゲート７ｇに導通している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面側に第１電極、他方の主面側に第２電極、少なくとも一方の主面側に制御電極が露出した半導体スイッチング素子と、前記第１電極と前記第２電極とにそれぞれ導通接続される形で前記半導体スイッチング素子の上下に配置された放熱部材と、前記放熱部材間を充填するモールド樹脂部を備えた半導体装置において、
前記放熱部材の前記半導体スイッチング素子が配置される側の面上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された導体層とを備え、
前記導体層は、前記制御電極と導通するとともに、前記モールド樹脂部の外側に露出する制御信号入力部を含んで構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子は、前記制御電極が露出する主面が前記導体層と向かい合う位置関係にて配置されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体スイッチング素子は、前記制御電極の露出領域と前記導体層とが上下方向で重なる一方、前記制御電極と同じ主面側での前記第１電極または前記第２電極の露出領域が、前記放熱部材における前記絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、
前記制御電極と前記導体層とが導電接合材により直接接続され、前記絶縁層の非形成領域において、前記前記制御電極と同じ主面側に露出した前記第１電極または前記第２電極と、前記放熱部材とが、導電接合材により直接接続されている請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記制御信号入力部は、一端が前記モールド樹脂部の外方に延出し、他端が前記絶縁層上に形成された前記導体層に導電接合材により直接接続されたリード端子により構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導体層は、ＣｕまたはＣｕ合金によるパターン配線を含んで構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁層は、耐熱性樹脂により構成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁層は、前記半導体スイッチング素子と前記放熱部材との導通接続を確保するための開口を有し、その開口に重なり、前記絶縁層に囲まれるように前記半導体スイッチング素子が配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体スイッチング素子は、互いに等価な回路を構成する第１の半導体スイッチング素子と、第２の半導体スイッチング素子とを含み、前記放熱部材は、各々の前記半導体スイッチング素子に専用の第１放熱部材と各半導体スイッチング素子に共用される第２放熱部材とからなり、前記モールド樹脂部は、各半導体スイッチング素子、前記第１放熱部材および前記第２放熱部材を一体に固定しており、
少なくとも一方の前記第１放熱部材と、前記第２放熱部材とに、個別に前記絶縁層および前記導体層が形成されており、
前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とが直列に接続されるように、前記第１の半導体スイッチング素子と、前記第２の半導体スイッチング素子とが互いに面内方向にずれた位置関係かつ表裏を反転させる形態にて、導電接合材により前記第２放熱部材に直接接続されており、
前記第１半導体スイッチング素子は、前記第２放熱部材に接続される主面側に前記制御電極を有し、その制御電極の露出領域と前記第２放熱部材上に形成された前記導体層とが上下方向で重なる一方、前記制御電極と同じ主面側での前記第１電極または前記第２電極の露出領域が、前記第２放熱部材における前記絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、
前記第２の半導体スイッチング素子は、その素子に専用の前記第１放熱部材に接続される主面側に前記制御電極を有し、その制御電極の露出領域と前記１放熱部材上に形成された前記導体層とが上下方向で重なる一方、前記制御電極と同じ主面側での前記第１電極または前記第２電極の露出領域が、前記第１放熱部材における前記絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、
各半導体スイッチング素子は、前記第２放熱部材と向きあう側とは反対側において、導電接合材によりそれぞれ前記第１放熱部材に直接接続されており、
前記第２放熱部材がモータ等の負荷に接続される中点電極を構成している請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記制御電極と前記導体層とを接続するボンディングワイヤを有し、
前記制御信号入力部は、一端が前記モールド樹脂部の外方に延出し、他端が前記絶縁層上に形成された前記導体層にボンディングワイヤにより接続されて前記モールド樹脂部により被覆された制御信号用リード端子により構成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
複数個の前記半導体スイッチング素子が前記放熱部材を共用する形態にて、互いに面内方向にずれた位置関係かつ表裏が同じ側となるように配置することにより、各半導体スイッチング素子が並列接続され、
前記制御信号用リード端子に繋がる前記導体層が分岐することにより、前記制御信号用リード端子の数よりも多くの前記半導体スイッチング素子への制御信号供給経路が形成されている請求項９記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相インバータ回路などに使用される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、自動車のモータ駆動用インバータ回路に使用される半導体パワー素子は、放熱部材（ヒートシンク）をパワー素子の上下に配するとともに、一体に樹脂モールドしたパワー素子パッケージの形で提供されているものがある（下記特許文献１参照）。代表的なパワー素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を例にすると、パワー素子の上下面にそれぞれ露出するエミッタとコレクタは、そのパワー素子（以下、半導体スイッチング素子ともいう）の上下に配されるヒートシンクに直接またはスペーサを介してそれぞれ半田接続される。この場合のヒートシンクは、大電流経路としての機能も有する。一方、パワー素子のゲート（制御電極）と、モールド樹脂の外に延出する制御信号用リード端子とは、ボンディングワイヤにより導通接続される。このようなパワー素子パッケージを複数組付けることにより、インバータ回路モジュールが作製される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５６２２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パワー素子パッケージの熱抵抗をいっそう低減して動作の安定化を図るために、ヒートシンクを大面積化することが提案されている。ここで１つの問題となるのは、パワー素子に制御信号を供給する制御信号用リード端子と、パワー素子との接続構造である。通常、制御信号用リード端子とパワー素子とは、ボンディングワイヤにより接続されることを述べた。ただし、接続信頼性が保てるワイヤ長は、せいぜい１０ｍｍ程度である。ボンディングワイヤがそれ以上の長さになると、樹脂モールド時に、隣接するボンディングワイヤ同士が接触したり、断線が生じやすくなったりする。したがって、ヒートシンクの大面積化を図る場合、ボンディングワイヤによる従来の接続構造をそのまま適用することには難がある。
【０００５】
本発明の課題は、ヒートシンクの大面積化に対応できる樹脂モールド半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、一方の主面側に第１電極、他方の主面側に第２電極、少なくとも一方の主面側に制御電極が露出した半導体スイッチング素子と、第１電極と第２電極とにそれぞれ導通接続される形で半導体スイッチング素子の上下に配置された放熱部材と、放熱部材間を充填するモールド樹脂部とを備えた半導体装置において、放熱部材の半導体スイッチング素子が配置される側の面上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された導体層とを備え、導体層は、制御電極と導通するとともに、モールド樹脂部の外側に露出する制御信号入力部を含んで構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明の半導体装置は、半導体スイッチング素子の上下面からの冷却を可能とした半導体パッケージである。特に、放熱部材の内側面に絶縁層を設け、その絶縁層上に半導体スイッチング素子の制御電極と導通する導体層を設けるようにしてある。上記導体層は、モールド樹脂部の外に引き出される信号端子と、半導体スイッチング素子とに介在する、いわば中継配線となるものである。したがって、放熱部材を大面積化して、半導体スイッチング素子の制御電極から放熱部材の端までの距離が相当長くなったとしても、上記導体層の設計を調整することにより、半導体スイッチング素子と、モールド樹脂部の外側への信号端子との電気的接続を確実かつ容易に行なえるようになる。
【０００８】
好適な態様において、半導体スイッチング素子は、制御電極が露出する主面が導体層と向かい合う位置関係にて配置されている。このような配置を採用することにより、導体層と制御電極との距離を極力近づけることができるため、両者間の接続を非ワイヤボンディングとすることが可能となる。
【０００９】
より具体的に、半導体スイッチング素子は、制御電極の露出領域と導体層とが上下方向で重なる一方、制御電極と同じ主面側での第１電極または第２電極の露出領域が、放熱部材における絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、制御電極と導体層とが導電接合材により直接接続され、絶縁層の非形成領域において、制御電極と同じ主面側に露出した第１電極または第２電極と、放熱部材とが、導電接合材により直接接続される。このようにすれば、制御電極と導体層、制御電極と同じ主面側に露出した第１電極または第２電極と、放熱部材とを確実に導通させることができる。
【００１０】
好適な態様において、制御信号入力部は、一端がモールド樹脂部の外方に延出し、他端が絶縁層上に形成された導体層に導電接合材により直接接続されたリード端子により構成される。このような接続構造を採用すれば、ボンディングワイヤを用いる場合よりも省スペース化を図れるため、本半導体装置の薄型化に有利である。
【００１１】
また、導体層は、ＣｕまたはＣｕ合金によるパターン配線を含んで構成されていることが好ましい。Ｃｕを用いた絶縁層上への配線パターンの形成は、比較的容易なため、コスト高となることを回避できる。また、絶縁層は、半田リフロー時や経年劣化を考慮して耐熱性樹脂により構成されているとよい。
【００１２】
また、放熱部材上に形成された絶縁層には、半導体スイッチング素子と放熱部材との導通接続を確保するための開口を設けることができる。その開口に重なり、絶縁層に囲まれるように半導体スイッチング素子を配置することができる。半導体スイッチング素子の制御電極に信号を供給するための導体層が構成する配線パターンは、それ程複雑になり得ない。そこで、上記のように、放熱部材の大面積化とともに、半導体スイッチング素子を囲むように広範に絶縁層を形成すれば、インバータ回路等を組む際に必要となる回路部品を、絶縁層上に配置するといったこともできるようになる。つまり、回路設計上の自由度が増す。
【００１３】
好適な態様において、半導体スイッチング素子は、互いに等価な回路を構成する第１の半導体スイッチング素子と、第２の半導体スイッチング素子とを含み、放熱部材は、各々の半導体スイッチング素子に専用の第１放熱部材と各半導体スイッチング素子に共用される第２放熱部材とからなり、モールド樹脂部は、各半導体スイッチング素子、第１放熱部材および第２放熱部材を一体に固定しており、少なくとも一方の第１放熱部材と、第２放熱部材とに、個別に絶縁層および導体層が形成されており、第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とが直列に接続されるように、第１の半導体スイッチング素子と、第２の半導体スイッチング素子とが互いに面内方向にずれた位置関係かつ表裏を反転させる形態にて、導電接合材により第２放熱部材に直接接続されており、第１半導体スイッチング素子は、第２放熱部材に接続される主面側に制御電極を有し、その制御電極の露出領域と第２放熱部材上に形成された導体層とが上下方向で重なる一方、制御電極と同じ主面側での第１電極または第２電極の露出領域が、第２放熱部材における絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、第２の半導体スイッチング素子は、その素子に専用の第１放熱部材に接続される主面側に制御電極を有し、その制御電極の露出領域と１放熱部材上に形成された導体層とが上下方向で重なる一方、制御電極と同じ主面側での第１電極または第２電極の露出領域が、第１放熱部材における絶縁層の非形成領域と上下方向で重なるように配置され、各半導体スイッチング素子は、第２放熱部材と向きあう側とは反対側において、導電接合材によりそれぞれ第１放熱部材に直接接続されており、第２放熱部材がモータ等の負荷に接続される中点電極を構成している。
【００１４】
上記のような構成によれば、寄生インダクタンスも少なく、オフサージやノイズが生じ難い。また、図７に例示するように、三相インバータ回路用のスイッチ回路（上下アーム）をワンパッケージで構成することとなるので、半導体スイッチング素子の１つ１つを個別にパッケージする場合に比べて、部品点数が半減する。したがって、インバータ回路全体でのコスト減を期待できる。
【００１５】
別の好適な態様においては、制御電極と導体層とを接続するボンディングワイヤを設けることも可能である。そして、制御信号入力部は、一端モールド樹脂部の外方に延出し、他端が絶縁層上に形成された導体層にボンディングワイヤにより接続されてモールド樹脂部により被覆された制御信号用リード端子により構成することができる。このようにすると、従来のワイヤボンディング技術を、大面積の放熱部材を有する半導体装置にそのまま適用できるという利点がある。
【００１６】
さらには、複数個の半導体スイッチング素子が放熱部材を共用する形態にて、互いに面内方向にずれた位置関係、かつ表裏が同じ側となるように配置することにより、各半導体スイッチング素子を並列接続することができる。そして、制御信号用リード端子に繋がる導体層を分岐させて、制御信号用リード端子の数よりも多くの半導体スイッチング素子への制御信号供給経路を形成する。このようにすると、複数の半導体スイッチング素子を並列接続して使用する場合にも、制御信号用リードは１本でよくなるので、非常に都合がよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に示すのは、本発明のパワー素子パッケージ１００（半導体装置）の断面模式図である。パワー素子パッケージ１００は、半導体スイッチング素子７（以下、単に半導体チップともいう）の上下に放熱部材１，４を配置して一体化したものである。このようなパワー素子パッケージ１００は、たとえばブラシレスモータ用の三相インバータ回路の一部を構成する。半導体チップ７の種類は、たとえばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴを示すことができる。モータなどの誘導負荷に接続されるＩＧＢＴには、通常、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されるが、図１中には表していない。
【００１８】
まず概要を説明すると、パワー素子パッケージ１００は、半導体チップ７、放熱部材１，４、モールド樹脂部１１、制御信号用リード端子８および大電流用リード端子９，１０を備えている。半導体チップ７と放熱部材１，４とは、半田接合部５，６により導通接続されている。放熱部材１の受熱面１ｐ上には絶縁層２および導体層３が設けられている。制御信号用リード端子８は、導体層３を経由して半導体チップ７のゲート７ｇに導通している。以下、詳しく説明する。
【００１９】
図２の拡大断面図に示すように、薄板状の半導体チップ７は、一方の主面側にゲート７ｇとエミッタ７ｅ（またはソース）が露出し、他方の主面側にコレクタ７ｃ（またはドレイン）が露出するように設計されている。ゲート７ｇ、エミッタ７ｅおよびコレクタ７ｃにはＮｉ−Ａｕめっきなど、半田との濡れ性向上のための表面処理が施されている。ゲート７ｇが露出形成されている主面側において、ゲート７ｇおよびエミッタ７ｅの非露出領域は、ポリイミド樹脂等などの絶縁保護膜７ａに被覆されている。他方、反対側の主面には、エミッタ７ｅよりも大面積のコレクタ７ｃが露出している。
【００２０】
半導体チップ７の上下には、１対の放熱部材１，４が配置されている。半導体チップ７のエミッタ７ｅは、半田接合部６を介して一方の放熱部材１に導通接続され、反対側のコレクタ７ｃは、半田接合部５を介して他方の放熱部材４に導通接続されている。半田接合部５，６が、それぞれコレクタ７ｃおよびエミッタ７ｅの全体を被覆するように、半田量の調整がなされている。なお、導電接合材としての半田は、公知のＡｇロウ材などで代用できる。
【００２１】
放熱部材１，４は、それぞれ扁平状または板状の形態を有する。放熱部材１，４は、内向きの受熱面１ｐ，４ｐおよび外向きの放熱面１ｑ，４ｑを有する。受熱面１ｐ，４ｐおよび放熱面１ｑ，４ｑは略平面であり、互いに略平行となっている。これら受熱面１ｐ，４ｐおよび放熱面１ｑ，４ｑの面積は、半導体チップ７の主面よりも大幅に大である。これにより、冷却性を高め、パワー素子パッケージ１００の熱抵抗を小さく抑えるようにしている。各放熱部材１，４は、熱伝導性および電気伝導性の観点から、たとえばＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌおよびのグループから選択される１種の金属材料、もしくはそれらの金属材料を主体とする合金により構成されることが好ましい。
【００２２】
また、半導体チップ７の周側面を被覆するとともに、放熱部材１，４により形成される隙間を充填するようにモールド樹脂部１１が設けられている。モールド樹脂部１１は、たとえばエポキシ樹脂により構成される。放熱部材１，４には、面内外側方向に延びる大電流用リード端子９，１０がそれぞれ一体に形成されており、それら大電流用リード端子９，１０は、モールド樹脂部１１の外側に延出している。
【００２３】
図１に示すパワー素子パッケージ１００の半導体チップ７は、上下方向（厚さ方向）において、放熱部材１，４のほぼ中央部に位置しており、モールド樹脂１１の外周までの距離は相当長い。半導体チップ７のゲート７ｇと、ゲート７ｇに制御信号（チャネル切り換え信号）を供給するための制御信号用リード端子８とを、ボンディングワイヤで接続することは信頼性にやや問題がある。そこで、本発明においては、放熱部材１の受熱面１ｐ上に、絶縁層２を介して形成された導体層３を中継配線として機能させ、ゲート７ｇと制御信号用リード端子８とを導通させている。なお、制御信号用リード端子８は、ＣｕやＣｕ合金など良導性の金属材料により構成された帯状または線状の部材とされる。
【００２４】
図１および図２に示すように、半導体チップ７は、ゲート７ｇが露出形成されている主面が導体層３と向かい合うように配置されている。ゲート７ｇの露出領域Ｗ１と導体層３とが上下方向で重なる一方、ゲート７ｇと同じ側におけるエミッタ７ｅの露出領域Ｗ２が、放熱部材１における絶縁層２の非形成領域と上下方向で重なるように配置されている。すなわち、半田接合部１３は、ゲート７ｇと導体層３とを直接接続（接合）している。半田接合部６は、絶縁層２の非形成領域に位置し、エミッタ７ｅと放熱部材１とを直接接続（接合）している。
【００２５】
図３に示すのは、放熱部材１上に形成された絶縁層２と、半導体チップ７との相対位置を示す平面模式図である。図２および図３に示すように、放熱部材１上に形成された絶縁層２は、半導体チップ７と放熱部材１との導通を取る半田接合部形成用の開口２ｐを有する。そして、半導体チップ７のエミッタ７ｅは、上下方向において絶縁層２の開口２ｐ内に収まるようになっている。そのため、半田接合部６を介した熱伝導性および電気伝導性も最大限に確保することができる。尚且つ、リフロー時における絶縁層２の開口２ｐの外への半田の流れ出しも生じ難いので、エミッタ７ｅとゲート７ｇとの短絡も極めて生じ難い。なお、基本的には、半導体チップ７の表面が半田との濡れ性に劣る絶縁保護膜７ａに被覆されているので、リフロー時に半田が半導体チップ７の面内方向に拡がっていかないようになっている。
【００２６】
絶縁層２は、半田リフロー工程における到達温度（代表的な鉛フリー半田でおよそ２６０℃）よりも高い耐熱温度（熱分解開始温度）を有する耐熱性樹脂で構成されていることが、絶縁劣化防止などの観点から望ましい。具体的には、ポリイミド樹脂が好適である。絶縁層２の厚さは、たとえば１０μｍ以上あれば絶縁確保には十分である。絶縁層２は、たとえば開口２ｐが予め形成された樹脂フィルムを放熱部材１の受熱面１ｐに貼着することにより形成できる。
【００２７】
導体層３は、良導体であるＣｕまたはＣｕ合金によるパターン配線により構成されていることが望ましい。導体層３の厚さは、たとえば２０μｍ以上を確保すれば半田との接合性も良好である。導体層３は、絶縁層２にＣｕ箔を貼着したのち、そのＣｕ箔をパターンエッチングすることにより形成される。あるいは、パターンめっきにより導体層３を形成してもよい。
【００２８】
なお、半田接合部６の厚さは、リフロー後寸法でたとえば８０μｍ以上１５０μｍとなるように調整されるが、絶縁層２および導体層３の総厚さが、１５０μｍを上回るような場合は、半田量の制御も困難になるうえ、ゲート７ｇとエミッタ７ｅとの短絡が生じやすくなったり、半導体チップ７が両放熱部材１，４に対して大きく傾いた状態で固定されたりする恐れがあるので、なるべく避けるべきである（図２の断面図を参考にすると理解が容易である）。
【００２９】
図１に示すように、導体層３を介してゲート７ｇに導通する制御信号用リード端子８は、一端がモールド樹脂１１の外側に露出し、他端が導体層３と上下方向で重なるようにモールド樹脂１１内に埋設され、半田接合部１２を介して導体層３に導通接続されている。導体層３と制御信号用リード端子８とを予め一体に形成しておくこともでき、その場合、導体層３は、ゲート７ｇへの信号入力部を兼ねる。なお、制御信号用リード端子８以外にも、温度検知用リード端子、基準電位検知用リード端子、電流検知用リード端子などが、半導体チップ７に接続されている場合があるが、本実施形態においては簡単のため省略している。
【００３０】
以上のように、本発明にかかるパワー素子パッケージ１００では、ボンディングワイヤを廃することにより上下方向の省スペース化が図られている。具体的には、従来、ボンディングワイヤの取り回しスペースを確保するために、半導体チップ７と放熱部材４との間に介挿していたスペーサが廃され、半導体チップ７が半田接合部５，６を介して放熱部材１，４に直接接続されている。スペーサを介さない分、半導体チップ７から放熱部材１，４への熱伝導性も良好となるうえ、半導体チップ７と各放熱部材１，４との相対位置決め精度を高めるうえでも有利である。また、高価なワイヤボンディング装置を使用せずに済むという利点もある。また、適切な治具を使用することにより、半田のリフロー工程が１回で済むようになる。
【００３１】
また、図１中に破線で示すように、絶縁層２および導体層３を設けついでに、絶縁層２上にＩＣ、抵抗、コンデンサといった回路部品１４を配置することも考え得る。半導体チップ７を囲むように絶縁層２が設けられていると、上記の回路部品１４の配置スペースも十分得られるので好適である。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、図４の断面模式図に示すのは、図１に示したパワー素子パッケージ１００を、２つ合体させた形態のパワー素子パッケージ１０１である。図４の構成によれば、図７に示すインバータの上下アームをワンパッケージで構成できる。したがって、半導体チップを１つ１つパッケージする場合に比べ、部品点数の減少によるコストの低減を期待できる。また、インバータモジュールを作製する際の、パワー素子パッケージ同士の組付け性の向上も図れる。なお、図４中においてもフリーホイールダイオードは表していない。大部分の説明は、図１の実施形態の説明を流用できるため、以下、相違する部分を中心に説明する。
【００３３】
図４に示すように、パワー素子パッケージ１０１は、互いに等価な回路を構成する１対の半導体チップ７ａ，７ｂと、各半導体チップ７ａ，７ｂに専用の放熱部材２１，２２と、両半導体チップ７，７に共用される放熱部材２０と、半導体チップ７ａ，７ｂの周側面を被覆するとともに、放熱部材２０，２１，２２により形成される空隙を一括充填するモールド樹脂部２３とを備えている。放熱部材２１，２２は、同一のものを使用できる。一方の半導体チップ７ａと、他方の半導体チップ７ｂとは、上下方向において重ならないよう、互いに面内方向に大きくずらして配置されている。
【００３４】
半導体チップ７ａは、放熱部材２０と２１との間に配置されて、半田接合部２４，２５により放熱部材２０，２１に直接接続（接合）されている。そして、半導体チップ７ｂは、半導体チップ７に対して表裏を反転させる形態にて放熱部材２０と２２との間に配置され、半田接合部２８，２９により放熱部材２０，２２に直接接続（接合）されている。すなわち、一方の半導体チップ７ａのエミッタと、他方の半導体チップ７ｂのコレクタとが接続されている。等価回路でいうと、２つのＩＧＢＴが直列接続されていることになる。なお、エミッタ、コレクタおよびゲートの形成形態については、図２を参照されたい。
【００３５】
図７に示すように、パワー素子パッケージ１０１を並列接続して三相インバータ回路を構成するにあたり、半導体チップ７ａ，７ｂに共用の放熱部材２０は、モータなどの負荷に接続される中点電極を構成する。これによれば、中点電極の持つ寄生インダクタンスも小となり、ノイズも少ない。
【００３６】
共用の放熱部材２０は、内向きの受熱面２０ｐと、外向きの放熱面２０ｑとを有する。受熱面２０ｐ上には、絶縁層３６および導体層３８が設けられている。絶縁層３６は、開口３６ｓ，３６ｔを有し、それらの開口３６ｓ，３６ｔ内に半田接合部２５，２９が形成されている。一方の半導体スイッチング素子７ａは、放熱部材２０に接続される主面側にゲートを有する。ゲートの露出領域は、導体層３８と上下方向で重なり合っており、半田接合部２７によりゲートと導体層３９とが導通接続されている。
【００３７】
また、放熱部材２１，２２は、それぞれ内向きの受熱面２１ｐ，２２ｐと、外側の放熱面２１ｑ，２２ｑとを有する。一方の放熱部材２２の受熱面２２ｐ上には、絶縁層３７および導体層３９が設けられている。絶縁層３７は、開口３７ｐを有し、その開口３７ｐ内に半田接合部２８が形成されている。半導体スイッチング素子７ｂは、放熱部材２２に接続される主面側にゲートを有する。ゲートの露出領域は、導体層３９と上下方向で重なり合っており、半田接合部３０によりゲートと導体層３９とが導通接続されている。
【００３８】
各導体層３８，３９には、一端がモールド樹脂部２３の外側に延出する制御信号用リード端子３４，３５の他端が、半田接合部２６，３１によって接続されている。また、各放熱部材２０，２１，２２には、紙面に垂直な方向に延びる大電流用リード端子（図示せず）が一体に設けられる。
【００３９】
（第３の実施形態）
次に、図５に示すのは、放熱部材を大面積化しつつもボンディングワイヤによる接続を採用したパワー素子パッケージ１０２の断面模式図である。図５の断面模式図に示すように、パワー素子パッケージ１０２は、半導体チップ７と、半導体チップ７の上下に配置される放熱部材５０，５１と、半導体チップ７の周側面を被覆するとともに、放熱部材５０，５１により形成される空隙を一括充填するモールド樹脂部４５とを備えている。放熱部材５０，５１には、大電流用リード端子５３，５４が一体に設けられている。
【００４０】
半導体チップ７は、ゲートが露出する側とは反対の主面が半田接合部４１により放熱部材５０に直接接続（接合）されている。一方、ゲートが露出する側において、半導体チップ７はスペーサ５７を介して放熱部材５１に接続されている。半田接合部４６は、半導体チップ７とスペーサ５７とを接続し、半田接合部４７は、スペーサ５７と放熱部材５１とを接続している。放熱部材５０，５１は、内向きの受熱面５０ｐ，５１ｐと、外向きの放熱面５０ｑ，５１ｑとを有する。放熱部材５０の受熱面５０ｐ上には、開口５５ｓを有する絶縁層５５が形成されている。開口５５ｓは、上下方向において、半導体チップ７が内側に収まる程度の大きさ（開口面積）を有する。これにより、絶縁層５５は、半導体チップ７を取り囲むようにして設けられている。
【００４１】
絶縁層５５上には、導体層５６が形成されている。半導体チップ７のゲート７ｇ（図２参照）は、放熱部材５０に接続される側とは反対側に形成されている。ゲート７ｇと導体層５６とは、ボンディングワイヤ４４で接続されている。また、一端がモールド樹脂部４５の外方に延出し、他端が絶縁層２上に形成された導体層３にボンディングワイヤ４３により接続され、かつモールド樹脂部４５により被覆された制御信号用リード端子４０は、ゲートへの制御信号入力部として構成されている。以上のような接続構造によれば、各ボンディングワイヤ４３，４４を、接続信頼性が十分保てる長さとし、不足分を導体層３により補うことができるため、モールド樹脂部４５の外側への制御信号用リード端子の取出しも容易である。
【００４２】
また、パワー素子パッケージ１０２の分解平面図を図６に示している。すなわち、図５および図６に示すパワー素子パッケージ１０２は、複数個の等価な半導体チップ７，７を並列に並べて一体に樹脂モールドしたものである。このような形態は、極めて大きい電流のスイッチングに好適である。モールド樹脂部４５は、各半導体スイッチング素子７，７および放熱部材５０，５１を一体に固定していることになる。
【００４３】
図６から理解できるように、各半導体チップ７，７は、放熱部材５０，５１を共用のものとしている。各半導体チップ７，７は並列接続とされるため、表裏が同じ側となるように、互いに面内方向にずれた位置、かつ表裏（エミッタ、コレクタ）が同じ側となるように配置されている。放熱部材５０上に設けられた絶縁層５５は、一体にモールドされることとなる半導体チップ７，７と同数の開口５５ｓ，５５ｔを有している。
【００４４】
各半導体チップ７，７のゲート７ｇ，７ｇへの制御信号の供給は、１本の制御信号供給用リード端子４０より行われる。具体的には、制御信号用リード端子４０に繋がる導体層５６が分岐することにより、制御信号用リード端子４０の数よりも多くの半導体チップ７，７（本実施形態においては２つ）への制御信号供給経路が形成されている。要するに、パッケージ内で制御信号を分岐（半導体チップ７，７側から見ると統合）させている。
【００４５】
また、導体層５６上に設けられた抵抗６２，６２は、各半導体チップ７，７のバラつきによってスイッチング速度に差が生じたりすることを防ぎ、動作の安定化を図るためのバランス抵抗である。複数の半導体チップ７，７を並列に接続して一体にパッケージする場合、本発明のように、放熱部材上に絶縁層および導体層を設ける構成を採用すれば、上記のような抵抗６２，６２を設けることも容易である。なお、図６中の符号７Ｋｅはエミッタにつながった基準電位電極であり、ボンディングワイヤ６７，６７、導体層６４、ボンディングワイヤ６９および基準電位検知用リード端子６０と導通している。
【００４６】
また、図６に示すように絶縁層５５は、半導体チップ７，７を囲うように形成されているので、スペースには大きな余裕が生じている。したがって、導体層５６，６４がなす配線パターンを種々変更することにより、制御信号用リード端子４０と電位検知用リード端子６０との、モールド樹脂部４５からの取出し方向を異ならせることも可能である。また、抵抗６２，６２のような回路部品を設けるスペースも十分に確保できるため好適である。
【００４７】
以上、本明細書中においては、いくつかの好適な実施形態を示した。それらの実施形態を種々組み合わせることはもちろん可能であり、本明細書中に記載の実施形態と同様に好適である。また、１つの実施形態の説明は、他の実施形態の説明に援用できることを断っておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるパワー素子パッケージの断面模式図。
【図２】図１のパワー素子パッケージの要部拡大断面図。
【図３】絶縁層と半導体チップとの相対位置を示す平面模式図。
【図４】本発明にかかるパワー素子パッケージの別実施形態を示す断面模式図。
【図５】同じくパワー素子パッケージの別実施形態を示す断面模式図。
【図６】図５に示すパワー素子パッケージの分解平面図。
【図７】図４に示すパワー素子パッケージの等価回路図。
【符号の説明】
１，４，５０，５１  放熱部材
２０  放熱部材（第２放熱部材）
２１，２２  放熱部材（第１放熱部材）
２，３６，５５  絶縁層
２ｐ，３６ｓ，３６ｔ，３７ｐ，５５ｓ  絶縁層の開口
３，３８，３９，５６  導体層
５，６，１２，１３，２４〜２７，２８〜３０  半田接合部
７，７ａ，７ｂ  半導体チップ（半導体スイッチング素子）
７ｃ  コレクタ
７ｅ  エミッタ
７ｇ  ゲート（制御電極）
８，３４，３５，４０  制御信号用リード端子（制御信号入力部）
１１，２３，４５  モールド樹脂部
４３，４４  ボンディングワイヤ
１００，１０１，１０２  パワー素子パッケージ（半導体装置）
Ｗ１  ゲートの露出領域
Ｗ２  エミッタの露出領域
【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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