(57)【要約】【課題】  簡素な構成で半導体チップの電極と、取り出し電極とを接続する。【解決手段】  半導体チップ１を上部取り出し電極８、絶縁部材１０およびドレイン取り出し電極３で囲み、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差で半導体チップ１上のドレイン電極２、ソース電極４およびゲート電極９を、それぞれドレイン取り出し電極３、ソース取り出し電極７およびゲート取り出し電極５に押し付けて電気接続を行う。よって、外部から半導体チップ１上の各電極と各取り出し電極とを押し付ける圧接機構が不要となり、構造が簡素化され小型化を図ることができる。【選択図】              図２
2005183767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体電極を備えた半導体チップを、パッケージ部材で包み込んだ加圧接触型半導体装置において、
前記パッケージ部材の内部に所定の空隙を有し、
前記パッケージ部材と前記半導体チップとを覆うように設けられた第１の取り出し電極を有し、
該第１の取り出し電極は可撓性を有し、前記空隙内を減圧して、その圧力によって前記半導体チップの第１の主面に形成された前記半導体電極と前記第１の取り出し電極とを圧接することを特徴とする加圧接触型半導体装置。
【請求項２】
前記第１の取り出し電極は、
前記圧力によって容易に変形しない剛体として形成された前記半導体電極と接触するブロック電極部と、
該ブロック電極部の周囲に前記空隙に対応して形成された接続部と、
前記圧力によって容易に変形しない剛体として形成された前記パッケージ部材と接触する支持部とを有し、
前記圧力によって、前記接続部を撓ませて前記半導体電極と前記ブロック電極部とを圧接することを特徴とする請求項１記載の加圧接触型半導体装置。
【請求項３】
前記第１の取り出し電極が接続された半導体電極とは電気的に絶縁された前記半導体チップの第１の主面に形成された他の半導体電極に接続された第２の取り出し電極を有し、
前記第１の取り出し電極は、前記第２の取り出し電極の周囲を絶縁部材を介して取り囲む剛体部と、
前記剛体部と前記ブロック部との間に設けられた可撓性を有する連結部を有し、
前記圧力によって、前記接続部及び前記連結部を撓ませて前記半導体電極と前記第１の取り出し電極とを圧接することを特徴とする請求項２記載の加圧接触型半導体装置。
【請求項４】
前記第２の取り出し電極と前記他の半導体電極との接触部の面積が、前記第２の取り出し電極を支持する前記剛体部に前記圧力が作用する部分の面積より小さいことを特徴とする請求項３記載の加圧接触型半導体装。
【請求項５】
前記半導体チップの第２の主面に形成された前記半導体電極と接続する剛体として形成される第３の取り出し電極を有し、
前記第３の取り出し電極は、前記空隙と接触する部位の断面積が、前記半導体チップと接触する部位の断面積より小さく形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の加圧接触型半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの第２の主面に形成された前記半導体電極と接続する剛体として形成される第３の取り出し電極を有し、
前記第３の取り出し電極は、前記半導体チップと接触するチップ接触部と、外部と接続される外枠基板と、前記チップ接触部と前記外枠基板との間に備えられた断熱材とで構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の加圧接触型半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップは、前記第１の主面に対向した第２の主面を有するスイッチ素子であって、
前記半導体電極は、前記第１の主面に備えられた第１主電極および制御電極、および第２の主面に備えられた第２主電極であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の加圧接触型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの電極を加圧することにより電気的接続を得る加圧接触型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００１−３６００２号公報に記載された加圧接触型半導体装置において、気密パッケージ内の半導体チップの主電極と、気密パッケージ内外をつなぐ取り出し電極とを外部の圧接機構により圧接して電気的に接続していた。
また特に、半導体チップの制御電極と取り出し電極とを接続するため、両電極間に圧縮した金属スプリングを備え、該金属スプリングの広がり力によって金属スプリングの両端をそれぞれ半導体チップの制御電極と取り出し電極とに圧接させて、半導体チップの制御電極と取り出し電極とを電気的に接続していた。
【特許文献１】特開２００１−３６００２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、このような従来の加圧接触型半導体装置においては、装置とは別に電極圧接用の機構が必要となり、加圧接触型半導体装置が大型化、複雑化するといった問題があった。
また金属の弾性変形を利用した加圧接触型半導体装置においては、高温下では金属の応力が低下し、バネ性を確保し続けることが困難になるといった問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、簡素な構成で半導体チップの電極と、取り出し電極とを接続することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体電極を備えた半導体チップを、パッケージ部材で包み込んだ加圧接触型半導体装置において、パッケージ部材と半導体チップとを覆うように可撓性を有する第１の取り出し電極を設け、パッケージ部材の内部に所定の空隙を有し、空隙内を減圧して、その圧力によって半導体チップの第１の主面に形成された半導体電極と第１の取り出し電極とを圧接することを特徴とする加圧接触型半導体装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体チップを包み込むパッケージ部材内外の圧力差によって、半導体電極と取り出し電極とを圧接することにより、パッケージ部材内外に電極圧接用の機構を備える必要がなくなり、半導体装置の小型化、組立工程の簡素化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、第１の実施例における加圧接触型半導体装置の上面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
半導体チップ１の第１の主面１１にはソース電極４およびゲート電極９が、第２の主面１２にはドレイン電極２が形成されている。この半導体チップ１は、第２の主面１２側を下にして剛体として形成されたドレイン取り出し電極３上に配置され、周囲を四角枠状の絶縁部材１０によって囲まれている。
【０００９】
半導体チップ１の第１の主面１１側は、ソース取り出し電極７、ゲート取り出し電極５および絶縁部材６で構成される上部取り出し電極８によって覆われる。
上部取り出し電極８は、中央に配置された四角形状のゲート取り出し電極５を四角枠状の絶縁部材６で囲み、さらに絶縁部材６を四角枠状のソース取り出し電極７によって囲み、薄い膜状として形成される。
【００１０】
なおゲート取り出し電極５およびソース取り出し電極７として、たとえばアルミニウム等の金属の薄膜が用いられ、またドレイン取り出し電極３として、たとえば銅等の金属板が用いられる。
半導体チップ１と、半導体チップ１を囲むドレイン取り出し電極３、上部取り出し電極８および絶縁部材１０との間には半導体チップ１を取り巻くように空隙Ｓが設けられ、空隙Ｓは中の空気を排気することによって減圧されている。
【００１１】
空隙Ｓを減圧することにより、加圧接触型半導体装置周囲と空隙Ｓとの間で圧力差が発生する。
この圧力差により上部取り出し電極８が撓み、ソース取り出し電極７とゲート取り出し電極５が半導体チップ１のソース電極４とゲート電極９にそれぞれ圧接されている。また半導体チップ１がドレイン取り出し電極３側へ付勢され、ドレイン電極２とドレイン取り出し電極３とが圧接されて、各電極間で電気的接続がなされる。
【００１２】
なお本実施例において、ソース電極４が本発明における第１主電極を、ゲート電極９が本発明における制御電極を構成する。また、ドレイン電極２が本発明における第２主電極を構成し、ソース取り出し電極７が本発明における第１の取り出し電極を構成する。さらに絶縁部材１０が本発明におけるパッケージ部材を構成する。
【００１３】
本実施例は以上のように構成され、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差によって半導体チップ１上のドレイン電極２、ソース電極４およびゲート電極９に、それぞれドレイン取り出し電極３、ソース取り出し電極７およびゲート取り出し電極５を押し付けて電気的接続を行う。
よって、外部から半導体チップ１上の各電極と各取り出し電極とを押し付ける別途の圧接機構が不要となり構造が簡素化され、加圧接触型半導体装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
また金属の弾性域を利用したバネを用いて各電極と各取り出し電極との圧接を行っていないため、高温の環境下においても金属の応力の低下の影響がなく、半導体チップ１上の各電極と各取り出し電極との接触圧を安定して確保することが可能である。
なお、ドレイン取り出し電極３を上部取り出し電極８と同様に薄膜状とすることもできる。
【００１５】
次に図３、４を用いて、第１の実施例における加圧接触型半導体装置の製造方法について説明する。
図３の（ａ）は、四角枠状の絶縁部材が載置されたドレイン取り出し電極の上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ部断面図である。また図４の（ａ）は、上部取り出し電極で覆われた半導体チップの上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。
なお、ドレイン取り出し電極は、電気伝導および放熱を行うため、導電率、熱伝導率の高い材料が好ましく、また絶縁部材はセラミック等高温でも良好な絶縁を保つものが好ましいため、以下ドレイン取り出し電極３を銅、絶縁部材１０をセラミックとする例で説明する。
【００１６】
まず図３に示すように、ドレイン取り出し電極３上に四角枠状の絶縁部材１０を接合する。これには一般的なセラミック基盤と銅の接合方法が適用できる。例えば、酸素を利用したセラミックと銅の直接接合方法や、ろう材を介した接合方法がある。
【００１７】
次に図４に示すように、あらかじめゲート取り出し電極５および絶縁部材６を形成した上部取り出し電極８を用意し、封止する半導体チップ１をドレイン取り出し電極３上の所定位置に設置した後に、減圧下において絶縁部材１０と上部取り出し電極８とを接合する。この接合は、上記絶縁部材１０とドレイン取り出し電極３との接合よりも温度を下げた低温での接合方法が信頼性の面で好ましい。たとえば、アルミニウム系のろう材等を用いることができる。あるいは、接合場所だけを局所的に加熱接合できる、レーザ溶接等を用いてもよい。
【００１８】
このように形成された加圧接触型半導体装置を大気中に持ってきた場合に、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との間で圧力差が発生し、この圧力差によって、図２に示すように上部取り出し電極８が湾曲し、半導体チップ１の各電極と各取り出し電極とが圧接される。
【実施例２】
【００１９】
図５は、第２の実施例における加圧接触型半導体装置の断面図である。
なお、第１の実施例と同一構成物については、同一番号を付して説明を省略する。
半導体チップ１は、ドレイン取り出し電極３、絶縁部材１０、絶縁部材１０に取り付けられた支持部１９、ソース電極４に圧接されるソース取り出し電極１７、ソース取り出し電極１７と支持部１９とを連結する接続部１８、絶縁部材６、ゲート電極９に圧接されるゲート取り出し電極１５によって囲まれる。
【００２０】
半導体チップ１と、ドレイン取り出し電極３、絶縁部材１０、支持部１９、接続部１８ソース取り出し電極１７、絶縁部材６およびゲート取り出し電極１５との間には空隙Ｓが設けられ、空隙Ｓは減圧されている。
ソース取り出し電極１７とゲート取り出し電極１５は、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差によって容易に変形しない剛体として形成されている。
ソース取り出し電極１７、接続部１８、支持部１９は、たとえばアルミニウム等の金属が用いられる。
【００２１】
接続部１８は、容易に変形しやすい薄膜状に形成されている。
これによって、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差によって接続部１８が変形し、ソース取り出し電極１７とゲート取り出し電極１５が、それぞれソース電極４とゲート電極９に圧接され、ドレイン電極２がドレイン取り出し電極３に圧接されて、各電極間で電気的接続がなされる。
なお本実施例において、ソース取り出し電極１７が本発明におけるブロック電極部を構成する。
【００２２】
本実施例は以上のように構成され、半導体装置の各取り出し電極を剛体としたため、たとえばインバータ等として外部のバスバー等とドレイン取り出し電極３、ゲート取り出し電極１５およびソース取り出し電極１７とを半田つけ、ろうつけ、超音波溶接等の方法を用いて接続する場合にも、機械的外力に耐えることができ、取り出し電極に損傷を与えることなく外部バスバー等との接続を容易に行うことができる。
【００２３】
また、ソース取り出し電極１７は容易に変形し易い接続部１８で連結されているため、
空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差を半導体チップ１への圧接圧として有効に利用することができる。
なおソース取り出し電極１７、接続部１８、支持部１９を同一材料で形成するものとしたが、それぞれ異なる材料を用いることができる。
【００２４】
次に第２の実施例の変形例を図６に示す。
上記第２の実施例における接続部１８に替えて、ソース取り出し電極１７と支持部１９とを、断面を波型形状にした接続部１８Ａを用いて連結する。
半導体チップ１は、絶縁部材６、ゲート取り出し電極１５、ソース取り出し電極１７、接続部１８Ａ、支持部１９、絶縁部材１０およびドレイン取り出し電極３によって囲まれ、半導体チップ１の周囲には空隙Ｓが設けられている。
この断面が波型形状の接続部１８Ａを用いてソース取り出し電極１７と支持部１９とを接続することにより接続部１８Ａがより変形し易くなり、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差をより有効に半導体チップ１への圧接圧として利用することができる。
【実施例３】
【００２５】
図７は、第３の実施例における加圧接触型半導体装置の断面図である。
なお、上記各実施例と同一構成物については、同一番号を付して説明を省略する。
ゲート電極９に圧接される四角柱状のゲート取り出し電極１５が、断面が四角形状の剛体部２０によって支持される。剛体部２０は、断面が波型形状に形成され変形し易い連結部２４によってソース取り出し電極７と連結される。
ゲート取り出し電極１５と剛体部２０は、ゲート取り出し電極１５の周りに設けた、断面が四角枠状の絶縁部材６Ａによって絶縁されている。
なお、剛体部２０はたとえばアルミニウム等の金属が用いられ、剛体部２０、連結部２４、ソース取り出し電極７、接続部１８Ａおよび支持部１９は同一材料で一体に形成される。
【００２６】
半導体チップ１は、ゲート取り出し電極１５、絶縁部材６Ａ、剛体部２０、ソース取り出し電極７、接続部１８Ａ、支持部１９、絶縁部材１０およびドレイン取り出し電極３によって囲まれ、半導体チップ１の周囲には空隙Ｓが設けられている。
ゲート取り出し電極１５は、先端が剛体部２０の半導体チップ１側の面上から突出するように剛体部２０に支持される。空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差により連結部２４が変形し、ゲート取り出し電極１５とゲート電極９とが圧接される。
【００２７】
ここで、剛体部２０の半導体チップ１側の面積をＡｒとし、ゲート取り出し電極１５の先端の面積をＡｃとすると、ゲート取り出し電極１５の接触部先端には、次式で示される圧力が発生する。
（空隙と加圧接触型半導体装置周囲との圧力差）×Ａｒ／Ａｃ            （１）
よって、ゲート取り出し電極１５の先端には、空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差よりも高い圧力が発生する。
なお本実施例において、ゲート取り出し電極１５が本発明における第２の取り出し電極を構成する。
【００２８】
本実施例は以上のように構成され、ゲート取り出し電極１５を剛体部２０によって支持することにより、剛体部２０、絶縁部材６Ａおよびゲート取り出し電極１５で受けた空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差をゲート取り出し電極１５の先端に集中させることができ、ゲート取り出し電極１５とゲート電極９との接触圧力を空隙Ｓと加圧接触型半導体装置周囲との圧力差より大きくすることができる。
【００２９】
このように接触圧力が高くなることにより、ゲート取り出し電極１５とゲート電極９との接触部の電気抵抗が下がり、安定した接触を実現することができる。
なお本実施例において、半導体チップ１への接触圧力を差圧よりも高める構成をゲート取り出し電極１５に適用した例を示したが、同様の構成をドレイン取り出し電極３やソース取り出し電極７に適用することもできる。
また、剛体部２０、連結部２４、ソース取り出し電極７、接続部１８Ａおよび支持部１９をそれぞれ別材料で構成することもできる。
【実施例４】
【００３０】
本発明によって、半導体チップの周囲の空隙と加圧接触型半導体装置周囲との圧力差により半導体チップの電極と、各取り出し電極とを圧接して電気的接続を行うことができるが、より圧接力を高める場合には、必要に応じて外部の圧接機構を併用することもできる。
次に外部の圧接機構を用いた、第４の実施例を図８に示す。
ソース取り出し電極７上の剛体部２０の周囲に、金属等で形成された四角枠状の部材２１を配置し、ドレイン取り出し電極３の下方に金属等で形成された四角形状の部材２２を配置する。
なお部材２２の大きさは、半導体チップ１の大きさとほぼ同じに形成され、部材２１の外周縁も半導体チップ１とほぼ同じ大きさに形成されている。
他の構成は第３の実施例と同一であり説明を省略する。
【００３１】
部材２１と部材２２は、図示しない圧接機構によって互いが近づく方向に付勢されている。
この部材２１と部材２２の付勢力によって、ソース電極４とソース取り出し電極７、ドレイン電極２とドレイン取り出し電極３との圧接力をより一層高めることができる。
【００３２】
また連結部２４を変形しやすい薄膜状に形成することにより、部材２１、部材２２による外部からの圧接力が、半導体チップ１に圧接されているゲート取り出し電極１５の圧接力に影響を及ぼすことがない。
したがって外部からの圧接力の影響を受けずにゲート取り出し電極１５の圧接力を安定して確保することができる。
【００３３】
また図９に示すように、ソース電極４と接触するソース取り出し電極２３を断面が四角枠状のブロック体として形成することにより、ソース取り出し電極２３の強度が増し、部材２１によって圧接された場合にも破損することがない。
さらに半導体チップ１で発生した熱を、部材２１、２２によって外部に放熱することができ、半導体チップ１の温度上昇を抑えることができる。
【実施例５】
【００３４】
図１０は、第５の実施例における加圧接触型半導体装置の断面図である。
なお、上記各実施例と同一構成物については、同一番号を付して説明を省略する。
半導体チップ１を載置するドレイン取り出し電極３Ａの底面において、半導体チップ１の外周縁より外側かつ絶縁部材１０の内周縁よりも内側に対応する位置にドレイン取り出し電極３Ａの厚みの半分よりも少し浅い四角枠状の断熱溝２５を設ける。
ここで、断熱溝２５の内側のドレイン取り出し電極３Ａをチップ接続部３１とし、断熱溝２５の外側のドレイン取り出し電極３Ａを端子接続部３０とする。
なお本実施例において、ドレイン取り出し電極３Ａが本発明における第３の取り出し電極を構成する。
【００３５】
このようにドレイン取り出し電極３Ａの断面積を断熱溝２５によって一部減少させ、ドレイン取り出し電極３Ａにおけるチップ接続部３１と端子接続部３０との間の熱伝導率を下げることにより、半導体チップ１で発生した熱が端子接続部３０側へ伝達されることを抑制することができる。
【００３６】
よって、半導体装置周囲の温度上昇を抑えることができ、半導体装置を実装した場合の信頼性をあげることができる。
またチップ接続部３１に冷却器を設置することにより、半導体チップ１で発生した熱を断熱溝２５の内側で放熱し、熱が端子接続部３０側へ伝達されることをより効率よく抑制することができる。
【００３７】
また変形例として、断熱溝２５の替わりに図１１に示すように、半導体チップ１に接触する四角形状のドレイン取り出し電極３Ｂと、その周囲に配置した四角枠状の外枠基板３Ｃとの間に、セラミック等で構成した四角枠状の断熱材２６を備えることもできる。
なお、ドレイン取り出し電極３Ｂのみを導電部分とする。また加圧接触型半導体装置は、外枠基板３Ｃが外部と接続されることによって固定される。
なお本変形例において、ドレイン取り出し電極３Ｂ、断熱材２６および外枠基板３Ｃが本発明における第３の取り出し電極を構成し、ドレイン取り出し電極３Ｂが本発明におけるチップ接触部を構成する。
【００３８】
これにより、半導体チップ１で発生した熱が断熱材２６の外側（外枠基板３Ｃ側）へ伝達されることを抑制する事ができ、半導体装置を実装した場合の信頼性をあげることができる。
また、厚みを減少させることがないので機械的強度を保つことができ、半導体装置を外部バスバー等に実装する場合にも、破損されることなく容易に取り付けることができる。
【００３９】
なお上記各実施例において、半導体チップを１つ用いた加圧接触型半導体装置について説明したが、これに限定されず、半導体チップを複数用いた加圧接触型半導体装置にも本発明を適用可能である。
また、パッケージングする半導体チップの電極の数についても限定されず、ダイオードのような２端子素子についても本願発明を適用可能である。
【００４０】
さらに、上記各実施例において半導体チップの外周には空隙Ｓが残っているが、たとえば図１１に示す加圧接触型半導体装置においては、空隙Ｓと接する断熱材２６が絶縁物であるため空隙Ｓをより減圧して接続部１８と断熱材２６とを密着させることにより、空隙Ｓを消滅させることもできる。
また、たとえば図１に示す加圧接触型半導体装置においては、空隙Ｓと接するソース取り出し電極７とドレイン取り出し電極３とが導電性を有するが、半導体チップ１の周囲においてソース取り出し電極７とドレイン取り出し電極３との間に絶縁物を配置して、空隙Ｓをより減圧することにより、ソース取り出し電極７とドレイン取り出し電極３とを絶縁物を挟んで密着させて、空隙Ｓを消滅させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施例を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図３】絶縁部材が載置されたドレイン取り出し電極を示す図である。
【図４】圧接前の半導体装置を示す図である。
【図５】第２の実施例の断面図である。
【図６】第２の実施例における変形例の断面図である。
【図７】第３の実施例の断面図である。
【図８】第４の実施例の断面図である。
【図９】第４の実施例における変形例の断面図である。
【図１０】第５の実施例における断面図である。
【図１１】第５の実施例における変形例の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    半導体チップ
２    ドレイン電極
３、３Ａ    ドレイン取り出し電極
３Ｂ    ドレイン取り出し電極
３Ｃ    外枠基板
４    ソース電極
５    ゲート取り出し電極
６    絶縁部材
７    ソース取り出し電極
８    上部取り出し電極
９    ゲート電極
１０    絶縁部材
１１    第１の主面
１２    第２の主面
１５    ゲート取り出し電極
１７    ソース取り出し電極
１８    接続部
１９    支持部
２０    剛体部
２１    部材
２２    部材
２３    ソース取り出し電極
２４    連結部
２５    断熱溝
２６    断熱材
３０    端子接続部
３１    チップ接続部
Ｓ    空隙
【図１】
2005183767.tif 000003
【図２】
2005183767.tif 000004
【図３】
2005183767.tif 000005
【図４】
2005183767.tif 000006
【図５】
2005183767.tif 000007
【図６】
2005183767.tif 000008
【図７】
2005183767.tif 000009
【図８】
2005183767.tif 000010
【図９】
2005183767.tif 000011
【図１０】
2005183767.tif 000012
【図１１】
2005183767.tif 000013