(57)【要約】【課題】電極となる導体部材がモジュールの主面に容易に露出可能となる構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１を封止部材９にて封止し、各主面に第１導体部材３及び第２導体部材５がそれぞれ露出した半導体装置であって、第１導体部材は、接合部３１と、自由端部３２と、接合部と自由端部との間に位置する変形部３３とを有し、変形部は、接合部に対して鈍角又は鋭角な角度で屈曲して配置され、かつ自由端部に対して鋭角な角度で屈曲して配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
この半導体チップの素子形成面に接合された第１導体部材と、
上記素子形成面に対向する半導体チップの対向面に接合された第２導体部材と、
上記半導体チップ、並びに、上記第１導体部材及び上記第２導体部材の一部を封止する封止部材と、を備え、
上記第１導体部材及び上記第２導体部材は、上記半導体チップ、上記第１導体部材、及び上記第２導体部材を積層した積層方向において上記封止部材の各主面に露出する露出面を有する、半導体装置において、
上記第１導体部材は、板状の部材であり、互いに屈曲して配置される接合部、変形部、及び自由端部を有し、接合部は、当該第１導体部材の一端側に位置し上記素子形成面と接合する部分であり、自由端部は、当該第１導体部材の他端側に位置し上記露出面を形成する部分であり、変形部は、接合部と自由端部との間に位置し、接合部に対して鈍角又は鋭角な角度で屈曲して配置され、かつ自由端部に対して鋭角な角度で屈曲して配置される、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記半導体チップは複数個設けられ、上記第１導体部材及び上記第２導体部材は、少なくとも２つの半導体チップを連結して接合される、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記封止部材と接する上記第１導体部材及び上記第２導体部材の表面は、粗化された粗面である、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
上記第１導体部材の自由端部は、半導体チップ側へ凸となる突起を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは、半導体チップでの対向する両面がそれぞれ導体部材と電気的に接続された構成を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂モールド型半導体モジュール（以下、モジュールと記す）は、特許文献１及び特許文献２に示されるように、半導体素子を封止した樹脂封止部の２つの主面のいずれか一方から半導体素子で発生する熱を外部に放熱し、また、半導体素子と電気的に接続されかつ外部機器と接続される電極端子が樹脂封止部の側面から外部へ露出する構成を有する。
【０００３】
このようなモジュールの複数個を近接して配置して、それぞれを電気的に接続して所望の回路を構成する製品の場合、隣接するモジュールの電極端子同士が接触しないように配置する必要がある。また、半導体素子が高電圧用の素子である場合、隣接するモジュールの電極端子同士が接触しないことはもちろんであるが、隣接する電極端子間の絶縁に必要な空間距離及び絶縁距離を確保する必要があり、製品の小型化を阻害していた。
【０００４】
これに対し、特許文献３及び特許文献４に開示されるモジュールでは、半導体素子に電気的に接続された導体部材が、樹脂封止部の主面に露出した構成を有する。特許文献３及び特許文献４では、樹脂封止部の主面に露出した導体部材は、放熱に利用しているのみである。しかしながら、この導体部材を電極端子として活用することで、特許文献１及び特許文献２に示されるモジュールにおける問題点を改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４０３６６５号公報
【特許文献２】特開２００２−０３３４４５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０９０００号公報
【特許文献４】特許第３６０１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３及び特許文献４に開示されるモジュールのように、半導体素子に電気的に接続された導体部材を樹脂封止部の主面に露出させるためには、モールド金型にて樹脂封止を行う際に、露出面になるべき導体部材の側面とモールド金型内面との間に、モールド樹脂が流れ込むような隙間が発生しないように、導体部材の側面とモールド金型内面とを密着させておく必要がある。
【０００７】
しかしながら、導体部材と半導体素子とをはんだを介して積層した構造では、積層方向におけるモジュールの寸法をモールド金型の型締め寸法に一致させる精度にて、モジュールを製造することは非常に困難である、ということは容易に推察できる。
【０００８】
また、導体部材及びはんだは、剛性の高い金属部材であり、また、半導体素子も含めて容易に変形できる形状ではない。よって、積層方向におけるモジュールの寸法と型締め寸法との不一致を、いずれかの部材の変形によって吸収させることは、やはり困難であると推察できる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、電極となる導体部材がモジュールの主面に容易に露出可能となる構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップの素子形成面に接合された第１導体部材と、上記素子形成面に対向する半導体チップの対向面に接合された第２導体部材と、上記半導体チップ、並びに、上記第１導体部材及び上記第２導体部材の一部を封止する封止部材と、を備え、上記第１導体部材及び上記第２導体部材は、上記半導体チップ、上記第１導体部材、及び上記第２導体部材を積層した積層方向において上記封止部材の各主面に露出する露出面を有する、半導体装置において、上記第１導体部材は、板状の部材であり、互いに屈曲して配置される接合部、変形部、及び自由端部を有し、接合部は、当該第１導体部材の一端側に位置し上記素子形成面と接合する部分であり、自由端部は、当該第１導体部材の他端側に位置し上記露出面を形成する部分であり、変形部は、接合部と自由端部との間に位置し、接合部に対して鈍角又は鋭角な角度で屈曲して配置され、かつ自由端部に対して鋭角な角度で屈曲して配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様における半導体装置によれば、第１導体部材を構成する接合部、変形部、及び自由端部は互いに屈曲して配置され、接合部と自由端部との間に配置される変形部は、接合部に対して鈍角又は鋭角な角度で屈曲して配置され、かつ自由端部に対して鋭角な角度で屈曲して配置した。このように構成したことで、モールド金型にて積層方向に型締めされるとき、固定されている接合部に対して変形部が変位し、これに伴い自由端部は、反半導体チップ側へ移動しようとする。したがって、自由端部は、常にモールド金型に密接した状態を維持することができる。よって、第１導体部材及び第２導体部材の各露出面となる側面は、常にモールド金型に密接することから、半導体装置における封止部材の主面に第１導体部材及び第２導体部材を容易に露出させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】図１に示す半導体装置の変形例における構造を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す半導体装置で形成可能な回路構成例を示す回路図である。
【図５】図１に示す半導体装置の他の変形例における構造を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図７】図６に示す第１導体部材による効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態である半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１４】
実施の形態１．
図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１における半導体装置１００について説明する。図１は、半導体装置１００の概略断面図である。半導体装置１００は、基本的構成部分として、半導体チップ１、第１導体部材３、第２導体部材５、及び封止部材９を備える。
【００１５】
半導体チップ１は、本実施形態では、主としてＳｉ又はＳｉＣからなる、厚み０．1〜０．２ｍｍ程度の半導体チップであり、エミッタ電極が形成された素子形成面１ａと、この素子形成面１ａに対向する面でコレクタ電極が形成された裏面１ｂとを有する。
【００１６】
第１導体部材３は、電極となる帯状の板材にてなる導電性の部材であり、その延在方向において接合部３１、変形部３３、及び自由端部３２から構成され、接合部３１、変形部３３、及び自由端部３２は、以下に説明する角度関係で互いに屈曲して配置される。
【００１７】
即ち、接合部３１は、第１導体部材３の一端側に位置し半導体チップ１の素子形成面１ａに平行又はほぼ平行に延在する部分であり、電気伝導性を有する接合部材（第１の接合部材）の一例としてのはんだ４で、素子形成面１ａのエミッタ電極に接合される部分である。
自由端部３２は、第１導体部材３の他端側に位置する部分であり、固定された接合部３１に対して自由端となる。また、自由端部３２は、露出面３ａを形成する。
【００１８】
変形部３３は、接合部３１と自由端部３２との間に位置し、接合部３１に対して本実施形態では鈍角な角度θ１で屈曲して配置され、かつ自由端部３２に対して鋭角な角度θ２で屈曲して配置される。このような変形部３３を介して、接合部３１と自由端部３２とは、ほぼ平行に配置され、第１導体部材３は、図示するように変形したコ字形形状となる。
【００１９】
また、半導体チップ１の素子形成面１ａには、ガードリング等の、エミッタ電極と同電位にすると不具合を生じる部位が存在し、この部位が第１導体部材３と接触すると第１導体部材３を介してエミッタ電極と同電位になってしまう。従って、第１導体部材３の接合部３１は、半導体チップ１のエミッタ電極のみと接合する構成としている。
【００２０】
第２導体部材５は、電極となるブロック状の導電性部材であり、半導体チップ１の裏面１ｂにおけるコレクタ電極と、第２の接合部材の一例であるはんだ４を介して電気的に接続される。尚、第２導体部材５において、コレクタ電極と接続された面に対向する面が露出面５ａとなる。
また、第１導体部材３及び第２導体部材５として、本実施形態ではＣｕ又はＣｕ合金を用いている。
【００２１】
封止部材９は、例えばエポキシ系モールド樹脂を用いることができ、後述のモールド金型内へ注入され、半導体チップ１、露出面３ａを除いた第１導体部材３、及び露出面５ａを除いた第２導体部材５、さらに、図示を省略しているが、ボンディングワイヤ、制御用端子の一部も含めて、一括してこれらを封止する。半導体チップ１等を封止した封止部材９において、対向する２つの主面９ａ、９ｂには、第１導体部材３の露出面３ａが、及び第２導体部材５の露出面５ａがそれぞれ露出する。
【００２２】
このようにして、本実施形態の半導体装置１００が構成される。この半導体装置１００では、半導体チップ１からの発熱を熱伝導性にも優れたはんだ４を介して主に第２導体部材５に伝え、第２導体部材５の露出面５ａから放熱を行うことができるようになっている。
【００２３】
また、第２導体部材５の露出面５ａに冷却部材等を当接させて、更に放熱を促すようにすることもできる。また、第１及び第２の導体部材３、５は、半導体チップ１との電気的な経路となっている。つまり、第２導体部材５を介して半導体チップ１のコレクタ電極との導通を図り、第１導体部材３を介して半導体チップ１のエミッタ電極との導通を図るようになっている。
【００２４】
次に、上述した半導体装置１００の製造方法について、図２を参照して説明する。
まず、半導体チップ１の素子形成面１ａに平行又はほぼ平行に第１導体部材３の接合部３１を配置し、かつ素子形成面１ａのエミッタ電極に接合部３１を板状のはんだ４を挟んで配置する。さらに、半導体チップ１の裏面１ｂのコレクタ電極に板状のはんだ４を挟み第２導体部材５を配置する。このように、半導体チップ１、第１導体部材３、及び第２導体部材５を積層して配置した状態で、これらを還元雰囲気中で一括加熱することによりはんだ４を溶融させ、その後、冷却することで、半導体チップ１に第１導体部材３及び第２導体部材５が接合された半製品を作製する。
【００２５】
次に、上述の半製品を、図２の（ａ）に示すように、モールド金型１１を開いた状態で、下モールド金型１１ｂの内面に第２導体部材５の露出面５ａを接した状態で配置する。  次に、型開閉方向１２に沿ってモールド金型１１を閉じていくと、図２の（ｂ）に示すように、上モールド金型１１ａの内面が第１導体部材３の自由端部３２の露出面３ａに接触する。この時点ではモールド金型１１は、完全には閉じておらず、わずかに隙間がある状態になっている。
【００２６】
さらにモールド金型１１を閉じていくと、上モールド金型１１ａが自由端部３２の露出面３ａを押圧する。これにより第１導体部材３の変形部３３は、片持ち梁のように撓んで変形し、変形部３３の上端３３ａが半導体チップ１へ近づく方向に変位する。この際、変形部３３と自由端部３２とのなす角度θ２が変化しなければ、自由端部３２は、半導体チップ１から離れる例えば矢印Ａで示すような方向に変位するはずである。しかし実際には、矢印Ａ方向には上モールド金型１１ａが存在することから、自由端部３２は変位できない。この結果、自由端部３２における露出面３ａは，その全面にわたって上モールド金型１１ａの内壁面へ押圧されることになる。
【００２７】
したがって、図２の（ｃ）に示すように、モールド金型１１が完全に閉じたときには、第１導体部材３の変形部３３の反発力により、第１導体部材３の露出面３ａ、及び第２導体部材５の露出面５ａは、それぞれ上モールド金型１１ａ及び下モールド金型１１ｂの各内壁面へ押圧され密接する。
【００２８】
このような状態において、モールド金型１１内に封止部材９を注入することで、第１導体部材３の露出面３ａと上モールド金型１１ａの内壁面との間に、及び、第２導体部材５の露出面５ａと下モールド金型１１ｂの内壁面との間に封止部材９が入り込むことはない。よって、第１導体部材３の露出面３ａ及び第２導体部材５の露出面５ａが露出する状態で、半導体チップ１等の各部材が封止部材９により封止され、半導体装置１００が完成する。
【００２９】
このように、本実施の形態１の半導体装置１００では、第１導体部材３が、半導体チップ１の素子形成面１ａにはんだ４を介して接合される接合部３１と、封止部材９の外部に露出する露出面３ａを有し固定された接合部３１に対して自由端となる自由端部３２と、接合部３１の一方の端部及び自由端部３２の一方の端部を中継するとともに外力によって変形可能な変形部３３とを有する。さらに、変形部３３の上端３３ａが半導体チップ１に近づく方向へ変位するときには、自由端部３２における他方の端部３２ａが半導体チップ１から離れる例えば矢印Ａで示すような方向に変位するように構成した。つまり変形部３３は、接合部３１に対して本実施形態では鈍角な角度θ１で屈曲して配置され、かつ自由端部３２に対して鋭角な角度θ２で屈曲して配置されるように構成した。
【００３０】
このように構成したことで、半導体チップ１、第１導体部材３、第２導体部材５をはんだ４で接合した状態の上記半製品について、モールド金型１１の型開閉方向１２、つまり上記半製品の積層方向における寸法のバラツキを吸収し、かつ、半導体チップ１の損傷及び破壊、並びに、第１導体部材３の露出面３ａ及び第２導体部材５の露出面５ａが封止部材９に覆われることを抑制しつつ、低コストで品質の安定した生産が可能となる。
【００３１】
尚、本実施の形態１では、半導体チップ１が１個だけの場合について説明したが、半導体装置１００内に複数個の半導体チップ１が設けられてもよい。この場合、半導体チップ１毎に、第１導体部材３及び第２導体部材５を配置してもよいし、さらに、図３に示すように、第１導体部材３及び第２導体部材５が、複数個あるいは複数種類の半導体チップ１を連結する形で接合されていてもよい。
【００３２】
このような構成とすることで、複数個の半導体チップ１を使用する場合でも、部品点数の増加を最小限に抑制できる。また、２種類の半導体チップ１を用いる場合で、半導体チップ１としてＩＧＢＴを、半導体チップ２としてＦＷＤを適用すると、図４に示すようなインバータ回路２０の一部を構成するＩＧＢＴとＦＷＤの逆並列回路２１を容易に構成することが可能となる。
【００３３】
また、ＩＧＢＴとＦＷＤとでは、その素子構成が異なり、一般的にＩＧＢＴの方が外力に対する破壊耐量が低い。上述のようなモールド金型１１による樹脂封止の際に、第１導体部材３が変形するときには、変形部３３に近接する半導体チップ１にも変形の力が作用する。したがって、図３に示す構成を採る場合には、変形部３３に近接する半導体チップ１をＦＷＤとし、変形部３３から比較的遠い半導体チップ２をＩＧＢＴとして構成することが望ましい。
【００３４】
また、第１導体部材３及び第２導体部材５と、封止部材９とが剥離すると、その剥離界面から水分等が浸入し腐食等により半導体装置１００の信頼性が維持できないという問題が生じることもある。よって、第１導体部材３及び第２導体部材５と、封止部材９との密着性を向上させるために、第１導体部材３及び第２導体部材５の表面を粗化してもよい。
【００３５】
また、自由端部３２の露出面３ａに外部配線を接続する手法として、はんだ接合又は超音波接合を採ることができるが、超音波接合を行う場合には、接合面は平滑であることが望ましい。したがって、上述のように第１導体部材３の表面は粗面化するのが好ましいが、第１導体部材３への配線接続方法として超音波接合を用いる場合には、自由端部３２の少なくとも露出面３ａは、粗面化しないのが好ましい。このように構成することで、半導体装置１００の信頼性、及び超音波接合の安定性の両者を確保することが可能となる。
【００３６】
また、第１導体部材３への配線接続方法として超音波接合を用いる場合、自由端部３２には超音波振動が印加されることから、上記粗面化を行ったとしても、自由端部３２と封止部材９との界面の剥離が助長されることも懸念される。よってこのような弊害の発生を防止するため、図５に示すように、半導体チップ１側へ凸とした突起３２ｂを第１導体部材３に形成してもよい。図５では、突起３２ｂの形成例として、第１導体部材３の他方の端部３２ａを半導体チップ１側へ折り曲げることで突起３２ｂを形成した構成を図示している。このような突起３２ｂを第１導体部材３に設けることで、封止部材９によるアンカー効果により、自由端部３２と封止部材９との界面剥離を抑制することができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、第１導体部材３は、図１に示すようなコ字の変形形状として説明した。しかしながら、第１導体部材３は、このような形状に限定されず、例えば図６に示すような、Ｚ形状の第１導体部材３−２であっても、上述と同様の効果が得られることは容易に推察できる。
即ち、実施の形態２における半導体装置１０２でも、第１導体部材３−２が上モールド金型１１ａによって押圧され、変形する。その際に、自由端部３２が上モールド金型１１ａに押し付けられるように、第１導体部材３−２は構成されていればよい。
【００３８】
第１導体部材が、例えば図６に示すような形状を有する場合、つまり変形部３３が接合部３１に対して鈍角で屈曲し、自由端部３２に対しても鈍角で屈曲して配置される構成では、モールド金型１１の型締めによって変形部３３が変位すると、自由端部３２は、点線で示すように、上モールド金型１１ａから離れる方向に変位する。よって、第１導体部材が図６に示す形状を有する場合には、上述した効果が得られないことは明白である。
【００３９】
よって、第１導体部材３−２が上モールド金型１１ａによって押圧され変形する際に、自由端部３２が上モールド金型１１ａに押し付けられるように、第１導体部材３−２では、変形部３３は、上記角度θ１に対応する、接合部３１に対して本実施形態２では鋭角な角度θ３で屈曲して配置され、かつ自由端部３２に対して鋭角な角度θ２で屈曲して配置されるように構成した。
【００４０】
このように、実施の形態１、２から、第１導体部材における変形部３３は、接合部３１に対して鈍角又は鋭角な角度で屈曲して配置され、かつ自由端部３２に対して鋭角な角度で屈曲して配置されるように構成することで、第１導体部材が上モールド金型１１ａによって押圧、変形される際に、自由端部３２が上モールド金型１１ａに押し付け可能となる。
【００４１】
尚、実施の形態１にて説明した、半導体装置１００に対する種々の変形形態は、本実施の形態２の半導体装置１０２に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体チップ、１ａ  素子形成面、３  第１導体部材、３ａ  露出面、
５  第２導体部材、５ａ  露出面、９  封止部材、
１１ａ  上モールド金型、１１ｂ  下モールド金型、
３１  接合部、３２  自由端部、３３  変形部、
１００、１０２  半導体装置。
【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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