(57)【要約】【課題】半導体モジュールの主面に電極となる導体部材を容易に露出させることが可能な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における素子形成面１ａ及び裏面１ｂに第１導体部材３及び第２導体部材５をそれぞれはんだ付けし、これらを封止部材９にて樹脂封止して作製される半導体装置において、第１導体部材は、半導体チップ等の積層方向５１に伸縮可能なばね構造３ｃを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
上記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し、
上記第１導体部材は、上記積層方向に伸縮可能なばね構造を有する、
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備わり、上記第１導体部材は複数の半導体チップと接合されている、請求項１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、半導体チップの両面が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では、複数のモジュール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が、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、露出面と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、上記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し、上記第１導体部材は、上記積層方向に伸縮可能なばね構造を有する、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導体部はバネ構造を有することから、積層方向においてモールド金型にて樹脂封止が行われる際、第１導体部材及び第２導体部材における露出面は、バネ構造の変形によって、モールド金型に密接した状態を維持する。よって、半導体装置における封止部材の主面に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】（ａ）から（ｃ）は、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に示す半導体装置の一例としてのインバータ回路の一部を示す回路図である。
【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．
本発明の実施の形態１について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態における半導体装置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、延在方向において中央箇所に位置する中央部と、その両端に位置する端部とを有する。中央部は、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、後述の露出面３ａを有する。端部は、素子形成面１ａのエミッタ電極に接続される接続部３ｂと、接続部３ｂと上記中央部とを連結する部分に位置し本実施形態ではＳ字状に屈曲したばね構造３ｃとを有する。接続部３ｂは、電気伝導性を有する接合部材（第１の接合部材）の一例としての半田４を介してエミッタ電極に接続される。
【００１７】
ばね構造３ｃは、素子形成面１ａに平行又はほぼ平行に延在する上記中央部と、接続部３ｂの少なくとも一部とが、中央部と接続部３ｂとの間において、第１導体部材３の板厚方向において重なるように、本実施形態では湾曲部分を形成しながら層状に折り返した構造である。よって、ばね構造３ｃは、第１導体部材３の板厚方向、つまり、後述するモールド金型１１の型開閉方向１２、さらに換言すると、半導体チップ１、第１導体部材３、及び第２導体部材５を積層した方向である積層方向５１に伸縮可能な構造である。本実施の形態では、ばね構造３ｃは、図示するように、積層方向５１に沿う断面において、略Ｓ字形状であるが、これに限定するものではない。例えば、「Ｚ」状、「＜」若しくは「＞」状、又はこれらを組み合わせた形状、等でもよい。要するに、ばね構造３ｃは、モールド金型の型開閉方向１２つまり積層方向５１に伸縮可能な、蛇腹構造であればよい。
【００１８】
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の接続部３ｂ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。
【００１９】
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半田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後述する露出面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。
【００２０】
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、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。
【００２１】
このようにして、本実施形態の半導体装置１００が構成されている。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半田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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の中央部を配置し、かつ素子形成面１ａのエミッタ電極に第１導体部材３の接続部３ｂを板状の半田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半田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半田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。
【００２４】
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が第１導体部材３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。
【００２５】
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が第１導体部材３の露出面３ａを押圧し、第１導体部材３のばね構造３ｃが変形する。このような変形を可能にするため、上記半製品は、積層方向５１において、モールド金型１１が完全に型締めされた状態における金型内寸法に比べて、幾分大きく作製する必要がある。しかしながらこれは、第１導体部材３のばね構造３ｃによって容易に寸法調整することが可能である。
【００２６】
そして、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のばね構造３ｃ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に押し付けられ密接する。
【００２７】
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。
【００２８】
このように、本実施形態の半導体装置１００では、第１導体部材３の両端には、略Ｓ字形のばね構造３ｃがあり、第１導体部材３は、モールド金型１１の型開閉方向１２に伸縮可能な構成となっている。よって、半導体チップ１、第１導体部材３、第２導体部材５を半田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の寸法バラツキを吸収し、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。
【００２９】
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、複数個の半導体チップ１が設けられてもよい。さらに、図３に示すように、第１導体部材３が、複数個あるいは複数種類の半導体チップ１に接合されていてもよい。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体チップ、２  半導体チップ、３  第１導体部材、３ａ  露出面、
３ｃ  バネ構造、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、１２  型開閉方向、
５１  積層方向、１００，１０１  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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