(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置された複数の半導体チップと、
これら半導体チップの一方の面側にそれぞれ対応して設けられる複数の第１熱緩衝板と、
上記各第１熱緩衝板との対向面側に、当該各第１熱緩衝板に当接する金属ポストを有する第１の圧接電極と、
上記第１の圧接電極における各金属ポストと上記各第１熱緩衝板との位置出しを行う絶縁素材からなる第１のガイドと、
上記各半導体チップの他方の面側にそれぞれ対応して設けられる複数の第２熱緩衝板と、
上記各第２熱緩衝板との対向面側に、当該各第２熱緩衝板に当接し、圧接面のサイズが前記第１の圧接電極の金属ポストより大きい金属ポストを有する第２の圧接電極と、
上記第２の圧接電極における各金属ポストと上記各第２熱緩衝板との位置出しを行い、且つ上記第１のガイドとともに上記各第１熱緩衝板、上記各半導体チップ及び上記各第２熱緩衝板の上下方向の位置出しを行う絶縁素材からなる第２のガイドとを具備し、
上記第１，第２の圧接電極で、上記複数の第１熱緩衝板、上記複数の半導体チップ及び上記複数の第２熱緩衝板をそれぞれ重ねた状態で一括して圧接することを特徴とするマルチチップ平型圧接構造の半導体装置。
【請求項２】
前記複数の第１熱緩衝板と前記第１の圧接電極の金属ポストとの間に介在される金属板を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置。
【請求項３】
前記第１熱緩衝板と前記第２熱緩衝板のサイズが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置。
【請求項４】
前記各半導体チップと前記各第１，第２熱緩衝板の少なくとも一方との間にそれぞれ介在される軟金属板を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１つの項に記載のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置。
【請求項５】
前記第１，第２の圧接電極はそれぞれ、ベース板と、このベース板に上記第１，第２熱緩衝板に対応して配置され、金属ポストとして働く複数のブロック部とからなることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１つの項に記載のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マルチチップ平型圧接構造の半導体装置に関するもので、例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ等の大容量のパワーデバイスに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチチップ平型圧接構造の半導体装置は、例えば図９に示すように構成されている。図９において、１はエミッタ電極、２はコレクタ電極、３はエミッタ側ガイド、５は半導体チップ（ＩＧＢＴ）、６はエミッタ側熱緩衝板、７はコレクタ側熱緩衝板、１０は金属板である。
【０００３】
複数の半導体チップ５は同一平面上に配置されており、これら半導体チップ５のエミッタ側には個々の半導体チップ５に対応して熱緩衝板６が配置され、コレクタ側には各半導体チップ５で共通の熱緩衝板７が配置されている。上記各熱緩衝板６には、金属板１０を介在してエミッタ電極１の金属ポストが当接するように配置されている。一方、上記熱緩衝板７には、コレクタ電極２が当接するように配置されている。上記エミッタ電極１の金属ポスト間にはガイド３が設けられている。このガイド３は上記エミッタ電極１の金属ポストの位置が各熱緩衝板６の位置とずれないようにするためのものである。そして、上記エミッタ電極１と上記コレクタ電極２との間に高い圧力が印加され、金属板１０、各熱緩衝板６、各半導体チップ５、及び熱緩衝板７が一括して圧接される。
【０００４】
このように、従来のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置では、エミッタ側のみ金属ポストと熱緩衝板６を分割構造とし、コレクタ側は非分割構造にてアセンブリしている。
【０００５】
上記のような構造であっても、ＴＦＴ（熱疲労試験）耐量は現時点で要求されている信頼性レベルを満足しているが、今後の半導体装置の高電圧化や大容量化等に伴って、更なるＴＦＴ耐量の向上が望まれることが予想される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置では、熱疲労試験耐量の更なる向上が望まれている。
【０００７】
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱疲労試験耐量を向上できるマルチチップ平型圧接構造の半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置は、同一平面上に配置された複数の半導体チップと、これら半導体チップの一方の面側にそれぞれ対応して設けられる複数の第１熱緩衝板と、上記各第１熱緩衝板との対向面側に、当該各第１熱緩衝板に当接する金属ポストを有する第１の圧接電極と、上記第１の圧接電極における各金属ポストと上記各第１熱緩衝板との位置出しを行う絶縁素材からなる第１のガイドと、上記各半導体チップの他方の面側にそれぞれ対応して設けられる複数の第２熱緩衝板と、上記各第２熱緩衝板との対向面側に、当該各第２熱緩衝板に当接する金属ポストを有する第２の圧接電極と、上記第２の圧接電極における各金属ポストと上記各第２熱緩衝板との位置出しを行い、且つ上記第１のガイドとともに上記各第１熱緩衝板、上記各半導体チップ及び上記各第２熱緩衝板の上下方向の位置出しを行う絶縁素材からなる第２のガイドとを具備し、上記第１，第２の圧接電極で、上記複数の第１熱緩衝板、上記複数の半導体チップ及び上記複数の第２熱緩衝板をそれぞれ重ねた状態で一括して圧接することを特徴としている。
【０００９】
そして、下記（ａ）〜（ｅ）のような特徴を備えている。
【００１０】
（ａ）前記複数の第１熱緩衝板と前記第１の圧接電極の金属ポストとの間に介在される金属板を更に具備する。
【００１１】
（ｂ）前記第１熱緩衝板と前記第２熱緩衝板のサイズが異なる。
【００１２】
（ｃ）前記第１の圧接電極の金属ポストと、前記第２の圧接電極の金属ポストにおける圧接面のサイズが異なる。
【００１３】
（ｄ）前記各半導体チップと前記各第１，第２熱緩衝板の少なくとも一方との間にそれぞれ介在される軟金属板を更に具備する。
【００１４】
（ｅ）前記第１，第２の圧接電極はそれぞれ、ベース板と、このベース板に上記第１，第２熱緩衝板に対応して配置され、金属ポストとして働く複数のブロック部とからなる。
【００１５】
上記のような構成によれば、第２熱緩衝板を、第１熱緩衝板と同様に分割し、且つ第２の圧接電極も第１の圧接電極と同様に金属ポストを有する分割構造にすることにより、半導体チップの一方の面側と他方の面側の熱膨張差が小さくなり、上下の熱膨張バランスを取れる。その結果、チップの横方向への応力を緩和でき、熱疲労試験耐量を向上できる。
【００１６】
また、第２の圧接電極側に第２のガイドを使用して、金属ポストと第２熱緩衝板とを噛み合わせて位置出しするとともに、この第２のガイドを第１のガイドとを噛み合わせて上下方向の位置出しを行うことにより、第１の圧接電極側と第２の圧接電極側の位置合わせの容易化が可能となり、アセンブリの作業性を向上できる。
【００１７】
第１，第２熱緩衝板のサイズ（大きさ）を非対称とすることにより、第１，第２熱緩衝板の位置ずれに対してマージンを取ることが可能になるので、半導体チップへの片当たりを防止できる。しかも、第２の熱緩衝板と第２の圧接電極との分割構造化に伴う熱抵抗の増加を低減できる。
【００１８】
更に、第１，第２の圧接電極における金属ポストの圧接面のサイズを変えても同様である。第１の圧接電極における金属ポストの大きさと第２の圧接電極の金属ポストの大きさを非対称（第１の圧接電極側＜第２の圧接電極側）にすることにより、金属ポストの位置ずれに対してマージンを取ることが可能になる。よって、第１，第２の熱緩衝板への片当たりを防止でき、第２の熱緩衝板と第２の圧接電極の分割構造化に伴う熱抵抗の増加も低減できる。
【００１９】
第１，第２の圧接電極の金属ポストを、同じ分割構造にすることにより、第１の圧接電極側と第２の圧接電極側の熱膨張差が小さくなり、上下の熱膨張バランスを取れる。よって、チップの横方向への応力を更に緩和できる。
【００２０】
また、半導体チップと第１熱緩衝板、及び／または半導体チップと第２熱緩衝板との間に軟金属板を設ければ、第１の圧接電極と第２の圧接電極への圧力の印加時に、半導体チップと第１熱緩衝板、及び／または半導体チップと第２熱緩衝板との間の特定の領域に応力が集中するのを防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置を示す断面図である。図１において、１はエミッタ電極（第１の圧接電極）、２はコレクタ電極（第２の圧接電極）、３は絶縁素材からなるエミッタ側ガイド（第１のガイド）、４は絶縁素材からなるコレクタ側ガイド（第２のガイド）、５はＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ等の半導体チップ、６はエミッタ側熱緩衝板（第１熱緩衝板）、７はコレクタ側熱緩衝板（第２熱緩衝板）、１０は金属板である。
【００２２】
すなわち、複数の半導体チップ（例えばＩＧＢＴ）５は同一平面上に配置されており、これら半導体チップ５のエミッタ側には複数の熱緩衝板６が、コレクタ側には複数の熱緩衝板７がそれぞれ配置されている。上記各熱緩衝板６には、金属板１０を介在してエミッタ電極１の金属ポストが当接するように配置されている。一方、上記各熱緩衝板７には、コレクタ電極２の金属ポストが当接するように配置されている。上記エミッタ電極１の金属ポスト間にはガイド３が設けられ、上記コレクタ電極２の金属ポスト間にはガイド４が設けられている。上記ガイド３は上記エミッタ電極１の金属ポストの位置が熱緩衝板６の位置とずれないようにするためのものであり、上記ガイド４は上記コレクタ電極２の金属ポストの位置が熱緩衝板７の位置とずれないようにするためのものである。また、上記ガイド３と上記ガイド４は互いに噛み合わされており、熱緩衝板６、半導体チップ５及び熱緩衝板７の上下方向の位置出しを行うようになっている。そして、上記エミッタ電極１と上記コレクタ電極２との間に高い圧力が印加され、金属板１０、熱緩衝板６、半導体チップ５及び熱緩衝板７が一括して圧接される。
【００２３】
上記のような構成において、コレクタ側にガイド４を使用して、コレクタ電極２の金属ポストと噛み合わせて位置出しし、且つ分割された熱緩衝板７と金属ポストの位置出しを行う。また、コレクタ側にガイド４とエミッタ側のガイド３と噛み合わせて上下方向の位置出しを行うことにより、エミッタ側とコレクタ側の位置合わせの容易化が可能となり、アセンブリの作業性を向上できる。
【００２４】
このような構成によれば、コレクタ側の熱緩衝板７をエミッタ側と同様に分割するとともに、コレクタ電極２もエミッタ電極１と同様な金属ポストを有する分割構造にすることにより、エミッタ側とコレクタ側の熱膨張差が小さくなり、上下の熱膨張バランスを取れる。この結果、半導体チップ５の横方向への応力を緩和でき、熱疲労試験耐量を向上できる。
【００２５】
図２は、この発明の第２の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置の断面図である。図２において、図１と同一構成部には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわち、この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態における金属板１０を設けず、熱緩衝板６をエミッタ電極１の金属ポストで直接的に圧接するものである。
【００２６】
このような構成であっても、基本的には上述した第１の実施の形態と同様であり、同じ作用効果が得られる。
【００２７】
図３及び図４はそれぞれ、この発明の第３，第４の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、半導体チップとエミッタ側及びコレクタ側熱緩衝板を抽出して示す図である。すなわち、図３に示す第３の実施の形態では、エミッタ側熱緩衝板６よりコレクタ側熱緩衝板７のサイズを小さくし、図４に示す第４の実施の形態では、エミッタ側熱緩衝板６よりもコレクタ側熱緩衝板７のサイズを大きくしている。
【００２８】
上記のようにエミッタ側及びコレクタ側の熱緩衝板６，７の大きさを非対称とすることにより、エミッタ側及びコレクタ側の熱緩衝板６，７の位置ずれに対してマージンを取ることが可能になるので、半導体チップ５への片当たりを防止できる。また、熱緩衝板７とコレクタ電極２の分割構造化に伴う熱抵抗の増加を低減できる。
【００２９】
なお、図３ではコレクタ側熱緩衝板７よりもエミッタ側熱緩衝板６が厚く、図４ではエミッタ側熱緩衝板６よりもコレクタ側熱緩衝板７が厚くなっているが、図１及び図２に示したように両熱緩衝板６，７が同じ厚さの場合も含めて、効果に変わりはない。
【００３０】
また、熱緩衝板６，７のサイズではなく、エミッタ電極１とコレクタ電極２における金属ポストの圧接面のサイズを変えても良い。エミッタ電極１の金属ポストの圧接面の大きさとコレクタ電極２の金属ポストの圧接面の大きさを非対称（エミッタ側＜コレクタ側）にすることにより、エミッタ電極１及びコレクタ電極２の金属ポストの位置ずれに対してマージンを取ることが可能になる。よって、熱緩衝板６，７への片当たりを防止できる。また、熱緩衝板７とコレクタ電極２の分割構造化に伴う熱抵抗の増加を低減できる。
【００３１】
図５は、この発明の第５の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、エミッタ電極１及びコレクタ電極２の構成例を示す図である。この電極は、ベース板９と、このベース板９に装着され、金属ポストとして働く複数のブロック部８とからなる。
【００３２】
このように、コレクタ電極２の金属ポストと、エミッタ電極１の金属ポストを同様な分割構造にすることにより、エミッタ側とコレクタ側の熱膨張差が小さくなり、上下の熱膨張バランスを取れる。その結果、半導体チップ１の横方向への応力を更に緩和できる。
【００３３】
図６及び図７はそれぞれ、この発明の第６，第７の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、図１及び図２に示したコレクタ側ガイド４を抽出して示している。図６に示すガイド４は熱緩衝板７のコーナー部と噛み合わせるための段付きであり、図７に示すガイド４はストレート形状であるが、いずれの形状であってもガイドとしての機能に大差はない。
【００３４】
図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、この発明の第８の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するための図であり、半導体チップと熱緩衝板との間に軟金属板を設けるものである。（ａ）図の例では半導体チップ５とエミッタ側熱緩衝板６との間に軟金属板１１−１を、（ｂ）図の例では半導体チップ５とコレクタ側熱緩衝板７との間に軟金属板１１−２をそれぞれ設けている。また、（ｃ）図の例では、半導体チップ５とエミッタ側熱緩衝板６、及びコレクタ側熱緩衝板７との間の両方に軟金属板１１−１，１１−２を設けている。上記軟金属板１１−１，１１−２としては、例えばアルミニウム板や銅板が用いられる。
【００３５】
上記軟金属板１１−１，１１−２は、エミッタ電極１とコレクタ電極２の圧接時に、半導体チップ５とエミッタ側熱緩衝板６、及び／または半導体チップ５とコレクタ側熱緩衝板７との間の特定の領域に応力が集中するのを防止するものであり、いずれの構成であってもこの発明の所期の作用効果に代わりはない。
【００３６】
以上実施の形態を用いてこの発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、熱疲労試験耐量を向上できるマルチチップ平型圧接構造の半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置の断面図。
【図２】この発明の第２の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置の断面図。
【図３】この発明の第３の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、半導体チップとエミッタ側及びコレクタ側熱緩衝板を抽出して示す図。
【図４】この発明の第４の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、半導体チップとエミッタ側及びコレクタ側熱緩衝板を抽出して示す図。
【図５】この発明の第５の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、エミッタ電極及びコレクタ電極の構成例を示す図。
【図６】この発明の第６の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、コレクタ側ガイドを抽出して示す図。
【図７】この発明の第７の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するためのもので、コレクタ側ガイドを抽出して示す図。
【図８】この発明の第８の実施の形態に係るマルチチップ平型圧接構造の半導体装置について説明するための図。
【図９】従来のマルチチップ平型圧接構造の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
１…エミッタ電極（第１の圧接電極）、
２…コレクタ電極（第２の圧接電極）、
３…エミッタ側ガイド（第１のガイド）、
４…コレクタ側ガイド（第２のガイド）、
５…半導体チップ、
６…エミッタ側熱緩衝板（第１熱緩衝板）、
７…コレクタ側熱緩衝板（第２熱緩衝板）、
８…ブロック部、
９…ベース板、
１０…金属板、
１１−１，１１−２…軟金属板。
【図１】
0003920552.tif 000002
【図２】
0003920552.tif 000003
【図３】
0003920552.tif 000004
【図４】
0003920552.tif 000005
【図５】
0003920552.tif 000006
【図６】
0003920552.tif 000007
【図７】
0003920552.tif 000008
【図８】
0003920552.tif 000009
【図９】
0003920552.tif 000010