(57)【要約】【課題】半導体チップおよび半導体チップの周辺部材が破損することを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体装置は、第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップを備える。絶縁部が、半導体チップの側面の外周を取り囲む。補強部材が、半導体チップの側面と絶縁部の内側面との間に配置され、半導体チップの側面の外周を取り囲む。第１の保持部および第２の保持部が、補強部材の上面および底面から補強部材を挟持する。第１および第２の保持部は、補強部材の内壁面に対向する突出部を有する。補強部材の内径をΦ１ｉｎとし、補強部材の外径をΦ１ｏｕｔとし、第１または第２の保持部の突出部の外径をΦ２とし、絶縁部の内径をΦ３とした場合に、Φ１ｉｎ−Φ２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ  を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップと、
前記半導体チップの側面の外周を取り囲む絶縁部と、
前記半導体チップの側面と前記絶縁部の内側面との間に配置され、前記半導体チップの側面の外周を取り囲む補強部材と、
前記補強部材の上面および底面から前記補強部材を挟持する第１の保持部および第２の保持部とを備え、
前記第１および第２の保持部は、前記補強部材の内壁面に対向する突出部を有し、
前記補強部材の内径をΦ１ｉｎとし、前記補強部材の外径をΦ１ｏｕｔとし、前記第１または第２の保持部の前記突出部の外径をΦ２とし、前記絶縁部の内径をΦ３とした場合に、
Φ１ｉｎ−Φ２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ      式１
式１を満たす、半導体装置。
【請求項２】
前記補強部材を前記絶縁部の方向または前記突出部の方向へ移動させたときに、前記補強部材の外壁面が前記絶縁部に接触すること無く、前記補強部材の内壁面が前記突出部に接触する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記補強部材を前記絶縁部の方向または前記突出部の方向へ移動させたときに、前記補強部材の移動は、前記突出部によって制限されている、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記補強部材は略円筒形であり、
前記第１および第２の保持部は環状である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップと、
前記半導体チップの側面の外周を取り囲む絶縁部と、
前記半導体チップの側面に設けられ、前記第１の端子面と前記第２の端子面との間を電気的に絶縁する絶縁保護部と、
前記絶縁保護部と前記絶縁部の内側面との間に配置され、前記半導体チップの側面の外周を取り囲む補強部材と、を備え、
前記補強部材の内径をΦ１ｉｎとし、前記補強部材の外径をΦ１ｏｕｔとし、前記絶縁保護部の外径をΦ１２とし、前記絶縁部の内径をΦ３とした場合に、
Φ１ｉｎ−Φ１２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ      式２
式２を満たす、半導体装置。
【請求項６】
前記補強部材を前記絶縁部の方向または前記突出部の方向へ移動させたときに、前記補強部材の外壁面が前記絶縁部に接触すること無く、前記補強部材の内壁面が前記絶縁保護部に接触する、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記補強部材を前記絶縁部の方向または前記突出部の方向へ移動させたときに、前記補強部材の移動は、前記絶縁保護部によって制限されている、請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記補強部材は略円筒形である、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧接型半導体装置は、大きな電流をスイッチングするために、内部に半導体チップを有する。半導体チップは、大電流をスイッチングするので、破損したときに高熱を伴って内部の気体が漏洩することがある。このような場合、半導体チップだけでなく、圧接型半導体装置を構成する半導体チップの周辺部材も同様に破損する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０８４９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップおよび半導体チップの周辺部材が破損することを抑制することができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態による半導体装置は、第１の端子面および該第１の端子面の反対側に第２の端子面を含む半導体チップを備える。絶縁部が、半導体チップの側面の外周を取り囲む。補強部材が、半導体チップの側面と絶縁部の内側面との間に配置され、半導体チップの側面の外周を取り囲む。第１の保持部および第２の保持部が、補強部材の上面および底面から補強部材を挟持する。第１および第２の保持部は、補強部材の内壁面に対向する突出部を有する。補強部材の内径をΦ１ｉｎとし、補強部材の外径をΦ１ｏｕｔとし、第１または第２の保持部の突出部の外径をΦ２とし、絶縁部の内径をΦ３とした場合に、
Φ１ｉｎ−Φ２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ  式１
式１を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態による半導体装置１００の構成の一例を示す断面図および斜視図。
【図２】第１の保持部７１、補強部材８０および第２の保持部７２の構成の一例を示す斜視図。
【図３】第１および第２の保持部７１、７２、補強部材８０および外側絶縁部６０のそれぞれの径を示す概念図。
【図４】補強部材８０が移動したときの様子を示す概念図。
【図５】第２の実施形態による半導体装置２００の構成の一例を示す断面図および斜視図。
【図６】絶縁保護部９０、補強部材８０および外側絶縁部６０のそれぞれの径を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。以下の実施形態において、半導体装置の上下方向は、便宜的に電流の流れる方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１の実施形態による半導体装置１００の構成の一例を示す断面図および斜視図である。半導体装置１００は、特に限定しないが、例えば、変電設備または電車等に用いられる圧接型半導体装置であり、大電流（例えば、２０００Ａ以上）をスイッチングするために用いられる。
【０００９】
半導体装置１００は、半導体チップ１０と、緩衝部２１、２２と、電極部３１、３２と、接続部４１、４２と、封止部５０と、外側絶縁部６０と、第１の保持部７１と、第２の保持部７２と、補強部材８０と、絶縁保護部９０とを備えている。
【００１０】
半導体チップ１０は、電流をスイッチングする素子であり、例えば、シリコン基板に形成されたトランジスタ（図示せず）を備えている。半導体チップ１０の上面および裏面は、端子対を成しており、上面側から裏面側へ電流を流しあるいは裏面側から上面側へ電流を流す。例えば、半導体チップ１０の上面は第１の端子面として高電圧が印加される。一方、半導体チップ１０の裏面は第２の端子面として接地電位に維持される。尚、半導体チップ１０のゲートについては省略している。また、接地電位は回路全体の基準（０Ｖ）を指すものではなく、素子の基準電位（ゲート電位の基準）を示す。
【００１１】
半導体チップ１０の上面には、緩衝部２１が設けられている。半導体チップ１０の裏面には、緩衝部２２が設けられている。緩衝部２１、２２は、半導体装置１００の電極部３１、３２を圧接するときに、電極部３1、３２から半導体チップ１０が受ける熱応力を緩和するために設けられている。緩衝部２１、２２には、半導体チップ１０と電極部３１、３２との間を電気的に接続するために、例えば、モリブデン等の導電性金属を用いる。
【００１２】
緩衝部２１上には、電極部３１が設けられている。緩衝部２２の下には、電極部３２が設けられている。電極部３１は、緩衝部２１を介して半導体チップ１０の上面（第１の端子面）に電気的に接続されている。電極部３２は、緩衝部２２を介して半導体チップ１０の裏面（第２の端子面）に電気的に接続されている。電極部３１、３２には、例えば、銅等の導電性金属を用いる。
【００１３】
電極部３１の周縁には、接続部４１が設けられている。電極部３２の周縁には、接続部４２が設けられている。接続部４１は、電極部３１と封止部５０または外側絶縁部６０との間に設けられている。接続部４２は、電極部３２と外側絶縁部６０との間に設けられている。接続部４１、４２は、電極部３１、３２の表面または裏面を外部に露出させつつ、外側絶縁部６０で囲まれた半導体チップ１０等の内部構成を密閉するために設けられている。接続部４１、４２は、機械的強度が高くかつ融点の高い導電性金属であることが好ましい。例えば、接続部４１には銅を用いる。接続部４２には、鉄およびニッケルの合金を用いる。
【００１４】
接続部４１と接続部４２との間には、絶縁部としての外側絶縁部６０が設けられている。外側絶縁部６０は、半導体チップ１０の側面の外周を取り囲むように設けられている。外側絶縁部６０は、図１（Ｂ）に示すように、円筒形状を有し、例えば、セラミック等の絶縁材料を用いる。外側絶縁部６０は、接続部４１、４２とともに半導体チップ１０等を密閉する。また、外側絶縁部６０は、接続部４１と接続部４２との間および電極部３１と電極部３２との間を絶縁するために設けられている。また、外側絶縁部６０は、半導体チップ１０等の側面の外周を取り囲み、半導体チップ１０等の内部部品を保護するために設けられている。
【００１５】
補強部材８０は、半導体チップ１０の側面を被覆する絶縁保護部９０と外側絶縁部６０の内壁面６５との間に配置されている。補強部材８０は、半導体チップ１０の側面の外周を取り囲んでいる。補強部材８０は、半導体チップ１０が破損したときに、半導体チップ１０の破片が外側絶縁部６０に接触し、外側絶縁部６０が破損することを抑制する。即ち、補補強部材８０は、外側絶縁部６０を保護するために設けられている。
【００１６】
補強部材８０は、略円筒形を有しており、その上面および底面は、第１の保持部７１および第２の保持部７２によって挟持されている。補強部材８０は、電気的な絶縁材料を用いて形成されている。補強部材８０には、例えば、ガラス繊維強化プラスチック、ＦＲＰ、ガラスフィラー、ＰＴＦＥ、セラミックス、シリコン窒化物、Ａｌ２Ｏ３、または、ジルコニアのいずれかを用いる。尚、補強部材８０は、外側絶縁部６０の破損を抑制するために、外側絶縁部６０よりも強度（剛性）の高い材料を用いることが好ましい。しかし、補強部材８０は衝撃を吸収して外側絶縁部６０の破損を抑制できればよく、外側絶縁部６０よりも強度（剛性）の低い材料を用いても構わない。
【００１７】
第１の保持部７１および第２の保持部７２は、補強部材８０の上面および底面から補強部材８０を挟持している。即ち、第１の保持部７１および第２の保持部７２は補強部材８０を上下方向（Ｄ１方向）から挟みこみ、該補強部材８０を保持する。補強部材８０は、第１の保持部７１および第２の保持部７２によって挟持されているが、接着剤や溶接等で第１の保持部７１および第２の保持部７２に固着されてはいない。第１および第２の保持部７１、７２には、例えば、シリコーンラバー等を用いる。
【００１８】
第１および第２の保持部７１、７２は、補強部材８０の内壁側において突出する突出部７５、７６をそれぞれ有する。突出部７５、７６は、補強部材８０の内周に沿って形成されている。第１の保持部７１は、補強部材８０の上面に接触しており、突出部７５は、補強部材８０の上端から下方に向かって突出している。これにより、突出部７５は、補強部材８０の上部内壁面に対向する対向面（図２（Ａ）の側面Ｆ１）を有する。第２の保持部７２は、補強部材８０の底面に接触しており、突出部７６は、補強部材８０の下端から上方に向かって突出している。これにより、突出部７６は、補強部材８０の下部内壁面に対向する対向面（図２（Ｃ）の側面Ｆ２）を有する。
【００１９】
突出部７５、７６が補強部材８０の内壁側において突出していることによって、補強部材８０は外側絶縁部６０の方向または突出部７５、７６の方向（Ｄ２方向）において或る程度保持されている。ただし、補強部材８０の内壁面と突出部７５、７６とは密着しているわけではなく、補強部材８０の内壁面と突出部７５、７６との間には、隙間（クリアランス）がある。また、上述のとおり、補強部材８０は、第１および第２の保持部７１、７２に接着されているわけではない。従って、補強部材８０は、第１の保持部７１と第２の保持部７２との間において、Ｄ２方向へ幾分移動する（ずれる）ことができる。このとき、補強部材８０は、外側絶縁部６０の内壁面６５に接触する前に、突出部７５または７６に接触することによって停止する。例えば、補強部材８０が図１（Ａ）の紙面において左方向へ移動すると、図１（Ａ）の紙面の右側にある突出部７５または７６が補強部材８０に引っ掛かる。これにより、補強部材８０は、それ以上、左方向へ移動しない。一方、補強部材８０が図１（Ａ）の紙面において右方向へ移動すると、図１（Ａ）の紙面の左側にある突出部７５または７６が補強部材８０に引っ掛かる。これにより、補強部材８０は、それ以上、右方向へ移動しない。このように、突出部７５または７６は、補強部材８０のＤ２方向への移動を制限している。補強部材８０のＤ２方向の移動については、後でより詳細に説明する。
【００２０】
絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の側面（外縁）および緩衝部２１、２２の側面（外縁）に設けられている。絶縁保護部９０は、例えば、樹脂等の絶縁材料を用いて形成されている。絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の側面および緩衝部２１、２２の側面を保護する。さらに、絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の表面の端子面と裏面の端子面との間の短絡を抑制し、緩衝部２１と緩衝部２２との間の短絡を抑制し、かつ、電極部３１と電極部３２との間の短絡を抑制する。
【００２１】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、それぞれ第１の保持部７１、補強部材８０および第２の保持部７２の構成の一例を示す斜視図である。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、第１の保持部７１は、円環状の形状を有し、突出部７５を有する。即ち、第１の保持部７１は、図２（Ａ）に示すように段差ＳＴ１を有するように形成されている。この段差ＳＴ１（突出部７５）が補強部材８０の上部に嵌まることによって、補強部材８０を保持する。尚、段差ＳＴ１の側面Ｆ１が補強部材８０の内壁面と対向する対向面となる。
【００２３】
図２（Ｃ）に示すように、第２の保持部７２は、円環状の形状を有し、突出部７６を有する。即ち、第２の保持部７２は、図２（Ｃ）に示すように段差ＳＴ２を有するように形成されている。この段差ＳＴ２（突出部７６）が補強部材８０の底部に嵌まることによって、補強部材８０を保持する。尚、段差ＳＴ２の側面Ｆ２が補強部材８０の内壁面と対向する対向面となる。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、補強部材８０は円筒状に形成されている。補強部材８０は、第１の保持部７１および第２の保持部７２によってＤ１方向から挟持される。このとき、段差ＳＴ１（突出部７５）および段差ＳＴ２（突出部７６）が補強部材８０に嵌まることによって、補強部材８０は保持される。補強部材８０、第１の保持部７１および第２の保持部７２は、外側絶縁部６０とほぼ同心円となるように配置される。
【００２５】
図３は、第１および第２の保持部７１、７２、補強部材８０および外側絶縁部６０のそれぞれの径を示す概念図である。尚、図３では、第１または第２の保持部７１、７２と補強部材８０との間の間隙、および、外側絶縁部６０と補強部材８０との間の間隙は、理解し易いように誇張して図示されている。
【００２６】
補強部材８０の内径をΦ１ｉｎとし、補強部材８０の外径をΦ１ｏｕｔとする。また、突出部７５または７６の外径（段差ＳＴ１の側面Ｆ１または段差ＳＴ２の側面Ｆ２の径）をΦ２とする。さらに、外側絶縁部６０の内径（内側面６５の径）をΦ３とする。この場合、式１を満たすように第１の保持部７１、第２の保持部７２、補強部材８０および外側絶縁部６０は形成される。
Φ１ｉｎ−Φ２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ      式１
【００２７】
式１について、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を参照して説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、補強部材８０が移動したときの様子を示す概念図である。
【００２８】
例えば、図４（Ａ）に示すように、半導体チップ１０の一部が局所的に破損した場合、破損ＤＭによって補強部材８０が矢印Ａの方向に移動する。ここで、補強部材８０の内径と突出部７５または７６の外径との差（Φ１ｉｎ−Φ２）は、補強部材８０の外径と外側絶縁部６０の内径との差（Φ３−Φ１ｏｕｔ）よりも小さい。即ち、補強部材８０と突出部７５または７６との間の間隙（例えば、数１００ｎｍ〜０．５ｍｍ）は、補強部材８０と外側絶縁部６０との間の間隙（例えば、数ｍｍ）よりも小さい。従って、補強部材８０が移動したときに、補強部材８０の外壁面が外側絶縁部６０に接触すること無く、補強部材８０の内壁面が突出部７５または７６に接触する。即ち、突出部７５または７６がストッパとなって補強部材８０の移動を制限する。これにより、補強部材８０が外側絶縁部６０に接触することを抑制し、外側絶縁部６０が破損してしまうことを抑制することができる。その結果、破損ＤＭを半導体装置の内部のみに留めることができる。外側絶縁部６０は半導体装置の最も外側に設けられた部材であるため、外側絶縁部６０の破損を抑制することによって、半導体装置の安全性が向上する。
【００２９】
尚、補強部材８０が移動したとき、補強部材８０は、突出部７５、７６の両方に接触してもよいが、いずれか一方に接触してもよい。即ち、突出部７５、７６の側面Ｆ１、Ｆ２の両方の径が上記式１を満たしてもよく、いずれか一方の径が上記式１を満たしてもよい。これは、補強部材８０が突出部７５、７６のいずれか一方に接触しても、補強部材８０の移動を制限することができるからである。勿論、補強部材８０が突出部７５、７６の両方に接触してもよい。これにより、補強部材８０の移動を確実に制限することができる。
【００３０】
外側絶縁部６０および補強部材８０が円筒形状であり、第１および第２の保持部７１が円環状である。また、外側絶縁部６０、補強部材８０、第１および第２の保持部７１は略同心円状に配置される。これによって、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示すように、補強部材８０がいずれの方向に移動しても、第１または第２の保持部７１、７２は、補強部材８０の移動を制限し、外側絶縁部６０の破損を抑制することができる。
【００３１】
このように本実施形態によれば、上記式１を満たすように第１の保持部７１、補強部材８０および第２の保持部７２が形成されることによって、補強部材８０の外壁面が外側絶縁部６０に接触する前に、補強部材８０の内壁面が突出部７５または７６に接触する。このように、突出部７５、７６が補強部材８０の移動を制限することによって、外側絶縁部６０の破損を抑制し、半導体装置の安全性を向上させることができる。
【００３２】
例えば、圧接型半導体装置等の大電流をスイッチングするような半導体装置であっても、外側絶縁部６０の破損が抑制される。これにより、半導体チップ１０が膨大なエネルギーにより高熱を伴って溶解しても、その溶解物が外側絶縁部６０の外部へ漏洩することを抑制できる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第２の実施形態による半導体装置２００の構成の一例を示す断面図および斜視図である。半導体装置２００は、第１および第２の保持部７１、７２の突出部７５、７６よりも絶縁保護部９０の外側面９５の方が補強部材８０に接近している。従って、補強部材８０が移動したときに、補強部材８０の内壁面は、絶縁保護部９０の外側面９５に接触する。このように、第２の実施形態では、絶縁保護部９０が補強部材８０のストッパとして機能し、補強部材８０の移動を制限する。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。
【００３４】
図６は、絶縁保護部９０、補強部材８０および外側絶縁部６０のそれぞれの径を示す概念図である。絶縁保護部９０の外径（外壁面９５の径）をΦ２とすると、式２を満たすように絶縁保護部９０、補強部材８０および外側絶縁部６０は形成される。
Φ１ｉｎ−Φ１２＜Φ３−Φ１ｏｕｔ      式２
【００３５】
例えば、図４（Ａ）を参照して説明したように、半導体チップ１０の一部が局所的に破損した場合、破損ＤＭによって補強部材８０が矢印Ａの方向に移動する。ここで、補強部材８０の内径と絶縁保護部９０の外径との差（Φ１ｉｎ−Φ１２）は、補強部材８０の外径と外側絶縁部６０の内径との差（Φ３−Φ１ｏｕｔ）よりも小さい。即ち、補強部材８０と絶縁保護部９０との間の間隙は、補強部材８０と外側絶縁部６０との間の間隙よりも小さい。従って、補強部材８０が移動したときに、補強部材８０の外壁面が外側絶縁部６０に接触すること無く、補強部材８０の内壁面が絶縁保護部９０の外壁面９５に接触する。即ち、絶縁保護部９０がストッパとなって、補強部材８０に引っ掛かり、補強部材８０の移動を制限する。これにより、補強部材８０が外側絶縁部６０に接触することを抑制し、外側絶縁部６０が破損してしまうことを抑制することができる。これにより、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
尚、絶縁保護部９０は、半導体チップ１０の外周全体に設けられている。これにより、補強部材８０がいずれの方向に移動しても、絶縁保護部９０は、補強部材８０の移動を制限し、外側絶縁部６０の破損を抑制することができる。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１００・・・半導体装置、１０・・・半導体チップ、２１、２２・・・緩衝部、３１、３２・・・電極部、４１、４２・・・接続部、５０・・・封止部、６０・・・外側絶縁部、７１・・・第１の保持部、７２・・・第２の保持部、７５、７６・・・突出部、８０・・・補強部材、９０・・・絶縁保護部
【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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