(57)【要約】【課題】安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１導体と、一方の面に第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する半導体チップと、前記第１導体と前記第１電極との間に設けられた導電性の第１接合材と、第１面を有する第１部分と、前記第１部分と半導体チップとの間に設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する第２部分と、を有する第２導体と、前記第２電極と前記第２面との間に設けられた導電性の第２接合材と、前記半導体チップの少なくとも周縁部を覆うように設けられた樹脂部材と、を備える。【選択図】図２
2017103279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導体と、
一方の面に第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する半導体チップと、
前記第１導体と前記第１電極との間に設けられた導電性の第１接合材と、
第１面を有する第１部分と、前記第１部分と半導体チップとの間に設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する第２部分と、を有する第２導体と、
前記第２電極と前記第２面との間に設けられた導電性の第２接合材と、
前記半導体チップの少なくとも周縁部を覆うように設けられた樹脂部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第２部分は、前記第２面に直交する第１方向に延びる柱状体であり、前記第１面は、前記第２面に平行である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記樹脂部材は、前記第２部分の側面を覆うように設けられた請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップは、前記他方の面に制御電極をさらに有し、
前記第２導体と前記制御電極との間に設けられ、前記制御電極に接続された配線を含む基板をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つの記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１導体および前記第２導体を取り囲むケース部材をさらに備え、
前記樹脂部材は、前記第１導体、前記第２導体および前記ケース部材によって囲まれた部分に充填された請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記樹脂部材は、前記半導体チップの少なくとも周縁部を覆うように設けられた第１樹脂部材と、前記第１樹脂部材の周囲を覆うように設けられ、前記第１樹脂部材よりも大きい圧縮強さを有する第２樹脂部材と、を含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材との間に保持部材をさらに備えた請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
第１導体と、
一方の面にそれぞれ第１電極を有し、他方の面にそれぞれ第２電極を有する複数の半導体チップと、
前記第１導体と前記各第１電極との間に設けられた導電性の第１接合材と、
第１面をそれぞれ有する第１部分と、前記第１部分と前記複数の半導体チップとの間にそれぞれ設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する複数の第２部分と、を有する第２導体と、
前記第２電極と前記第２面との間にそれぞれ設けられた導電性の第２接合材と、
前記複数の半導体チップのそれぞれの少なくとも周縁部を覆うように設けられた樹脂部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項９】
第１導体と、
一方の面に第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する半導体チップと、前記第１導体と前記第１電極との間に設けられた導電性の第１接合材と、第１面を有する第１部分と、前記第１部分と半導体チップとの間に設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する第２部分と、を有する第２導体と、前記第２電極と前記第２面との間に設けられた導電性の第２接合材と、前記半導体チップの少なくとも周縁部を覆うように設けられた樹脂部材と、を有する複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子のそれぞれの前記第１導体同士を接続する導電性の第３接合材と、
前記複数の半導体素子のそれぞれの前記第２導体同士を接続する導電性の第４接合材と、
を備えた半導体装置。
【請求項１０】
第１導体と、
第２導体と、
前記第１導体と前記第２導体との間に設けられた第１弾性部材と、
第１面を有する第１部分と、前記第１部分と前記第１導体との間に設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する第２部分と、を有する第３導体と、
第３面を有する第３部分と、前記第３部分と前記第２導体との間に設けられ前記第３面の面積よりも狭い面積の第４面を有する第４部分と、を有する第４導体と、
前記第１部分と前記第３部分との間に設けられた第２弾性部材と、
前記第１導体と前記第３導体との間で、前記第１導体に電気的に接続された第１端部と、
前記第２導体と前記第４導体との間で、前記第２導体に電気的に接続された第２端部と、
前記第１端部と前記第２端部との間に弾性を有する第５部分を含む第１導電部材と、
前記第１導体と前記第１部分との間で、前記第１部分に電気的に接続された第３端部と、
前記第２導体と前記第３部分との間で、前記第３部分に電気的に接続された第４端部と、
前記第３端部と前記第４端部との間に弾性を有する第６部分を含む第２導電部材と、
前記第１導体と前記第２部分との間に設けられ、一方の面に第１電極と他方の面に第２電極とを有し、前記第１電極と前記第１導体との間の接合材によって前記第１導体に接続され、前記第２電極と前記第２部分との間の接合材によって前記第２部分に接続された第１半導体チップと、
前記第２導体と前記第４部分との間に設けられ、一方の面に第３電極と他方の面に第４電極とを有し、前記第３電極と前記第２導体との間の接合材によって前記第２導体に接続され、前記第４電極と前記第４部分との間の接合材によって前記第４部分に接続された第２半導体チップと、
前記第１半導体チップおよび前記第２半導体チップの少なくとも周縁部を覆う樹脂部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項１１】
前記第２導電部材は、前記第３端部が前記第２部分の周囲を取り囲んで前記第１部分に接続されるとともに、前記第６部分が前記第２部分の周囲を取り囲んでいる請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２導電部材は、前記第３端部が前記第２部分と前記第３部分との間で前記第１部分に接続され、前記第４端部が前記第４部分と前記第１部分との間で前記第３部分に接続され、前記第６部分が前記第３端部と前記第１部分との接続位置を始点として設けられた請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１主面および前記第２主面上に設けられた第１絶縁層と、
前記第１導体の第１半導体チップが設けられたのとは反対側の面および前記第２導体の第２半導体チップが設けられたのとは反対側の面に設けられた第２絶縁層と、
をさらに備え、
前記第１導体は、第１方向に延伸する第１端子を有し、
前記第３導体は、第２方向に延伸する第２端子を有する請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数キロボルト（ｋＶ）の高電圧や数キロアンペア（ｋＡ）の大電流を取り扱う半導体装置では、動作時の温度上昇を極力抑制する必要があり、スイッチング素子を多数個並列接続して動作させる場合がある。
【０００３】
並列に接続された複数のスイッチング素子を単一のパッケージに搭載した半導体モジュールがある。このような半導体モジュールでは、低熱抵抗を実現するとともに、高い安全性を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３０３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態の目的は、安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る半導体装置は、第１導体と、一方の面に第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する半導体チップと、前記第１導体と前記第１電極との間に設けられた導電性の第１接合材と、第１面を有する第１部分と、前記第１部分と半導体チップとの間に設けられ前記第１面の面積よりも狭い面積の第２面を有する第２部分と、を有する第２導体と、前記第２電極と前記第２面との間に設けられた導電性の第２接合材と、前記半導体チップの少なくとも周縁部を覆うように設けられた樹脂部材と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図、および図１（ｃ）は底面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ'矢視断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
【図３】図３（ａ）は、半導体チップの平面図であり、図３（ｂ）は、半導体チップの底面図である。図３（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
【図４】半導体装置のゲート配線基板の底面図である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施形態の半導体装置を例示する斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の半導体装置の分解組立図である。
【図６】図６（ａ）は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ'矢視断面図である。
【図７】第２の実施形態の半導体装置の第１樹脂部材のためのカバーを例示する斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る半導体装置を例示する図である。図８（ａ）は図８（ｂ）のＥ−Ｅ'矢視断面図、図８（ｂ）は平面図、および図８（ｃ）は底面図である。
【図９】第４の実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図９（ａ）は図９（ｂ）のＦ−Ｆ'矢視断面図であり、図９（ｂ）は平面図であり、および図９（ｃ）は底面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第５の実施形態の半導体装置のゲート配線基板の底面図である。図１０（ｂ）は、第５の実施形態に係る半導体装置の第２導体を例示する底面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＧ−Ｇ'矢視断面図である。図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）のＨ−Ｈ'矢視断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第５の実施形態の半導体装置の第２導体にゲート配線基板を配置した状態を例示する底面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＫ−Ｋ'矢視断面図である。
【図１２】第６の実施形態に係る半導体装置の一部を拡大した図であり、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は正面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の平面図である。
【図１３】第７の実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１３（ａ）は、平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＭ−Ｍ'矢視断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第７の実施形態の半導体装置の半導体素子を例示する断面図である。図１４（ｂ）は、第７の実施形態の半導体装置のゲート配線基板を例示する平面図である。
【図１５】第７の実施形態の半導体装置を例示する一部分解組立図である。
【図１６】第８の実施形態の半導体装置を例示する図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面図である。
【図１７】図１７（ａ）は、図１６（ｂ）のＰ−Ｐ'矢視断面図である。図１７（ｂ）は、図１６（ｂ）のＱ−Ｑ'矢視断面図である。図１７（ｃ）は、Ｒ−Ｒ'矢視断面図である。
【図１８】第８の実施形態の半導体装置の一部を例示する、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面に相当する断面図である。
【図１９】第８の実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、第８の実施形態の半導体装置の導電性弾性部材のバリエーションを例示する断面図である。図２０（ｅ）は、図２０（ｄ）の平面図である。
【図２１】第８の実施形態の半導体装置の短絡板を例示する平面図である。
【図２２】第８の実施形態の半導体装置の動作を説明するための断面図である。
【図２３】第９の実施形態の半導体装置を例示する、図１６（ｂ）のＲ−Ｒ'矢視断面に相当する断面図である。
【図２４】第９の実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
【図２５】第１０の実施形態の半導体装置を例示する、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する正面図（図１（ａ））、平面図（図１（ｂ））、および底面図（図１（ｃ））である。
図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ'矢視断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
図３（ａ）は、半導体チップの平面図であり、図３（ｂ）は、半導体チップの底面図である。図３（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
図４は、半導体装置のゲート配線基板の底面図である。
図５（ａ）は、第１の実施形態の半導体装置を例示する斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の半導体装置の分解組立図である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体装置１は、第１導体１０と、半導体チップ１２と、導電性接合材１４，１８と、第２導体１６と、樹脂部材２０と、を備える。半導体装置１は、ゲート配線基板２２をさらに備える。また、半導体装置１は、コレクタ引出電極３１と、エミッタ引出電極３０と、ゲート引出電極３２と、を含む。コレクタ引出電極３１は、第１導体１０に電気的に接続されている。エミッタ引出電極３０は、第２導体１６に電気的に接続されている。ゲート引出電極３２は、ゲート配線基板２２に内部で電気的に接続されている。コレクタ引出電極３１、エミッタ引出電極３０、およびゲート引出電極３２は、これらを介して半導体装置１の内部で、半導体チップ１２の各電極にそれぞれ電気的に接続されている。これらの引出電極は、外部回路との接続に用いられる。コレクタ引出電極３１やエミッタ引出電極３０には、外部回路との接続をボルト等によって行うことができるように、引出部分のほぼ中央にボルト挿通口が設けられていてもよい。後述するように、第１導体１０および第２導体１６は、半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂおよびエミッタ電極１２ｃにそれぞれ電気的に接続されており、半導体装置１は、第１導体１０および第２導体１６を用いて外部回路に接続されてもよい。第１導体１０および第２導体１６は、外部に露出した面にヒートシンク（図示せず）を接続することによって、半導体装置１の熱抵抗および過渡熱抵抗を低減させる。半導体装置１は、複数個の半導体チップ１２を含んでいる。以下では、半導体チップ１２の面に平行な方向で互いに直交するＸ軸およびＹ軸をとり、Ｘ軸およびＹ軸に直交し半導体チップのコレクタ電極１２ｂからエミッタ電極１２ｃに向かう方向を正とするＺ軸をとった直交座標系を用いる。
【０００９】
半導体チップ１２は、図１（ｂ）、図１（ｃ）および図２（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って３個、Ｙ軸方向に沿って３個の３×３のマトリクス状に配列されている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、それぞれの半導体チップ１２は、ほぼ同一のＸＹ平面内に配列されている。半導体装置１に含まれる半導体チップ１２の個数は、３×３に限らず、たとえば必要な出力電流容量に応じて任意に設定することができる。Ｘ軸方向の個数とＹ軸方向の個数は異なってもいてもよく、たとえば、１×３や、６×７等のマトリクスであってもよい。
【００１０】
半導体チップ１２は、電力用半導体チップであり、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、あるいはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の制御電極を有するスイッチング素子である。半導体チップ１２は、ＦＲＤ（Fast Recovery Diode）等のダイオードであってもよい。これらの半導体チップ１２は、すべて同一のチップでなくてもよく、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子のチップおよびＦＲＤ等のダイオードのチップが混在していてもよい。
【００１１】
以下では、半導体チップ１２が、ＩＧＢＴチップの場合について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体チップ１２は、半導体基板１２ａと、コレクタ電極１２ｂと、エミッタ電極１２ｃと、ゲート電極１２ｄと、を含む。半導体基板１２ａは、たとえばシリコン（Ｓｉ）であり、図示しないが、ＩＧＢＴチップの場合には、ｐ層と、ｐ層上に設けられたｎ層と、ｎ層内に設けられた活性領域等とを含んでいる。半導体基板１２ａは、Ｓｉ以外にも、炭化シリコン（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等であってもよい。コレクタ電極１２ｂは、半導体基板１２ａの一方の面に設けられている。コレクタ電極１２ｂは、たとえばニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等を含む合金が半導体基板１２ａの一方の面にメッキされており、半導体基板１２ａとオーミック接合されている。エミッタ電極１２ｃおよびゲート電極１２ｄは、半導体基板１２ａのコレクタ電極１２ｂとは反対側の面に設けられている。ゲート電極１２ｄは、制御電極であるためほとんど電流が流れないので、ゲート電極１２ｄの面積は、エミッタ電極１２ｃの面積よりも小さい。ゲート電極１２ｄには、ゲート配線基板２２と電気的に接続するためにゲート導体１３が接続され、ゲート導体１３の端部を接続できる程度の面積である。ゲート電極１２ｄは、この例では半導体チップ１２の４つの角のうちの１つの角の近傍に設けられている。エミッタ電極１２ｃおよびゲート電極１２ｄは、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等を蒸着やスパッタ等を用いて半導体チップ１２の活性層上に形成される。エミッタ電極１２ｃとゲート電極１２ｄとは、絶縁層１２ｅによって電気的に絶縁されている。
【００１２】
図３（ｃ）に示すように、コレクタ電極１２ｂは、導電性接合材１４を介して、第１導体１０に接合され、第１導体１０と電気的に接続されている。半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃは、導電性接合材１８を介して、第２導体１６に接合され、第２導体１６と電気的に接続されている。半導体チップ１２は、第１導体１０と、第２導体１６との間に挟持され、導電性接合材１４，１８によって、第１導体１０と第２導体１６との間の位置に保持されている。半導体チップ１２は、少なくともその周縁部が樹脂部材２０によって覆われている。樹脂部材２０は、半導体チップ１２の周囲および周縁を、半導体チップ１２が空気に触れないように密着して覆っている。樹脂部材２０は、たとえばメラミン系樹脂等の熱硬化性樹脂である。樹脂部材２０が半導体チップ１２の少なくとも周縁を密着して覆っているので、半導体チップ１２が急激に発熱した場合に、半導体チップ１２の周辺の空気や気泡が膨張して半導体装置１が爆発することを防止する。
【００１３】
第１導体１０は、平板１０ａとポスト部１０ｂとを含む。平板１０ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な第１主面１７ａを有する平板状の部分である。ポスト部１０ｂは、平板１０ａの第１主面１７ａとは反対側の面からＺ軸の正方向に延びる角柱状の部分である。ポスト部１０ｂの開放された端部には、ＸＹ平面にほぼ平行な第２主面１７ｂが設けられている。ポスト部１０ｂの第２主面１７ｂは、ほぼ正方形状であり、導電性接合材１４を介して半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂに接合される。第１導体１０には、たとえば、銅または銅を含む合金等を含む高導電率かつ高熱伝導度を有する金属材料が用いられている。
【００１４】
第２導体１６は、平板１６ａとポスト部１６ｂとを含む。平板１６ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な第１主面１９ａを有する平板状の部分である。ポスト部１６ｂは、平板１６ａの第１主面１９ａとは反対側の面からＺ軸の負方向に延びる角柱状の部分である。ポスト部１６ｂの開放された端部には、ＸＹ平面にほぼ平行な第２主面１９ｂが設けられている。ポスト部１６ｂの第２主面１９ｂは、ほぼ正方形状であり、導電性接合材１８を介して半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃに接合されている。そのため、エミッタ電極１２ｃは、第２導体１６に電気的に接続されている。第２導体１６は、第１導体１０と同じ金属材料が用いられ、たとえば、銅または銅を含む合金等が用いられている。
【００１５】
第２導体１６は、第１導体１０と同じ形状を有するようにしてもよいし、異なる形状にしてもよい。たとえば、第１導体１０のポスト部１０ｂの第２主面１７ｂの面積と、第２導体１６のポスト部１６ｂの第２主面１９ｂの面積とを異なるように設定してもよい。一般的には、半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂの面積は、エミッタ電極１２ｃの面積よりも大きいので、それぞれの面積に合わせて第２主面１７ｂ，１９ｂの面積を設定することによって、十分な接合面積を確保するとともに、組立工程を容易にすることができる。また、ポスト部１０ｂ，１６ｂは、平板１０ａ，１６ａとのそれぞれの接続部分は、直角をなすように設けられる場合に限らず、接続部分に曲率をもたせたり、鈍角を有する面で接続するようにしたりしてもよい。ポスト部１０ｂ，１６ｂの形状も角柱に限らず、多角柱や円柱等であってもよい。製造方法の説明において詳述するように、隣接するポスト部１０ｂ，１６ｂ間には樹脂部材２０が充填されるので、平板１０ａとポスト部１０ｂとの接続部分には、曲率をもたせたり、鈍角を有する面をなすようにしたりすることによって、樹脂部材２０を均一に充填することができる。さらに、ポスト部１０ｂ，１６ｂのＺ軸方向の長さ（高さ）は、同一であってもよく、異なっていてもよい。また、第１導体１０または第２導体１６のいずれか一方は、ポスト部を有さず、平板のみであってもよい。
【００１６】
第１導体１０と半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂとの接合には、導電性接合材１４が用いられる。第２導体１６と半導体チップ１２の第２導体１６との接合には導電性接合材１８が用いられる。導電性接合材１４，１８は、たとえばハンダが用いられる。ハンダ以外にも銀粒子等の導電性粒子を含む導電性接着剤等が用いられる。導電性接合材１４，１８の材料には、コレクタ電極１２ｂ，エミッタ電極１２ｃの材質に応じて異なる導電性接合材を用いてもよく、同じ材料を用いてもよい。
【００１７】
ＸＹ平面にマトリクス状に配列された複数の半導体チップ１２は、コレクタ電極１２ｂによって第１導体１０にそれぞれ電気的に接続され、エミッタ電極１２ｃによって第２導体１６にそれぞれ電気的に接続されている。そして、半導体チップ１２は、第１導体１０と第２導体１６とに挟持され、第１導体１０と第２導体１６との間の位置に保持されている。
【００１８】
半導体チップ１２のゲート電極１２ｄは、ゲート導体１３を介してゲート配線基板２２に接続されている。ゲート導体１３は、たとえばＡｌを含む合金製のワイヤである。超音波圧着等を用いて、ゲート導体１３の一端がゲート電極１２ｄに接続される。
【００１９】
半導体チップ１２のゲート電極１２ｄは、Ｚ軸方向に延びているゲート導体１３を介してゲート配線基板２２に接続される。図４に示すように、ゲート配線基板２２は、基板２２ａと配線２２ｂと接続パッド２２ｄとを含んでいる。基板２２ａは、開口部２２ｃを有している。開口部２２ｃは、第２導体１６のポスト部１６ｂのＸＹ平面に平行な断面の形状に開口された部分であり、ポスト部１６ｂに対応する位置に設けられている。基板２２ａは、たとえばポリイミド製の絶縁材料が用いられたフレキシブル基板である。ゲート配線基板２２には、フレキシブル基板に限らず、エポキシ基板やセラミック基板等を用いてもよい。配線２２ｂは、基板２２ａ上に設けられている。配線２２ｂは、Ｘ軸方向に平行な配線２２ｂ１〜２２ｂ３と、Ｙ軸に平行な配線２２ｂ４とを含んでいる。配線２２ｂ１〜２２ｂ３は、Ｙ軸方向にほぼ等間隔に離隔して配置されている。配線２２ｂ４には、配線２２ｂ１〜２２ｂ３の一端が接続されている。接続パッド２２ｄは、半導体チップ１２のゲート電極１２ｄの位置に対応する位置に設けられている。この例の場合には、半導体チップ１２は、３×３のマトリクス状に配列されるので、接続パッド２２ｄは、３×３＝９個設けられている。配線２２ｂ１〜２２ｂ３は、Ｘ軸方向に配列された接続パッド２２ｄとそれぞれ接続されている。つまり、接続パッド２２ｄは、Ｘ軸方向に配線２２ｂ１から２２ｂ３によって基板２２ａの一方の側に引き出されている。そして、引き出された配線は、配線２２ｂ４によって相互に接続されている。基板２２ａ上の一方の側には、ゲート引出電極３２のための接続パッド２２ｆが設けられている。接続パッド２２ｆと配線２２ｂ４との間に、配線２２ｂ５が設けられており、配線２２ｂ４は接続パッド２２ｆに電気的に接続されている。接続パッド２２ｆには、後述するように、ゲート引出電極３２がハンダ接合等により接続され、半導体装置１内に設けられた複数の半導体チップ１２のゲート電極１２ｄが相互に接続されて、ゲート引出電極３２に電気的に接続される。
【００２０】
なお、ゲート配線基板２２の基板２２ａ上に設けられる配線２２ｂや接続パッド２２ｄ等の配置は、半導体チップ１２の電極の配置等に応じて任意に設定することができる。また、複数の半導体チップ１２をスイッチング動作させる場合に、各半導体チップ１２のスイッチング速度のバランスをとるために、配線２２ｂの幅や長さを半導体チップ１２の位置によって変更したり、隣接する接続パッド２２ｄの間に抵抗等のインピーダンス素子等を追加することができる。
【００２１】
本実施形態の半導体装置１は、ケース２４をさらに備える。ケース２４は、第１導体１０の平板１０ａおよび第２導体１６の平板１６ａの外周部分を取り囲むように設けられる。ケース２４は、ＸＹ平面に平行な断面が方形または長方形の筒状体である。ケース２４の一面には、樹脂注入のための注入孔２６が設けられている。注入孔２６は、たとえばケース２４の一面のほぼ中央に長方形状に開口されている。開口の形状は、長方形状に限らず、正方形、円形等であってもよい。注入孔２６は、第１導体１０、第２導体１６、およびケース２４で囲まれた内部の空間に熱硬化性樹脂を充填するための開口である。ケース２４は、樹脂部材２０の充填時に樹脂部材２０が充填される領域を画定する。ケース２４の一面には、その他にゲート引出電極３２のための端子取出孔２８が開口されている。これらの開口部は、この例ではケース２４の同一の面に設けられているが、任意の面および位置に設けることができる。ケース２４は、たとえば、ポリカーボネートやポリイミド等の耐熱性の合成樹脂等が用いられる。
【００２２】
このようにして、複数の半導体チップ１２が並列に接続された半導体装置１を構成することができる。
【００２３】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
図５（ａ）に示すように、本実施形態の半導体装置１は、ＸＹ平面に平行な面がほぼ方形を含む直方体形状を有している。半導体装置１は、ＸＹ平面に平行な２つの面の側に第１導体１０と第２導体１６とを含む。半導体装置１の側面は、ケース２４によって囲まれており、ＹＺ平面に平行な一面には、エミッタ引出電極３０、ゲート引出電極３２およびコレクタ引出電極３１を含む。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、半導体チップ１２は、第１導体１０のポスト部１０ｂの第２主面１７ｂ上に導電性接合材１４を介して接続される。導電性接合材１４は、たとえばハンダであるが、半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂの材質等により適切な接合材料が選定される。
【００２５】
第２導体１６のポスト部１６ｂは、ゲート配線基板２２の開口部２２ｃに挿通される。第２導体１６は、平板１６ａの第１主面１９ａとは反対側の面で、ゲート配線基板２２の基板２２ａと接続される。第２導体１６とゲート配線基板２２との接続には、たとえば熱硬化性接着剤等が用いられる。
【００２６】
半導体チップ１２は、コレクタ電極１２ｂが第１導体１０のポスト部１０ｂに接続されている。エミッタ電極１２ｃは、第２導体１６のポスト部１６ｂの第２主面１９ｂに、ハンダ等の導電性接合材１８で接続される。半導体チップ１２のゲート電極１２ｄには、ゲート導体１３の一端が接続されている。ゲート導体１３の他端は、ゲート配線基板２２の接続パッド２２ｄにハンダ等により接続される。エミッタ電極１２ｃやゲート電極１２ｄのための導電性接合材１８には、これらの電極の材質等に応じて適切な接合材料が選定される。
【００２７】
ケース２４は、２つの部分２４ａ，２４ｂに分割されている。部分２４ａの分割された一面には、ゲート引出電極３２のための端子取出孔２８の一部が開口されている。ゲート引出電極３２は、端子取出孔２８に挿通され、ゲート配線基板２２を介してゲート電極１２ｄに接続される。ゲート引出電極３２は、ゲート配線基板２２の接続パッド２２ｆにハンダ等によって接続される。ケース２４の部分２４ｂの分割された一面には、ゲート引出電極３２のための端子取出孔２８の残りの一部が開口されている。ケース２４の部分２４ｂを部分２４ａに接続したときに、注入孔２６および端子取出孔２８が開口されるように、取出孔の位置を合わせるようにして部分２４ａおよび部分２４ｂが接合される。ケース２４の部分２４ａ，２４ｂ同士は、たとえば接着剤等で接続される。部分２４ａ，２４ｂは、第１導体１０および第２導体１６とたとえば接着剤等で接続される。接着剤は、たとえば熱硬化性接着剤であってもよく、紫外線硬化性接着剤等であってもよい。コレクタ引出電極３１およびエミッタ引出電極３０は、外部回路との接続のためにケース２４よりも外側に張り出すように設けられる。コレクタ引出電極３１およびエミッタ引出電極３０には、それぞれ外部回路との接続のためのボルト挿通孔が設けられていてもよい。コレクタ引出電極３１は、平板１０ａの端部からＸ軸方向に延びるように設けられ、エミッタ引出電極３０は、平板１６ａの端部からＸ軸方向に延びるように設けられている。コレクタ引出電極３１およびエミッタ引出電極３０は、たとえば第１導体１０および第２導体１６とそれぞれ一体で成形されていてもよく、それぞれ溶接等によって第１導体１０および第２導体１６に接続されていてもよい。コレクタ引出電極３１は、たとえば第１導体１０と一体で成形されていてもよく、溶接等によって第１導体１０に接続されていてもよい。
【００２８】
ケース２４に開口された注入孔２６から樹脂を注入する。注入された樹脂は、第１導体１０、第２導体１６、およびケース２４で囲まれた空間に充填される。樹脂の充填には、たとえば真空注型技術を用いることによって、樹脂部材２０と、これを取り囲む第１導体１０等の部材との間に気泡が残存しないようにすることができる。そのため、樹脂部材２０を半導体チップ１２や導電性接合材１４，１８等に密着させることができ、急激な加熱時の気泡による爆発を防止することができる。
【００２９】
上述のように組み立てられた半導体装置１では、複数個の半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂは、第１導体１０によって相互に接続されている。複数個の半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃは、第２導体１６によって相互に接続されている。複数個の半導体チップ１２のゲート電極１２ｄは、ゲート配線基板２２に設けられた配線２２ｂおよび接続パッド２２ｄによって相互に接続されている。以上のようにして、複数の半導体チップ１２が並列に接続された半導体装置１を製造することができる。
【００３０】
次に、本実施形態の半導体装置１の作用および効果について説明する。
大電流を得るために、複数の半導体チップを並列に接続して、１パッケージ化する手法として、圧接型パッケージが知られている。圧接型パッケージは、多数の半導体チップを一括して圧接するとともに、各半導体チップを均等に圧接することによって、低電気抵抗と低熱抵抗とを両立するものである。圧接型パッケージの場合には、圧接した状態を維持するために、皿バネによって圧接型パッケージに荷重を加えるスタック構造が必要となる。そのため、部材コストの低減には限界があり、軽量化も困難である。また、多数の半導体チップを一括して均等に圧接するために、パッケージの各構成部材には高い加工精度や組立精度が要求され、量産性に対する障壁が高い。
【００３１】
一方、大電流を取り扱う半導体装置では、故障や破損等が生じた場合に、急激な発熱を伴うため、半導体装置の内部に空気や気泡等が残存していると、爆発することがある。そのため、半導体装置のパッケージには、防爆対策を施す必要がある。半導体装置の防爆対策パッケージとしては、高強度で高い剛性を有する材料であるセラミック材料等を外囲器に用いる方法があるが、部材コスト低減の妨げとなる。また、圧接構造にバネ部材を併用したもの等が知られているが、圧接構造にさらに複雑な構造を追加することとなり、量産性はもとより、製造コストの低減にさらなる困難を伴う。さらに、バネ部材を放熱経路に挿入することとなるので、熱抵抗を低減させることが難しい。トランスファモールドによる樹脂封止によれば、内部気泡の除去が可能なため、比較的に廉価で防爆対策パッケージを実現し得る。しかしながら、トランスファモールド技術を用いる場合には、大型のパッケージを実現することが困難なため、トランスファモールドされた製品をさらに複数個並列接続して用いる必要がある。また、トランスファモールドによって封止する場合には、半導体チップと引出電極との間の電気的接続をボンディングワイヤやリードフレーム等を用いて行うので、低電気抵抗化および低熱抵抗化に制約がある。
【００３２】
本実施形態の半導体装置１は、半導体チップ１２を第１導体１０および第２導体１６によって挟持する。そして、半導体チップ１２と第１導体１０との接続をハンダ等の導電性接合材１４によって行い、半導体チップ１２と第２導体１６との接続をハンダ等の導電性接合材１８によって行う。そのため、半導体装置１では、圧接型パッケージのような高い加工精度や組立精度を必要とせず、既存の組立技術を用いて製造することができる。ボンディングワイヤ等を用いずに、第１導体１０および第２導体１６によって、相互の半導体チップ１２を電気的に接続を行うので、低電気抵抗化を実現することができる。第１導体１０および第２導体１６の熱容量を大きくすることができるので、過渡熱抵抗も低減させることができる。
【００３３】
本実施形態の半導体装置１では、樹脂部材２０が半導体チップ１２の少なくとも周縁部を覆っているので、半導体チップ１２が急激に発熱した場合であっても、半導体チップ１２の周囲には爆発の原因となる空気や気泡等が存在しないので、爆発することがない。
【００３４】
第１導体１０は、平板１０ａとポスト部１０ｂとを有しており、第２導体１６は平板１６ａとポスト部１６ｂとを有している。これらの部材および半導体チップ１２によって形成される空間に樹脂部材２０が充填されるので、半導体装置１の内部から空気や気泡がほぼ完全に除かれる。そのため、半導体装置１では、良好な防爆性能が実現されるとともに、外部からの力に対する機械的強度を確保することができる。
【００３５】
本実施形態の半導体装置１では、さらに第１導体１０および第２導体１６の外周を取り囲むケース２４が設けられているので、第１導体１０、第２導体１６、および半導体チップ１２で形成される空間に樹脂部材２０を容易に充填することができる。したがって、所望の防爆性能が実現された半導体装置１が容易に実現される。
【００３６】
第１導体１０および第２導体１６は、周知の金属材料の加工技術を用いて製造されることができる。たとえば、板金押し出しや打ち抜き、鋳造、鍛造等の技術を用いることによって、任意の寸法の部材が容易に実現できる。またケース２４は、第１導体１０や第２導体１６の寸法に合わせて容易に製造することができる。したがって、本実施形態の半導体装置１では、搭載して並列に接続される半導体チップの個数を任意に設定することができ、トランスファモールドでは実現できない大型のパッケージを製造することが可能となる。
【００３７】
樹脂部材２０として、高熱伝導度を有する樹脂材料を用いることによって、さらに低熱抵抗化を向上させることができる。
【００３８】
なお、上述では、半導体チップ１２がＩＧＢＴである場合について説明をしたが、半導体チップ１２は、ＩＧＢＴに限らない。コレクタ電極をドレイン電極とし、エミッタ電極をソース電極とすることによって、半導体チップ１２としてＭＯＳＦＥＴを用いることができる。また、コレクタ電極をアノード電極とし、エミッタ電極をカソード電極とすることによって、半導体チップ１２をＦＲＤ等のダイオードとして用いることができる。なお、半導体チップ１２としてダイオードを用いる場合には、ゲート配線基板２２は、あってもなくてもよい。さらに、ＩＧＢＴ等のスイッチング制御素子とダイオードとを混載することも可能である。
【００３９】
また、上述では、ポスト部１０ｂとポスト部１６ｂとの間には、それぞれ１つずつの半導体チップ１２を配置することとして説明をしたが、ポスト部１０ｂとポスト部１６ｂとの間に複数の半導体チップを配置するようにしてももちろんよい。この場合には、同一のポスト部１０ｂ，１６ｂには、同じ種類の半導体チップを設ける場合に限らず、異なる種類の半導体チップを設けるようにしてもよい。たとえば、ＩＧＢＴのチップとＦＲＤのチップとを同一のポスト部１０ｂ，１６ｂに配置するようにしてもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
半導体チップ１２の周囲に設ける樹脂部材２０は、複数種類の樹脂部材を含むようにしてもよい。
図６（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ'矢視断面図である。
図７は、本実施形態の半導体装置の第１樹脂部材のためのカバーを例示する斜視図である。
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体装置１ａは、カバー５６をさらに備える。半導体装置１ａの樹脂部材２０は、第１樹脂部材２０ａと、第２樹脂部材２０ｂとを含む。第１樹脂部材２０ａは、カバー５６内に充填されている。半導体装置１ａの他の構成要素は、第１の実施形態の半導体装置１の構成要素と同じであり、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７に示すように、第１樹脂部材のためのカバー５６は、２つの部分５６ａ，５６ｃに分割されている。一方の部分５６ａは、第１導体１０のポスト部１０ｂに対応する位置に、ポスト部１０ｂのＸＹ平面に平行な断面の形状および面積とほぼ同じ形状および面積の開口５６ｂを有している。部分５６ａの四方の縁部は、Ｚ軸の正方向にほぼ９０°屈曲されており、部分５６ａは、下（Ｚ軸の負の方向）に凸となっている。他方の部分５６ｃには、第２導体１６のポスト部１６ｂおよびゲート導体１３に対応する位置に、ポスト部１６ｂのＸＹ平面に平行な断面の形状および面積とほぼ同じ形状および面積と、ゲート導体１３が挿通するための面積を有する開口５６ｄを有している。部分５６ｃの四方の縁部は、Ｚ軸の負方向にほぼ９０°屈曲されており、部分５６ｃは、上（Ｚ軸の正の方向）に凸となっている。部分５６ａおよび部分５６ｃそれぞれの縁部を合わせることによって、カバー５６の内部に第１樹脂部材２０ａのための空間ができる。第１樹脂部材２０ａは、カバー５６内に充填される。カバー５６は、たとえば、ポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いて成形されている。なお、カバー５６の部分５６ｃの屈曲された縁部には、第１樹脂部材２０ａのための注入孔５８が開口されている。
【００４２】
カバー５６は、部分５６ａの開口５６ｂに第１導体１０のポスト部１０ｂが挿通され、部分５６ｃの開口５６ｄに第２導体１６のポスト部１６ｂが挿通される。そのため、半導体チップ１２は、カバー５６の内部の空間に配置される。半導体チップ１２が配置されたカバー５６の内部には、第１樹脂部材２０ａが充填されている。カバー５６とケース２４との間には、第２樹脂部材２０ｂが充填されている。第１樹脂部材２０ａの圧縮強さは、第２樹脂部材２０ｂの圧縮強さよりも小さい。第１樹脂部材２０ａの圧縮強さは、たとえばエポキシ系樹脂の場合には１５０ＭＰａであり、第２樹脂部材２０ｂの圧縮強さは、たとえばメラミン系樹脂の場合には２００ＭＰａである。
【００４３】
次に、本実施形態の半導体装置１ａの製造方法について説明する。
本実施形態の半導体装置１ａでは、第１の実施形態の半導体装置１の製造工程にいくつかの工程を追加することによって製造することができる。同一の製造工程については、詳細な説明を省略する。
本実施形態の半導体装置１ａでは、第１導体１０のポスト部１０ｂの第２主面１７ｂ上に半導体チップ１２を接続する前に、ポスト部１０ｂにカバー５６の部分５６ａの開口５６ｂを挿通する。このとき、カバー５６の部分５６ａのＺ軸方向の位置決めをするために、ポスト部１０ｂの周囲の適切な位置にフランジｆｐを設けてもよい。
【００４４】
ポスト部１０ｂの第２主面１７ｂにハンダ等の導電性接合材１４を塗布して半導体チップ１２を接続する。
【００４５】
開口５６ｄの位置が、第２導体１６のポスト部１６ｂの位置に対応するようにカバー５６の部分５６ｃを部分５６ａ上に配置し、部分５６ａ，５６ｃ同士を接続する。部分５６ａ，５６ｃ同士は、たとえば紫外線硬化性の接着剤等で接続することができる。
【００４６】
第１導体１０と第２導体１６とを接続し、ケース２４を接続する前に、注入孔５８から第１樹脂部材２０ａを注入し、カバー５６の内部を第１樹脂部材２０ａで充填し、硬化させる。
【００４７】
以降、第１の実施形態の半導体装置１の製造方法と同様の工程を実行することによって半導体装置１ａを製造することができる。
【００４８】
本実施形態の半導体装置１ａの作用および効果について、以下説明する。
本実施形態の半導体装置１ａでは、半導体チップ１２の周辺には、第１樹脂部材２０ａが充填され、さらにその外側には、第２樹脂部材２０ｂが充填されている。半導体チップ１２が急激に発熱した場合には、半導体チップ１２、ハンダ等の導電性接合材１４，１８、第１導体１０、および第２導体１６は、それぞれの膨張係数によって熱膨張する。これら各材料の膨張係数が相違することによって、半導体チップ１２あるいは導電性接合材１４，１８の特定の箇所に応力が集中し、その箇所に割れや剥離等が生じることがある。そして、発熱原因が除去された場合であっても、半導体装置の性能が復帰しない等の不具合が生じるおそれがある。本実施形態の半導体装置１ａでは、半導体チップ１２の少なくとも周縁とその外側が異なる圧縮強さの樹脂部材で覆われている。本実施形態の半導体装置１ａでは、半導体チップ１２から第１導体１０に向かって、かつ、半導体チップ１２から第２導体１６に向かって、圧縮強さが大きくなるように樹脂部材が選定されている。そのため、２種類の樹脂部材が半導体チップ１２とその他の部材の熱膨張係数の相違を吸収する。したがって、本実施形態の半導体装置１ａでは、上述のような応力集中が緩和され、不可逆な故障が回避される。
【００４９】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図８（ａ）は、図８（ｂ）のＥ−Ｅ'矢視断面図、図８（ｂ）は、平面図、図８（ｃ）は、底面図である。
上述の実施形態の半導体装置１，１ａでは、ケース２４は、たとえば、第１導体１０および第２導体１６に接着剤等によって接続されていたが、屋外設置される機器等では、大きな機械振動や温度変動等、厳しい設置環境にさらされる場合がある。そこで、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、本実施形態の半導体装置１ｂでは、ネジ３６をさらに備える。ケース２４は、ネジ３６を挿通する挿通孔３４を有している。第１導体１０および第２導体１６には、ケース２４の挿通孔３４に対応するそれぞれの位置にあらかじめメネジ３７を切っておく必要がある。ネジ３６の個数および取付位置については、半導体装置１ｂの寸法および必要強度に応じて適切かつ任意に設定することができる。ケース２４に開口される挿通孔３４、並びに第１導体１０および第２導体１６のメネジ３７の個数は、ネジ３６の個数によって決定される。なお、ネジ３６として、ネジ挿通時にメネジを切りながら進むセルフタッピングネジを用いる場合には、第１導体１０および第２導体１６にあらかじめメネジを切っておく必要はない。
【００５０】
本実施形態の半導体装置１ｂの作用および効果について説明する。
本実施形態の半導体装置１ｂでは、半導体チップ１２が第１導体１０と第２導体１６とに挟持され、導電性接合材１４，１８を介して接続されているので、上述の実施形態の半導体装置１，１ａと同様にＺ軸方向の力を含む応力に対しては高い強度を有する。それに加えて、半導体装置１ｂでは、ケース２４と第１導体１０とがネジ３６で接続され、ケース２４と第２導体１６とがネジ３６で接続されている。また、半導体装置１ｂでは、ケース２４が第１導体１０および第２導体１６の周囲、すなわち側面から支持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にネジ３６によって締め付けられている。したがって、半導体装置１ｂでは、ＸＹ平面に平行な力を含む応力に対して強度を向上させることができる。このようにして、本実施形態の半導体装置１ｂでは、屋外等の設置環境等においても高い機械的強度を有し、信頼性の向上をはかることができる。
【００５１】
（第４の実施形態）
図９は、本実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図９（ａ）は、図９（ｂ）のＦ−Ｆ'矢視断面図であり、図９（ｂ）は、平面図であり、図９（ｃ）は、底面図である。
上述した実施形態の半導体装置１〜１ｂを含め、第１導体１０の第１主面１７ａおよび第２導体１６の第１主面１９ａは、それぞれヒートシンクに熱的に接続されて半導体チップ１２で発生した熱を効率よく放熱する。本実施形態の半導体装置１ｃでは、ヒートシンクに容易に取り付けられるように、第１導体１０および第２導体１６の形状が、上述した他の実施形態の半導体装置１〜１ｂと相違する。
【００５２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、本実施形態の半導体装置１ｃは、第１導体１０と、第２導体１６と、を備える。第１導体１０は、平板１０ａとポスト部１０ｂとを含む。平板１０ａの外周部には、フランジ１０ｃが設けられている。フランジ１０ｃは、平板１０ａの外周部に設けられている。フランジ１０ｃは、第１導体１０が第２導体１６およびケース２４と組み合わされたときに、ケース２４の面の位置からＸ軸およびＹ軸方向に延出している。フランジ１０ｃは、Ｚ軸方向に開口された複数の取付ネジのための挿通孔１０ｄを含む。挿通孔１０ｄには、第１導体１０の第１主面１７ａをヒートシンク（図示せず）に密着させた後、ネジを挿通して第１導体１０とヒートシンクとを固定する。第２導体１６は、平板１６ａとポスト部１６ｂとを含んでいる。平板１６ａは、フランジ１６ｃを含んでいる。フランジ１６ｃは、平板１６ａの外周部に設けられている。フランジ１６ｃは、第２導体１６を第１導体１０およびケース２４と組み合わせたときに、ケース２４の面の位置からＸ軸方向およびＹ軸方向に延出している。フランジ１６ｃは、Ｚ軸方向に開口された、取付ネジのための複数の挿通孔１６ｄを含む。挿通孔１６ｄには、第２導体１６の第１主面１９ａをヒートシンク（図示せず）に密着させた後、ネジ（図示せず）を挿通して第２導体１６とヒートシンクとを固定する。
【００５３】
本実施形態の半導体装置１ｃは、第１導体１０のフランジ１０ｃおよび第２導体１６のフランジ１６ｃにそれぞれ挿通孔１０ｄおよび１６ｄを含んでいる。そのため、半導体装置１ｃは、ヒートシンクを容易に取り付けて、固定することができる。ヒートシンクに半導体装置１ｃをネジ止めすることによって、第１導体１０とヒートシンクのとの熱抵抗、および、第２導体１６とヒートシンクとの熱抵抗を小さくすることができる。
【００５４】
（第５の実施形態）
図１０（ａ）は、本実施形態の半導体装置のゲート配線基板の底面図である。図１０（ｂ）は、本実施形態の半導体装置の第２導体を例示する底面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＧ−Ｇ'矢視断面図である。図１０（ｄ）は、図１０（Ｆ）のＨ−Ｈ'矢視断面図である。
図１１（ａ）は、本実施形態の半導体装置の第２導体にゲート配線基板を配置した状態を例示する底面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＫ−Ｋ'矢視断面図である。
上述した半導体装置１〜１ｃでは、各半導体チップ１２のゲート電極１２ｄを相互に接続するためにゲート配線基板２２が用いられている。ゲート配線基板２２は、第２導体１６のポスト部１６ｂに対応する形状および位置に開口部２２ｃを有する絶縁性の基板２２ａを含んでいる。基板２２ａには、各半導体チップ１２のゲート電極１２ｄに対応する位置に接続パッド２２ｄが設けられ、接続パッド２２ｄ同士は、接続配線２２ｅで接続されている。それぞれの接続パッド２２ｄは、ゲート導体１３を介して各半導体チップ１２のゲート電極１２ｄに接続されている。本実施形態の半導体装置では、他の実施形態の場合とは異なる形状のゲート配線基板５２を備える。なお、基板の材質等については、第１の実施形態の半導体装置１等と同じなので、詳細な説明を省略する。
【００５５】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態の半導体装置のゲート配線基板５２は、基板５２ａと、配線５２ｂと、接続パッド５２ｄ，５２ｆと、を含む。基板５２ａの一方の面の全面には導電体が設けられており、配線５２ｂを形成している。したがって、配線５２ｂの形状は、基板５２ａの形状と同じであり、以下では基板５２ａの形状として説明する。基板５２ａは、第１部分５２ａ１と第２部分５２ａ２と第３部分５２ａ３とを含む。第１部分５２ａ１は、Ｘ軸方向に延びている。第２部分５２ａ２は、第１部分５２ａ１とほぼ同じ長さを有し、第１部分５２ａ１にほぼ平行して延びている。第３部分５２ａ３は、両方の端部において第１部分５２ａ１および第２部分５２ａ２の一方の端部に接続され、Ｙ軸方向に延びている。第１部分５２ａ１は、Ｘ軸に平行な縁部にＹ軸方向に突出する複数の接続パッド５２ｄを有する。第２部分５２ａ２は、Ｘ軸に平行な縁部にＹ軸方向に突出する複数の接続パッド５２ｄを有する。接続パッド５２ｄは、それぞれ半導体チップ１２のゲート電極１２ｄに対応する位置に配置されている。ゲート配線基板５２は、さらに接続パッド５２ｆと第３部分５２ａ３との間に第４部分５２ａ４を有している。各接続パッド５２ｄは、基板５２ａの第１部分５２ａ１、第２部分５２ａ２、第３部分５２ａ３および第４部分５２ａ４によって引き出され、接続パッド５２ｆに電気的に接続されている。
【００５６】
図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示すように、第２導体１６のポスト部１６ｂは、第２主面１９ｂの側の１つの角部に切欠部１６ｅを有する。切欠部１６ｅは、半導体チップ１２のゲート電極１２ｄに対応する位置に設けられている。切欠部１６ｅのＺ軸方向の深さは、ゲート配線基板５２の厚さ程度に設定されている。切欠部１６ｅのＸＹ平面上の形状および面積は、ゲート配線基板２２の接続パッド２２ｄの形状および面積と同程度に設定されている。ポスト部１６ｂは、上述の実施形態の場合と同様に、平板１６ａの第１主面１９ａとは反対側の面に、Ｘ軸方向に３個、Ｙ軸方向に３個設けられ、３×３のマトリクス状に配列されている。ここで、ポスト部１６ｂの符号を左上からＸ軸の正の方向に向かって、また、Ｙ軸の正の方向に向かって順に、１６ｂ１〜１６ｂ９とする。切欠部１６ｅの位置は、ポスト部１６ｂ１〜１６ｂ９の位置によって異なっている。ポスト部１６ｂ１〜１６ｂ６では、図の右下隅に設けられ、ポスト部１６ｂ７〜１６ｂ９では、図の左上隅に設けられている。半導体チップ１２のゲート電極１２ｄを半導体基板１２ａの角部に配置した場合には、半導体チップ１２の配置角度を変えることによって、ゲート電極１２ｄの位置を変えることができる。本実施形態の半導体装置では、ゲート配線基板５２の第２部分５２ａ２を第１部分５２ａ１よりも幅広に設定し、ポスト部１６ｂ４〜１６ｂ９に配置された半導体チップ１２に共通に用いている。そのため、ポスト部１６ｂ７〜１６ｂ９に配置される半導体チップ１２の搭載角度は、他のポスト部１６ｂ１〜１６ｂ８に配置される半導体チップ１２の搭載角度に対して底面視で時計回りに１８０°回転されている。
【００５７】
図１１（ａ）に示すように、ゲート配線基板５２は、接続パッド５２ｄ等の導電体部分がＺ軸方向の負方向に向くように第２導体１６のポスト部１６ｂの側に配置される。ゲート配線基板５２は、接続パッド５２ｄが、ポスト部１６ｂの切欠部１６ｅにはめ込むように配置される。接続パッド５２ｄと、切欠部１６ｅとは、たとえば紫外線硬化型の接着剤等で接続される。
【００５８】
図１１（ｂ）に示すように、半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂおよびエミッタ電極１２ｃは、ポスト部１０ｂおよび１６ｂにそれぞれハンダ接合される際に、ゲート電極１２ｄは、接続パッド５２ｄにハンダ接合される。半導体チップ１２のゲート電極１２ｄは、ハンダ５４を介して接続パッド５２ｄに接続され、配線５２ｂによって他の半導体チップ１２のゲート電極１２ｄと接続されるとともに、接続パッド５２ｆによって、外部回路に接続される。
【００５９】
上述の実施形態の半導体装置によれば、ゲート導体１３を介することなく、ゲート電極１２ｄと直接ゲート配線基板５２とを接続することができる。そのため、樹脂部材２０の注入時等にゲート導体１３が樹脂の注入圧力で流される等により接続不良を生ずるおそれが少なくなり、製造工程を簡素化することができる。また、ゲート配線基板５２の基板５２ａの部材量を少なくすることができ、低コスト化が可能になる。
【００６０】
（第６の実施形態）
図１２（ａ）は、第１導体のポスト部の正面図、図１２（ｂ）は、第２導体のポスト部の正面図、図１２（ｃ）は、第１導体のポスト部の平面図である。なお、第２導体のポスト部の底面図は、第１導体のポスト部の平面図と同じである。
本実施形態の半導体装置の第１導体１０は、平板１０ａとポスト部１０ｂとを含んでいる。図１２（ａ）に示すように、ポスト部１０ｂの側面には、表面から突出する複数の凸部１０ｆが設けられている。凸部１０ｆは、ポスト部１０ｂの側面の周囲をネジ山状に取り巻いている。半導体装置の第２導体１６についても、ポスト部１６ｂには、凸部１６ｆが設けられている。図１２（ｂ）に示すように、凸部１６ｆは、ポスト部１６ｂの周囲をネジ山状に取り巻いている。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、凸部１０ｆ，１６ｆの面１０ｇ，１６ｇは、Ｚ軸に平行な法線ベクトルの成分を含んでいる。
【００６１】
ポスト部１０ｂ，１６ｂの側面には、多数の凸部１０ｆ，１６ｆがそれぞれ形成されているので、ポスト部１０ｂ，１６ｂの表面積が大きくなる。そのため、ポスト部１０ｂ，１６ｂの側面と、樹脂部材２０との接触面積が増大する。したがって、ポスト部１０ｂ，１６ｂと樹脂部材２０との接合強度が増大し、耐湿性等の信頼度が向上する。また、ポスト部１０ｂ，１６ｂと樹脂部材２０との接触熱抵抗が低減し、半導体装置の放熱性能が向上する。さらに、凸部１０ｆ，１６ｆは、Ｚ軸に平行な法線成分を含む面１０ｇ，１６ｇを有している。そのため、Ｚ軸方向の力に対して、面１０ｇ，１６ｇが応力を受けるので、凸部１０ｆ，１６ｆがない場合よりも接合強度が向上する。したがって、ポスト部１０ｂ，１６ｂと樹脂部材２０との密着力が向上し、半導体装置では、温度サイクルや熱衝撃等による耐性や機械的強度が向上する。
【００６２】
（第７の実施形態）
図１３は、本実施形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１３（ａ）は、平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＭ−Ｍ'矢視断面図である。
図１４（ａ）は、本実施形態の半導体装置の半導体素子の部分を例示する断面図である。図１４（ｂ）は、本実施形態の半導体装置のゲート配線基板を例示する平面図である。
図１５は、本実施形態の半導体装置を例示する一部分解組立図である。
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体装置７０は、半導体素子７２と、導電性接合材７４，７６と、を備える。
【００６３】
図１４（ａ）に示すように、半導体素子７２は、第１導体８０と、半導体チップ１２と、導電性接合材８４，８８と、第２導体８６と、樹脂部材９０ａと、を含む。半導体チップ１２は、上述した他の実施形態の場合と同じであり詳細な説明を省略する。第１導体８０は、平板８０ａとポスト部８０ｂとを含む。ポスト部８０ｂは、平板８０ａの第１主面８７ａとは反対側の面に設けられている。ポスト部８０ｂの開放された面である第２主面８７ｂには、半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂが接続される。第２導体８６は、平板８６ａとポスト部８６ｂとを含む。ポスト部８６ｂは、平板８６ａの第１主面８９ａとは反対側の面に設けられている。ポスト部８６ｂの開放された面である第２主面８９ｂは、半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃに接続される。したがって、半導体チップ１２は、導電性接合材８４を介して第１導体８０に接合され、電気的に接続されている。半導体チップ１２は、導電性接合材８８を介して第２導体８６に接合され、電気的に接続されている。以上のようにして、半導体チップ１２は、導電性接合材８４，８８を介して、第１導体８０と、第２導体８６とに挟持され、導電性接合材８４，８８によって固定される。半導体チップ１２は、少なくともその周縁部が樹脂部材９０ａによって空気に触れないように覆われている。樹脂部材９０ａは好ましくは、圧縮強さが小さい低応力樹脂部材である。半導体チップ１２のゲート電極１２ｄには、ゲート導体１３の一端が接続されており、ゲート電極の他端は開放されている。半導体素子７２は、以上のように構成され、ＸＹ平面でマトリクス状に複数個配列されて、隣接する半導体素子７２の第１導体８０の平板８０ａ同士が導電性接合材７４によって相互に接続される。第２導体８６の平板８０ａ同士も導電性接合材７６によって相互に接続される。導電性接合材７４，７６は導電性の導電性接合材であり、すべての半導体素子７２の第１導体８０および第２導体８６は、それぞれ電気的に接続される。導電性接合材７４，７６は、たとえば導電性粒子を含む導電性接着剤等である。
【００６４】
図１４（ｂ）に示すゲート配線基板５２は、上述した第５の実施形態において説明したゲート配線基板と同じものである。
【００６５】
本実施形態の半導体装置７０の製造方法について説明する。
半導体素子７２が以下のようにして必要数量製造される。
【００６６】
半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂは、第１導体８０のポスト部８０ｂの第２主面８７ｂ上に塗布されたハンダ等の導電性接合材８４によって第１導体８０と接合され、電気的に接続される。
【００６７】
エミッタ電極１２ｃは、第２導体８６のポスト部８６ｂの第２主面８９ｂ上に塗布されたハンダ等の導電性接合材８８によって、第２導体８６と接合され、電気的に接続される。
【００６８】
半導体チップ１２の周縁部を覆うように設けられた封入金型（図示せず）によって、第１樹脂部材９０ａを半導体チップ１２の周縁に形成する。
【００６９】
上述した半導体素子７２が必要な個数分製造された後、半導体素子７２は、ＸＹ平面上に３×３のマトリクス状に配列され、導電性接合材８４，８６によって互いに接合される。マトリクス状に配列された半導体素子の符号をＸ軸の正方向に、また、Ｙ軸の正方向に順に７２１〜７２９とする。
【００７０】
図１５に示すように、マトリクス状に配列された半導体素子７２の、隣接するポスト部１６ｂの間にゲート配線基板５２を挿入する。この例の場合には、半導体素子７２１，７２４，７２７のポスト部と、半導体素子７２２，７２５，７２８のポスト部との間には、基板５２ａの第１部分５２ａ１を挿入する。半導体素子７２２，７２５，７２８のポスト部と、半導体素子７２３，７２６，７２９のポスト部との間には、基板５２ａの第２部分５２ａ２を挿入する。ゲート配線基板５２の接続パッド５２ｄの位置が、各半導体チップ１２のゲート電極１２ｄに接続されたゲート導体１３の他端の位置に合うようにゲート配線基板５２は、挿入される。位置決めの後、接続パッド５２ｄとゲート導体１３の他端とをハンダ接合する。
【００７１】
その後、分割されたケースを接続し、樹脂注入を行い、樹脂部材９０ｂを充填する。樹脂部材９０ｂは、樹脂部材９０ａよりも圧縮強さが大きい樹脂材料である。
【００７２】
本実施形態の半導体装置７０では、同一の半導体素子７２を個別に製造した後に半導体素子７２を接合するので、すべての半導体チップを同時に搭載する他の実施形態の場合に比べて高い歩留りが期待できる。また、同一の半導体素子７２を多数製造するため、量産効果により低コスト化が可能となる。
【００７３】
半導体チップ１２の周囲に第１樹脂部材９０ａを設ける場合には、専用の樹脂注入金型を用いることによって、第１樹脂部材のためのカバーが不要となるので、低コスト化が可能になる。
【００７４】
半導体素子７２を単独でも半導体装置７０を構成することができ、また、第１導体および第２導体を新たに設計しなくても、任意の数のマトリクスを構成することができるので、設計の自由度が高い。
【００７５】
（第８の実施形態）
図１６は、本実施形態の半導体装置を例示する図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面図である。
図１７（ａ）は、図１６（ｂ）のＰ−Ｐ'矢視断面図である。図１７（ｂ）は、図１６（ｂ）のＱ−Ｑ'矢視断面図である。図１７（ｃ）は、Ｒ−Ｒ'矢視断面図である。
図１８は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面に相当する断面図である。
図１９は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、本実施形態の半導体装置の導電性弾性部材のバリエーションを例示する断面図である。
図２１は、本実施形態の半導体装置の短絡板を例示する平面図である。
図２２は、本実施形態の半導体装置の動作を説明するための断面図である。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、複数の第１導体１１０と、複数の第２導体１１６と、弾性部材１２０，１２２と、半導体チップ１２と、樹脂部材２０と、弾性部を有する導電部材１３０，１３４と、短絡板１３２，１３６と、を備える。
【００７６】
複数の第１導体１１０のそれぞれは、平板１１０ａと、ポスト部１１０ｂとを含む。平板１１０ａは、ＸＹ平面に平行な第１主面１１７ａを有するほぼ方形または長方形の板状体であり、方形または長方形の各辺は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配置されている。この例では、第１導体１１０は、Ｘ軸方向に３個、Ｙ軸方向に３個、つまり、３×３のマトリクス状に配列されている。ポスト部１１０ｂは、平板１１０ａの第１主面１１７ａとは反対側の面から、平板１１０ａのほぼ中央部でＺ軸の正方向に延びる柱状体である。この柱状体の側面の各辺は、Ｘ軸およびＹ軸に平行に配置されている。第１導体１１０は、たとえば銅または銅を主成分とする合金であり、電気的および熱的良導体である。
【００７７】
マトリクス状に配列され、隣接する第１導体１１０の平板１１０ａの側面同士の間には、弾性部材１２０が設けられている。弾性部材１２０は、第１導体１１０等の金属に比べて十分に弾性率が小さい材料であり、たとえば加熱硬化型接着性シリコン等のように硬化後にゴム状になり、十分小さい弾性率を有する材料である。後述するように、導電部材１３０および短絡板１３２によって隣接する第１導体の電気的および熱的接続が確保されるので、弾性部材１２０自体に導電性や熱伝導性は必ずしも要求されない。弾性部材１２０には、銀等の導電性粒子を含む導電性樹脂材料を用いたものを用いてももちろんかまわないが、繰り替えしの応力吸収による変形に対する耐性が優先される。
【００７８】
マトリクス状に配列された複数の第１導体１１０の周囲には、周辺導体１４０，１４１，１４２が設けられている。周辺導体１４０は、Ｘ軸方向に沿って設けられ、周辺導体１４２は、Ｙ軸方向に沿って設けられている。周辺導体１４１は、周辺導体１４０および周辺導体１４２の両方に隣接するように設けられている。つまり、複数の第１導体１１０のうち、Ｘ軸に沿う辺に隣接する第１導体１１０を有さない側に、周辺導体１４０は配列され、Ｙ軸に沿う辺に隣接する第１導体１１０を有さない側に周辺導体１４２は配列されている。周辺導体１４１は、第１導体１１０および周辺導体１４０，１４２が配列された角部に設けられている。これら周辺導体１４０〜１４２も、第１導体１１０と同様に、隣接する導体と弾性部材１２０によって接続されている。周辺導体１４０〜１４２は、第１導体１１０と同一の金属材料が用いられている。周辺導体１４０〜１４２は、第１導体１１０とともに、電流および熱流の経路を提供するので、後述する導電部材１３０および短絡板１３２にも接続されている。なお、周辺導体１４０〜１４２は、用いられなくともよい。周辺導体１４０〜１４２が用いられない場合には、半導体装置１は、小型化されることが可能になる。
【００７９】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示すように、導電部材１３０は、ポスト部１１０ｂの側面周囲を取り囲むように配置されている。導電部材１３０の下端１３１ｂ（図１９）は、平板１１０ａの第１主面１１７ａとは反対側の面に接続されている。短絡板１３２は、ポスト部１１０ｂを挿通するように設けられている。短絡板１３２は、導電部材１３０の上端１３１ａに接続されている。つまり、短絡板１３２によって、導電部材１３０の上端１３１ａ（図１９）は、電気的かつ熱的に接続されており、導電部材１３０の下端１３１ｂは、第１導体に電気的かつ熱的に接続されている。そのため、隣接する第１導体１１０は、導電部材１３０および短絡板１３２によって電気的かつ熱的に接続されている。したがって、図１８に示すように、複数の第１導体１１０、導電部材１３０および短絡板１３２は、１つの電気的および熱的な導体１０２をなしている。
【００８０】
図１９に示すように、導電部材１３０は、第１導体１１０のポスト部１１０ｂの周囲を取り囲むようにして設けられる。ポスト部１１０ｂの側面と導電部材１３０とは、密着させて配置してもよいが、導電部材１３０と短絡板１３２との接続のための精度の余裕を考慮した場合には、導電部材１３０は、ポスト部１１０ｂの外周をある程度のクリアランスをもって取り囲むように配置するのが好ましい。
【００８１】
導電部材１３０は、上端１３１ａと、下端１３１ｂと、側面１３１ｃとを含む。導電部材１３０は、側面１３１ｃを有する閉じた筒状体である。上端１３１ａは、１つのＸＹ平面に含まれ、そのＸＹ平面において短絡板１３２と電気的かつ熱的に接続される。下端１３１ｂは、他のＸＹ平面に含まれ、そのＸＹ平面において第１導体１１０と電気的かつ熱的に接続される。側面１３１ｃは、図２０（ａ）に示すように、側面１３１ｃを取り巻く１つの山折り部１３１ｄを有する蛇腹構造を含んでいる。山折り部１３１ｄは、筒状体である側面１３１ｃの外側に向かって屈曲している部分である。この屈曲部は、鋭角で屈曲されていても、曲面状であってもよい。側面１３１ｃは、蛇腹構造を含んでいるので、ＸＹＺの各方向の変位に対して自在に追従することができる。つまり、側面１３１ｃは、ＸＹＺの各方向の成分を含む応力を吸収することができる。導電部材１３０の側面１３１ｃは、蛇腹構造のような変位を吸収する構造を有しているので、第１導体１１０の熱膨張により弾性部材１２０が応力を受けて変位した場合であっても、弾性部材１２０と同程度の弾性率を有する部材として機能する。
【００８２】
導電部材の側面の形状は、ＸＹＺの各方向の成分を含む応力を吸収することができればよく、いくつかの形状のバリエーションが考慮される。図２０（ｂ）に示すように、導電部材１３０ａは、上端１３２ａと、下端１３２ｂと、側面１３２ｃとを含み、側面１３２ｃは、１つの谷折り部１３２ｄを有する蛇腹構造を含んでいる。谷折り部１３２ｄとは、筒状体である側面１３２ｃの内側に向かって屈曲する部分である。山折り部と同様に、屈曲部は、鋭角であっても、曲面であってもかまわない。山折り部１３１ｄに代えて谷折り部１３２ｄとしても、導電部材１３０ａは、ＸＹＺの各方向の変位に対して自在に追従することができる。他のバリエーションとして、図２０（ｃ）に示すように、導電部材１３０ｂは、上端１３３ａと、下端１３３ｂと、側面１３３ｃとを含んでおり、側面１３３ｃは、２つの山折り部１３３ｄと１つの谷折り部１３３ｅとを有する蛇腹構造であってもよい。導電部材の蛇腹構造において、山折り部および谷折り部の数は、適切かつ任意に設定することができる。このように、蛇腹構造では、山折り部および谷折り部のうち少なくとも１つを含んでいればよいが、山折り部や谷折り部の数が多いほど、微小な変位にも追従することができる。また、導電部材は、ＸＹＺの各方向の成分を含む応力を吸収する形状を有していればよく、その形状は蛇腹構造に限るものではない。図２０（ｄ）および図２０（ｅ）に示すように、導電部材１３０ｃは、短冊状の側面部材１３４ｃを含んでおり、側面部材１３４ｃは、下端１３４ｂに向かってひろがるように加工され、上端１３４ａで接続された形状等であってもよい。曲面状に加工された側面部材１３４ｃを用いることによって、導電部材１３０ｃは、ＸＹＺ各方向の変位に対して追従することができる。曲面加工は、図示のようなＳ字状や、その他の形状とすることができる。
【００８３】
導電部材１３０には、銅または銅を主成分とする合金のように、導電率および熱伝導率が高い材料が用いられる。導電部材１３０は、銅または銅を主成分とする合金等の薄板を蛇腹形状の押出金型等を用いて成形される。
【００８４】
図２１に示すように、短絡板１３２は、ポスト部１１０ｂが設けられた位置に、ポスト部１１０ｂの数だけ設けられた開口１７２を有する。開口１７２は、ポスト部１１０ｂのＸＹ平面に沿った断面の形状および面積にほぼ等しくなるように開口されている。短絡板１３２は、銅または銅を主成分とする合金のように、導電率および熱伝導率が高い材料が用いられる。
【００８５】
なお、上述では、導電部材１３０および短絡板１３２は、異なる部材として説明をしたが、押出成形技術等を用いて一体として成形してもよい。
【００８６】
複数の第２導体１１６のそれぞれは、平板１１６ａと、ポスト部１１６ｂとを含む。平板１１６ａは、ＸＹ平面に平行な面を有するほぼ方形または長方形の板状体であり、方形または長方形の各辺は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配置されている。この例では、第１導体と同様に３×３のマトリクス状に配列されている。隣接する第２導体１１６の平板１１６ａの側面同士の間には、弾性部材１２２が設けられている。ポスト部１１６ｂは、平板１１６ａの第１主面１１９ａとは反対側の面から、平板１１６ａのほぼ中央部でＺ軸の負方向に延びる柱状体である。柱状体の側面の各辺は、Ｘ軸およびＹ軸に平行である。導電部材１３４は、ポスト部１１６ｂの側面周囲を取り囲むように配置されている。導電部材１３４の下端１３５ｂは、平板１１６ａの第１主面１１９ａとは反対側の面に接続されている。短絡板１３６は、ポスト部１１６ｂを挿通するように設けられている。短絡板１３６は、導電部材１３４の上端１３５ａに接続されている。図１６および図１８等に示すように、第２導体１１６、導電部材１３４および短絡板１３６は、第１導体１１０、導電部材１３４および短絡板１３６とほぼ同一に形成されており、１つの電気的かつ熱的な導体１０４をなしている。
【００８７】
導電部材１３４および短絡板１３６は、上述した導電部材１３０および短絡板１３２と同様に成形等することができる。
【００８８】
他の構成要素については、たとえば第５の実施形態の半導体装置と同じであり、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８９】
次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法について説明する。
まず、複数の第１導体１１０が、この例では、３×３のマトリクス状に配列され、接着剤である弾性部材１２０によって相互に接続される。
【００９０】
弾性部材１２０の硬化後、３×３個のポスト部１１０ｂを挿通するように、導電部材１３０を配置し、平板１１０ａと導電部材１３０の下端１３１ｂとをハンダ等により接合する。
【００９１】
短絡板１３２の各開口１７２にポスト部１１０ｂを挿通し、導電部材１３０の上端１３１ａと短絡板１３２とをハンダ等により接合する。
【００９２】
なお、導電部材１３０と平板１１０ａや短絡板１３２との接合にはハンダに限らず、導電性の接着剤等周知の接続技術を用いることができる。
【００９３】
第１導体１１０と同様に、複数の第２導体１１６を３×３のマトリクス状に配列し、相互に弾性部材１２２によって接続する。
【００９４】
弾性部材１２２の硬化後、３×３個のポスト部１１６ｂを挿通するように、導電部材１３４を配置し、平板１１６ａと導電部材１３４の下端１３５ｂとをハンダ等により接合する。
【００９５】
短絡板１３６の各開口１７６にポスト部１１６ｂを挿通し、導電部材１３４の上端１３５ａと短絡板１３６とをハンダ等により接合する。
【００９６】
ポスト部１１０ｂの第２主面１１７ｂにハンダ等の導電性接合材１４を介して半導体チップ１２を配置し、ポスト部１１０ｂと半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂとを接続する。ポスト部１１０ｂの第２主面１１７ｂとは、図１８に示すように、第１導体１１０の第１主面１１７ａとは反対側の面である。
【００９７】
ポスト部１１６ｂの第２主面１１９ｂには、ハンダ等の導電性接合材１８を介して半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃが接続される。
【００９８】
ゲート配線基板５２がポスト部１１０ｂ，１１６ｂの間に挿通され、半導体チップ１２の各ゲート電極１２ｄとゲート配線基板５２上の各接続パッド５２ｄとがハンダ等により接続される。
【００９９】
上述の構成部分の周囲にケース２４を取り付ける。
【０１００】
ケース２４に開口されている注入孔２６から樹脂を注入して硬化させる。
【０１０１】
上述のように組み立てられた半導体装置１００では、複数個の半導体チップ１２のコレクタ電極１２ｂは、第１導体１１０、導電部材１３０および短絡板１３２を含む導体１０２によって相互に接続されている。複数個の半導体チップ１２のエミッタ電極１２ｃは、第２導体１１６、導電部材１３４および短絡板１３６を含む導体１０４によって相互に接続されている。複数個の半導体チップ１２のゲート電極１２ｄは、ゲート配線基板５２に設けられた配線５２ｂおよび接続パッド５２ｄによって相互に接続されている。以上のようにして、複数の半導体チップ１２が並列に接続された半導体装置１００を製造することができる。
【０１０２】
次に、本実施形態の半導体装置１００の動作について説明する。
半導体装置１００は、多くの場合には、冷却器とともに用いることによって大電流かつ低損失で動作させることができる。図２２に示すように、冷却器１５０は、２つの冷却板１５２，１５４を含んでいる。冷却器１５０は、空冷または液冷いずれでもよい。空冷の冷却器の場合には、たとえば、２つの冷却板１５２，１５４の放熱側は、多数のフィンが形成されており、液冷の場合には、たとえば、冷却板１５２，１５４の内部等に冷却媒体が流すヒートパイプが形成されている。上下の冷却板１５２，１５４は、熱抵抗を低減させるために、それぞれ第１導体１１０、第２導体１１６のそれぞれの第１主面１１７ａ，１１９ａに密着するように固定される。平型半導体素子用の冷却器の場合には、上下の冷却板１５２，１５４を、互いに絶縁されたボルトナット等を用いてＺ軸方向に締め上げることによって第１主面１１７ａ，１１９ａへの密着度を確保し、低熱抵抗化を実現する。つまり、冷却板１５２，１５４は、一旦取り付けられると、Ｚ軸方向にはほぼ可動することができない。
【０１０３】
上述のように冷却器１５０を取り付けた状態で、並列に接続された半導体チップ１２に通電する。半導体チップ１２の発熱に応じて、第１導体１１０および第２導体１１６が膨張する。第１導体１１０および第２導体１１６は、ＸＹＺの各方向に均等に膨張しようとするが、Ｚ軸方向については、冷却器１５０の冷却板１５２，１５４が固定されているため、この方向の変位に相当する膨張量は、他の方向に向かう。半導体チップ１２には、図２２の矢印ａ１〜ａ３，ａ１１〜ａ１３のように、Ｚ軸方向の膨張量にもとづく応力が印加される。一方で、ポスト部１１０ｂ，１１６ｂの側面は、樹脂部材２０が充填されている方向に向かって膨張する。樹脂部材２０は、半導体チップ１２や導電性接合材１４，１８に比べて弾性率が小さいので、膨張にもとづく応力をある程度吸収することができる。さらに、弾性部材１２０，１２２は、樹脂部材２０に比べても弾性率が小さいので、樹脂部材２０によって吸収されなかった応力は、弾性部材１２０，１２２によって吸収される。つまり、矢印ａ１〜ａ３，ａ１１〜ａ１３方向の応力の一部は、矢印ａ４〜ａ９，ａ１４〜ａ１９のようにＸ軸（図２２では断面図のため図示されないが、およびＹ軸）の方向の成分として主として弾性部材１２０，１２２に印加される。そして、弾性部材１２０，１２２の弾性によって、熱膨張にもとづいて発生した応力が吸収される。
【０１０４】
隣接する第１導体１１０および第２導体１１６は、低弾性率の部分を有する導電部材１３０，１３４および短絡板１３２，１３６によって電気的および熱的に接続されている。導電部材１３０，１３４の下端１３１ｂ，１３５ｂは、弾性部材１２０，１２２上をまたいで接続されているが、導電部材１３０，１３４の側面１３１ｃ，１３５ｃの蛇腹構造は、弾性部材１２０，１２２と同程度の弾性率を有しており、弾性部材１２０，１２２と樹脂部材２０との弾性の差による変位差を吸収するように変位する。したがって、複数の第１導体１１０同士および複数の第２導体１１６同士の電気的および熱的に良好な導体の状態が維持される。
【０１０５】
以下では、より定量的に、半導体装置１００の動作を説明する。半導体装置１００の第１導体１１０または第２導体１１６が銅からなり、第１導体１１０または第２導体１１６が５５℃上昇（初期温度ｔ０＝２５℃の場合に、ｔ＝８０℃に上昇）した場合を考えると、そのときの熱応力σは、以下の式（１）で求めることができる。
【０１０６】
σ＝α・（ｔ−ｔ０）・Ｅ      （１）
ここで、αは、線膨張係数であり、Ｅはヤング率である。
【０１０７】
以下では、線膨張係数およびヤング率として銅の物理定数を用いる。
σ＝１７．７×１０−６［℃−１］×５５［℃］×１２９．８［ＧＰａ］
≒０．１［ＧＰａ］
【０１０８】
つまり、半導体チップ１２には、０．１ＧＰａ程度の応力が印加されることとなり、半導体チップ１２は、この応力により、割れ、剥離等の不具合を生じ得る。
【０１０９】
一方、銅の線膨張係数αから、第１導体１１０または第２導体１１６の膨張量ΔＬを計算すると、以下のようになる。
ΔＬ＝１７．７×１０−６［℃−１］×５５［℃］×Ｌ×１００［％］
≒０．１［％］×Ｌ
【０１１０】
第１導体１１０または第２導体１１６のＺ軸方向の長さを、たとえばＬ＝２０［ｍｍ］とすると、ΔＬ＝２０［μｍ］となる。したがって、弾性部材１２０，１２２は、２０μｍ程度の変位を吸収する程度の弾性率を有していればよい。より具体的には、弾性部材１２０，１２２のヤング率は、銅のヤング率の１／１０００以下である必要がある。一般的なシリコーンゴム等のヤング率は、数ＭＰａ〜１０数ＭＰａ程度であり、上述の要求を十分満たすことができる。
【０１１１】
次に、本実施形態の半導体装置１００の作用および効果について説明する。
上述したように、本実施形態の半導体装置１００では、隣接する第１導体１１０および第２導体１１６それぞれの間に弾性部材１２０，１２２を有している。そのため、第１導体１１０および第２導体１１６の熱膨張にもとづく変位は、弾性部材１２０，１２２によって吸収される。また、隣接する第１導体１１０同士および第２導体１１６同士を電気的かつ熱的に接続する導電部材１３０，１３４は、蛇腹構造のような低弾性率構造の側面１３１ｃ，１３５ｃを有している。そのため、導体１０２，１０４は、電気的および熱的接続状態を維持することができる。したがって、信頼性が高い大電流の半導体装置を実現することができる。
【０１１２】
一般に、半導体チップ１２の配置によって電流の偏りが生じ、半導体チップ１２自体のオン電圧やスイッチング速度等のばらつきがあるため、半導体チップ１２によって発熱量が異なる。このような状態では、発熱量の大きい半導体チップ１２に直接熱結合する第１導体１１０および第２導体１１６の膨張量が他に比べて大きくなり、対象の半導体チップ１２では、変形や剥離等の不具合を生じるおそれが高くなると考えられる。このような状況は、冷却器１５０の有無によらず考慮される必要がある。本実施形態の半導体装置１００では、弾性部材１２０，１２２および導電部材１３０，１３４は、膨張量に応じた変位を吸収することができるので、信頼性の高い半導体装置が実現される。
【０１１３】
（第９の実施形態）
図２３は、本実施形態の半導体装置を例示する、図１６（ｂ）のＲ−Ｒ'矢視断面に相当する断面図である。
図２４は、本実施形態の半導体装置の一部を例示する斜視図である。
上述の実施形態の半導体装置１００では、導電部材１３０，１３４を第１導体１１０および第２導体１１６のそれぞれのポスト部１１０ｂ，１１６ｂの周囲を取り巻くように配置したが、他の配置であってもよい。
【０１１４】
図２３に示すように、導電部材１３０ｆは、隣接する第１導体１１０のポスト部１１０ｂの対向する角部の間に配置されている。図２４に示すように、導電部材１３０ｆの下端１３５ｂは、隣接する第１導体１１０の平板１１０ａ上にハンダ等によって接続されている。図示しないが、導電部材１３０ｆの上端１３５ａは、短絡板１３２とハンダ等によって接続される。
【０１１５】
このように、導電部材１３０ｆ，１３４ｆは、適切かつ任意の位置で短絡板１３２，１３６に接続することができる。導電部材１３０ｆ，１３４ｆおよび短絡板１３２，１３６は、複数の第１導体１１０および複数の第２導体１１６がそれぞれ単一の導体１０２，１０４をなすための構成部材であるとともに、並列に接続された複数の半導体チップ１２間の電流アンバランスが生じた場合の電流経路となることができる。複数の半導体チップ１２間の電流アンバランスの原因はさまざま考えられるが、電流経路の不均等による場合には、導電部材の配置位置によって、均等に近づけることができる。
【０１１６】
（第１０の実施形態）
図２５は、本実施形態の半導体装置を例示する、図１６（ａ）のＮ−Ｎ'矢視断面に相当する断面図である。
図２５に示すように、本実施形態の半導体装置１００ｂは、絶縁層１６２，１６４をさらに備える。絶縁層１６２は、冷却器１５０の冷却板１５２と第１導体１１０の第１主面１１７ａとの間に設けられている。絶縁層１６４は、冷却板１５４と第２導体１１６の第１主面１１９ａとの間に設けられている。また、半導体装置１００ｂは、コレクタ引出電極３１とエミッタ引出電極３０とをさらに備える。コレクタ引出電極３１およびエミッタ引出電極３０は、第１の実施形態の半導体装置１等において説明した、コレクタ電極１２ｂおよびエミッタ電極１２ｃのための引出電極である。したがって、詳細な説明は省略するが、本実施形態においては、第１導体１１０および第２導体１１６がそれぞれ絶縁層１６２，１６４によって電気的に絶縁されているため、コレクタ引出電極３１およびエミッタ引出電極３０は、外部回路との接続のために必要となる。
【０１１７】
絶縁層１６２，１６４は、第１導体１１０と冷却板１５２との間の電気的絶縁、および、第２導体１１６と冷却板１５４との電気的絶縁をとるためにそれぞれ設けられる。絶縁層１６２，１６４は、いわゆる絶縁シートであり、たとえば樹脂製である。絶縁層１６２，１６４が低弾性率を有する場合には、冷却器１５０を設置したときに冷却板１５２，１５４を固定しながら、第１導体１１０や第２導体１１６の熱膨張による応力を吸収することができる。
【０１１８】
本実施形態の半導体装置１００ｂの作用および効果について説明する。
本実施形態の半導体装置１００ｂでは、冷却器１５０と第１導体１１０、第２導体１１６がそれぞれ電気的に絶縁されるので、冷却器１５０をゼロ電位とすることができる。そのため、たとえばエチレングリコールのような導電性を有する液体を冷却器１５０の冷媒として用いることができる。第１導体１１０および第２導体１１６と冷却器１５０が絶縁されておらず、冷却板１５２，１５４がそれぞれ電位をもつ場合には、非伝導性の冷媒として純水等を用いるが、冷媒の導電率管理装置等を要することとなり、システムが大型化する傾向にある。本実施形態の半導体装置１００ｂでは、冷媒には導電性か否かを問わず用いることができるので冷却器１５０の構造等を簡易にすることができ、システムの小型化が可能になる。
【０１１９】
絶縁層１６２，１６４として弾性を有するゴム状素材等を用いた場合には、第１導体１１０および第２導体１１６の熱膨張による応力を吸収することができ、より信頼性の高い半導体装置１００ｂを実現することができる。
【０１２０】
以上説明した実施形態によれば、安全性が高い大電流出力が可能な半導体装置を実現することができる。
【０１２１】
以上、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。これら新規な実施形態は、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ともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１〜１ｃ  半導体装置、１０  第１導体、１０ａ  平板、１０ｂ  ポスト部、１０ｃ  フランジ、１０ｄ  挿通孔、１０ｆ  凸部、１０ｇ  面、１２  半導体チップ、１２ａ  半導体基板、１２ｂ  コレクタ電極、１２ｃ  エミッタ電極、１２ｄ  ゲート電極、１３  ゲート導体、１４  導電性接合材、１６  第２導体、１６ａ  平板、１６ｂ  ポスト部、１６ｃ  フランジ、１６ｄ  挿通孔、１６ｅ  切欠部、１６ｆ  凸部、１６ｇ  面、１７ａ  第１主面、１７ｂ  第２主面、１８  導電性接合材、１９ａ  第１主面、１９ｂ  第２主面、２０  樹脂部材、２０ａ  第１樹脂部材、２０ｂ  第２樹脂部材、２２  ゲート配線基板、２２ａ  基板、２２ｂ  配線、２２ｃ  開口部、２２ｄ  接続パッド、２２ｆ  接続パッド、２４  ケース、２６  注入孔、２７〜２９  端子取出孔、３０  エミッタ引出電極、３１  コレクタ引出電極、３２  ゲート引出電極、３４  挿通孔、３６  取付ネジ、３７  メネジ、５２  ゲート配線基板、５２ａ  基板、５２ｂ  配線、５２ｄ  接続パッド、５２ｆ  接続パッド、５４  ハンダ、５６  カバー、５８  注入孔、７０  半導体装置、７２  半導体素子、７４，７６  導電性接合材、７８  ケース、８０  第１導体、８０ａ  平板、８０ｂ  ポスト部、８４  導電性接合材、８６  第２導体、８６ａ  平板、８６ｂ  ポスト部、８８  導電性接合材、１００，１００ｂ  半導体装置、１１０  第１導体、１１０ａ  平板、１１０ｂ  ポスト部、１１６  第２導体、１１６ａ  平板、１１６ｂ  ポスト部、１１７ａ，１１９ａ  第１主面、１２０，１２２  弾性部材、１３０，１３４  導電部材、１３２，１３６  短絡板、１５０  冷却器、１５２，１５４  冷却板、１６２，１６４  絶縁層
【図１】
2017103279.tif 000003
【図２】
2017103279.tif 000004
【図３】
2017103279.tif 000005
【図４】
2017103279.tif 000006
【図５】
2017103279.tif 000007
【図６】
2017103279.tif 000008
【図７】
2017103279.tif 000009
【図８】
2017103279.tif 000010
【図９】
2017103279.tif 000011
【図１０】
2017103279.tif 000012
【図１１】
2017103279.tif 000013
【図１２】
2017103279.tif 000014
【図１３】
2017103279.tif 000015
【図１４】
2017103279.tif 000016
【図１５】
2017103279.tif 000017
【図１６】
2017103279.tif 000018
【図１７】
2017103279.tif 000019
【図１８】
2017103279.tif 000020
【図１９】
2017103279.tif 000021
【図２０】
2017103279.tif 000022
【図２１】
2017103279.tif 000023
【図２２】
2017103279.tif 000024
【図２３】
2017103279.tif 000025
【図２４】
2017103279.tif 000026
【図２５】
2017103279.tif 000027