(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配設された複数の半導体チップと、該半導体チップごとに、その両主面に重ねて設けた熱緩衝板と、これらを挟持する２つの圧接電極板とを具備する平型半導体装置において、前記半導体チップと前記熱緩衝板との間に、黒鉛シートで形成された第１厚み調整板をそれぞれ挟み込み、加圧加熱により前記半導体チップと前記熱緩衝板とを第１厚み調整板を介して互いに密着させたことを特徴とする平型半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップと前記熱緩衝板とが前記第１厚み調整板により互いに位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の平型半導体装置。
【請求項３】
前記第１厚み調整板は前記半導体チップおよび前記熱緩衝板との接触面に凹部を有し、該凹部の内周により、前記半導体チップおよび前記熱緩衝板の外周部を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の平型半導体装置。
【請求項４】
前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間に、黒鉛シートで形成された第２厚み調整板をそれぞれ挟み込み、加熱加圧により前記熱緩衝板と前記圧接電極板とを第２厚み調整板を介して互いに密着させたことを特徴とする請求項１に記載の平型半導体装置。
【請求項５】
前記第１厚み調整板が、前記半導体チップと前記熱緩衝板より大きく、前記半導体チップと前記熱緩衝板に接触しない前記第１厚み調整板の外周部が、凸部形状となり、前記第２厚み調整板が、前記熱緩衝板より大きく、前記熱緩衝板に接触しない前記第２厚み調整板の外周部が、凸部形状となることを特徴とする請求項４に記載の平型半導体装置。
【請求項６】
同一平面上に配設された複数の半導体チップと、該半導体チップごとに、その両主面に重ねて設けた熱緩衝板と、これらを挟持する２つの圧接電極板とを具備する平型半導体装置の製造方法において、
水を含んだ膨張黒鉛シートを所定の大きさに切断する工程と、前記半導体チップと前記熱緩衝板との間に、前記切断した膨張黒鉛シートをそれぞれ挟み込む工程と、これらを加圧加熱して前記半導体チップと前記熱緩衝板との間を前記黒鉛シートを介して互いに密着させる工程とを含むことを特徴とする平型半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記挟み込む工程は、前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間にも、前記切断した膨張黒鉛シートをそれぞれ挟み込むものであり、
前記密着させる工程は、前記加熱加圧により、前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間も前記黒鉛シートを介して互いに密着させる工程であることを特徴とする請求項６に記載の平型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の半導体チップを一括して圧接した構造の平型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどの平型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の平型半導体装置の要部断面図である。平型構造の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと称す）など、複数個の半導体チップ１（例えば、ＩＧＢＴチップとフリーホイールダイオードチップ）を一括して圧接した状態で使用する平型半導体装置は、対向する２つの圧接電極板７６、６７の間に、半導体チップ６１と、その上下両面に熱緩衝板６２、６３を重ねたものを挟み込む構造となっており、特開平８−８８２４０号に開示されている。
【０００３】
この半導体チップ６１の両面に重ねられる熱緩衝板６２、６３は、熱伝導が良好な厚み１〜３ｍｍのＭｏ板からなり、半導体チップ６１で発生した熱を、半導体チップ６１の上下両面から放散する働きがあり、いわゆる、両面冷却を可能としている。前記の特開平８−８８２４０号では、さらに半導体チップ６１や熱緩衝板６２、６３に厚みのばらつきや片加圧が生じた場合、圧接する圧力にばらつきが生じる。そうすると、半導体チップ６１、熱緩衝板６１、６３、圧接電極板間６６、６７の良好な電気的接触を得ることが困難となる。それを解消するために、圧接電極板６６、６７と熱緩衝板６２、６３の間に、Ａｇ箔の軟金属シートからなる厚み補正板６４、６５を介在させ、半導体チップ６１、熱緩衝板６２、６３、圧接電極板６６、６７の良好な電気的接触を確保している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術には問題がある。半導体チップ６１、熱緩衝板６２、６３は互いに分離した状態で、圧接電極板６６、６７間に組み込まれるため、加圧状態以外では、位置ずれを生じる可能性がある。これを防止するために、前記の特開平８−８８２４０号では、半導体チップ６１、熱緩衝板６２、６３を位置決めフレーム６５内に収納し、保持する構造としている。この場合、確かに位置ずれは生じにくくなるが、半導体チップ６１、熱緩衝板６２、６３が密着固定されていないため、位置ずれ防止策としては十分でない。
【０００５】
また、半導体チップ６１など構成部材の厚みのばらつきを補正するために、一度加圧し、厚み補正板６４、６５のＡｇ箔を減少させた後で、再度加圧する場合、この位置ずれがあると、再加圧後の厚み調整は困難となる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、半導体チップおよび熱緩衝板などの構成部材を圧接電極間に挟み込んで組み立てた後、加圧時はもちろんのこと、加圧除去時においても、組み込まれた構成部材の位置ずれを生ずることなく、安定した構成部材の厚み調整が可能となる平型半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、同一平面上に配設された複数の半導体チップと、該半導体チップごとに、その両主面に重ねて設けた熱緩衝板と、これらを挟持する２つの圧接電極板とを具備する平型半導体装置において、前記半導体チップと前記熱緩衝板との間に、黒鉛シートで形成された第１厚み調整板をそれぞれ挟み込み、加圧加熱により前記半導体チップと前記熱緩衝板とを第１厚み調整板を介して互いに密着させた構成とする。
【０００７】
また、前記半導体チップと前記熱緩衝板とが前記第１厚み調整板により互いに位置決めされる構成とするとよい。
また、前記第１厚み調整板は前記半導体チップおよび前記熱緩衝板との接触面に凹部を有し、該凹部の内周により、前記半導体チップおよび前記熱緩衝板の外周部を位置決めする構成とするとよい。
【０００８】
また、前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間に、黒鉛シートで形成された第２厚み調整板をそれぞれ挟む込み、加熱加圧により前記熱緩衝板と前記圧接電極板とを第２厚み調整板を介して互いに密着させた構成とするとよい。
また、
前記第１厚み調整板が、前記半導体チップと前記熱緩衝板より大きく、前記半導体チップと前記熱緩衝板に接触しない前記第１厚み調整板の外周部が、凸部形状となり、前記第２厚み調整板が、前記熱緩衝板より大きく、前記熱緩衝板に接触しない前記第２厚み調整板の外周部が、凸部形状となるとよい。
【０００９】
製造方法としては、水を含んだ膨張黒鉛シートを所定の大きさに切断する工程と、前記半導体チップと前記熱緩衝板との間に、前記切断した膨張黒鉛シートをそれぞれ挟み込む工程と、これらを加圧加熱して前記半導体チップと前記熱緩衝板との間を前記黒鉛シートを介して互いに密着させる工程とを含むものとし、さらに、前記挟み込む工程は、前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間にも、前記切断した膨張黒鉛シートをそれぞれ挟み込むものであり、前記密着させる工程は、前記加熱加圧により、前記熱緩衝板と前記圧接電極板との間も前記黒鉛シートを介して互いに密着させる工程を含む製造方法とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の平型半導体装置の要部断面図である。ＩＧＢＴチップやフリーホイールダイオードチップなどの半導体チップ１の上下に、それぞれ厚み調整板６、７を介して熱緩衝板２、３を重ねて、コレクタ電極板である圧接接触板４とエミッタ電極板である圧接接触板５の間に挟持されている。
【００１１】
厚み調整板６、７（従来技術の厚み補正板と同意語）は、半導体チップ１、熱緩衝板２、３の厚みにばらつきがある場合、その厚みを調整して、圧接電極板４、５間に配置された複数個の半導体チップ１に均等な加圧力が加わるよう設けたものである。厚み調整板６、７は、黒鉛シート（厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ）からなる。
【００１２】
この黒鉛シートの製作方法を説明する。天然黒鉛を濃硫酸によって酸処理すると、層状のカーボンの層間に硫酸が吸収される。これを１０００℃以上の高温の炉内にて、急速に加熱することにより、吸収された硫酸が蒸発離脱し、そのとき黒鉛が膨張して、膨張化黒鉛が得られる。この膨張化黒鉛をロール圧延することにより、厚みを１／１０〜１／１００まで圧縮し、厚み０．５ｍｍ〜３ｍｍの黒鉛シートを得る。これをさらに圧縮して厚み０．２ｍｍ〜２ｍｍの黒鉛シートとする。
【００１３】
つぎに、この黒鉛シートを、チップの大きさ相当の大きさに切断して得た厚み調整板を、水中に浸漬して、水を含漬させる。この水を含漬した厚み調整板を、熱緩衝板２、３と半導体チップ１（ＩＧＢＴチップおよびＦＲＤチップ）の間に挟み込んで、さらに、これらを圧接電極板４、５間に挟持する。さらに、温度１００℃〜２００℃にて、この圧接電極板４、５間に、１個の半導体チップあたり１０Ｎ〜４１Ｎの加圧力を加える。この加圧加熱により、厚み調整板６、７に含漬した水が蒸発するとともに、厚み調整板６、７は圧縮され、このとき、半導体チップ１の厚みのばらつき、熱緩衝板２、３の厚みのばらつきが、厚み調整板６、７の圧縮量によって調整される。以上の工程により、半導体チップ１および熱緩衝板２、３は、その間に挟んだ厚み調整板６、７によって、それぞれの厚みのばらつきが調整されるとともに、黒鉛シートから形成された厚み調整板６、７を介して密着することになる。
【００１４】
この密着は、平型半導体装置が無加圧のときも、密着しており、運搬などの通常の振動では離れることはない。そのため、完成した平型半導体装置には、前記した特開平８−８８２４０号で不可欠であった位置決めガイド６５は不要となる。
図２は、この発明の第２実施例の平型半導体装置の要部断面図である。半導体チップ１、熱緩衝板１２、１３の間に厚み調整板１７、１８の他、熱緩衝板１２、１３と２つの圧接電極板４、５間にも、厚み調整板１９、２０を設ける。熱緩衝板１２、１３と圧接電極板４、５の間にも厚さ調整板１９、２０を挿入することで、半導体チップ１や熱緩衝板１２、１３の厚みばらつきが大きい場合でも厚みの調整ができる。
【００１５】
図３は、この発明の第３実施例の平型半導体装置の要部断面図である。図２との違いは、熱緩衝板２２、２３と圧接電極板４、５の間に挟み込む厚み調整板２９、３０が、熱緩衝板２２、２３と個別に密着している点である。この場合も図２と同様の効果が期待できる。尚、図中の２７、２８は厚み調整板で、図２の１７、１８に相当している。
【００１６】
図４は、この発明の第４実施例の平型半導体装置の要部断面図である。半導体チップ１、熱緩衝板３２、３３と、圧接電極板４、５とそれぞれ接する厚み調整板３７、３８、３９、４０について、半導体チップ１、熱緩衝板３２、３３を側面から位置決めするように、厚み調整板３２、３３の端部Ａを凸部形状とする。この端部を凸部形状とするには、図２の場合より、厚み調整板を半導体チップ１、熱緩衝板３２、３３、圧接電極板４、５の間に挟み込んだ後、加圧加熱するときの加圧力を高くする。この加圧力は、例えば５Ｎ〜１０Ｎにする。このように厚み調整板３７、３８、３９、４０の端部Ａを凸部形状とすることによって、平型半導体装置に強い衝撃が与えられた場合でも、半導体チップ１、熱緩衝板３２、３３の位置ずれを確実に防止できる。
【００１７】
また、このように、黒鉛シートを厚み調整板３７、３８、３９、４０として用いることで、図６で必要とされた位置決めフレーム６５が不要となり、製造コストを低減できる。
図５は、この発明の第５実施例の平型半導体装置の要部断面図である。図４との違いは、圧接電極板４と密着する厚み調整板４９が１枚である点であることである。この場合も図４と同様の効果が期待できる。尚、図中の４７、４８、５０は厚み調整板で図５の３７、３８、４０に相当している。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、圧接電極板間に挟持されて平型半導体装置を構成する半導体チップおよび熱緩衝板間に膨張黒鉛シートで形成した厚み調整板を用いることにより、半導体チップおよび熱緩衝板の厚みのばらつきの調整が容易にできるとともに、半導体チップおよび熱緩衝板とを密着させることができる。この密着によって、半導体チップと熱緩衝板が一体化されるため、加圧が除去された状態にても半導体チップと熱緩衝板が分離して位置ずれを起こすことがなくなり、厚み調整板による厚み調整機能を安定して得ることが可能となる。さらに、厚み調整板を熱緩衝板と圧接電極板間にも配設することで、半導体チップ、熱緩衝板と圧接電極板が密着することになり、厚み調整機能がより安定して得ることができる。また、厚み調整板の端部が凸部になるようにすることで、半導体チップと熱緩衝板の位置決めが容易になり、また、強い衝撃があった場合でも、位置ずれを防止できる。また、半導体チップ、熱緩衝板の位置を固定する位置決めフレームを不要し、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の平型半導体装置の要部断面図
【図２】この発明の第２実施例の平型半導体装置の要部断面図
【図３】この発明の第３実施例の平型半導体装置の要部断面図
【図４】この発明の第４実施例の平型半導体装置の要部断面図
【図５】この発明の第５実施例の平型半導体装置の要部断面図
【図６】従来の平型半導体装置の要部断面図
【符号の説明】
１    半導体チップ
２、３、１２、１３、２２、２３  熱緩衝板
３２、３３、４２、４３  熱緩衝板
４、５  圧接電極板
６、７、１６、１７、１９、２０  厚み調整板
２７、２８、２９、３０、３７、３８、３９、４０  厚み調整板
４７、４８、４９、５０  厚み調整板
Ａ    端部
【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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