(57)【要約】【課題】半導体実装部と樹脂との線膨張係数差により導電性固着部材に発生する応力を低減できる半導体装置を提供することにある。【解決手段】  本半導体装置では、半導体チップ１が実装される上側電極２および下側電極３と、上側電極２および下側電極３が固定される樹脂壁１３と、上側電極２と下側電極３との間に配置され、少なくとも半導体チップ１および半田４を含む半導体実装部１７とを備える。更に、上側電極２は、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する湾曲部１５を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装される第１の電極および第２の電極が固定される樹脂と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、少なくとも前記半導体素子および導電性固着部材を含む半導体実装部と、
前記樹脂の線膨張係数と前記半導体実装部の線膨張係数の差により前記導電性固着部材に発生する応力を緩和する応力緩和手段とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記応力緩和手段は、少なくとも前記第１の電極における前記樹脂と接触する部分と前記導電性固着部材と接触する部分の間に設けられた湾曲部であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体実装部は、少なくとも前記第１の電極と前記半導体素子との間に設けられた、リング形状または折り曲げ構造を持つ緩衝部材を含み、
前記応力緩和手段は、前記緩衝部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極は、前記第２の電極の材料と同じ電極材料と、前記電極材料より低い線膨張係数を持つ低線膨張材とを接合して形成され、
前記半導体実装部は、前記第１の電極の前記電極材料と接触し、
前記応力緩和手段は、前記第１の電極であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体実装部は、少なくとも前記第１の電極と前記半導体素子との間に設けられた、金属網線または凹凸形状の金属弾性体を含み、
前記応力緩和手段は、前記金属網線または前記金属弾性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体実装部は、前記第２の電極と接触する第２の導電性固着部材、前記第１の電極と接触する第１の導電性固着部材および前記第１の導電性固着部材の厚さを規定するために前記第１の導電性固着部材に入れられる厚さ規定部材とを含み、
前記第１の電極を電極固定手段で前記樹脂に固定せず、前記第１の電極を固着した場合、前記第１の電極における前記樹脂と接触する部分と前記樹脂との間にクリアランスがあるように、前記樹脂を形成し、
前記電極固定手段で前記第１の電極を前記樹脂に固定し、
前記第１の導電性固着部材を溶融することで、前記第１の導電性固着部材の厚さを規定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体実装部は、前記第２の電極と接触する第２の導電性固着部材、前記第１の電極と接触する第１の導電性固着部材および緩衝部材を含み、
前記第１の電極は、前記第１の導電性固着部材の厚さを規定するための厚さ規定部を備え、
前記第１の電極を電極固定手段で前記樹脂に固定せず、前記第１の電極を固着した場合、前記第１の電極における前記樹脂と接触する部分と前記樹脂との間にクリアランスがあるように、前記樹脂を形成し、
前記電極固定手段で前記第１の電極を前記樹脂に固定し、
前記第１の導電性固着部材を溶融し、
前記第１の電極の前記厚さ規定部を前記緩衝部材に接触させて、前記第１の導電性固着部材の厚さを規定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体実装部は、前記第２の電極と接触する第２の導電性固着部材、前記第１の電極と接触する第１の導電性固着部材および緩衝部材を含み、
前記緩衝部材は、前記第１の導電性固着部材の厚さを規定するための厚さ規定部を備え、
前記第１の電極を電極固定手段で前記樹脂に固定せず、前記第１の電極を固着した場合、前記第１の電極における前記樹脂と接触する部分と前記樹脂との間にクリアランスがあるように、前記樹脂を形成し、
前記電極固定手段で前記第１の電極を前記樹脂に固定し、
前記第１の導電性固着部材を溶融し、
前記緩衝部材の前記厚さ規定部を前記第１の電極に接触させて、前記第１の導電性固着部材の厚さを規定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを実装した電極を樹脂で一体成型してなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの上下面と半田付けされた上下電極を樹脂モールドすることにより形成された半導体装置がある（特許文献１参照）。これにより、従来のワイヤボンディング接続に対して、放熱性の向上や生産工程の短縮を実現している。
【特許文献１】特開２００５−７３３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の半導体装置では、樹脂の線膨張係数が、半導体素子および半田の線膨張係数より大きいため、半田に応力が発生し、半田に亀裂が入り易くなるといった問題があった。
【０００４】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、半導体実装部と樹脂との線膨張係数差により導電性固着部材に発生する応力を低減でき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】
【０００５】
上記目的達成のため、本発明に係る半導体装置では、第１の電極と第２の電極との間に配置され、少なくとも半導体素子および導電性固着部材を含む半導体実装部の線膨張係数と、第１の電極および第２の電極が固定される樹脂の線膨張係数との差により上記導電性固着部材に発生する応力を緩和する応力緩和手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、半導体実装部と樹脂との線膨張係数差により導電性固着部材に発生する応力を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置について、図１乃至図１０を参照して説明する。第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置は、半導体チップを実装した電極を樹脂で一体成型してなる半導体装置である。
【０００８】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る半導体装置について図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面図、図２は図1に示す半導体装置のＡ−Ａ断面図、図３は図1に示す半導体装置のＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）は常温環境時のＢ−Ｂ断面図であり、図３（ｂ）は高温環境時のＢ−Ｂ断面図である。なお、高温環境時とは、雰囲気温度が上昇した場合、もしくは、半導体装置が動作し、半導体装置の自己発熱によって高温になった場合の状態を指す。図１に示すように当該半導体装置は、半導体素子である半導体チップ１が実装される第１の電極である上側電極２および第２の電極である下側電極３が固定される樹脂壁１３を備えている。更に、上側電極２と下側電極３との間に配置され、半導体チップ１および導電性固着部材である半田４および７を含む半導体実装部１７とを備えている。ここで、樹脂壁１３は、上側電極２を半導体実装部１７に取り付けた後、樹脂壁１３の高さと半田４の高さが同じになるように、一体成型される。また、半導体実装部１７は、半導体チップ１と上側電極２との間に、導電性固着部材である半田５および緩衝部材である上側緩衝板８を含む。同様に、半導体チップ１と下側電極３との間に、導電性固着部材である半田６および下側緩衝板９を含む。
【０００９】
図１において２つ図示した半導体チップ１は、例えば一つはＩＧＢＴであり、一つはダイオードである。上側電極２は、ＩＧＢＴのエミッタ端子およびダイオードのアノード端子と接続される。一方、下側電極３は、ＩＧＢＴのコレクタ端子およびダイオードのカソード端子と接続される。ＩＧＢＴの駆動に必要となるゲート信号は、図示していないアルミワイヤによって外部に導出される。ここで、上側電極２および下側電極３は一般的な電極材料である銅からなる。半導体チップ１はシリコンからなる。上側緩衝板８および下側緩衝板９は、銅とモリブデンの合金（以下、Ｃｕ−Ｍｏとする。）からなる。上側緩衝板８は、半導体チップ１と上側電極２との線膨張係数差による半田４への応力集中を緩和するためにある。同様に、下側緩衝板９は、半導体チップ１と下側電極３との線膨張係数差による半田７への応力集中を緩和するためにある。
【００１０】
下側電極３は、図２に示すように、本半導体装置よりも外部の部品に接続するための外部導出端子１１を有する。下側電極３は樹脂壁１３と一体成型されており、樹脂壁１３と共に、本半導体装置のケースを構成している。一方、上側電極２は、図３（ａ）に示すように、下側電極３と一体の樹脂壁１３に形成されたインサートナット１４と電極固定手段であるネジ１０を用いて固定される。また、上側電極２は、樹脂壁１３と接触する部分と半田４と接触する部分の間にある湾曲部１５、樹脂壁１３と接触する部分、半田４と接触する部分、本半導体装置よりも外部の部品に接続するための外部導出端子１２を備えている。上側電極２における樹脂壁１３と接触する部分の高さと半田４と接触する部分の高さを同じにする。第１の実施形態では、湾曲部１５が、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する応力緩和手段である。湾曲部１５は、プレス加工などによって作製可能である。
【００１１】
次に、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数について説明する。表１は、各材料の線膨張係数を示した表である。表１に示すように、樹脂壁１３の材料である樹脂、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の線膨張係数は、２０ｐｐｍ／℃である。一方、半導体チップ１の材料であるシリコンの線膨張係数は４ｐｐｍ／℃であり、半田４〜７の線膨張係数は２１ｐｐｍ／℃であり、上側緩衝板８および下側緩衝板９の材料であるＣｕ−Ｍｏの線膨張係数は８〜１２ｐｐｍ／℃である。これから、半導体実装部１７の平均の線膨張係数を算出すると、例えば１１ｐｐｍ／℃程度となる。すなわち、樹脂壁１３の線膨張係数は、半導体実装部１７の平均の線膨張係数より大きくなる。そのため、高温環境時には、図３（ｂ）に示すように、樹脂壁１３の上下方向の熱膨張量が、半導体実装部１７の熱膨張量よりも大きくなり、応力が発生する。しかし、本実施形態では、上側電極２が、上下方向の上記熱膨張量の差を吸収するように変形する湾曲部１５を備えているので、半田４にかかる応力を低減することができ、半田４の信頼性を確保することができる。
【００１２】
【表１】
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以上より、第１の実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ１が実装される上側電極２および下側電極３が固定される樹脂壁１３を備える。また、上側電極２と下側電極３との間に配置され、少なくとも半導体チップ１および半田４および７を含む半導体実装部１７を備える。更に、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する応力緩和手段とを備えている。また、上側電極２は、樹脂壁１３と接触する部分と半田４と接触する部分の間に設けられた、応力緩和手段である湾曲部１５を備える。これから、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を低減することができる。従って、半田４の信頼性を確保することができる。
【００１３】
なお、応力緩和手段は湾曲部１５に限定されず、図４に示す変形例でも良い。図４は、第１の実施形態に係る半導体装置の変形例である。本変形例では、湾曲部１５の代わりに、上側電極２の幅方向に対して細い部分である幅細部１６を設けている。高温環境時、幅細部１６が変形することで、半導体実装部１７の線膨張係数と樹脂壁１３の線膨張係数の差により発生する熱膨張量の差を吸収する。よって、第１の実施形態と同様の効果を取得できる。
【００１４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる点を中心に図５を参照して説明する。また、第２の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の図３相当図である。図５（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態とほとんど同じである。
【００１５】
第２の実施形態に係る半導体装置が、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる点は、第１の電極である上側電極２１が湾曲部１５を備えていないことと、緩衝部材である上側緩衝板２２の形状がリング形状であることだけである。上側緩衝板２２は、半導体チップ１と上側電極２１との線膨張係数差による半田４への応力集中を緩和する。更に、リング形状の上側緩衝板２２がたわむことによって、半導体実装部２３の上下方向の変位、すなわち、熱膨張量の差を吸収する機能を有する。従って、高温環境時、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部２３の線膨張係数の差による熱膨張量の差が発生しても、図５（ｂ）に示すように上側緩衝板２２が上下方向に変形し伸びることで、上記熱膨張量の差を吸収する。よって、半田４に発生する応力を低減することができる。なお、第１の実施形態と同様に、上側緩衝板２２はＣｕ−Ｍｏから、上側電極２１は銅からなる。また、上側電極２１は、樹脂壁１３と接触する部分、半田４と接触する部分、本半導体装置よりも外部の部品に接続するための外部導出端子１２を備えている。そして、上側電極２１における樹脂壁１３と接触する部分の高さと半田４と接触する部分の高さを同じにする。
【００１６】
以上より、第２の実施形態に係る半導体装置の半導体実装部２３は、上側電極２１と半導体チップ１との間に設けられた、リング形状の上側緩衝板２２を含む。上側緩衝板２２は、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部２３の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する応力緩和手段である。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。
【００１７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる点を中心に図６を参照して説明する。また、第３の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の図３相当図である。図６（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態とほとんど同じである。第３の実施形態に係る半導体装置が、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる点は、上側電極２の代わりに第１の電極である一体電極３０を備えていることだけである。一体電極３０は、下側電極３の材料と同じ電極材料３１と、電極材料３１より低い線膨張係数を持つ低線膨張材３２とを接合して形成される。更に、図６（ａ）に示したように、一体電極３０の電極材料３１は半導体実装部１７と接触している。第３の実施形態では、電極材料３１として銅を、低線膨張材３２としてモリブデンを使用している。モリブデンと銅をクラッド材とすることで、一体電極３０を形成する。なお、一体電極３０は、樹脂壁１３と接触する部分、半田４と接触する部分、本半導体装置よりも外部の部品に接続するための外部導出端子１２を備えている。そして、一体電極３０における樹脂壁１３と接触する部分の高さと半田４と接触する部分の高さを同じにする。
【００１８】
一体電極３０は、常温環境時にフラットであるとすると、高温環境時、線膨張係数の高い材料側、すなわち、電極材料３１側が凸になるように変形する。従って、高温環境時、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差による熱膨張量の差が発生しても、図６（ｂ）に示すように、一体電極３０が電極材料３１側を凸にして変形することで、上記熱膨張量の差を吸収する。よって、半田４に発生する応力を低減することができる。
【００１９】
以上より、第３の実施形態に係る半導体装置の一体電極３０は、下側電極３の材料と同じ電極材料３１と、電極材料３１より低い線膨張係数を持つ低線膨張材３２とを接合して形成される。また、半導体実装部１７は、一体電極３０の電極材料３１と接触する。一体電極３０は、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部１７の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する応力緩和手段である。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。
【００２０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る半導体装置について、第２の実施形態に係る半導体装置と異なる点を中心に図７を参照して説明する。また、第４の実施形態に係る半導体装置について、第２の実施形態に係る半導体装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の図３相当図である。図７（ａ）に示すように、第４の実施形態に係る半導体装置は、第２の実施形態とほとんど同じである。第４の実施形態に係る半導体装置が、第２の実施形態に係る半導体装置と異なる点は、上側緩衝板２２の代わりに、金属網線である銅メッシュ４２を銅箔４１で挟み込んだ銅メッシュ部材４３を備えていることだけである。銅メッシュ部材４３は、銅の細線を折り込んでなる銅メッシュ４２を含むので、電気伝導性を有し、且つ、容易に変形することが可能である。従って、高温環境時、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部４４の線膨張係数の差による熱膨張量の差が発生しても、図７（ｂ）に示すように、銅メッシュ４２が上下方向に変形し伸びることで、上記熱膨張量の差を吸収する。よって、半田４に発生する応力を低減することができる。
【００２１】
以上より、第４の実施形態に係る半導体装置の半導体実装部４４は、上側電極２１と半導体チップ１との間に設けられた金属メッシュ４２を含む。金属メッシュ４２は、樹脂壁１３の線膨張係数と半導体実装部４４の線膨張係数の差により半田４に発生する応力を緩和する応力緩和手段である。これにより、第２の実施形態と同様の効果を取得することができる。
【００２２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる点を中心に図８を参照して説明する。また、第５の実施形態に係る半導体装置について、第１の実施形態に係る半導体装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の上側電極２の取り付け工程をＢ−Ｂ断面から見た図である。図８（ａ）は上側電極２を取り付ける前の半導体装置のＢ−Ｂ断面図であり、図８（ｂ）は上側電極２を取り付けた後の半導体装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００２３】
図８（ａ）に示すように当該半導体装置は、半導体チップ１が実装される上側電極２および下側電極３が固定される樹脂壁５３を備える。更に、上側電極２と下側電極３との間に配置され、半導体チップ１、上側緩衝板８および下側緩衝板９を含む半導体実装部５８とを備える。また、半導体実装部５８は、半導体チップ１と上側緩衝板８の間、半導体チップ１と下側緩衝板９の間、下側緩衝板９と下側電極３の間に、第２の導電性固着部材である高融点半田５５、５６、５７を含む。半導体実装部５８は、上側電極２と上側緩衝板８の間に、厚さ規定部材であるフィラー５１を含む第１の導電性固着部材である低融点半田５４を備える。上側電極２は、図８（ｂ）に示すように、樹脂壁５３に形成されたインサートナット１４と電極固定手段であるネジ１０を用いて固定される。更に、上側電極２をネジ１０で樹脂壁５３に固定せず、上側電極２を低融点半田５４で固着した場合、上側電極２における樹脂壁５３と接触する部分と樹脂壁５３との間にクリアランス５９があるようにする。具体的には、上述のように、上側電極２における樹脂壁５３と接触する部分の高さと低融点半田５４と接触する部分の高さは同じであるので、半導体実装部５８のフィラー５１の高さより、樹脂壁５３の高さを低くしている。なお、樹脂壁５３の材料は、第１の実施形態の樹脂壁１３と同様に、ＰＰＳである。
【００２４】
次に、第５の実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。図８（ａ）に示したように、樹脂壁５３と一体成型した下側電極３に高融点半田５７、下側緩衝板９、高融点半田５６、半導体チップ１、高融点半田５５、上側緩衝板８を配置する。位置決めした状態で、高融点半田５５、５６、５７を溶融し半田付けを行う。次に、上側緩衝板８にフィラー５１を含む低融点半田５４、上側電極２を配置し、上側電極２を樹脂壁５３にネジ１０で固定する。上述の通り、上側電極２における樹脂壁５３と接触する部分の高さと低融点半田５４と接触する部分の高さは同じである。そして、半導体実装部５８のフィラー５１の高さより、樹脂壁５３の高さを低くしている。これから、上側電極２をネジ１０で樹脂壁５３に固定せず、上側電極２を低融点半田５４で固着した場合には、上側電極２における樹脂壁５３と接触する部分と樹脂壁５３との間にクリアランス５９ができる。
【００２５】
従って、上側電極２と樹脂壁５３をネジ１０で固定すると、上側電極２の湾曲部１５が変形する。これにより、湾曲部１５がばねの役割を果たし、上側電極２が低融点半田５４を確実に押し付ける状態となる。ここで、低融点半田５４を溶融すると、上側電極２が低融点半田５４を押し付ける状態であるため、低融点半田５４の厚さが薄くなる。しかし、図８（ｂ）に示したように、フィラー５１がスペーサーの役割を果たすので、低融点半田５４の厚さはフィラー５１の高さに規定される。これにより、低融点半田５４の厚さのばらつきを低減できる。なお、フィラー５１は、低融点半田５４の中で厚さを規定できるものであればよく、例えばアルミナ等のセラミックス粒子からなる。
【００２６】
また、第５の実施形態では、半導体チップ１と上側緩衝板８の間、半導体チップ１と下側緩衝板９の間、下側緩衝板９と下側電極３の間に高融点半田５５、５６、５７を用いている。そして、上側電極２と上側緩衝板８の間に低融点半田５４を用いている。これから、低融点半田５４を溶融する温度を高融点半田５５、５６、５７の融点より低く低融点半田５４の融点より高い温度とすることで、低融点半田５４のみを溶融することができる。更に、高温環境時、樹脂壁５３の線膨張係数と半導体実装部５８の線膨張係数の差による熱膨張量の差が発生した場合、同じ熱膨張量の差が発生しても、低融点半田５４の厚さが薄くなるほど低融点半田５４に加わる応力が大きくなる。すなわち、低融点半田５４にクラックが入りやすくなるため、信頼性が低下する。しかし、本実施形態では、上記のように低融点半田５４の厚さのばらつきを低減できるため、低融点半田５４にかかる応力のばらつきを低減でき、結果的に信頼性を向上させることができる。
【００２７】
以上より、第５の実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ１が実装される上側電極２および下側電極３が固定される樹脂壁５３を備える。また、上側電極２と下側電極３との間に配置され、半導体チップ１、上側緩衝板８、下側緩衝板９、フィラー５１を含む低融点半田５４および高融点半田５５、５６、５７を含む半導体実装部５８を備える。更に、樹脂壁５３の線膨張係数と半導体実装部５８の線膨張係数の差により低融点半田５４に発生する応力を緩和する応力緩和手段とを備える。また、上側電極２は、樹脂壁５３と接触する部分と低融点半田５４と接触する部分の間に設けられた、応力緩和手段である湾曲部１５を備える。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。
【００２８】
更に、第５の実施形態では、上側電極２をネジ１０で樹脂壁５３に固定せず、上側電極２を固着した場合、上側電極２における樹脂壁５３と接触する部分と樹脂壁５３との間にクリアランス５９があるように、樹脂壁５３を形成する。その後、ネジ１０で上側電極２を樹脂壁５３に固定し、低融点半田５４を溶融することで、低融点半田５４の厚さをフィラー５１で規定する。これにより、低融点半田５４の厚さのばらつきを低減できる。これから、低融点半田５４にかかる応力のばらつきを低減でき、結果的に信頼性を向上させることができる。
【００２９】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る半導体装置について、第５の実施形態に係る半導体装置と異なる点を中心に図９を参照して説明する。また、第６の実施形態に係る半導体装置について、第５の実施形態に係る半導体装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図９は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の図８相当図である。図９（ａ）に示すように、第６の実施形態に係る半導体装置は、第５の実施形態と基本的に同じである。第６の実施形態に係る半導体装置が、第５の実施形態と異なる点は、低融点半田５４の代わりに第１の導電性固着部材である低融点半田６４を、上側電極２の代わりに第１の電極である上側電極６１を用いていることだけである。
【００３０】
ここで、低融点半田６４は、低融点半田５４と異なり、フィラー５１を含んでいない。また、上側電極６１は、上側電極２と同様に、樹脂壁６３と接触する部分と低融点半田６４と接触する部分の間に設けられた湾曲部１５を備える。更に、樹脂壁６３と接触する部分、低融点半田６４と接触する部分、本半導体装置よりも外部の部品に接続するための外部導出端子１２を備える。また、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分の高さと低融点半田６４と接触する部分の高さは同じである。更に、上側電極６１は、低融点半田６４の厚さを規定するための厚さ規定部である折り曲げ部６２を有している。なお、上側電極６１は銅からなる。また、樹脂壁６３の材料は、第５の実施形態の樹脂壁５３と同様に、ＰＰＳである。
【００３１】
第５の実施形態と同様に、上側電極６１をネジ１０で樹脂壁６３に固定せず、上側電極６１を低融点半田６４で固着した場合、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分と樹脂壁６３との間にクリアランス６６があるようにする。図９（ｂ）に示すように、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分の高さと低融点半田６４と接触する部分の高さは同じである。そのため、上側電極６１における低融点半田６４と接触する部分と折り曲げ部６２と間の寸法を半導体実装部６５の上側緩衝板８の高さに加えた値より、樹脂壁６３の高さを低くしている。
【００３２】
次に、第６の実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。当該製造工程は、基本的には第５の実施形態と同様である。図９（ａ）に示したように、樹脂壁６３と一体成型した下側電極３に高融点半田５７、下側緩衝板９、高融点半田５６、半導体チップ１、高融点半田５５、上側緩衝板８を配置する。位置決めした状態で、高融点半田５５、５６、５７を溶融し半田付けを行う。次に、上側緩衝板８に低融点半田６４、上側電極６１を配置し、上側電極６１を樹脂壁６３にネジ１０で固定する。上述の通り、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分の高さと低融点半田６４と接触する部分の高さは同じである。そして、上側電極６１における低融点半田６４と接触する部分と折り曲げ部６２と間の寸法を半導体実装部６５の上側緩衝板８の高さに加えた値より、樹脂壁６３の高さを低くしている。これから、上側電極６１をネジ１０で樹脂壁６３に固定せず、上側電極６１を低融点半田６４で固着した場合には、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分と樹脂壁６３との間にクリアランス６６ができる。
【００３３】
従って、上側電極６１と樹脂壁６３をネジ１０で固定すると、上側電極６１の湾曲部１５が変形する。これにより、湾曲部１５がばねの役割を果たし、上側電極６１が低融点半田６４を確実に押し付ける状態となる。ここで、低融点半田６４を溶融すると、上側電極６１が低融点半田６４を押し付ける状態であるため、低融点半田６４の厚さが薄くなる。そして、図９（ｂ）に示したように、上側電極６１の折り曲げ部６２を上側緩衝板８に接触させて、低融点半田６４の厚さを規定する。すなわち、当該厚さは、上側電極６１における低融点半田６４と接触する部分と折り曲げ部６２と間の寸法と同一となる。これにより、低融点半田６４の厚さのばらつきを低減できる。
【００３４】
また、第５の実施形態と同様に、半導体チップ１と上側緩衝板８の間、半導体チップ１と下側緩衝板９の間、下側緩衝板９と下側電極３の間に高融点半田５５、５６、５７を用いている。そして、上側電極６１と上側緩衝板８の間に低融点半田６４を用いている。これから、低融点半田６４を溶融する温度を高融点半田５５、５６、５７の融点より低く低融点半田５４の融点より高い温度とすることで、低融点半田６４のみを溶融することができる。更に、高温環境時、樹脂壁６３の線膨張係数と半導体実装部６５の線膨張係数の差による熱膨張量の差が発生した場合、同じ熱膨張量の差が発生しても、低融点半田６４の厚さが薄くなるほど低融点半田６４に加わる応力が大きくなる。すなわち、低融点半田６４にクラックが入りやすくなるため、信頼性が低下する。しかし、本実施形態では、上記のように低融点半田６４の厚さのばらつきを低減できるため、低融点半田６４にかかる応力のばらつきを低減でき、結果的に信頼性を向上させることができる。
【００３５】
以上より、第６の実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ１が実装される上側電極６１および下側電極３が固定される樹脂壁６３を備える。また、上側電極６１と下側電極３との間に配置され、半導体チップ１、上側緩衝板８、下側緩衝板９、低融点半田６４および高融点半田５５、５６、５７を含む半導体実装部６５を備える。更に、樹脂壁６３の線膨張係数と半導体実装部６５の線膨張係数の差により低融点半田６４に発生する応力を緩和する応力緩和手段とを備える。また、上側電極６１は、樹脂壁６３と接触する部分と低融点半田６４と接触する部分の間に設けられた、応力緩和手段である湾曲部１５を備える。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。
【００３６】
また、第６の実施形態の上側電極６１は、低融点半田６４の厚さを規定するための折り曲げ部６２を備えている。そして、上側電極６１をネジ１０で樹脂壁６３に固定せず、上側電極６１を固着した場合、上側電極６１における樹脂壁６３と接触する部分と樹脂壁６３との間にクリアランス６６があるように、樹脂壁６３を形成する。その後、ネジ１０で上側電極６１を樹脂壁６３に固定し、低融点半田６４を溶融する。これにより、上側電極６１の折り曲げ部６２を上側緩衝板８に接触させ、上側電極６１における低融点半田６４と接触する部分と折り曲げ部６２と間の寸法で低融点半田６４の厚さを規定する。これにより、低融点半田６４の厚さのばらつきを低減できる。これから、低融点半田６４にかかる応力のばらつきを低減でき、結果的に信頼性を向上させることができる。
【００３７】
なお、厚さ規定部は上側電極６１の折り曲げ部６２に限定されず、図１０に示す変形例でも良い。図１０は、第６の実施形態に係る半導体装置の変形である。本変形例では、上側電極６１の代わりに上側電極２を、上側緩衝板８の代わりに緩衝部材である上側緩衝板６８を用いている。上側緩衝板６８は、Ｃｕ−Ｍｏからなり、半導体チップ１と上側電極２との線膨張係数差による低融点半田６４への応力集中を緩和するためにある。更に、上側緩衝板６８は、図１０（ａ）に示すように、厚さ規定部である折り曲げ部６７を備えている。第６の実施形態と同様に、上側電極２をネジ１０で樹脂壁６３’に固定せず、上側電極２を低融点半田６４で固着した場合、上側電極２における樹脂壁６３’と接触する部分と樹脂壁６３’との間にクリアランス６６’があるようにする。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、上側電極２における樹脂壁６３’と接触する部分の高さと低融点半田６４と接触する部分の高さは同じである。そのため、上側緩衝板６８の折り曲げ部６７の高さより、樹脂壁６３’の高さを低くする。なお、樹脂壁６３’の材料は、第６の実施形態の樹脂壁６３と同様に、ＰＰＳである。
【００３８】
このようにすることで、第６の実施形態と同様に、上側電極２における樹脂壁６３’と接触する部分と樹脂壁６３’との間にクリアランス６６’ができる。従って、上側電極２と樹脂壁６３’をネジ１０で固定すると、上側電極２の湾曲部１５が変形する。これにより、湾曲部１５がばねの役割を果たし、上側電極２が低融点半田６４を確実に押し付ける状態になる。ここで、低融点半田６４を溶融すると、低融点半田６４の厚さが薄くなり、図１０（ｂ）に示したように、上側緩衝板６８の折り曲げ部６７が上側電極２に接触し、低融点半田６４の厚さを規定する。また、高温環境時、上側電極２の湾曲部１５が変形することで、半導体実装部６９の線膨張係数と樹脂壁６３’の線膨張係数の差により発生する熱膨張量の差を吸収する。これから、第６の実施形態と同様の効果を取得できる。
【００３９】
なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ１はＩＧＢＴとダイオードであるが、特にこれに限定されるものでなく、他の半導体素子でも良い。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、半導体チップ１はＩＧＢＴとダイオードであるが、特にこれに限定されるものでなく、他の半導体素子でも良い。
【００４０】
また、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ1はシリコンからなるが、特にこれに限定されるものでなく、他の半導体材料から形成しても良い。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、半導体チップ１はシリコンからなるが、他の半導体材料から形成しても良い。
【００４１】
また、第１、第２、第４乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、上側電極２、２１、６１および下側電極３は銅からなるが、特にこれに限定されるものでなく、導電性を持つ電極材料であれば、他の材料でも良い。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、上側電極２、２’および下側電極３は銅からなるが、他の電極材料でも良い。
【００４２】
また、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、上側電極２、２１、６１または一体電極３０をネジ１０で樹脂壁１３、５３、６３に固定しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の電極固定手段でも良い。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、上側電極２、２’をネジ１０で固定しているが、他の電極固定手段でも良い。
【００４３】
また、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、樹脂壁１３、５３、６３の材料はＰＰＳであるが、特にこれに限定されるものでなく、他の材料でも適用可能である。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、樹脂壁１３、６３’の材料はＰＰＳであるが、他の材料でも良い。
【００４４】
また、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、半導体実装部１７、２３、４４、５８、６５は下側緩衝板９を含むが、特にこれに限定されるものでなく、無くても良い。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、半導体実装部１７、６９は下側緩衝板９を含むが、無くても良い。更に、第１乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、下側緩衝板９はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、下側電極３の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。同様に、第１および第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、下側緩衝板９はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、下側電極３の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。
【００４５】
また、第１、第３、第５の実施形態に係る半導体装置では、半導体実装部１７、５８は上側緩衝板８を含むが、特にこれに限定されるものでなく、無くても良い。同様に、第１の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、半導体実装部１７は上側緩衝板８を含むが無くても良い。更に、第１、第３、第５、第６の実施形態に係る半導体装置では、上側緩衝板８はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、上側電極２、６１または一体電極３０の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。同様に、第１の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、上側緩衝板８はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、上側電極２’の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。
【００４６】
また、第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置では、樹脂壁１３の高さと半田４の高さが同じになるように、樹脂壁１３を一体成型しているが、特にこれに限定されるものでない。樹脂壁１３の高さと半田４の高さは同じでなくても、程度の差があるが同様の効果を取得できる。同様に、第１の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、樹脂壁１３の高さと半田４の高さが同じになるように、樹脂壁１３を一体成型しているが、特にこれに限定されるものでない。樹脂壁１３の高さと半田４の高さは同じでなくても、程度の差があるが同様の効果を取得できる。
【００４７】
また、第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置では、導電性固着部材として半田４〜７を用いているが、特にこれに限定されるものでない。電気伝導性を有する導電性固着部材であれば、例えば、エポキシやウレタン等の樹脂に、銀やカーボン等のフィラーが入った導電性接着剤であっても良い。同様に、第１の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、導電性固着部材として半田４〜７を用いているが、特にこれに限定されるものでない。電気伝導性を有する導電性固着部材であれば、例えば、エポキシやウレタン等の樹脂に、銀やカーボン等のフィラーが入った導電性接着剤であっても良い。更に、第５乃至第６の実施形態に係る半導体装置では、第１の導電性固着部材として低融点半田５４、６４を、第２の導電性固着部材として高融点半田５５、５６、５７を用いているが、特にこれに限定されるものでない。電気伝導性を有する導電性固着部材であれば、例えば、エポキシやウレタン等の樹脂に、銀やカーボン等のフィラーが入った導電性接着剤であっても良い。更に、第６の実施形態に係る半導体装置の変形例でも、第１の導電性固着部材として低融点半田６４を、第２の導電性固着部材として高融点半田５５、５６、５７を用いているが、特にこれに限定されるものでない。電気伝導性を有する導電性固着部材であれば、例えば、エポキシやウレタン等の樹脂に、銀やカーボン等のフィラーが入った導電性接着剤であっても良い。
【００４８】
また、第２の実施形態に係る半導体装置では、半導体実装部２３はリング形状の上側緩衝板２２を含むが、特にこれに限定されるものでなく、折り曲げ構造またはコの字形状の上側緩衝板でも良い。また、第２の実施形態に係る半導体装置では、上側緩衝板２２はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、上側電極２１の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。
【００４９】
また、第２の実施形態に係る半導体装置では、上側電極２１を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、第１の実施形態のように、上側電極２を用いても良い。
【００５０】
また、第３の実施形態に係る半導体装置では、一体電極３０の電極材料３１として銅を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、導電性を持つ電極材料であれば、他の材料でも良い。同様に、第３の実施形態に係る半導体装置では、一体電極３０の低線膨張材としてモリブデンを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、タングステン、モリブデンと銅の合金またはタングステンと銅の合金等を用いても良い。
【００５１】
また、第４の実施形態に係る半導体装置では、金属網線として銅メッシュ４２を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、他の金属メッシュを用いても良い。更に、金属網線の代わりに、凹凸形状等の金属弾性体でも良い。
【００５２】
また、第４の実施形態に係る半導体装置では、上側電極２１を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、第１の実施形態のように、上側電極２を用いても良い。
【００５３】
また、第５の実施形態に係る半導体装置では、フィラー５１はアルミナ等のセラミック粒子からなるが、特にこれに限定されるものでない。
【００５４】
また、第６の実施形態に係る半導体装置の変形例では、上側緩衝板６８はＣｕ−Ｍｏからなるが、特にこれに限定されるものでない。半導体チップ１の線膨張係数より高く、上側電極２の線膨張係数より低い線膨張係数を持つ材料であれば、何れの材料でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面図
【図２】図1に示す半導体装置のＡ−Ａ断面図
【図３】図1に示す半導体装置のＢ−Ｂ断面図
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の変形例
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の図３相当図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の図３相当図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の図３相当図
【図８】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の上側電極の取り付け工程をＢ−Ｂ断面から見た図
【図９】本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の図８相当図
【図１０】第６の実施形態に係る半導体装置の変形例
【符号の説明】
【００５６】
１  半導体素子である半導体チップ、２、２’  第１の電極である上側電極、
３  第２の電極である下側電極、４、５、６、７  導電性固着部材である半田、
８  緩衝部材である上側緩衝板、９  下側緩衝板、
１０  電極固定手段であるネジ、１１  外部導出端子部、
１２、１２’  外部導出端子部、１３  樹脂壁、１４  インサートナット、
１５  応力緩和手段である湾曲部、１６  応力緩和手段である幅細部、
１７、２３、４４、５８、６５、６９  半導体実装部、
２１  第１の電極である上側電極、２２  緩衝部材である上側緩衝板、
３０  第１の電極である一体電極、３１  電極材料、３２  低線膨張材、
４１  銅箔、４２  金属網線である銅メッシュ、４３  銅メッシュ部材、
５１  厚さ規定部材であるフィラー、５３、６３、６３’  樹脂壁、
５４、６４  第１の導電性固着部材である低融点半田、
５５、５６、５７  第２の導電性固着部材である高融点半田、
５９、６６、６６’  クリアランス、６１  第１の電極である上側電極、
６２  厚さ規定部である折り曲げ部、
６７  厚さ規定部である折り曲げ部、６８  緩衝部材である上側緩衝板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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