(57)【要約】【課題】半導体チップ１と放熱部材２、３との間でショート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】各放熱部材２、３のうち半導体チップ１と対向する面に第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６を形成し、半導体チップ１の側面の全面およびガードリング９を覆うように表面に第３の絶縁膜１０を形成する。このような半導体装置とすることで、異物が混入された状態で半導体装置が形成されたとしても、半導体チップ１と放熱部材２、３との間でショートすることを抑制することができ、また、放熱部材２、３の間でショートすることを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ（１）と、
前記半導体チップ（１）を挟むように、前記半導体チップ（１）の表面および裏面に配置される一対の放熱部材（２、３）と、
前記半導体チップ（１）の表面に配置される放熱部材（２）のうち前記半導体チップ（１）と対向する面に形成され、前記放熱部材（２）の一部を露出させる第１の開口部（７）を備えた第１の絶縁膜（５）と、
前記半導体チップ（１）の裏面に配置される放熱部材（３）のうち前記半導体チップ（１）と対向する面に形成され、前記放熱部材（３）の一部を露出させる第２の開口部（８）を備えた第２の絶縁膜（６）と、
前記半導体チップ（１）と前記放熱部材（２、３）との間に配置され、前記半導体チップ（１）と前記放熱部材（２、３）とを熱的および電気的に接続する接続部材（４）と、
前記半導体チップ（１）の側面の全面を覆う第３の絶縁膜（１０）と、を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップ（１）の表層部のうち外縁部にはガードリング（９）が備えられ、前記第３の絶縁膜（１０）が前記半導体チップ（１）の側面の全面および前記ガードリング（９）を覆うように前記半導体チップ（１）の表面に形成されており、前記第３の絶縁膜（１０）には前記半導体チップ（１）の表面のうち前記ガードリング（９）が備えられる部分と対応する部分よりも内側の部分に前記半導体チップ（１）を露出させる第３の開口部（１１）が形成されてい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】
前記放熱部材（２、３）には、前記半導体チップ（１）と対向する面の外縁部を一周する凹部（１９）が形成され、前記凹部（１９）に前記第１の絶縁膜（５）または前記第２の絶縁膜（６）が前記凹部（１９）の形状と対応するように配置されており、
前記第１の絶縁膜（５）または前記第２の絶縁膜（６）が配置されている部分の内側の部分が前記第１の開口部（７）または前記第２の開口部（８）とな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】
前記半導体チップ（１）は複数備えられており、前記放熱部材（２、３）のうち隣り合う前記半導体チップ（１）の間に位置する部分と対応する部分から前記半導体チップ（１）の配列方向と前記放熱部材（２、３）における前記半導体チップ（１）と対向する面上において直行する方向に位置する部分に配置されている前記第１の絶縁膜（５）または前記第２の絶縁膜（６）の厚さが該部分を除く部分に配置されている前記第１の絶縁膜（５）または前記第２の絶縁膜（６）の厚さより薄くされてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの表面および裏面に放熱部材を配置し、半導体チップの表面および裏面から放熱を行うことができる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体チップを挟むように、半導体チップの表面および裏面に一対の放熱部材を配置することにより、半導体チップの表面および裏面から放熱を行うことができる半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、このような半導体装置には、半導体チップの表面のうち外縁部に耐圧性を向上させるためのガードリングが備えられている。また、ガードリングの周辺部では絶縁性を確保することが必要であるので、各放熱部材のうち絶縁性を備えなければならない部分には絶縁膜が形成されている。つまり、各放熱部材のうち半導体チップと対向する面には絶縁膜が形成されている。そして、この絶縁膜には放熱部材を露出させる開口部が形成されており、各放熱部材に形成されている開口部において各放熱部材と半導体チップとが接続部材を介して熱的および電気的に接続されている。
【０００４】
また、これら半導体チップおよび放熱部材は、放熱部材のうち半導体チップと接続される面と反対側の面が露出されるように樹脂により封止されている。そして、各放熱部材のうち露出している面にはそれぞれ外部配線部材や外部冷却部材等が配置されており、各外部冷却部材がボルトで締められることにより、半導体装置が構成されている。
【０００５】
このような半導体装置によれば、一方の放熱部材において異物が混入された状態で絶縁膜が形成され、この異物が放熱部材に接触した状態で半導体装置が構成されたとしても、他方の放熱部材においても絶縁膜が形成されているので異物が他方の放熱部材に接触することを防止することができ、放熱部材間においてショートすることを防止することもできる。
【特許文献１】特開２００４−６９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、放熱部材のうち半導体チップと対向する面にはそれぞれ絶縁膜が形成されているので放熱部材間におけるショートを防止することはできるが、放熱部材と半導体チップとの間でのショートを防止することはできないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、半導体チップと放熱部材との間でショートすることを抑制することの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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一対の放熱部材（２、３）のうち、半導体チップ（１）の表面に配置される放熱部材（２）において半導体チップ（１）と対向する面に放熱部材（２）の一部を露出させる第１の開口部（７）を備えた第１の絶縁膜（５）を配置すると共に、半導体チップ（１）の裏面に配置される放熱部材（３）において半導体チップ（１）と対向する面に放熱部材（３）の一部を露出させる第２の開口部（８）を備えた第２の絶縁膜（６）を配置し、半導体チップ（１）と放熱部材（２、３）とを接続部材（４）を介して接続して熱的および電気的に接続し、半導体チップ（１）の側面の全面を覆う第３の絶縁膜（１０）で覆うことを特徴としている。
【０００９】
このような半導体装置によれば、半導体チップ（１）の側面の全面が第３の絶縁膜（１０）で覆われているので、半導体チップ（１）の側面と放熱部材（２、３）との間でショートすることを防止することができる。
【００１０】
例えば、請求項２に記載の発明のように、半導体チップ（１）の表層部のうち外縁部にガードリング（９）を備え、第３の絶縁膜（１０）を半導体チップ（１）の側面の全面およびガードリング（９）を覆うように半導体チップ（１）の表面に形成し、第３の絶縁膜（１０）には半導体チップ（１）の表面のうちガードリング（９）が備えられる部分と対応する部分よりも内側の部分に半導体チップ（１）を露出させる第３の開口部（１１）をしてもよい。
【００１１】
このような半導体装置によれば、半導体チップ（１）の表面のうちガードリング（９）と対応する部分にも第３の絶縁膜（１０）が形成されているので、半導体チップ（１）の表面と放熱部材（２、３）との間でショートすることを防止することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、放熱部材（２、３）に、半導体チップ（１）と対向する面に対して外縁部を一周する凹部（１９）を形成し、この凹部（１９）に第１の絶縁膜（５）または第２の絶縁膜（６）を凹部（１９）の形状と対応するように配置し、第１の絶縁膜（５）または第２の絶縁膜（６）が配置されている部分の内側の部分を第１の開口部（７）または第２の開口部（８）となるように構成することができる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明のように、半導体チップ（１）を複数備え、放熱部材（２、３）のうち隣り合う半導体チップ（１）の間に位置する部分と対応する部分から半導体チップ（１）の配列方向と放熱部材（２、３）における半導体チップ（１）と対向する面上において直行する方向に位置する部分に配置されている第１の絶縁膜（５）または第２の絶縁膜（６）の厚さがこの部分を除く部分に配置されている第１の絶縁膜（５）または第２の絶縁膜（６）の厚さより薄くすることもできる。
【００１４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態にかかる半導体装置の断面構成を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す二点鎖線部分の拡大図であり、これらの図に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように、半導体チップ１を挟むように、半導体チップ１の表面および裏面にＣｕやＡｌ等の金属で構成された一対の放熱部材２、３が接続部材４を介して配置されている。放熱部材２、３には、図１（ｂ）に示されるように、半導体チップ１の表面側に配置される放熱部材２のうち半導体チップ１と対向する面に第１の絶縁膜５が形成されており、半導体チップ１の裏面に配置される放熱部材３のうち半導体チップ１と対向する面に第２の絶縁膜６が形成されている。そして、第１の絶縁膜５には放熱部材２を露出させる第１の開口部７が形成されており、第２の絶縁膜６には放熱部材３を露出させる第２の開口部８が形成されている。
【００１７】
また、図１（ｂ）に示されるように、半導体チップ１の表層部のうち外縁部には耐圧を向上させるためのガードリング９が備えられている。さらに、半導体チップ１には、側面の全面およびガードリング９を覆うように表面に第３の絶縁膜１０が形成されている。そして、半導体チップ１の表面に配置されている第３の絶縁膜１０には、半導体チップ１の表面のうちガードリング９が備えられている部分と対応する部分よりも内側の部分に半導体チップ１を露出させる第３の開口部１１と、後述する半導体チップ１に備えられている制御電極を露出させる開口部が形成されている。
【００１８】
そして、半導体チップ１の表面に形成されている第３の開口部１１と放熱部材２に形成されている第１の開口部７および半導体チップ１の裏面と放熱部材３に形成されている第２の開口部８において、半導体チップ１と各放熱部材２、３とが接続部材４を介して熱的および電気的に接続されている。なお、第１の絶縁膜５、第２の絶縁膜６および第３の絶縁膜１０は放熱部材２、３または半導体チップ１の熱収縮に耐え得る必要があるのでポリイミドやポリアミド等で構成されている。また、接続部材４としては、熱応力に起因するせん断応力に勝るせん断強度を持ち、熱伝導および電気伝導に優れるものが望ましく、例えば、はんだ、ろう材あるいは導電性接着剤等を用いることができる。
【００１９】
また、図１（ａ）示されるように、半導体チップ１に備えられている図示しない制御電極と、リードフレームにつながれている制御用端子１２とがワイヤボンドにより形成されたワイヤ１３を介して電気的に接続されている。
【００２０】
そして、これら半導体チップ１、放熱部材２、３、接続部材４および制御用端子１２が、各放熱部材２、３のうち半導体チップ１と対向している面と反対の面が露出されるように、また、制御用端子１２のうちワイヤボンドされていない部分が露出されるように、樹脂１４により封止されている。このような樹脂１４としては、各放熱部材２、３と熱膨張係数が近い樹脂を用いることが好ましく、例えば、エポキシ系モールド樹脂やポリアミドを用いることができる。また、これら放熱部材２、３のうち樹脂１４から露出している面は放熱および電極として作用する部分である。
【００２１】
さらに、外部と電気的に接続するための一対の外部配線部材１５によって、樹脂１４により封止された半導体チップ１、各放熱部材２、３、接続部材４、制御用端子１２およびワイヤ１３が挟まれており、各外部配線部材１５は各放熱部材２、３のうち樹脂１４から露出している面と接触するように配置されている。
【００２２】
そして、各外部配線部材１５のうち放熱部材２、３と接触している面と反対側の面にはそれぞれ高熱伝導絶縁基板１６を介して外部冷却部材１７が配置されている。そして、各外部冷却部材１７においてボルト１８等を用いることにより、半導体チップ１、各放熱部材２、３、接続部材４、制御用端子１２、ワイヤ１３、外部配線部材１５、高熱伝導絶縁基板１６および外部冷却部材１７が固定されている。
【００２３】
このような半導体装置とすることにより、電気的な経路に関しては、半導体チップ１の表面側に配置されている外部配線部材１５、半導体チップ１の表面側に配置されている放熱部材２、半導体チップ１、そして、半導体チップ１の裏面側に配置されている放熱部材３、半導体チップ１の裏面側に配置されている外部配線部材１５の順に、あるいはその逆の順に電流が流れることになる。また、熱的な経路に関しては、半導体チップ１から発生した熱が、順に、半導体チップ１の表面および裏面に配置されている放熱部材２、３、各外部配線部材１５、各高熱伝導絶縁基板１６、各外部冷却部材１７へと伝わり放熱される。
【００２４】
次にこのような半導体装置の製造工程について説明する。
【００２５】
まず、半導体チップ１の表面および側面にインクジェット等により第３の絶縁膜１０を成膜する。そして、半導体チップ１の表面に配置された第３の絶縁膜１０にレジストを配置し、半導体チップ１の表面のうちガードリング９が備えられる部分と対応する部分よりも内側の部分を露出させるようにエッチングにより第３の絶縁膜１０を除去して第３の開口部１１を形成する。また、各放熱部材２、３に対しても、半導体チップ１と接合される面に第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６をインクジェット等により成膜し、第１の絶縁膜５に第１の開口部７を形成すると共に、第２の絶縁膜６に第２の開口部８を形成する。続いて、放熱部材３に形成された第２の開口部８に接続部材４および半導体チップ１を配置して半導体チップ１と放熱部材２とを接続部材４を介して接続する。次に、半導体チップ１に備えられた制御電極と制御用端子１２とをワイヤボンドにより接続する。続いて、放熱部材２に形成された第１の開口部７に接続部材４および半導体チップ１を配置して半導体チップ１と放熱部材２とを接続部材４を介して接続する。
【００２６】
そして、各放熱部材２、３のうち半導体チップ１に対向する面と反対の面が露出されるように、また、制御用端子１２のうちワイヤボンドされていない部分が露出されるように、半導体チップ１、各放熱部材２、３、接合部材４および制御用端子１２を樹脂１４により封止する。具体的には、まず、半導体チップ１および各放熱部材２、３に対してポリアミドディップを行うことにより第１の絶縁膜５、第２の絶縁膜６および第３の絶縁膜１０と接続部材４との間の隙間に樹脂１４を配置する。その後、金型内に半導体チップ１、各放熱部材２、３および制御用端子１２を設置して樹脂封止を行う。
【００２７】
続いて、各放熱部材２、３に対して、外部配線部材１５、高熱伝導絶縁基板１６、外部冷却部材１７を順に配置し、各々の外部冷却部材１７をボルト１８で締めることにより、これら半導体チップ１、放熱部材２、３、外部配線部材１５、高熱伝導絶縁基板１６および外部冷却部材１７を固定する。以上のようにして本実施形態の半導体装置が製造される。
【００２８】
このような半導体装置によれば、各放熱部材２、３に異物が混入された状態で第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６が形成されたとしても、半導体チップ１には側面の全面およびガードリング９を覆うように表面に第３の絶縁膜１０が形成されているので、異物が半導体チップ１に接触することを抑制することができ、半導体チップ１と放熱部材２、３との間でショートすることを抑制することができる。
【００２９】
また、放熱部材２、３にピンホールを有した状態で第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６が形成され、樹脂封止の際に異物が放熱部材２、３の間に混入されたとしても、半導体チップ１には第３の絶縁膜１０が形成されているので、異物が半導体チップ１に接触することを抑制することができ、半導体チップ１と放熱部材２、３との間でショートすることを抑制することができる。
【００３０】
さらに、放熱部材２に形成されている第１の絶縁膜５には第１の開口部７が形成され、放熱部材３に形成されている第２の絶縁膜６には第２の開口部８が形成されているので、これら第１の開口部７および第２の開口部８を半導体チップ１を配置する際の位置合わせ用のマスキングとして使用することができる。このため、接続部材４として、例えば、はんだを用いた場合には半導体チップ１を配置する際に冶具を用いる必要がなく、半導体チップ１と各放熱部材２、３とを接続する際のリフロー工程において冶具の屑がはんだに混入されることを防止することができる。また、第１の開口部７および第２の開口部８における側壁により、リフロー工程時のはんだ漏れを防止することもできる。
【００３１】
また、各放熱部材２、３には第１の絶縁膜５および第２の絶縁膜６が形成されているので、例えば、異物が混入された状態で放熱部材２に第１の絶縁膜５が形成されたとしても、放熱部材３に形成されている第２の絶縁膜６により異物が放熱部材３と接触することを抑制することができ、放熱部材２、３の間でショートすることを防止することができる。
【００３２】
さらに、ガードリング９の周辺部では絶縁性を確保することが必要であるが、第１の絶縁膜５によりガードリング９の周辺部の絶縁性を確保することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第１実施形態に対して、第１の絶縁膜５および第２の絶縁膜６の配置方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
【００３４】
図２は、本実施形態にかかる半導体装置の部分拡大図を示す図である。なお、図２は図１（ａ）に示す二点鎖線部分に対応しており、本実施形態の半導体装置のうちの他の部分は図１（ａ）と同様である。図２に示されるように、本実施形態の半導体装置では、放熱部材２、３のうち半導体チップ１と対向する面に対して外縁部を一周する凹部１９が形成されており、この凹部１９に第１の絶縁膜５および第２の絶縁膜６が凹部１９の形状と対応するように配置されている。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜５が配置されている部分の内側が第１の開口部７に相当し、第２の絶縁膜６が配置されている部分の内側が第２の開口部８に相当する。
【００３５】
このような半導体装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得つつ、放熱部材２、３の間に配置することのできる樹脂１４の量を増加させることができ、樹脂封止の際の充填性を向上させることができる。
【００３６】
また、このような半導体装置は以下のように製造される。まず、放熱部材２、３のうち半導体チップ１と対向する面にレジストを配置し、このレジストをマスクとして各放熱部材２、３をエッチングすることにより上記形状の凹部１９を形成する。そして、この凹部１９が埋め込まれるように第１の絶縁膜５および第２の絶縁膜６を成膜する。次に、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）法等により、放熱部材２、３を平坦化し、凹部１９に配置された第１の絶縁膜５および第２の絶縁膜６のみが残るようにする。続いて、半導体チップ１と放熱部材２、３との接続を行うことで本実施形態の半導体装置が製造される。
【００３７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は第１実施形態に対して、第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６の配置の仕方を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
【００３８】
図３（ａ）は、本実施形態にかかる半導体装置の断面構成を示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す二点鎖線部分の拡大図である。図３に示されるように、本実施形態の半導体装置には、二つの半導体チップ１が備えられており、各半導体チップ１を挟むように、放熱部材２、３が接続部材４を介して配置されている。また、各放熱部材２、３のうち半導体チップ１の間に位置する部分と対応する部分から半導体チップ１の配列方向と放熱部材２、３における半導体チップ１と対向する面上において直交する方向に位置する部分に配置されている第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６の厚さがこの部分を除く部分に配置されている第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６の厚さより薄く構成されている。また、放熱部材２、３の側面のうち半導体チップ１と対向する面側に位置する部分にも第１の絶縁膜５または第２の絶縁膜６が配置されている。
【００３９】
このような半導体装置によれば、半導体チップ１および各放熱部材２、３を樹脂１４により封止する際に、樹脂１４を半導体チップ１の間に流入しやくすることができる。このため、樹脂１４を流入する際に気泡が巻き込まれることを抑制することができ、上記第１実施形態と同様の効果を得つつ、気泡による半導体チップ１の破壊を防止することもできる。
【００４０】
なお、このような半導体装置は以下のように製造される。例えば、まず、表面に窪み部が形成されている下地基板を用意し、窪み部から放熱部材２の側面の一部が露出するように放熱部材２を下地基板に配置する。そして、放熱部材２のうち下地基板から露出している部分が覆われるように第１の絶縁膜５を形成する。このように第１の絶縁膜５を放熱部材２に対して形成することで、放熱部材２の側面のうち半導体チップ１と対向する面側に位置する部分が第１の絶縁膜５により覆われている放熱部材２が製造される。その後、エッチング等により上記形状となるように第１の絶縁膜５の厚さを調整する。放熱部材３に対しても、同様に、上記形状となるように第２の絶縁膜６を形成することで本実施形態の半導体装置が製造される。
【００４１】
（他の実施形態）
上記第１実施形態および上記第２実施形態では、半導体チップ１が一つである場合を例に挙げて説明したが、半導体チップ１が複数備えられていてもよい。この場合は、半導体チップ１の表面および裏面に配置される各放熱部材２、３が平行になるようにするために複数の半導体チップ１の厚さがそれぞれ同じであることが好ましい。
【００４２】
また、上記第１実施形態および上記第２実施形態では半導体チップ１に備えられている制御電極と制御用端子１２との接続はワイヤ１３を介して行われているが、例えば、バンプを用いて制御電極と制御用端子１２とを接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態における半導体装置の断面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【図２】本発明の第２実施形態における半導体装置の部分拡大図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３実施形態における半導体装置の断面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      半導体チップ
２      放熱部材
３      放熱部材
４      接続部材
５      第１の絶縁膜
６      第２の絶縁膜
７      第１の開口部
８      第２の開口部
９      ガードリング
１０    第３の絶縁膜
１１    第３の開口部
１４    樹脂
１９    凹部
【図１】
2009260065.tif 000003
【図２】
2009260065.tif 000004
【図３】
2009260065.tif 000005