(57)【要約】半導体装置は、半導体チップ（３）と、導電性部材（２、６）と、熱拡散部材（４）と、冷却器（１）とを備える。半導体チップ（３）は、素子が形成され、互いに対向する第１主面（ｐ１）及び第２主面（ｐ２）を有する。導電性部材（２、６）は、第１主面（ｐ１）に接合した第１接合面（ｑ１）と、第１接合面の辺に連結した第２接合面（ｑ２）とを有し、半導体チップ（３）の素子と電気的に接続されている。熱拡散部材（４）は、第２主面（ｐ２）に接合した第３接合面（ｑ３）と、第３接合面の辺に連結した第４接合面（ｑ４）とを有する。冷却器（１）は、第２接合面（ｑ２）及び第４接合面（ｑ４）に接合している。
2020025994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する半導体チップと、
前記第１主面に接合した第１接合面と、前記第１接合面の辺に連結した第２接合面とを有し、前記素子と電気的に接続された導電性部材と、
前記第２主面に接合した第３接合面と、前記第３接合面の辺に連結した第４接合面とを有する熱拡散部材と、
前記第２接合面、及び、前記第４接合面に、直接又は間接的に接合した冷却器と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記導電性部材は、前記第２接合面に対向する第５接合面を有し、
前記熱拡散部材は、前記第４接合面に対向する第６接合面を有し、
前記第５接合面及び前記第６接合面に接合された電子部品を更に備える
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】
前記素子と、前記電子部品は、電気的に接続されて所定の回路を構成すること
を特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１主面と前記第１接合面との接合、前記第２主面と前記第３接合面との接合、前記第２接合面と前記冷却器との接合、前記第４接合面と前記冷却器との接合、前記第５接合面と前記電子部品との接合、前記第６接合面と前記電子部品との接合、
のうちの少なくとも一つは金属接合であること
を特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２接合面と前記冷却器との間に配置され、且つ互いに対向する第３主面及び第４主面の各々に表出した第１金属層を有する第１絶縁部材を更に備え、
前記第２接合面と前記第３主面、及び、前記冷却器と前記第４主面は金属接合されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第６接合面と前記電子部品との間に配置され、且つ互いに対向する第５主面及び第６主面の各々に表出した第２金属層を有する第２絶縁部材を更に備え、
前記第６接合面と前記第５主面、及び、前記電子部品と前記第６主面は金属接合されていること
を特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電子部品の線膨張係数は、前記半導体チップの線膨張係数以上であること
を特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電子部品の線膨張係数は、前記冷却器の線膨張係数以下であること
を特徴とする請求項２〜４、７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の一方の、前記冷却器に接合する面に対向する面に接合した第３絶縁部材、を更に備え、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の他方の一部が、前記半導体チップよりも前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方の側まで延在し、延在した前記一部は、前記第３絶縁部材を介して前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方に接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の一方の、前記冷却器に接合する面に対向する面に接合した第４絶縁部材と、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の他方の、前記冷却器と接合する面に対向する面に接合され、一部が前記半導体チップよりも前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方の側まで延在する連結部材と、を更に備え、
延在した前記連結部材の前記一部は、前記第４絶縁部材を介して前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方に接合されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記導電性部材と前記冷却器との間に、互いに対向する第７主面及び第８主面の各々に表出した第５金属層を有する第５絶縁部材を設け、
前記熱拡散部材と前記冷却器との間に、互いに対向する第９主面及び第１０主面の各々に表出した第６金属層を有する第６絶縁部材を設け、
前記導電性部材と前記第７主面、及び、前記冷却器と前記第８主面は金属接合され、前記熱拡散部材と前記第９主面、及び、前記冷却器と前記第１０主面は、金属接合されていること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記導電性部材は、第１導電性部材及び第２導電性部材からなり、
前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の各々は、前記半導体チップの前記第１主面に接合する前記第１接合面、及び、前記冷却器に接合する前記第２接合面、
を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体チップと、前記導電性部材及び前記熱拡散部材の前記他方と、前記第３絶縁部材とからなる組を２つ備え、前記組の各々の前記半導体チップは、前記導電性部材及び前記熱拡散部材の前記一方と接合されること
を特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記導電性部材、前記熱拡散部材、及び前記半導体チップの周囲に充填された樹脂を更に備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体装置の冷却方法として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、半導体チップの上面、及び下面の双方に冷却部材を接触させ、上面、下面の双方から冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４０８９９号公報
【発明の概要】
【０００４】  しかしながら、上述した特許文献１では、半導体チップの上面から放熱部材まで熱が伝達する経路の長さと、半導体チップの下面から放熱部材まで熱が伝達する経路の長さが異なる。このため、半導体チップの上面及び下面から発生する熱を均一に放熱することが難しく、半導体チップの上面と下面の放熱量に差があるという問題がある。
【０００５】  更に、特許文献１では半導体チップの上面と下面の双方に配線層を設けることを前提としており、一方の面にのみ配線層が設けられた半導体チップでは、上面と下面の放熱量の差がより大きくなり、適用が困難になるという問題がある。
【０００６】  本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体チップの第１主面と第２主面の放熱量の差を低減することが可能な半導体装置を提供することにある。
【０００７】  本発明の一態様は、第１主面及び第２主面を有する半導体チップと、第１主面に接合した第１接合面と、第１接合面の辺に連結した第２接合面とを有する導電性部材と、第２主面に接合した第３接合面と、第３接合面の辺に連結した第４接合面とを有する熱拡散部材と、第２接合面、及び第４接合面に、直接又は間接的に接合した冷却器とを有する。
発明の効果
【０００８】  本発明の一態様によれば、半導体チップの第１主面と第２主面の放熱量の差を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示した半導体装置を「Ａ１」方向から見た側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示した半導体装置を「Ｂ１−Ｂ１’」方向から見た断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、正側導体２、負側導体６、及び熱拡散部材４の上に電子部品５を接合しない場合の、半導体チップ３に作用する引っ張り応力を示す説明図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、正側導体２、負側導体６、及び熱拡散部材４の上に電子部品５を接合した場合の、半導体チップ３に作用する引っ張り応力を示す説明図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、冷却器として用いるコルゲートフィンの構成を示す斜視図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、冷却器として用いるピンフィンの構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示した半導体装置を「Ａ２」方向から見た側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａに示した半導体装置を「Ｂ２−Ｂ２’」方向から見た断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、絶縁部材の詳細な構成を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示した半導体装置を「Ａ３」方向から見た側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａに示した半導体装置を「Ｂ３−Ｂ３’」方向から見た断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示した半導体装置を「Ａ４」方向から見た側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示した半導体装置を「Ｂ４−Ｂ４’」方向から見た断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の等価回路図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示した半導体装置を「Ａ５」方向から見た側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａに示した半導体装置を「Ｂ５−Ｂ５’」方向から見た断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示した半導体装置を「Ａ６」方向から見た側面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａに示した半導体装置を「Ｂ６−Ｂ６’」方向から見た断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示した半導体装置を「Ａ７」方向から見た側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａに示した半導体装置を「Ｂ７−Ｂ７’」方向から見た断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、第７実施形態に係る半導体装置に流れる電流を示す説明図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第８実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示した半導体装置を「Ａ８」方向から見た側面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａに示した半導体装置を「Ｂ８−Ｂ８’」方向から見た断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第９実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示した半導体装置を「Ａ９」方向から見た側面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａに示した半導体装置を「Ｂ９−Ｂ９’」方向から見た断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第１０実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示した半導体装置を「Ａ１０」方向から見た側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ａに示した半導体装置を「Ｂ１０−Ｂ１０’」方向から見た断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ａに示した半導体装置を「Ｃ１０」方向から見た側面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の側面図であり、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向としている。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに示した半導体装置を「Ｂ１１−Ｂ１１’」から見た断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ａに示した側面図とは反対側の側面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ａに示した半導体装置を「Ａ１１」の方向から見た側面図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、第１１実施形態に係る半導体装置の等価回路図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１２実施形態に係る半導体装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各図に記載する半導体装置の各部材は、理解を容易にするために縦方向或いは横方向の長さを誇張して示している。従って、各図に示す部材の縦方向と横方向の比率は、実際の部材の比率とは異なっている。
【００１１】  ［第１実施形態の説明］
以下、第１実施形態について説明する。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、第１実施形態に係る半導体装置１０１の構成を示す説明図である。図１Ａは半導体装置１０１の側面図、図１Ｂは図１Ａの「Ａ１」方向から見た側面図、図１Ｃは図１Ａの「Ｂ１−Ｂ１’」方向から見た断面図である。なお、図１Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００１２】  図１Ａ〜図１Ｃに示すように第１実施形態に係る半導体装置１０１は、平板形状の半導体チップ３を備えている。半導体チップ３は、互いに対向する第１主面ｐ１、及び第２主面ｐ２を有している（図１Ｂ、１Ｃ参照）。半導体チップ３は、Ｓｉ（珪素）、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの基板からなる。半導体チップ３の基板上に、ＭＯＳ型トランジスタ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどの電子部品となる素子（能動素子）が形成されている。素子には、能動素子の他に、コンデンサなどの受動素子が含まれる。
【００１３】  図１Ｃに示すように、半導体チップ３の第１主面ｐ１は、導電性部材の一つの側面ｑ１（第１接合面）に接合されている。第１実施形態では、導電性部材が正側導体２（第１導電性部材）、及び負側導体６（第２導電性部材）からなる例を示す。よって、半導体チップ３の第１主面ｐ１は、正側導体２（第１導電性部材）、及び負側導体６（第２導電性部材）の一つの側面ｑ１（第１接合面）に接合されている。半導体チップ３の第１主面ｐ１と、正側導体２及び負側導体６の各々の側面ｑ１との接合は、半田による金属接合が用いられる。正側導体２、負側導体６は共に直方体形状をなしている。また、正側導体２及び負側導体６は導電性を有し、且つ、熱伝導性が高い材質、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）で形成されている。正側導体２及び負側導体６は、半導体チップ３に設けられた素子と電気的に接続されている。正側導体２は、半導体チップ３上の正極電極に電気的に接続され、負側導体６は、半導体チップ３上の負極電極に接続されている。正側導体２から正極電極を介して素子へ電流が流入し、素子から負極電極を介して負側導体６へ電流が流出する。
【００１４】  半導体チップ３の第２主面ｐ２は、熱拡散部材４（ヒートスプレッダ）の一つの側面ｑ３（第３接合面）に接合されている。半導体チップ３の第２主面ｐ２と、熱拡散部材４の側面ｑ３との接合は、半田による金属接合が用いられる。熱拡散部材４は、直方体形状をなしており、熱伝導性が高い材質、例えば、Ｃｕ、Ａｌで形成されている。
【００１５】  図１Ａ、図１Ｂに示すように、正側導体２及び負側導体６の各々の下面ｑ２（第２接合面）、及び熱拡散部材４の下面ｑ４（第４接合面）はそれぞれ、冷却器１の上面に接合されている。
【００１６】  即ち、導電性部材（正側導体２、負側導体６）は、半導体チップ３の第１主面ｐ１に接合した第１接合面（側面ｑ１）と、この第１接合面ｑ１の辺に連結した第２接合面（下面ｑ２）とを有し、半導体チップ３に形成された素子と電気的に接続されている。また、熱拡散部材４は、半導体チップ３の第２主面ｐ２に接合した第３接合面（側面ｑ３）と、この第３接合面の辺に連結した第４接合面（下面ｑ４）とを有している。また、第２接合面、及び、第４接合面は冷却器１に接合されている。
【００１７】  第１接合面ｑ１の辺とは、第１接合面ｑ１の外周縁を示す。第１接合面ｑ１の外周縁が、第２接合面ｑ２の辺（外周縁）と一致している。第１接合面ｑ１と第２接合面ｑ２とが、同じ辺（外周縁）を共有している。
【００１８】  なお、本実施形態では、正側導体２及び負側導体６は直方体形状をなしているので、第２接合面は、第１接合面に直交する面である。同様に、熱拡散部材４は直方体形状をなしているので、第４接合面は、第３接合面に直交する面である。
【００１９】  本実施形態では、図１Ａに示すように、半導体チップ３の主面に平行な方向がＺ方向である例、即ち、平板形状をなす半導体チップ３の主面が冷却器１に対して直角をなす例について示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、半導体チップ３の主面が冷却器１に対して直角以外の角度をなす構成であってもよい。換言すれば、半導体チップ３の平面方向と冷却器１の上面が平行でなければよい。
【００２０】  また、正側導体２と冷却器１との接合、負側導体６と冷却器１との接合、熱拡散部材４と冷却器１との接合は、半田による金属接合が用いられる。
【００２１】  冷却器１は、図１Ａに示すように多穴管構造の直方体形状をなしており、中空部に空気、冷却水、或いは冷却油を流すことにより、冷却器１に伝達した熱を放熱する。冷却器１は、多穴管構造以外に、図１Ｆに示すコルゲートフィン構造としてもよい。水冷冷却構造としては図１Ｇに示すピンフィン構造であってもよい。
【００２２】  図１Ａ、図１Ｂに示すように、第２接合面ｑ２に対向する正側導体２及び負側導体６の上面ｑ５（第５接合面）、及び第４接合面ｑ４に対向する熱拡散部材４の上面ｑ６（第６接合面）には電子部品５が設けられ、半田により金属接合されている。電子部品５は、コンデンサなどの各種のデバイス備え、半導体チップ３に設けられた素子と電気的に接続されて所定の回路が形成される。
【００２３】  電子部品５の線膨張係数は、半導体チップ３の線膨張係数以上である。また、電子部品５の線膨張係数は、冷却器１の線膨張係数以下である。線膨張係数とは、単位温度上昇時の直線方向に膨張する長さを指す。
【００２４】  上述のように構成された第１実施形態に係る半導体装置１０１では、以下に示す作用、効果が発揮される。
【００２５】  半導体チップ３の第１主面ｐ１に正側導体２（第１導電性部材）及び負側導体６（第２導電性部材）の側面ｑ１が金属接合され、第２主面ｐ２に熱拡散部材４の側面ｑ３が金属接合されている。更に、図１Ａ、図１Ｂに示すように、正側導体２及び負側導体６の下面ｑ２、熱拡散部材４の下面ｑ４が冷却器１に、直接、金属接合されている。
【００２６】  従って、半導体チップ３の主面が冷却器１の接合面に対してほぼ直交して配置されることになり、半導体チップ３の第１主面ｐ１と第２主面ｐ２から、冷却器１までの熱が伝達する経路の長さがほぼ同一になる。このため、半導体チップ３の２つの主面がほぼ均一に冷却されることになり、半導体チップ３の２つの主面における放熱量の差が発生することを抑制できる。半導体チップ３の２つの主面に温度差を低減することができる。
【００２７】  半導体チップ３の第１主面ｐ１及び第２主面ｐ２を均一に冷却できるので、半導体チップ３の一方の面にのみ配線層が設けられ、第１主面ｐ１と第２主面ｐ２で発熱量が異なる構成であっても、効率よく半導体チップ３を冷却することができる。
【００２８】  また、正側導体２及び負側導体６の上面ｑ５（第５接合面）、及び熱拡散部材４の上面ｑ６（第６接合面）に電子部品５を金属接合しているので、熱収縮により半導体チップ３に加えられる応力を低減できる。
【００２９】  以下、図１Ｄ、図１Ｅを参照して、応力が低減される理由について詳細に説明する。図１Ｄは、正側導体２、負側導体６、及び熱拡散部材４の上面に電子部品５を接合しない比較例に係わる半導体装置の構成を示す側面図、図１Ｅは、電子部品５を接合する第１実施形態に係わる半導体装置の構成の側面図、即ち、図１Ｂと同様の側面図を示している。
【００３０】  半導体装置１０１の温度が高温から低温に変化する場合には、図１Ｄに示すように、冷却器１が収縮する。このため、半導体チップ３の下側（冷却器１側）では、正側導体２及び負側導体６と、熱拡散部材４との間隔が狭くなる方向に圧縮応力Ｆ１が発生する。一方、半導体チップ３の上側（冷却器１の反対側）では、正側導体２及び負側導体６と、熱拡散部材４との間隔が広くなる方向に引っ張り応力Ｆ２が発生する。半導体チップ３の第１主面ｐ１及び第２主面ｐ２の中で不均一な応力が発生するため、半導体チップ３が劣化、損傷することがある。半導体装置１０１の温度が低温から高温に変化する場合には、上記とは逆の方向へ応力が発生する。
【００３１】  これに対し、図１Ｅに示す構成では、半導体装置１０１の温度が高温から低温に変化する場合には、冷却器１、及び電子部品５の双方が収縮する。即ち、電子部品５の線膨張係数は、半導体チップ３の線膨張係数以上であるので、電子部品５が収縮することにより半導体チップ３の上側（電子部品５側）にも、圧縮応力Ｆ３が作用する。よって、半導体チップ３の上側（電子部品５側）に生じる上記の引っ張り応力Ｆ４が低減される。従って、半導体チップ３の第１主面ｐ１及び第２主面ｐ２の中の不均一な応力の発生を抑制して、半導体チップ３の劣化、損傷を防止でき、信頼性を向上させることができる。
【００３２】  また、図１Ｅに示す構成では、電子部品５と熱拡散部材４が金属接合されるので、電子部品５に発生した熱を熱拡散部材４を経由して冷却器１に伝達することができる。このため、電子部品５の冷却効果を高めることができる。
【００３３】  なお、上述した第１実施形態では、金属接合として半田による接合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の金属接合、例えば、焼成銀による接合とすることも可能である。
【００３４】  また、電子部品５の線膨張係数は、冷却器１の線膨張係数以下であるので、半導体チップ３の温度が高温から低温に変化する場合には、電子部品５の収縮量が冷却器１の収縮量よりも大きくなることはないため、半導体チップ３と正側導体２及び負側導体６との接合部や、半導体チップ３と熱拡散部材４との接合部を必要以上に圧縮することを抑制できる。
【００３５】  また、電子部品５に設けられるトランジスタ、コンデンサ、ダイオードなどのデバイスと、半導体チップ３に形成された素子とが電気的に接続することにより、所定の回路を形成できる。例えば、半導体チップ３にスイッチ素子を形成し、電子部品５に形成されたコンデンサと接続することにより、電力変換装置を構成することができる。
【００３６】  更に、半導体チップ３と正側導体２及び負側導体６（第１、第２導電性部材）との接合、半導体チップ３と熱拡散部材４との接合、正側導体２及び負側導体６と冷却器１との接合、熱拡散部材４と冷却器１との接合、正側導体２、負側導体６と電子部品５との接合、熱拡散部材４と電子部品５とが金属接合されるので、接合部における抵抗を低くすることができる。更に、堅固な接合が可能となる。
【００３７】  また、導電性部材として、正側導体２（第１導電性部材）、及び負側導体６（第２導電性部材）を有しているので、各導体２、６を電極とすることにより、半導体チップ３に設けられる各素子との接続を容易に行うことが可能となる。
【００３８】  なお、上記した第１実施形態では、半導体チップ３の第１主面ｐ１及び第２主面ｐ２が冷却器１の接合面に対して直角を成す例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体チップ３の第１主面ｐ１及び第２主面ｐ２が冷却器１の接合面に対して、直角以外の角度を成していてもよい。
【００３９】  ［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、第２実施形態に係る半導体装置１０２の構成を示す説明図である。図２Ａは、半導体装置１０２の側面図、図２Ｂは図２Ａの「Ａ２」方向から見た側面図、図２Ｃは図２Ａの「Ｂ２−Ｂ２’」方向から見た断面図である。なお、図２Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００４０】  第２実施形態に係る半導体装置１０２は、前述した第１実施形態と対比して、正側導体２と冷却器１との間、及び負側導体６と冷却器１との間に、それぞれ配置された絶縁部材７、８（第１絶縁部材）を更に備える点で相違する。絶縁部材７、８は、互いに対向する２つの主面（第３主面ｐ３、第４主面ｐ４）の各々に表出した金属部材（第１金属層）を有している。即ち、正側導体２及び負側導体６の下面ｑ２（第２接合面）は、絶縁部材７、８の第３主面ｐ３に金属接合している。絶縁部材７、８の第４主面ｐ４は冷却器１の上面に金属接合されている。
【００４１】  図２Ｄは、絶縁部材７、８の詳細を示す側面図である。図２Ｄに示すように、絶縁部材７、８は、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの材料で形成された平板形状の絶縁部５１と、絶縁部５１の２つの主面に形成されたＣｕ（銅）などの材質の金属部材５２、５３とを備える。そして、各金属部材５２、５３を、正側導体２、負側導体６、及び冷却器１と金属接合する。なお、図２Ｄにおいて、金属部材５２、５３の厚さは、絶縁部５１の厚さに対して誇張して示している。
【００４２】  絶縁部材７、８を設ける以外の構成は、第１実施形態で示した半導体装置１０１と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】  上述のように構成された第２実施形態に係る半導体装置１０２では、正側導体２及び負側導体６の下面ｑ２が、冷却器１に、絶縁部材７、８を介して間接的に接合されている。従って、半導体チップ３の第１主面ｐ１と第２主面ｐ２から、冷却器１までの熱が伝達する経路の長さがほぼ同一になる。このため、半導体チップ３の２つの主面がほぼ均一に冷却されることになり、半導体チップ３の２つの主面の放熱量の差が発生することを抑制できる。半導体チップ３の２つの主面に温度差を低減することができる。
【００４４】  また、正側導体２及び負側導体６と、冷却器１との間に絶縁性を持たせることにより、半導体チップ３と冷却器１を絶縁することができる。このため、冷却器１としてＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ（鉄）などの導電性を有する金属を用いることが可能となる。
【００４５】  ［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、第３実施形態に係る半導体装置１０３の構成を示す説明図である。図３Ａは、半導体装置１０３の側面図、図３Ｂは図３Ａの「Ａ３」方向から見た側面図、図３Ｃは図３Ａの「Ｂ３−Ｂ３’」方向から見た断面図である。なお、図３Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００４６】  第３実施形態に係る半導体装置１０３は、前述した第２実施形態で示した半導体装置１０２と対比して、熱拡散部材４の上面と電子部品５との間に絶縁部材９（第２絶縁部材）を更に備える点で相違している。絶縁部材９は、図２Ｄに示した絶縁部材と同様に、平板形状の絶縁部５１の２つの主面に金属部材５２、５３（第２金属層）が形成されている。
【００４７】  即ち、熱拡散部材４の上面ｑ６（第６接合面）と電子部品５の間には、互いに対向する２つの主面（第５主面ｐ５、第６主面ｐ６）の各々に表出した金属部材（第２金属部材）を有する絶縁部材９（第２絶縁部材）が設けられている。そして、第６主面ｐ６と電子部品５、及び、熱拡散部材４の上面ｑ６と第５主面ｐ５を半田により金属接合する。それ以外の構成は、第２実施形態で示した半導体装置１０２と同様である。
【００４８】  第３実施形態に係る半導体装置１０３では、熱拡散部材４と電子部品５との間を絶縁することができる。従って、電子部品５と冷却器１の間の絶縁性能を向上させることができる。
【００４９】  ［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、第４実施形態に係る半導体装置１０４の構成を示す説明図である。図４Ａは半導体装置１０４の側面図、図４Ｂは図４Ａの「Ａ４」方向から見た側面図、図４Ｃは図４Ａの「Ｂ４−Ｂ４’」方向から見た断面図である。なお、図４Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００５０】  図４Ａ〜図４Ｃに示すように、第４実施形態に係る半導体装置１０４は、冷却器１の上面に配置された２つの半導体装置、即ち、第１の半導体装置１０４ａと第２の半導体装置１０４ｂを備える。
【００５１】  第１の半導体装置１０４ａは、第３実施形態で示した半導体装置１０３と同様に、平板形状の半導体チップ３ａを有している。また、図４Ｂ、４Ｃに示すように、半導体チップ３ａの第１主面ｐ１は、正側導体２ａ及び負側導体６ａの一つの側面ｑ１（第１接合面）に接合されている。第１主面ｐ１と側面ｑ１は、半田により金属接合されている。
【００５２】  図４Ａに示すように、正側導体２ａと冷却器１との間には絶縁部材７ａが設けられ、負側導体６ａと冷却器１との間には絶縁部材８ａが設けられている。
【００５３】  図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、熱拡散部材４ａの上面の一部は、絶縁部材９ａの下面に金属接合されている。絶縁部材９ａの上面、及び正側導体２ａの上面は、Ｙ方向から見た際に「Ｌ字形状」を成す正側電極１７ａの下面に金属接合されている。絶縁部材７ａ、８ａ、９ａは、前述した図３Ａ〜図３Ｃに示した絶縁部材７、８、９と同様の構成を有している。
【００５４】  第２の半導体装置１０４ｂについても、第１の半導体装置１０４ａと同様の構成を有している。第２の半導体装置１０４ｂは、平板形状の半導体チップ３ｂを有しており、半導体チップ３ｂの２つの主面は、正側導体２ｂ及び負側導体６ｂの一つの側面と金属接合され、更に、熱拡散部材４ｂの一つの側面と金属接合されている。
【００５５】  正側導体２ｂと冷却器１との間には絶縁部材７ｂが金属接合され、負側導体６ｂと冷却器１との間には絶縁部材８ｂが金属接合されている。熱拡散部材４ｂの上面の一部は、絶縁部材９ｂの下面に金属接合されている。絶縁部材９ｂの上面、及び負側導体６ａの上面は、側面視「Ｌ字形状」の負側電極１７ｂの下面に金属接合されている。
【００５６】  また、第１の半導体装置１０４ａの負側導体６ａの上面と、第２の半導体装置１０４ｂの正側導体２ｂの上面には、平板形状の金属導体２０が半田により金属接合されている。従って、負側導体６ａと正側導体２ｂは電気的に接続されている。
【００５７】  更に、図４Ａに示すように、正側電極１７ａと負側電極１７ｂとの間には、コンデンサ１８が設けられている。従って、第１の半導体装置１０４ａの正側導体２ａと、第２の半導体装置１０４ｂの負側導体６ｂは、コンデンサ１８を介して電気的に接続されている。
【００５８】  図４Ｄは、上記のように構成された半導体装置１０４の等価回路図である。図４Ｄに示すように、第１の半導体装置１０４ａは電力変換回路の上アームとなるトランジスタＴｒ１を構成し、第２の半導体装置１０４ｂは下アームとなるトランジスタＴｒ２を構成する。金属導体２０は、２つのトランジスタＴｒ１とＴｒ２を接続する接続部となる。また、コンデンサ１８は、平滑コンデンサＣ１を構成する。従って、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオン、オフ制御により作動する電力変換回路を構成することができる。
【００５９】  このように、第４実施形態に係る半導体装置１０４では、前述した第１実施形態と同様に、半導体チップ３ａ、３ｂの平面方向が、冷却器１に対してほぼ直交して配置される。このため、半導体チップ３ａ、３ｂの第１主面ｐ１から冷却器１までの熱伝導経路と、第２主面ｐ２から冷却器１までの熱伝導経路がほぼ同一になる。このため、半導体チップ３ａ、３ｂの２つの主面がほぼ均一に冷却されることになり、半導体チップ３ａ、３ｂの２つの主面の放熱量の差が発生することを抑制できる。
【００６０】  また、コンデンサ１８と半導体チップ３ａ、３ｂとの間の配線距離を短くすることができるので、コンデンサ１８と半導体チップ３ａ、３ｂとの間の寄生インダクタンスを低減することが可能となる。
【００６１】  なお、第４実施形態では、前述した第３実施形態で示した半導体装置１０３を２個設置した半導体装置１０４を形成する例について説明したが、第１実施形態、或いは第２実施形態で示した半導体装置１０１、１０２を２個設置する構成としてもよい。
【００６２】  また、上述した第４実施形態では、第１の半導体装置１０４ａの負側導体６ａと、第２の半導体装置１０４ｂの正側導体２ｂとの間を、金属導体２０で接続する構成としたが、負側導体６ａと正側導体２ｂを一体化して形成してもよい。
【００６３】  ［第５実施形態の説明］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、第５実施形態に係る半導体装置１０５の構成を示す説明図である。図５Ａは半導体装置１０５の側面図、図５Ｂは図５Ａの「Ａ５」方向から見た側面図、図５Ｃは図５Ａの「Ｂ５−Ｂ５’」方向から見た断面図である。なお、図５Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００６４】  図５Ａ〜図５Ｃに示すように第５実施形態に係る半導体装置１０５は、平板形状の半導体チップ３を備えている。半導体チップ３は、互いに対向する第１主面ｐ１、及び第２主面ｐ２を有している（図５Ａ参照）。半導体チップ３には、トランジスタ、ＦＥＴ、ダイオードなどの電子部品となる素子が形成されている。半導体チップ３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどから成る。
【００６５】  図５Ａに示すように、半導体チップ３の第１主面ｐ１は、導電性部材３１の一つの側面ｑ１（第１接合面）と金属接合されている。導電性部材３１は直方体形状をなしており、半導体チップ３に設けられた素子に対して電気的に接続されている。導電性部材３１は、導電性、及び熱伝導性を有する材質、例えば、Ｃｕ、Ａｌで形成されている。
【００６６】  半導体チップ３の第２主面ｐ２は、熱拡散部材３２の一つの側面ｑ３（第３接合面）と金属接合されている。熱拡散部材３２は、導電性を有し且つ熱伝導性の高い材質、例えば、Ｃｕ、Ａｌで形成されている。また、熱拡散部材３２は、半導体チップ３に設けられた素子に対して電気的に接続されている。従って、熱拡散部材３２は、半導体チップ３に接続する電極としての機能を備えている。
【００６７】  導電性部材３１の下面ｑ２（第２の接合面）、及び熱拡散部材３２の下面ｑ４（第４の接合面）はそれぞれ、冷却器１の上面に金属接合されている。
【００６８】  冷却器１は、前述した第１実施形態と同様に多穴管構造であり、中空部に空気、冷却水、或いは冷却油が流れることにより冷却器１に伝達した熱を放熱する。冷却器１は、多穴管構造以外に、前述の図１Ｆに示したコルゲートフィン構造としてもよい。水冷冷却構造としては図１Ｇに示したピンフィン構造であってもよい。
【００６９】  導電性部材３１の上面（冷却器１に接合する面に対向する面）には、絶縁部材３３（第３絶縁部材）が金属接合されている。絶縁部材３３は、前述した図２Ｄに示した絶縁部材と同様の構成を有している。
【００７０】  熱拡散部材３２の上面には、導電性部材３１の上側まで延在した延在部３２３が形成されている。延在部３２３の下面ｓ１は、絶縁部材３３の上面に金属接合されている。即ち、熱拡散部材３２の一部が、半導体チップ３よりも導電性部材３１の側まで延在し、延在した一部（延在部３２３）は、絶縁部材３３（第３絶縁部材）を介して導電性部材３１の上面に接合されている。
【００７１】  このように構成された、第５実施形態に係る半導体装置１０５では、半導体チップ３の平面方向が、冷却器１に対してほぼ直交して配置されるので、半導体チップ３の第１主面ｐ１と第２主面ｐ２で、冷却器１までの距離がほぼ同一になる。このため、半導体チップ３の２つの主面がほぼ均一に冷却されることになり、半導体チップ３の２つの主面の放熱量の差が発生することを抑制できる。
【００７２】  また、図５Ａに示すように、熱拡散部材３２の上面には、導電性部材３１の上側まで延在した延在部３２３が形成され、更に、絶縁部材３３を介して導電性部材３１の上面に金属接合されている。このため、前述した図１Ｅと同様に、半導体装置１０５の温度が高温から低温に変化した場合には、冷却器１、及び熱拡散部材３２の双方が収縮し、半導体チップ３に生じる引っ張り応力が低減される。従って、半導体チップ３の劣化、損傷、密着性の低下を防止でき、信頼性を向上させることができる。
【００７３】  なお、上述した第５実施形態では、熱拡散部材３２の上面が導電性部材３１の側まで延在する例について説明したが、これとは反対に、導電性部材３１の上面が熱拡散部材３２の側まで延在する構成とすることも可能である。
【００７４】  また、第５実施形態では、金属接合として半田を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、焼成銀による接合などの、他の金属接合とすることも可能である。
【００７５】  ［第６実施形態の説明］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、第６実施形態に係る半導体装置１０６の構成を示す説明図である。図６Ａは半導体装置１０６の側面図、図６Ｂは図６Ａの「Ａ６」方向から見た側面図、図６Ｃは図６Ａの「Ｂ６−Ｂ６’」方向から見た断面図である。なお、図６Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００７６】  図６Ａ〜図６Ｃに示すように第６実施形態に係る半導体装置１０６は、平板形状の半導体チップ３を備えている。半導体チップ３は、互いに対向する第１主面ｐ１、及び第２主面ｐ２を有している（図６Ａ参照）。半導体チップ３には、トランジスタ、ＦＥＴ、ダイオードなどの電子部品となる素子が形成されている。半導体チップ３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどから成る。
【００７７】  図６Ａに示すように、半導体チップ３の第１主面ｐ１は、導電性部材３１の一つの側面ｑ１（第１接合面）と金属接合されている。導電性部材３１は直方体形状をなしており、半導体チップ３に設けられた素子に対して電気的に接続されている。導電性部材３１は、導電性、及び熱伝導性を有する材質、例えば、Ｃｕ、Ａｌで形成されている。
【００７８】  半導体チップ３の第２主面ｐ２は、熱拡散部材３２１の一つの側面ｑ３と金属接合されている。熱拡散部材３２１は、導電性を有し、且つ熱伝導性の高い材質、例えば、Ｃｕ、Ａｌで形成されている。また、熱拡散部材３２１は、半導体チップ３に設けられた素子に対して電気的に接続されている。従って、熱拡散部材３２１は、半導体チップ３に接続する電極としての機能を備えている。
【００７９】  導電性部材３１の下面ｑ２（第２の接合面）、及び熱拡散部材３２１の下面ｑ４（第４の接合面）はそれぞれ、冷却器１の上面に金属接合されている。
【００８０】  導電性部材３１の上面（冷却器１に接合する面に対向する面）には、絶縁部材（第４絶縁部材３７）が金属接合されている。第４絶縁部材３７は、前述した図２Ｄに示した絶縁部材と同様の構成を有している。
【００８１】  熱拡散部材３２１の上面には、連結部材３２２が金属接合されている。連結部材３２２の一部は、半導体チップ３よりも導電性部材３１の上側まで延在し、第４絶縁部材３７の上面に金属接合されている。即ち、熱拡散部材３２１には、冷却器１と接合する面に対向する面に接合され、一部が半導体チップ３よりも導電性部材３１の側まで延在する連結部材３２２を備えている。連結部材３２２は、絶縁部材３７（第４絶縁部材）を介して導電性部材３１の上面に金属接合されている。
【００８２】  上述のように構成された第６実施形態に係る半導体装置１０６では、前述した第５実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、熱拡散部材３２１と連結部材３２２が別部材として形成されるので、図５Ａに示した半導体装置１０５のように、Ｙ方向から見た際に「逆Ｌ字形状」を成す熱拡散部材３２を形成する必要がない。このため、半導体装置１０６を容易に製造することが可能となる。
【００８３】  ［第７実施形態の説明］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、第７実施形態に係る半導体装置１０７の構成を示す説明図である。図７Ａは、半導体装置１０７の側面図、図７Ｂは図７Ａの「Ａ７」方向から見た側面図、図７Ｃは図７Ａの「Ｂ７−Ｂ７’」方向から見た断面図である。なお、図７Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００８４】  図７Ａ〜図７Ｃに示すように第７実施形態に係る半導体装置１０７は、第５実施形態にて示した半導体装置１０５を２個併設し、双方の半導体装置が有する導電性部材３１を共通とした構成を有している。即ち、図７Ａに示すように、半導体チップ３ａの第１主面ｐ１は、導電性部材３１の一つの側面ｑ１（第１接合面）と金属接合されている。第２主面ｐ２は、熱拡散部材３２ａの一つ側面ｑ３（第３接合面）と金属接合されている。同様に、半導体チップ３ｂの２つの主面は、導電性部材３１の側面、熱拡散部材３２ｂの側面と金属接合されている。
【００８５】  また、図７Ａ、図７Ｂに示すように、熱拡散部材３２ａの一部（延在部３２３ａ）は、半導体チップ３ａよりも導電性部材３１の側まで延在し、絶縁部材３３ａ（第３絶縁部材）を介して導電性部材３１の上面に金属接合されている。同様に、熱拡散部材３２ｂの一部（延在部３２３ｂ）は、半導体チップ３ｂよりも導電性部材３１の側まで延在し、絶縁部材３３ｂ（第３絶縁部材）を介して導電性部材３１の上面に金属接合されている。
【００８６】  即ち、第７実施形態に係る半導体装置１０７は、半導体チップと、熱拡散部材と、第３絶縁部材と、の組を２つ備えている。各々の組の半導体チップ３ａ、３ｂは、導電性部材３１に金属接合されている。
【００８７】  このため、熱拡散部材３２ａ、３２ｂを各半導体チップ３ａ、３ｂに接続する電極とし、２つの半導体チップ３ａ、３ｂを用いて電力変換装置を構成できる。図７Ｄは、半導体装置１０７を電力変換装置として作動させた際に流れる電流を示す説明図である。図７Ｄは、半導体装置１０７の平面図を示している。半導体装置１０７を電力変換装置として作動する場合には、各半導体チップ３ａ、３ｂを上アーム、下アームとして直列接続回路を形成する。この場合、熱拡散部材３２ａ、３２ｂは、上アーム及び下アームのそれぞれの端子電極となる。この場合には、熱拡散部材３２ａから３２ｂに電流Ｉｄが流れることになる。この際、熱拡散部材３２ａ、３２ｂにはそれぞれ渦電流Ｉｇが発生する。この渦電流Ｉｇの発生により半導体装置１０５のインダクタンスを低減することができる。
【００８８】  ［第８実施形態の説明］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、第８実施形態に係る半導体装置１０８の構成を示す説明図である。図８Ａは、半導体装置１０８の側面図、図８Ｂは図８Ａの「Ａ８」方向から見た側面図、図８Ｃは図８Ａの「Ｂ８−Ｂ８’」方向から見た断面図である。なお、図８Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００８９】  第８実施形態では、前述した第７実施形態で示した半導体装置１０７において、導電性部材３１と冷却器１との間に絶縁部材３４（第５絶縁部材）を設けた点、及び熱拡散部材３２ａ、３２ｂと冷却器１との間に絶縁部材３５ａ、３５ｂ（第６絶縁部材）を設けた点で相違する。それ以外の構成は第７実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００９０】  第５絶縁部材３４は、互いに対向する第７主面ｐ７及び第８主面ｐ８の各々に表出した第５金属層を有している。一方、第６絶縁部材３５ａ、３５ｂは、互いに対向する第９主面ｐ９及び第１０主面ｐ１０の各々に表出した第６金属層を有している。
【００９１】  導電性部材３１と第７主面ｐ７は金属接合され、冷却器１と第８主面ｐ８は金属接合されている。熱拡散部材３２ａ、３２ｂと第９主面ｐ９、及び、冷却器１と第１０主面ｐ１０は金属接合されている。
【００９２】  そして、第８実施形態に係る半導体装置１０８では、絶縁部材３４、３５ａ、３５ｂを設けることにより、導電性部材３１と冷却器１との間、熱拡散部材３２ａ、３２ｂと冷却器１との間を絶縁することができる。従って、冷却器１を、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅなどの導電性の部材で構成することが可能となる。
【００９３】  ［第９実施形態の説明］
次に、本発明の第９実施形態について説明する。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、第９実施形態に係る半導体装置１０９の構成を示す説明図である。図９Ａは、半導体装置１０９の側面図、図９Ｂは図９Ａの「Ａ９」方向から見た側面図、図９Ｃは図９Ａの「Ｂ９−Ｂ９’」方向から見た断面図である。なお、図９Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００９４】  図９Ａ〜図９Ｃに示すように第９実施形態に係る半導体装置１０９は、前述した第７実施形態と対比して、半導体チップが１つである点が相違する。即ち、１つの半導体チップ３を有しており、半導体チップ３の第１主面ｐ１は、導電性部材３１の一つの側面ｑ１（第１接合面）に金属接合されている。半導体チップ３の第２主面ｐ２は、熱拡散部材３２ａ及び熱拡散部材３２ｂの各々の一つの側面ｑ３（第３接合面）に金属接合されている。
【００９５】  それ以外の構成は、前述した第７実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００９６】  そして、第９実施形態に係る半導体装置１０９では、半導体チップ３の第２主面ｐ２に、２つの熱拡散部材３２ａ、３２ｂが金属接合されている。従って、半導体チップ３がトランジスタ、ＦＥＴなどの素子を有する場合に、熱拡散部材３２ａを第１の電極、熱拡散部材３２ｂを第２の電極として、他の電子部品に接続することができる。
【００９７】  また、前述した第７実施形態と同様に、半導体装置１０９のインダクタンスを低減することが可能となる。
【００９８】  ［第１０実施形態の説明］
次に、本発明の第１０実施形態について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄは、第１０実施形態に係る半導体装置１１０の構成を示す説明図である。図１０Ａは、半導体装置１１０の側面図、図１０Ｂは図１０Ａの「Ａ１０」方向から見た側面図、図１０Ｃは図１０Ａの「Ｂ１０−Ｂ１０’」方向から見た断面図、図１０Ｄは図１０Ａの「Ｃ１０」方向から見た側面図である。なお、図１０Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【００９９】  次に、本発明の第１０実施形態について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄは、第１０実施形態に係る半導体装置１１０の構成を示す説明図である。図１０Ａは、半導体装置１１０の側面図、図１０Ｂは図１０Ａに示す「Ａ１０」矢視図、図１０Ｃは図１０Ａに示す「Ｂ１０−Ｂ１０’」矢視図、図１０Ｄは図１０Ａに示す「Ｃ１０」矢視図である。
【０１００】  第１０実施形態では、前述した第９実施形態で示した半導体装置１０９において、熱拡散部材３２ａ、３２ｂと冷却器１との間に絶縁部材３５ａ、３５ｂ（第６絶縁部材）を設けた点で相違する。それ以外の構成は第９実施形態と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。絶縁部材３５ａ、３５ｂは、第８実施形態に示した絶縁部材３５ａ、３５ｂと同様の構成を有している。
【０１０１】  そして、第１０実施形態に係る半導体装置１１０では、絶縁部材３５ａ、３５ｂを設けることにより、熱拡散部材３２ａ、３２ｂと冷却器１との間を絶縁することができる。従って、冷却器１を、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅなどの導電性を有する部材で構成することが可能となる。
【０１０２】  ［第１１実施形態の説明］
次に、本発明の第１１実施形態について説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄは、第１１実施形態に係る半導体装置１１１の構成を示す説明図である。図１１Ａは半導体装置１１１の側面図、図１１Ｂは図１１Ａの「Ｂ１１−Ｂ１１’」方向から見た断面図、図１１Ｃは半導体装置１１１の背面図（即ち、図１１Ａの反対側の側面図）、図１１Ｄは図１１Ａの「Ａ１１」方向から見た側面図である。なお、図１１Ａにおいて、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と定義する。
【０１０３】  半導体装置１１１は、第１の半導体装置１１１ａと、第２の半導体装置１１１ｂを備えている。なお、第１の半導体装置１１１ａと第２の半導体装置１１１ｂは、左右対称の構成を有している。以下では、第１の半導体装置１１１ａの構成を説明し、第２の半導体装置１１１ｂについては、第１の半導体装置１１１ａで示した同一の構成要素の符号に「’」を付して示すことにする。例えば、図１１Ａに示す第１の半導体装置１１１ａの導電性部材３１に対して、第２の半導体装置１１１ｂの導電性部材を符号「３１’」で示す。
【０１０４】  各半導体装置１１１ａ、１１１ｂは、共通の冷却器１及び金属部材３６（図１１Ｂ、図１１Ｃ参照）に金属接合されている。
【０１０５】  第１の半導体装置１１１ａは、図中Ｘ方向に向けて金属部材３６が設けられている点を除いて、第１０実施形態にて示した半導体装置１１０と同一である。以下、詳細に説明する。
【０１０６】  図１１Ａに示すように、第１の半導体装置１１１ａは、１つの半導体チップ３ｃを有しており、半導体チップ３ｃの第１主面ｐ１は、導電性部材３１の一つの側面ｑ１（第１接合面）に金属接合されている。導電性部材３１は、図１１Ｄに示すように、Ｙ方向の一端側から他端側まで設けられている。図１１Ａに示すように、半導体チップ３ｃの第２主面ｐ２は、熱拡散部材３２ａ、３２ｂの一つの側面ｑ３（第３接合面）に金属接合されている。
【０１０７】  導電性部材３１の下面は、冷却器１の上面に金属接合されている。また、熱拡散部材３２ａ、３２ｂの下面は、絶縁部材３５ａ、３５ｂを介して冷却器１の上面に金属接合されている。
【０１０８】  熱拡散部材３２ａの上面には、半導体チップ３ｃよりも導電性部材３１側に延在した延在部３２３ａを備える。延在部３２３ａの下面ｓ１は、絶縁部材３３ａを介して導電性部材３１の上面に金属接合されている。
【０１０９】  一方、図１１Ｃに示すように、熱拡散部材３２ｂの上面の高さは、絶縁部材３３ｂの上面の高さと一致している（Ｚ方向の位置が一致している）。更に、熱拡散部材３２ｂ及び絶縁部材３３ｂの上面には、直方体形状の金属部材３６が金属接合されている。更に、金属部材３６は、図１１ＣにおけるＸ方向の右側へ延在しており、第２の半導体装置１１１ｂの熱拡散部材３２ｂ’、絶縁部材３３ｂ’の上面に金属接合されている。
【０１１０】  第２の半導体装置１１１ｂは、第１の半導体装置１１１ａとは、Ｘ方向の向きが異なる。即ち、前述したように第２の半導体装置１１１ｂは第１の半導体装置１１１ａに対して左右対称となっている点で相違しているのみであるので、詳細な構成説明を省略する。
【０１１１】  第１１実施形態に係る半導体装置１１１では、一つの冷却器１に、第１の半導体装置１１１ａ、及び第２の半導体装置１１１ｂが搭載されている。そして、半導体チップ３ｃ、３ｃ’を接続することにより、電力変換回路を形成することができる。即ち、半導体チップ３ｃ、３ｃ’をトランジスタとすることにより、図１１Ｅに示すように、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の直列接続回路を構成することができる。
【０１１２】  第１の半導体装置１１１ａの熱拡散部材３２ａ、熱拡散部材３２ｂ、及び、第２の半導体装置１１１ｂの熱拡散部材３２ａ’、熱拡散部材３２ｂ’が接近した位置に設けられ、且つ電流の向きが対向する方向になるので、電力変換装置を形成したときのインダクタンスを低減することができる。
【０１１３】  ［第１２実施形態の説明］
次に、本発明の第１２実施形態について説明する。図１２は、第１２実施形態に係る半導体装置１１２の側面図である。第１２実施形態に係る半導体装置１１２は、前述した第５実施形態に示した半導体装置１０５の周囲に、封止材５４を充填した点で相違しており、それ以外の構成は、第５実施形態と同様であるので説明を省略する。封止材５４として例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。
【０１１４】  第１２実施形態に係る半導体装置１１２では、半導体装置１１２を構成する各部材の周囲に封止材５４を充填しているので、冷却器１が収縮した場合に、半導体チップ３に加えられる引っ張り応力をより一層低減することができる。このため、半導体チップ３の劣化、損傷を防止でき、信頼性を向上させることができる。
【０１１５】  以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【符号の説明】
【０１１６】  １  冷却器
２、２ａ、２ｂ  正側導体
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｃ’  半導体チップ
４、４ａ、４ｂ  熱拡散部材
５  電子部品
６、６ａ、６ｂ  負側導体
７、７ａ、７ｂ、８、８ａ、８ｂ  絶縁部材（第１絶縁部材）
９、９ａ、９ｂ  絶縁部材（第２絶縁部材）
１７ａ  正側電極
１７ｂ  負側電極
１８  コンデンサ
２０  金属導体
３１  導電性部材
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ａ’、３２ｂ’  熱拡散部材
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ａ‘、３３ｂ’  絶縁部材（第３絶縁部材）
３４  絶縁部材（第５絶縁部材）
３５ａ、３５ｂ  絶縁部材（第６絶縁部材）
３６  金属部材
３７  絶縁部材（第４絶縁部材）
５１  絶縁部
５２、５３  金属部材
５４  封止材
１０１〜１１２  半導体装置
１０４ａ、１１１ａ  第１の半導体装置
１０４ｂ、１１１ｂ  第２の半導体装置
３２１  熱拡散部材
３２２  連結部材
３２３、３２３ａ、３２３ｂ  延在部
Ｃ１  平滑コンデンサ
ｐ１  第１主面
ｐ２  第２主面
ｐ３  第３主面
ｐ４  第４主面
ｐ５  第５主面
ｐ６  第６主面
ｐ７  第７主面
ｐ８  第８主面
ｐ９  第９主面
ｐ１０  第１０主面
ｑ１  側面（第１接合面）
ｑ２  下面（第２接続面）
ｑ３  側面（第３接合面）
ｑ４  下面（第４接続面）
ｑ５  上面（第５接続面）
ｑ６  上面（第６接続面）
【図１Ａ】
2020025994.tif 000003
【図１Ｂ】
2020025994.tif 000004
【図１Ｃ】
2020025994.tif 000005
【図１Ｄ】
2020025994.tif 000006
【図１Ｅ】
2020025994.tif 000007
【図１Ｆ】
2020025994.tif 000008
【図１Ｇ】
2020025994.tif 000009
【図２Ａ】
2020025994.tif 000010
【図２Ｂ】
2020025994.tif 000011
【図２Ｃ】
2020025994.tif 000012
【図２Ｄ】
2020025994.tif 000013
【図３Ａ】
2020025994.tif 000014
【図３Ｂ】
2020025994.tif 000015
【図３Ｃ】
2020025994.tif 000016
【図４Ａ】
2020025994.tif 000017
【図４Ｂ】
2020025994.tif 000018
【図４Ｃ】
2020025994.tif 000019
【図４Ｄ】
2020025994.tif 000020
【図５Ａ】
2020025994.tif 000021
【図５Ｂ】
2020025994.tif 000022
【図５Ｃ】
2020025994.tif 000023
【図６Ａ】
2020025994.tif 000024
【図６Ｂ】
2020025994.tif 000025
【図６Ｃ】
2020025994.tif 000026
【図７Ａ】
2020025994.tif 000027
【図７Ｂ】
2020025994.tif 000028
【図７Ｃ】
2020025994.tif 000029
【図７Ｄ】
2020025994.tif 000030
【図８Ａ】
2020025994.tif 000031
【図８Ｂ】
2020025994.tif 000032
【図８Ｃ】
2020025994.tif 000033
【図９Ａ】
2020025994.tif 000034
【図９Ｂ】
2020025994.tif 000035
【図９Ｃ】
2020025994.tif 000036
【図１０Ａ】
2020025994.tif 000037
【図１０Ｂ】
2020025994.tif 000038
【図１０Ｃ】
2020025994.tif 000039
【図１０Ｄ】
2020025994.tif 000040
【図１１Ａ】
2020025994.tif 000041
【図１１Ｂ】
2020025994.tif 000042
【図１１Ｃ】
2020025994.tif 000043
【図１１Ｄ】
2020025994.tif 000044
【図１１Ｅ】
2020025994.tif 000045
【図１２】
2020025994.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月25日(2019.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する半導体チップと、
前記第１主面に接合した第１接合面と、前記第１接合面の辺に連結した第２接合面とを有し、前記素子と電気的に接続された導電性部材と、
前記第２主面に接合した第３接合面と、前記第３接合面の辺に連結した第４接合面とを有する熱拡散部材と、
前記第２接合面、及び、前記第４接合面に、直接又は間接的に接合した冷却器と、
を備え、
前記導電性部材は、前記第２接合面に対向する第５接合面を有し、
前記熱拡散部材は、前記第４接合面に対向する第６接合面を有し、
前記第５接合面及び前記第６接合面に接合された電子部品を更に備える
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記素子と、前記電子部品は、電気的に接続されて所定の回路を構成すること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１主面と前記第１接合面との接合、前記第２主面と前記第３接合面との接合、前記第２接合面と前記冷却器との接合、前記第４接合面と前記冷却器との接合、前記第５接合面と前記電子部品との接合、前記第６接合面と前記電子部品との接合、
のうちの少なくとも一つは金属接合であること
を特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２接合面と前記冷却器との間に配置され、且つ互いに対向する第３主面及び第４主面の各々に表出した第１金属層を有する第１絶縁部材を更に備え、
前記第２接合面と前記第３主面、及び、前記冷却器と前記第４主面は金属接合されていること
を特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第６接合面と前記電子部品との間に配置され、且つ互いに対向する第５主面及び第６主面の各々に表出した第２金属層を有する第２絶縁部材を更に備え、
前記第６接合面と前記第５主面、及び、前記電子部品と前記第６主面は金属接合されていること
を特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電子部品の線膨張係数は、前記半導体チップの線膨張係数以上であること
を特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電子部品の線膨張係数は、前記冷却器の線膨張係数以下であること
を特徴とする請求項１、３、４、７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
素子が形成され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する半導体チップと、
前記第１主面に接合した第１接合面と、前記第１接合面の辺に連結した第２接合面とを有し、前記素子と電気的に接続された導電性部材と、
前記第２主面に接合した第３接合面と、前記第３接合面の辺に連結した第４接合面とを有する熱拡散部材と、
前記第２接合面、及び、前記第４接合面に、直接又は間接的に接合した冷却器と、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の一方の、前記冷却器に接合する面に対向する面に接合した第３絶縁部材と、を備え、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の他方の一部が、前記半導体チップよりも前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方の側まで延在し、延在した前記一部は、前記第３絶縁部材を介して前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方に接続されていること
を特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
素子が形成され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する半導体チップと、
前記第１主面に接合した第１接合面と、前記第１接合面の辺に連結した第２接合面とを有し、前記素子と電気的に接続された導電性部材と、
前記第２主面に接合した第３接合面と、前記第３接合面の辺に連結した第４接合面とを有する熱拡散部材と、
前記第２接合面、及び、前記第４接合面に、直接又は間接的に接合した冷却器と、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の一方の、前記冷却器に接合する面に対向する面に接合した第４絶縁部材と、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の他方の、前記冷却器と接合する面に対向する面に接合され、一部が前記半導体チップよりも前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方の側まで延在する連結部材と、を備え、
延在した前記連結部材の前記一部は、前記第４絶縁部材を介して前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方に接合されていること
を特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記導電性部材と前記冷却器との間に、互いに対向する第７主面及び第８主面の各々に表出した第５金属層を有する第５絶縁部材を設け、
前記熱拡散部材と前記冷却器との間に、互いに対向する第９主面及び第１０主面の各々に表出した第６金属層を有する第６絶縁部材を設け、
前記導電性部材と前記第７主面、及び、前記冷却器と前記第８主面は金属接合され、前記熱拡散部材と前記第９主面、及び、前記冷却器と前記第１０主面は、金属接合されていること
を特徴とする請求項１、３〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記導電性部材は、第１導電性部材及び第２導電性部材からなり、
前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材の各々は、前記半導体チップの前記第１主面に接合する前記第１接合面、及び、前記冷却器に接合する前記第２接合面、
を備えたことを特徴とする請求項１、３〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体チップと、前記導電性部材及び前記熱拡散部材の前記他方と、前記第３絶縁部材とからなる組を２つ備え、前記組の各々の前記半導体チップは、前記導電性部材及び前記熱拡散部材の前記一方と接合されること
を特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記導電性部材、前記熱拡散部材、及び前記半導体チップの周囲に充填された樹脂を更に備えることを特徴とする請求項１、３〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月18日(2021.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
正側導体２ｂと冷却器１との間には絶縁部材７ｂが金属接合され、負側導体６ｂと冷却器１との間には絶縁部材８ｂが金属接合されている。熱拡散部材４ｂの上面の一部は、絶縁部材９ｂの下面に金属接合されている。絶縁部材９ｂの上面、及び負側導体６ｂの上面は、側面視「Ｌ字形状」の負側電極１７ｂの下面に金属接合されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
導電性部材３１の下面ｑ２（第２接合面）、及び熱拡散部材３２の下面ｑ４（第４接合面）はそれぞれ、冷却器１の上面に金属接合されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
導電性部材３１の下面ｑ２（第２接合面）、及び熱拡散部材３２１の下面ｑ４（第４接合面）はそれぞれ、冷却器１の上面に金属接合されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
このため、熱拡散部材３２ａ、３２ｂを各半導体チップ３ａ、３ｂに接続する電極とし、２つの半導体チップ３ａ、３ｂを用いて電力変換装置を構成できる。図７Ｄは、半導体装置１０７を電力変換装置として作動させた際に流れる電流を示す説明図である。図７Ｄは、半導体装置１０７の平面図を示している。半導体装置１０７を電力変換装置として作動させる場合には、各半導体チップ３ａ、３ｂを上アーム、下アームとして直列接続回路を形成する。この場合、熱拡散部材３２ａ、３２ｂは、上アーム及び下アームのそれぞれの端子電極となる。この場合には、熱拡散部材３２ａから３２ｂに電流Ｉｄが流れることになる。この際、熱拡散部材３２ａ、３２ｂにはそれぞれ渦電流Ｉｇが発生する。この渦電流Ｉｇの発生により半導体装置１０７のインダクタンスを低減することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
第１０実施形態では、前述した第９実施形態で示した半導体装置１０９において、熱拡散部材３２ａ、３２ｂと冷却器１との間に絶縁部材３５ａ、３５ｂ（第６絶縁部材）を設けた点で相違する。それ以外の構成は第９実施形態と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
絶縁部材３５ａ、３５ｂは、第８実施形態に示した絶縁部材３５ａ、３５ｂと同様の構成を有している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
１  冷却器
２、２ａ、２ｂ  正側導体
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｃ’  半導体チップ
４、４ａ、４ｂ  熱拡散部材
５  電子部品
６、６ａ、６ｂ  負側導体
７、７ａ、７ｂ、８、８ａ、８ｂ  絶縁部材（第１絶縁部材）
９、９ａ、９ｂ  絶縁部材（第２絶縁部材）
１７ａ  正側電極
１７ｂ  負側電極
１８  コンデンサ
２０  金属導体
３１  導電性部材
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ａ’、３２ｂ’  熱拡散部材
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ａ’、３３ｂ’  絶縁部材（第３絶縁部材）
３４  絶縁部材（第５絶縁部材）
３５ａ、３５ｂ  絶縁部材（第６絶縁部材）
３６  金属部材
３７  絶縁部材（第４絶縁部材）
５１  絶縁部
５２、５３  金属部材
５４  封止材
１０１〜１１２  半導体装置
１０４ａ、１１１ａ  第１の半導体装置
１０４ｂ、１１１ｂ  第２の半導体装置
３２１  熱拡散部材
３２２  連結部材
３２３、３２３ａ、３２３ｂ  延在部
Ｃ１  平滑コンデンサ
ｐ１  第１主面
ｐ２  第２主面
ｐ３  第３主面
ｐ４  第４主面
ｐ５  第５主面
ｐ６  第６主面
ｐ７  第７主面
ｐ８  第８主面
ｐ９  第９主面
ｐ１０  第１０主面
ｑ１  側面（第１接合面）
ｑ２  下面（第２接合面）
ｑ３  側面（第３接合面）
ｑ４  下面（第４接合面）
ｑ５  上面（第５接合面）
ｑ６  上面（第６接合面）
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の一方の、前記冷却器に接合する面に対向する面に接合した第３絶縁部材、を更に備え、
前記導電性部材及び前記熱拡散部材の他方の一部が、前記半導体チップよりも前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方の側まで延在し、延在した前記一部は、前記第３絶縁部材を介して前記熱拡散部材及び前記導電性部材の前記一方に接合されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【国際調査報告】
2020025994.tif 000047
2020025994.tif 000048
2020025994.tif 000049