特許 5831401 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5831401

(24)【登録日】2015年11月6日

(45)【発行日】2015年12月9日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20151119BHJP

   H01L 25/10 20060101ALI20151119BHJP

   H01L 25/11 20060101ALI20151119BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20151119BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/12 K

   H01L25/14 Z

   H01L25/10 Z

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-185354(P2012-185354)

(22)【出願日】2012年8月24日

(65)【公開番号】特開2014-45010(P2014-45010A)

(43)【公開日】2014年3月13日

【審査請求日】2014年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148057

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 淑己

(72)【発明者】

【氏名】鹿野 武敏

【審査官】 ▲吉▼澤 雅博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８８１５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／１０

Ｈ０１Ｌ ２５／１１

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面から下面に向かって貫通穴が設けられた半導体パッケージと、
前記半導体パッケージの前記貫通穴に挿入された電極棒と、
前記半導体パッケージの下面に配置されたヒートスプレッダーと、
前記貫通穴の下方に配置され、前記電極棒と前記ヒートスプレッダーを絶縁する絶縁材料とを備え、
前記半導体パッケージは、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された半導体チップと、
前記絶縁基板上に配置され、前記半導体チップに接続された電極パターンと、
前記絶縁基板、前記半導体チップ、及び前記電極パターンを封止する樹脂と、
前記絶縁基板及び前記樹脂を貫通する前記貫通穴の内壁に配置され、前記電極パターンに接続された電極部とを有し、
前記貫通穴に挿入された前記電極棒は前記電極部に接続されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

上面から下面に向かって貫通穴が設けられた半導体パッケージと、
前記半導体パッケージの前記貫通穴に挿入された電極棒とを備え、
前記半導体パッケージは、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された半導体チップと、
前記絶縁基板上に配置され、前記半導体チップに接続された電極パターンと、
前記絶縁基板、前記半導体チップ、及び前記電極パターンを封止する樹脂と、
前記絶縁基板及び前記樹脂を貫通する前記貫通穴の内壁に配置され、前記電極パターンに接続された電極部とを有し、
前記貫通穴に挿入された前記電極棒は前記電極部に接続され、
前記半導体パッケージは、同一平面に並べられた第１及び第２の半導体パッケージを有し、
前記第１及び第２の半導体パッケージの前記貫通穴にＵ字型の前記電極棒が挿入されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項3】

上面から下面に向かって貫通穴が設けられた半導体パッケージと、
前記半導体パッケージの前記貫通穴に挿入された電極棒とを備え、
前記半導体パッケージは、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された半導体チップと、
前記絶縁基板上に配置され、前記半導体チップに接続された電極パターンと、
前記絶縁基板、前記半導体チップ、及び前記電極パターンを封止する樹脂と、
前記絶縁基板及び前記樹脂を貫通する前記貫通穴の内壁に配置され、前記電極パターンに接続された電極部とを有し、
前記貫通穴に挿入された前記電極棒は前記電極部に接続され、
前記半導体パッケージは、上面同士が向かい合わせになった第１及び第２の半導体パッケージを有し、
前記第１及び第２の半導体パッケージの下面にそれぞれヒートスプレッダーが配置され、
前記第１及び第２の半導体パッケージの前記貫通穴に前記電極棒が挿入されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項4】

前記電極棒に接続され、前記第１及び第２の半導体パッケージの上面同士の間から引き出された端子を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１及び第２の半導体パッケージを含むユニットが２つ並んだ状態で、両ユニットが前記端子により接続されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

上面から下面に向かって貫通穴が設けられた半導体パッケージと、
前記半導体パッケージの前記貫通穴に挿入された電極棒とを備え、
前記半導体パッケージは、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された半導体チップと、
前記絶縁基板上に配置され、前記半導体チップに接続された電極パターンと、
前記絶縁基板、前記半導体チップ、及び前記電極パターンを封止する樹脂と、
前記絶縁基板及び前記樹脂を貫通する前記貫通穴の内壁に配置され、前記電極パターンに接続された電極部とを有し、
前記貫通穴に挿入された前記電極棒は前記電極部に接続され、
前記半導体パッケージは、下面同士が向かい合わせになった第１及び第２の半導体パッケージを有し、
前記第１及び第２の半導体パッケージの前記下面同士の間に放熱フィンが配置された状態で、前記第１及び第２の半導体パッケージの前記貫通穴に前記電極棒が挿入されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項7】

前記第１及び第２の半導体パッケージと前記放熱フィンを含むユニットが複数個重ねられた状態で、それぞれのユニットの前記第１及び第２の半導体パッケージの前記貫通穴に前記電極棒が挿入されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１及び第２の半導体パッケージを含むユニットが２つ並んだ状態で、両ユニットが前記放熱フィンにより接続されていることを特徴とする請求項６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、複数の半導体パッケージを接続する半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

同じ構造の複数の半導体パッケージを並列に接続することにより、製品に応じて電気的な容量を変更することができる。従来の半導体装置では、複数の半導体パッケージを平面的に並べていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４−２８０６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の半導体パッケージを平面的に並べると、半導体パッケージの固定も兼ねる放熱フィンが大きくなってしまう。また、半導体パッケージの側面にリードが配置されるため、リード位置を考慮したレイアウトにしなければならない。また、半導体パッケージの端子を固定する台や、その台を固定するためのスペースが必要であるため、装置が大型化する。

【0005】

複数の半導体パッケージを重ねてそれらに設けた貫通穴にリード線を挿入する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、樹脂封止されていない絶縁基板に貫通孔があるため、他の電極との沿面距離が短く耐性が低いという問題があった。

【0006】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はレイアウトの自由度が高く、耐圧が高く小型化の半導体装置を得るものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る半導体装置は、上面から下面に向かって貫通穴が設けられた半導体パッケージと、前記半導体パッケージの前記貫通穴に挿入された電極棒と、前記半導体パッケージの下面に配置されたヒートスプレッダーと、前記貫通穴の下方に配置され、前記電極棒と前記ヒートスプレッダーを絶縁する絶縁材料とを備え、前記半導体パッケージは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された半導体チップと、前記絶縁基板上に配置され、前記半導体チップに接続された電極パターンと、前記絶縁基板、前記半導体チップ、及び前記電極パターンを封止する樹脂と、前記絶縁基板及び前記樹脂を貫通する前記貫通穴の内壁に配置され、前記電極パターンに接続された電極部とを有し、前記貫通穴に挿入された前記電極棒は前記電極部に接続されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、レイアウトの自由度が高く、耐圧が高く小型化の半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。

【図4】比較例に係る半導体装置を示す斜視図である。

【図5】比較例に係る半導体装置を示す断面図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。

【図7】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。

【図8】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す斜視図である。

【図9】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。

【図10】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す斜視図である。

【図11】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。

【図12】本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す斜視図である。

【図13】本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。

【図14】本発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す断面図である。

【図15】本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。

【図16】本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0011】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。半導体パッケージ１内において、絶縁基板２上にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオードなどの半導体チップ３が配置されている。電極パターン４が絶縁基板２上に配置され、ワイヤ５により半導体チップ３に接続されている。なお、ワイヤ５の代わりに板状の電極を用いてもよい。絶縁基板２の裏面に放熱絶縁板６が配置されている。樹脂７が絶縁基板２、半導体チップ３、電極パターン４、及びワイヤ５を封止している。

【0012】

半導体パッケージ１の上面から下面に向かって貫通穴８が設けられている。この貫通穴８は絶縁基板２及び樹脂７を貫通する。電極部９が貫通穴８の内壁に配置され、電極パターン４に接続されている。貫通穴８の上端及び下端において貫通穴８の周囲に絶縁材料１０が設けられている。

【0013】

図２及び図３は、それぞれ本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図及び断面図である。電極棒１１が半導体パッケージ１の貫通穴８に挿入され、半導体パッケージ１内部において電極部９に接続されている。ヒートスプレッダー１２が半導体パッケージ１の下面に配置されている。絶縁材料１０が貫通穴８の下方に配置され、電極棒１１とヒートスプレッダー１２を絶縁する。

【0014】

電極棒１１が電極部９と電極パターン４を介して半導体チップ３に接続され、回路を構成している。この電極棒１１を介して半導体チップ３に電力を供給することができる。そして、複数の半導体パッケージ１を電極棒１１により電気的・機械的に接合することで、製品に応じて電気的な容量を変更することができる。

【0015】

続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４及び図５は、それぞれ比較例に係る半導体装置を示す斜視図及び断面図である。比較例では、複数の半導体パッケージ１を平面的に並べるため、半導体パッケージ１の固定も兼ねる放熱フィン１３が大きくなってしまう。また、半導体パッケージ１の側面にリード１４が配置されるため、リード位置を考慮したレイアウトにしなければならない。また、半導体パッケージ１の端子１５を固定する台１６や、その台１６を固定するためのスペースが必要であるため、装置が大型化する。

【0016】

これに対して本実施の形態では、複数の半導体パッケージ１を３次元的に組み立て、半導体パッケージ１の貫通穴８に電極棒１１を挿入して互いを電気的・機械的に接合する。このため、装置を小型化することができ、レイアウトの自由度が高い。

【0017】

また、本実施の形態では、電極部９が絶縁基板２及び樹脂７を貫通する貫通穴８の内壁に配置されている。従って、電極棒１１と接続される電極部９が半導体パッケージ１の樹脂７の内部に配置されているため、他の電極との沿面距離が長く、耐圧が高い。

【0018】

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。３つの半導体パッケージ１が同じ方向を向いて重ね合わされ、それらの貫通穴８に電極棒１１が挿入されている。これにより、容量アップのために３つの半導体パッケージ１が電気的・機械的に接合されたパワーデバイスが構成される。

【0019】

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。２つの半導体パッケージ１が同一平面に並べられ、両半導体パッケージ１の貫通穴８にＵ字型の電極棒１１が挿入されている。これにより、容量アップのために２つの半導体パッケージ１が電気的・機械的に接合されたパワーデバイスが構成される。

【0020】

実施の形態４．
図８及び図９は、それぞれ本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す斜視図で及び断面図である。２つの半導体パッケージ１の上面同士が向かい合わせになっている。２つの半導体パッケージ１の下面にそれぞれヒートスプレッダー１２が配置されている。２つの半導体パッケージ１の貫通穴８に電極棒１１が挿入されている。これにより、容量アップのために２つの半導体パッケージ１が電気的・機械的に接合されたパワーデバイスが構成される。

【0021】

実施の形態５．
図１０及び図１１は、それぞれ本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す斜視図及び断面図である。電極棒１１が装置の上下面から出されず、電極棒１１に接続された板状の端子１５が２つの半導体パッケージ１の上面同士の間から引き出されている。この端子１５により他の装置との電気的接続が可能である。また、２つの半導体パッケージ１の上面同士が密着していてパッケージ間の空間が存在しないため、左右の端子１５間の電気的な沿面、空間距離を確保することができる。

【0022】

実施の形態６．
図１２及び図１３は、それぞれ本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す斜視図及び断面図である。２つの半導体パッケージ１を重ねたユニットが２つ並んだ状態で、両ユニットが端子１５により接続されている。これらの全体の構成で一つの機能を果たすパワーモジュールとなっている。

【0023】

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す断面図である。２つの半導体パッケージ１の下面同士が向かい合わせになっている。２つの半導体パッケージ１の下面同士の間に水冷フィンなどの放熱フィン１３が配置された状態で、２つの半導体パッケージ１の貫通穴８に電極棒１１が挿入されている。これにより、容量アップのために２つの半導体パッケージ１が電気的・機械的に接合されたパワーデバイスが構成される。そして、大容量化によって発生する熱を放熱フィン１３により排熱することができる。

【0024】

実施の形態８．
図１５は、本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。２つの半導体パッケージ１と放熱フィン１３を含むユニットが２個重ねられた状態で、それぞれのユニットの半導体パッケージ１の貫通穴８に電極棒１１が挿入されている。これらの全体の構成で一つの機能を果たすパワーモジュールとなっている。

【0025】

実施の形態９．
図１６は、本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図である。２つの半導体パッケージ１を重ねたユニットが２つ並んだ状態で、両ユニットが１枚の放熱フィン１３により接続されている。これらの全体の構成で一つの機能を果たすパワーモジュールとなっている。

【0026】

なお、半導体チップ３は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップ３は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートスプレッダー１２や放熱フィン１３を小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。

【符号の説明】

【0027】

１ 半導体パッケージ
２ 絶縁基板
３ 半導体チップ
４ 電極パターン
７ 樹脂
８ 貫通穴
９ 電極部
１０ 絶縁材料
１１ 電極棒
１２ ヒートスプレッダー
１３ 放熱フィン
１５ 端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】