特許ウォッチ

公開番号2024163192
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2024150726,2021088993
出願日2024-09-02,2021-05-27
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類H01L 23/473 20060101AFI20241114BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体素子の生じた熱を逃がしやすい半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置20は、冷却器120とZ方向に並んで配置される。半導体装置20は、両面に主電極40D、40Sを有する半導体素子40、半導体素子40を挟むように配置された一対の基板50、60、基板60と半導体素子40の間に介在する導電スペーサ70を備える。基板50、60は、絶縁基材51、61、対応する主電極に接続される表面金属体52、62、裏面金属体53、63を有する。半導体装置20において、半導体素子40よりも基板50側の厚みをT1、半導体素子40よりも基板60側の厚みをT2とすると、T1≧T2の関係を満たす。
【選択図】図40
特許請求の範囲【請求項１】
冷却器（１２０）と所定方向に並んで配置される半導体装置であって、
第１主電極（４０Ｄ）と、前記第１主電極とは前記所定方向において反対の面に設けられた第２主電極（４０Ｓ）と、を有する半導体素子（４０）と、
樹脂を含む第１絶縁基材（５１）と、前記第１絶縁基材の表面に配置され、前記第１主電極と電気的に接続された第１表面金属体（５２）と、前記第１絶縁基材の裏面に配置された第１裏面金属体（５３）と、を有する第１基板（５０）と、
樹脂を含む第２絶縁基材（６１）と、前記第２絶縁基材の表面に配置され、前記第２主電極と電気的に接続された第２表面金属体（６２）と、前記第２絶縁基材の裏面に配置された第２裏面金属体（６３）と、を有し、前記所定方向において前記第１基板との間に前記半導体素子を挟むように配置された第２基板（６０）と、
前記第２主電極と前記第２表面金属体との間に介在し、前記第２主電極および前記第２表面金属体に接続された導電スペーサ（７０）と、
前記第１主電極と前記第１表面金属体との間に介在し、前記第１主電極と前記第１表面金属体とを接合する接合材（１００）と、
を備え、
前記所定方向において、前記半導体素子よりも前記第１基板側の厚みをＴ１、前記半導体素子よりも前記第２基板側の厚みをＴ２とすると、Ｔ１≧Ｔ２の関係を満たしている、半導体装置。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
前記第１基板において、前記第１表面金属体が、前記第１裏面金属体よりも厚い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２基板において、前記第２表面金属体が、前記第２裏面金属体よりも厚い、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２基板において、前記第２表面金属体の厚みが、前記第２裏面金属体の厚みよりも薄い、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１基板において、前記第１表面金属体および前記第１裏面金属体それぞれの厚みが前記第１絶縁基材よりも厚く、
前記第２基板において、前記第２表面金属体および前記第２裏面金属体それぞれの厚みが前記第２絶縁基材よりも厚い、請求項１～４いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
封止体（３０）をさらに備え、
前記第１裏面金属体および前記第２裏面金属体のうち、少なくとも前記第１裏面金属体が前記封止体から露出している、請求項１～５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】
この明細書における開示は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 4,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＩＧＢＴ（半導体素子）を挟むように一対の基板（ＤＣＢ基板）が配置されたパッケージ（半導体装置）を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１０２１１１３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、ＩＧＢＴの第１主電極は、第１基板の金属体に接続されている。ＩＧＢＴの第２主電極は、スペーサ体（導電スペーサ）を介して第２基板の金属体に接続されている。特許文献１に記載の構成では、ＩＧＢＴ動作時、つまり高温時において、半導体装置に、第１基板側に凹、第２基板側の凸の反りが生じる。特許文献１に代表される半導体装置は、たとえば冷却器により冷却される。上記した反りが生じると、第１基板側において、冷却器と半導体装置との対向距離が広がり、熱抵抗が増大する。よって、半導体素子の生じた熱を逃がし難い。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示されるひとつの目的は、半導体素子の生じた熱を逃がしやすい半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された半導体装置は、
冷却器（１２０）と所定方向に並んで配置される半導体装置であって、
第１主電極（４０Ｄ）と、第１主電極とは所定方向において反対の面に設けられた第２主電極（４０Ｓ）と、を有する半導体素子（４０）と、
樹脂を含む第１絶縁基材（５１）と、第１絶縁基材の表面に配置され、第１主電極と電気的に接続された第１表面金属体（５２）と、第１絶縁基材の裏面に配置された第１裏面金属体（５３）と、を有する第１基板（５０）と、
樹脂を含む第２絶縁基材（６１）と、第２絶縁基材の表面に配置され、第２主電極と電気的に接続された第２表面金属体（６２）と、第２絶縁基材の裏面に配置された第２裏面金属体（６３）と、を有し、所定方向において第１基板との間に半導体素子を挟むように配置された第２基板（６０）と、
第２主電極と第２表面金属体との間に介在し、第２主電極および第２表面金属体に接続された導電スペーサ（７０）と、
第１主電極と第１表面金属体との間に介在し、第１主電極と第１表面金属体とを接合する接合材（１００）と、
を備え、
所定方向において、半導体素子よりも第１基板側の厚みをＴ１、半導体素子よりも第２基板側の厚みをＴ２とすると、Ｔ１≧Ｔ２の関係を満たしている。
【０００７】
開示された半導体装置によれば、半導体装置が、厚みＴ１≧厚みＴ２の関係を満たしている。半導体素子と第１基板との間に導電スペーサを介さない側の厚みＴ１が、半導体素子と第２基板との間に導電スペーサを介する側の厚みＴ２以上である。これにより、半導体素子の動作時（高温時）において、半導体装置に、第１基板側に凸、第２基板側に凹の反りが生じる。よって、第１基板側において、半導体装置と冷却器との対向距離が狭くなり、半導体装置と冷却器との間の熱抵抗が小さくなる。この結果、半導体素子の生じた熱を逃がしやすい半導体装置を提供することができる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る半導体装置が適用される電力変換装置の回路構成を示す図である。
半導体装置を示す斜視図である。
半導体装置を示す斜視図である。
半導体装置を示す平面図である。
図４のV-V線に沿う断面図である。
図４のVI-VI線に沿う断面図である。
図４のVII-VII線に沿う断面図である。
図４のVIII-VIII線に沿う断面図である。
図８に示す領域IXを拡大した図である。
半導体装置を説明するための分解斜視図である。
ドレイン電極側の基板に半導体素子が実装された状態を示す平面図である。
ドレイン電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
ドレイン電極側の回路パターン、半導体素子、および端子の配置を示す図である。
ソース電極側の回路パターン、半導体素子、および端子の配置を示す図である。
参考例の電流ループを示す平面図である。
電流ループを示す平面図である。
電流ループを示す側面図である。
参考例について電流密度を示す図である。
本実施形態について電流密度を示す図である。
変形例を示す平面図である。
変形例を示す平面図である。
変形例において、ドレイン電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
変形例において、ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
インダクタンスＬｓの効果を説明するための図である。
インダクタンスＬｓの効果を説明するための図である。
ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
電流経路を示す図である。
アーム接続部を示す断面図である。
ソース電極側の基板の変形例を示す平面図である。
ドレイン電極側の基板に半導体素子が実装された状態を示す平面図である。
電流経路を示す図である。
ドレイン電極側の基板の変形例を示す平面図である。
電流経路を示す図である。
アーム接続部の変形例を示す断面図である。
アーム接続部の変形例を示す断面図である。
変形例において、ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
高温時の反りを示す断面図である。
第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
室温時の半導体装置を示す断面図である。
高温時の半導体装置を示す断面図である。
厚みＴ１、Ｔ２の比と反り量との関係を示す図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
第４実施形態に係る半導体装置において、信号端子周辺を拡大した平面図である。
図４６のXLVII-XLVII線に沿う断面図である。
ワイヤボンディングを説明する図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す平面図である。
中継基板を示す断面図である。
図５３のLV-LV線に沿う断面図である。
変形例を示す断面図である。
第５実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図５７に示すLVIII方向から見た平面図である。
図５７に示す領域LVIXを拡大した図である。
図５９に対して、接合材を省略した図である。
変形例を示す平面図である。
図６１に示すLXII方向から見た平面図である。
変形例を示す平面図である。
変形例を示す断面図である。
図６４に示す領域LXVを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
図６６に示す領域LXVIIを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
第６実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
封止体および絶縁基材について、ガラス転移点および線膨張係数の関係を示す図である。
参考例の反りを示す図である。
高温時の反りを示す図である。
第７実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図７３の領域LXXIVを拡大した図である。
粗化部の形成方法を示す図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
第８実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図７９の領域LXXXを拡大した図である。
間隔、厚みとインダクタンスとの関係を示す図である。
間隔＜厚みの場合のシミュレーション結果を示す図である。
間隔＞厚みの場合のシミュレーション結果を示す図である。
第９実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
基板中心を示す平面図である。
図８４の領域LXXXVIを拡大した図である。
寸法および角度を示す図である。
積層体の側面図である。
第１０実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
半導体素子を示す平面図である。
図８９の領域XCIを拡大した図である。
焼結部材の配置を示す断面図である。
接合方法を示す断面図である。
保護膜の内周面と焼結部材との距離と下地電極の歪振幅との関係を示す図である。
接合材であるはんだの配置を示す断面図である。
第１１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図９６の領域XCVIIを拡大した図である。
半導体素子、焼結部材、凹凸酸化膜の配置を示す平面図である。
図９７の領域XCIXを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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