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JP2006196595A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2006196595A
JP2006196595A JP2005005326A JP2005005326A JP2006196595A JP 2006196595 A JP2006196595 A JP 2006196595A JP 2005005326 A JP2005005326 A JP 2005005326A JP 2005005326 A JP2005005326 A JP 2005005326A JP 2006196595 A JP2006196595 A JP 2006196595A
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metal
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Shinsuke Nagasaka
進介 長坂
Naohiko Hirano
尚彦 平野
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain balance in stress in a semiconductor device in which two or more semiconductor elements are provided between both opposite metal bodies and the elements are molded by a resin. <P>SOLUTION: The semiconductor device 100 is provided with a first metal body 20 and a second metal body 30 which are oppositely provided; a first semiconductor element 10 provided between both the metal bodies 20, 30 and thermally connected to both the metal bodies 20, 30; a second semiconductor element 11 provided between both the metal bodies 20, 30 and thermally connected to both the metal bodies 20, 30; and a molding resin 70 filled between both the metal objects 20, 30, and sealing the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11. In this semiconductor device 100, the first semiconductor element 10 is arranged at a position closer to the first metal body 20 and the second semiconductor element 11 is arranged at a position closer to the second metal body 30, in the center of a distance between both the metal bodies 20, 30 in a direction where both the metal bodies 20, 30 are spaced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、向する両金属体の間に2個以上の半導体素子を介在させ、これらを樹脂でモールドしてなる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which two or more semiconductor elements are interposed between both metal bodies facing each other and these are molded with a resin.

従来より、この種の半導体装置としては、一般に、対向して配置された第1の金属体および第2の金属体と、第1の金属体と前記第2の金属体の間に設けられ当該両金属体と熱的に接続された第1の半導体素子および第2の半導体素子と、当該両金属体の間に充填され第1の半導体素子および第2の半導体素子を封止するモールド樹脂とを備えて構成されたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a semiconductor device of this type, generally, a first metal body and a second metal body, which are disposed to face each other, are provided between the first metal body and the second metal body. A first semiconductor element and a second semiconductor element which are thermally connected to both metal bodies; a mold resin which is filled between the two metal bodies and seals the first semiconductor element and the second semiconductor element; There has been proposed one configured with (for example, see Patent Document 1).

図5は、この種の半導体装置の一般的な断面構成を具体的に示す図である。第1の金属体20および第2の金属体30は、放熱性に優れた金属などのヒートシンク材料からなる板材であり、これら両金属体20、30は対向して配置されている。   FIG. 5 is a diagram specifically showing a general cross-sectional configuration of this type of semiconductor device. The first metal body 20 and the second metal body 30 are plate members made of a heat sink material such as a metal excellent in heat dissipation, and both the metal bodies 20 and 30 are arranged to face each other.

第1の金属体20と第2の金属体30との間には、第1の半導体素子10と第2の半導体素子11が、平面的に並列に配置されている。そして、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11の下面と下側の第1の金属体20の上面との間は、第1の導電性接合部材51によって熱的に接合されている。   Between the first metal body 20 and the second metal body 30, the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are arranged in parallel in a plane. The lower surfaces of the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 and the upper surface of the lower first metal body 20 are thermally bonded by the first conductive bonding member 51. .

また、両半導体素子10、11の上面とヒートシンクブロックなどからなる第3の金属体40の下面との間は、第2の導電性接合部材52によって熱的に接合されている。さらに、第3の金属体40の上面とその上側の第2の金属体30の下面との間は、第3の導電性接合部材53によって熱的に接合されている。   Further, the upper surfaces of the semiconductor elements 10 and 11 and the lower surface of the third metal body 40 made of a heat sink block or the like are thermally bonded by the second conductive bonding member 52. Further, the upper surface of the third metal body 40 and the lower surface of the second metal body 30 above the third metal body 40 are thermally bonded by a third conductive bonding member 53.

そして、第1の金属体20と第2の金属体30との間には、モールド樹脂70が充填され、このモールド樹脂70によって、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11、さらに第3の金属体40が封止されている。   A mold resin 70 is filled between the first metal body 20 and the second metal body 30, and the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11, and further, the mold resin 70. 3 metal bodies 40 are sealed.

また、図5に示されるように、モールド樹脂70の内部において第1の半導体素子10の周囲には、リードフレーム60が設けられており、図示しないボンディングワイヤなどを介して、リードフレーム60と第1の半導体素子10とが電気的に接続されている。   Further, as shown in FIG. 5, a lead frame 60 is provided around the first semiconductor element 10 in the mold resin 70, and the lead frame 60 and the first frame are connected to each other via a bonding wire (not shown). 1 semiconductor element 10 is electrically connected.

このリードフレーム60は、その先端部がモールド樹脂70から露出しており、第1の半導体素子10と外部とを電気的に接続可能としている。   The lead frame 60 has an end portion exposed from the mold resin 70, and can electrically connect the first semiconductor element 10 and the outside.

そして、このような半導体装置においては、第1および第2の半導体素子10、11の上面では、第2の導電性接合部材52、第3の金属体30、第3の導電性接合部材53および第2の金属体30を介して放熱が行われ、第1および第2の半導体素子10、11の下面では、第1の導電性接合部材51から第1の金属体20を介して放熱が行われる構成となっている。
特開2004−6967号公報
In such a semiconductor device, on the top surfaces of the first and second semiconductor elements 10 and 11, the second conductive bonding member 52, the third metal body 30, the third conductive bonding member 53, and Heat is radiated through the second metal body 30, and heat is radiated from the first conductive joint member 51 through the first metal body 20 on the lower surfaces of the first and second semiconductor elements 10 and 11. It is the composition that is called.
JP 2004-6967 A

本発明者らの検討によれば、上記図5に示されるような半導体装置においては、次のような問題が生じることがわかった。   According to the study by the present inventors, it has been found that the following problems occur in the semiconductor device as shown in FIG.

本発明者らは、従来では、図5に示されるように、第1の半導体素子10と第2の半導体素子11が、両金属体20、30が隔てられている方向(図5中の上下方向すなわち半導体装置の厚さ方向)における両金属体20、30の間隔の中心部に対して、下側の第1の金属体20に寄った位置に配置されていることに着目した。   As shown in FIG. 5, the inventors of the present invention conventionally have a first semiconductor element 10 and a second semiconductor element 11 in a direction in which both metal bodies 20 and 30 are separated (up and down in FIG. 5). It was noted that it is arranged at a position close to the lower first metal body 20 with respect to the central portion of the distance between the metal bodies 20 and 30 in the direction (ie, the thickness direction of the semiconductor device).

なお、従来では、第1の半導体素子10が複数個の半導体素子、第2の半導体素子11が複数個の半導体素子からなるものであってもよい。その場合でも、従来の半導体装置では、これら複数個の半導体素子10、11の全てが、一方の金属体に寄った位置に配置されたものとなっていた。   Conventionally, the first semiconductor element 10 may be composed of a plurality of semiconductor elements, and the second semiconductor element 11 may be composed of a plurality of semiconductor elements. Even in such a case, in the conventional semiconductor device, all of the plurality of semiconductor elements 10 and 11 are arranged at positions close to one metal body.

このように、複数個の半導体素子10、11が第1の金属体20に偏って配置されていると、応力の集中点が第1の金属体20側に偏る。ここで、この応力とは、たとえば、温度サイクルが印加された場合において、金属体、半導体、モールド樹脂の間の熱膨張係数の差などに起因して発生する熱応力などである。   As described above, when the plurality of semiconductor elements 10 and 11 are arranged so as to be biased toward the first metal body 20, stress concentration points are biased toward the first metal body 20. Here, the stress is, for example, a thermal stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between a metal body, a semiconductor, and a mold resin when a temperature cycle is applied.

このように、両金属体20、30との間において一方の金属体、上記図5では第1の金属体20側に応力集中が偏ることにより、モールド樹脂70のクラックや界面剥離が進展し、パッケージとして機能不良に陥る。また、このように応力集中が偏ることにより、パッケージすなわち半導体装置に反りが生じ、当該半導体装置を他部材への組み付けることが困難となる。   As described above, the stress concentration is biased toward one metal body between the metal bodies 20 and 30, that is, the first metal body 20 side in FIG. It falls into a malfunction as a package. Further, since the stress concentration is biased in this way, the package, that is, the semiconductor device is warped, and it becomes difficult to assemble the semiconductor device to another member.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、対向する両金属体の間に2個以上の半導体素子を介在させ、これらを樹脂でモールドしてなる半導体装置において、応力的なバランスをとることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a semiconductor device in which two or more semiconductor elements are interposed between opposing metal bodies and these are molded with resin, a stress balance is achieved. The purpose is to take.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、対向して配置された第1の金属体(20)および第2の金属体(30)と、第1の金属体(20)と第2の金属体(30)の間に設けられ、これら両金属体(20、30)と熱的に接続された第1の半導体素子(10)と、第1の金属体(20)と第2の金属体(30)の間に設けられ、これら両金属体(20、30)と熱的に接続された第2の半導体素子(11)と、第1の金属体(20)と第2の金属体(30)の間に充填され、第1の半導体素子(10)および第2の半導体素子(11)を封止するモールド樹脂(70)とを備える半導体装置において、両金属体(20、30)が隔てられている方向における両金属体(20、30)の間隔の中心部に対して、第1の半導体素子(10)は、第1の金属体(20)に寄った位置に配置され、第2の半導体素子(11)は、第2の金属体(30)に寄った位置に配置されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first metal body (20) and the second metal body (30) arranged to face each other, the first metal body (20), and A first semiconductor element (10) provided between the second metal bodies (30) and thermally connected to both the metal bodies (20, 30), the first metal body (20), A second semiconductor element (11) provided between the two metal bodies (30) and thermally connected to the two metal bodies (20, 30); the first metal body (20); In a semiconductor device comprising a mold resin (70) filled between the metal bodies (30) and sealing the first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11), both metal bodies (20 , 30) with respect to the central part of the distance between the two metal bodies (20, 30) in the direction in which they are separated from each other. 10) is arranged at a position close to the first metal body (20), and the second semiconductor element (11) is arranged at a position close to the second metal body (30). It is said.

それによれば、第1の半導体素子(10)と第2の半導体素子(11)とをそれぞれの金属体(20、30)に側へ分散させた配置構成となるため、従来のように、第1の半導体素子および第2の半導体素子をともに、一方の金属体、たとえば第1の金属体側に偏って配置した構成よりも、熱応力など応力の集中点が分散する。   According to this, since the first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11) are arranged to be distributed to the respective metal bodies (20, 30) to the side, Concentration points of stress such as thermal stress are dispersed more than the configuration in which both the first semiconductor element and the second semiconductor element are arranged to be biased toward one metal body, for example, the first metal body side.

よって、本発明によれば、対向する両金属体(20、30)の間に2個以上の半導体素子(10、11)を介在させ、これらを樹脂(70)でモールドしてなる半導体装置において、応力的なバランスをとることができる。   Therefore, according to the present invention, in a semiconductor device in which two or more semiconductor elements (10, 11) are interposed between both opposing metal bodies (20, 30) and these are molded with a resin (70). , Stress balance can be taken.

そして、本発明によれば、応力的なバランスをとれることから、モールド樹脂(70)のクラックや、モールド樹脂(70)の界面剥離の進展や、モールドパッケージすなわち装置本体の反りなどの問題を、極力抑制することができる。   And, according to the present invention, since stress balance can be taken, problems such as cracks in the mold resin (70), progress of interfacial peeling of the mold resin (70), and warpage of the mold package, that is, the apparatus main body, It can be suppressed as much as possible.

ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の半導体装置においては、第1の半導体素子(10)は、第1の金属体(20)に対して導電性接合部材(51)を介して直接接合され、第2の半導体素子(11)は、第2の金属体(30)に対して導電性接合部材(53)を介して直接接合されているものにできる。   Here, as in the invention described in claim 2, in the semiconductor device described in claim 1, the first semiconductor element (10) is a conductive bonding member with respect to the first metal body (20). The second semiconductor element (11) can be directly bonded to the second metal body (30) via the conductive bonding member (53).

また、請求項3に記載の発明のように、請求項1または請求項2に記載の半導体装置においては、第1の金属体(20)に寄った位置に配置されている第1の半導体素子(10)は、第3の金属体(40)を介して第2の金属体(30)と熱的に接続されており、第2の金属体(30)に寄った位置に配置されている第2の半導体素子(11)は、第3の金属体(40)を介して第1の金属体(20)と熱的に接続されていることを特徴とするものにできる。   Further, as in the invention described in claim 3, in the semiconductor device described in claim 1 or 2, the first semiconductor element disposed at a position close to the first metal body (20). (10) is thermally connected to the second metal body (30) via the third metal body (40), and is disposed at a position close to the second metal body (30). The second semiconductor element (11) can be characterized in that it is thermally connected to the first metal body (20) via the third metal body (40).

また、請求項4に記載の発明では、請求項1〜請求項3に記載の半導体装置において、第1の半導体素子(10)および第2の半導体素子(11)は、それぞれ複数個の半導体素子からなり、両金属体(20、30)の間において、1個の第1の半導体素子(10)と1個の第2の半導体素子(11)とが隣り合った形で繰り返し配列されていることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first to third aspects, each of the first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11) includes a plurality of semiconductor elements. Between the two metal bodies (20, 30), one first semiconductor element (10) and one second semiconductor element (11) are repeatedly arranged adjacent to each other. It is characterized by that.

それによれば、第1の半導体素子(10)および第2の半導体素子(11)が、それぞれ複数個の半導体素子からなる場合において、応力的なバランスがよりとりやすくなり、好ましい。   According to this, in the case where each of the first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11) is composed of a plurality of semiconductor elements, a stress balance is more easily obtained, which is preferable.

なお、上記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一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.

[構成等]
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置100の概略断面構成を示す図である。
[Configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention.

図1に示されるように、本半導体装置100は、大きくは、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11と、これら半導体素子10、11を挟むように半導体素子10、11の両面に配置された一対の放熱板としてのヒートシンク20および30と、この一対のヒートシンク20、30間に充填され第1の半導体素子10および第2の半導体素子11を封止するモールド樹脂70とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 roughly includes a first semiconductor element 10 and a second semiconductor element 11 on both surfaces of the semiconductor elements 10 and 11 so as to sandwich the semiconductor elements 10 and 11. A heat sink 20 and 30 as a pair of heat sinks disposed, and a mold resin 70 filled between the pair of heat sinks 20 and 30 and sealing the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are provided. It is configured.

ここで、本半導体装置100においては、このモールド樹脂70の封止は、一対のヒートシンク20、30の放熱面であるそれぞれの外側の主表面20a、30aがモールド樹脂70から露出するように行われている。   Here, in the semiconductor device 100, the sealing of the mold resin 70 is performed so that the outer main surfaces 20 a and 30 a that are the heat radiation surfaces of the pair of heat sinks 20 and 30 are exposed from the mold resin 70. ing.

これら一対のヒートシンク20、30のうち図1において下側に位置するものを下側ヒートシンク20ということとし、上側に位置するものを上側ヒートシンク30ということとする。図1に示される半導体装置100では、下側ヒートシンク20が第1の金属体20として、上側ヒートシンク30が第2の金属体30として構成されている。   Of the pair of heat sinks 20 and 30, the lower one in FIG. 1 is referred to as the lower heat sink 20, and the upper one is referred to as the upper heat sink 30. In the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the lower heat sink 20 is configured as the first metal body 20, and the upper heat sink 30 is configured as the second metal body 30.

そして、図1に示される半導体装置100では、各半導体素子10、11は、第3の金属体40としてのヒートシンクブロック40および各導電性接合部材51、52、53を介して、下側ヒートシンク20と上側ヒートシンク30とに挟み付けられている。   In the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the semiconductor elements 10 and 11 are connected to the lower heat sink 20 via the heat sink block 40 as the third metal body 40 and the conductive bonding members 51, 52, and 53. And the upper heat sink 30.

また、図1に示される例では、第1の半導体素子10と第2の半導体素子20とは、平面的に並列に配置されている。ここで、図1において、左側に位置するものが第1の半導体素子10であり、右側に位置するものが第2の半導体素子20である。   In the example shown in FIG. 1, the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 20 are arranged in parallel in a plane. Here, in FIG. 1, the first semiconductor element 10 is located on the left side, and the second semiconductor element 20 is located on the right side.

このように、本例では、第1の半導体素子10、第2の半導体素子11はそれぞれ1個ずつ、計2個設けられているが、本実施形態の半導体装置100において、一対のヒートシンク20、30に挟まれる第1の半導体素子10が複数個の半導体素子からなり、第2の半導体素子11が複数個の半導体素子からなるものであってもよい。   As described above, in this example, each of the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 is provided in total, two in total, but in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the pair of heat sinks 20, The first semiconductor element 10 sandwiched between 30 may be composed of a plurality of semiconductor elements, and the second semiconductor element 11 may be composed of a plurality of semiconductor elements.

つまり、本実施形態の半導体装置100においては、対向して配置された下側ヒートシンク20と上側ヒートシンク30との間に2個以上の半導体素子10、11が挟まれた形となっている。   That is, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, two or more semiconductor elements 10 and 11 are sandwiched between the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 that are arranged to face each other.

そして、本実施形態においては、図1に示されるように、下側および上側のヒートシンク20、30が隔てられている方向(図1中の上下方向すなわち半導体装置100の厚さ方向)における両ヒートシンク20、30の間隔の中心部に対して、左側の第1の半導体素子10は、下側ヒートシンク20に寄った位置に配置され、右側の第2の半導体素子11は、上側ヒートシンク30に寄った位置に配置されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, both heat sinks in the direction in which the lower and upper heat sinks 20 and 30 are separated (the vertical direction in FIG. 1, ie, the thickness direction of the semiconductor device 100). The first semiconductor element 10 on the left side is disposed at a position near the lower heat sink 20 and the second semiconductor element 11 on the right side is near the upper heat sink 30 with respect to the central portion of the interval of 20 and 30. Placed in position.

なお、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11が、それぞれ複数個の半導体素子からなる場合、本実施形態においては、下側ヒートシンク20に寄った位置に配置された複数個の半導体素子が、第1の半導体素子10として構成され、上側ヒートシンク30に寄った位置に配置された複数個の半導体素子が、第2の半導体素子11として構成される。   In the case where the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are each composed of a plurality of semiconductor elements, in the present embodiment, a plurality of semiconductor elements arranged at positions close to the lower heat sink 20. However, a plurality of semiconductor elements which are configured as the first semiconductor element 10 and are arranged at positions close to the upper heat sink 30 are configured as the second semiconductor element 11.

また、このように第1の半導体素子10および第2の半導体素子11が、それぞれ複数個の半導体素子からなる場合、下側および上側のヒートシンク20、30の間において、1個の第1の半導体素子10と1個の第2の半導体素子11とが隣り合った形で繰り返し配列されていることが好ましい。   In addition, when the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are each composed of a plurality of semiconductor elements, a single first semiconductor is interposed between the lower and upper heat sinks 20 and 30. It is preferable that the element 10 and one second semiconductor element 11 are repeatedly arranged adjacent to each other.

このことは、具体的に言うならば、次のようなことである。たとえば、図1において、下側および上側のヒートシンク20、30の間に、左側から右側に向かって4個の半導体素子が並列に配置されているとする。   Specifically, this is as follows. For example, in FIG. 1, it is assumed that four semiconductor elements are arranged in parallel between the lower and upper heat sinks 20 and 30 from the left side to the right side.

このとき、左側の2個が、第1の金属体としての下側ヒートシンク20側に偏った第1の半導体素子10であり、右側の2個が、第2の金属体としての上側ヒートシンク30側に偏った第2の半導体素子11であってもよい。   At this time, the two on the left are the first semiconductor elements 10 biased toward the lower heat sink 20 as the first metal body, and the two on the right are on the upper heat sink 30 side as the second metal body. The second semiconductor element 11 may be biased.

しかしながら、好ましい形態としては、図1の左側から右側にかけて、下側ヒートシンク20側に偏った第1の半導体素子10、上側ヒートシンク30側に偏った第2の半導体素子11、下側ヒートシンク20側に偏った第1の半導体素子10、上側ヒートシンク30側に偏った第2の半導体素子11というように、4個の半導体素子が配置されることが望ましい。   However, as a preferable form, from the left side to the right side in FIG. 1, the first semiconductor element 10 biased toward the lower heat sink 20, the second semiconductor element 11 biased toward the upper heat sink 30, and the lower heat sink 20 side. It is desirable to arrange four semiconductor elements, such as the biased first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 biased toward the upper heat sink 30 side.

このように、本実施形態の半導体装置100は、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11について独自の構成を有している。   As described above, the semiconductor device 100 of this embodiment has a unique configuration for the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11.

そして、図1に示されるように、このような半導体素子の配置構成において、具体的には、第1の半導体素子10の下面と下側ヒートシンク20の上面との間は、第1の導電性接合部材51によって接合されている。   As shown in FIG. 1, in such an arrangement configuration of the semiconductor elements, specifically, the first conductive element is provided between the lower surface of the first semiconductor element 10 and the upper surface of the lower heat sink 20. Bonded by the bonding member 51.

また、第1の半導体素子10の上面とヒートシンクブロック40の下面との間は、第2の導電性接合部材52によって接合されている。さらに、このヒートシンクブロック40の上面と上側ヒートシンク30の下面との間は、第3の導電性接合部材53によって接合されている。   Further, the upper surface of the first semiconductor element 10 and the lower surface of the heat sink block 40 are bonded by a second conductive bonding member 52. Further, the upper surface of the heat sink block 40 and the lower surface of the upper heat sink 30 are bonded by a third conductive bonding member 53.

一方、図1に示されるように、第2の半導体素子11の上面と上側ヒートシンク30の下面との間は、第3の導電性接合部材53によって接合されている。また、第2の半導体素子11の下面とヒートシンクブロック40の上面との間は、第2の導電性接合部材52によって接合され、さらに、このヒートシンクブロック40の下面と下側ヒートシンク20の上面との間は、第1の導電性接合部材51によって接合されている。   On the other hand, as shown in FIG. 1, the upper surface of the second semiconductor element 11 and the lower surface of the upper heat sink 30 are bonded by a third conductive bonding member 53. Further, the lower surface of the second semiconductor element 11 and the upper surface of the heat sink block 40 are bonded by the second conductive bonding member 52, and further, the lower surface of the heat sink block 40 and the upper surface of the lower heat sink 20 are connected. The space is bonded by the first conductive bonding member 51.

このように、第1の半導体素子10は、下側ヒートシンク20に対して導電性接合部材51を介して直接接合され、第2の半導体素子11は、上側ヒートシンク30に対して導電性接合部材53を介して直接接合されている。   As described above, the first semiconductor element 10 is directly bonded to the lower heat sink 20 via the conductive bonding member 51, and the second semiconductor element 11 is bonded to the upper heat sink 30. It is directly joined via.

そして、下側ヒートシンク20に寄った位置に配置されている第1の半導体素子10は、第3の金属体としてのヒートシンクブロック40を介して上側ヒートシンク30と熱的に接続されており、上側ヒートシンク30に寄った位置に配置されている第2の半導体素子11は、第3の金属体としてのヒートシンクブロック40を介して下側ヒートシンク20と熱的に接続されている。   The first semiconductor element 10 disposed at a position close to the lower heat sink 20 is thermally connected to the upper heat sink 30 via a heat sink block 40 as a third metal body. The second semiconductor element 11 arranged at a position close to 30 is thermally connected to the lower heat sink 20 via a heat sink block 40 as a third metal body.

ここで、これら第1、第2、第3の導電性接合部材51、52、53としては、はんだや導電性接着剤等を採用することができる。具体的な例として、本半導体装置100においては、これら第1、第2、第3の導電性接合部材51、52、53としては、たとえばSn(すず)系はんだを用いることができる。   Here, as the first, second, and third conductive bonding members 51, 52, and 53, solder, a conductive adhesive, or the like can be employed. As a specific example, in the present semiconductor device 100, for example, Sn (tin) solder can be used as the first, second, and third conductive bonding members 51, 52, 53.

これにより、上記した構成においては、第1の半導体素子10の上面では、第2の導電性接合部材52、ヒートシンクブロック40、第3の導電性接合部材53および上側ヒートシンク30を介して放熱が行われ、第1の半導体素子10の下面では、第1の導電性接合部材51から下側ヒートシンク20を介して放熱が行われる構成となっている。   Thus, in the configuration described above, heat is radiated on the upper surface of the first semiconductor element 10 via the second conductive bonding member 52, the heat sink block 40, the third conductive bonding member 53, and the upper heat sink 30. On the lower surface of the first semiconductor element 10, heat is radiated from the first conductive bonding member 51 through the lower heat sink 20.

一方、第2の半導体素子11の上面では、第3の導電性接合部材53から上側ヒートシンク30を介して放熱が行われ、第2の半導体素子11の下面では、第2の導電性接合部材52、ヒートシンクブロック40、第1の導電性接合部材51および下側ヒートシンク20を介して放熱が行われる構成となっている。   On the other hand, heat is radiated from the third conductive bonding member 53 via the upper heat sink 30 on the upper surface of the second semiconductor element 11, and the second conductive bonding member 52 on the lower surface of the second semiconductor element 11. The heat sink block 40, the first conductive bonding member 51, and the lower heat sink 20 are configured to dissipate heat.

このように、本実施形態の第1の金属体としての下側ヒートシンク20および第2の金属体としての上側ヒートシンク30は、第1および第2の半導体素子10、11と熱的に接続されることにより、これら各半導体素子10、11からの熱を伝達して放熱する放熱板として構成されている。   Thus, the lower heat sink 20 as the first metal body and the upper heat sink 30 as the second metal body of the present embodiment are thermally connected to the first and second semiconductor elements 10 and 11. As a result, it is configured as a heat radiating plate that transfers heat from each of the semiconductor elements 10 and 11 to radiate heat.

そして、下側ヒートシンク20においては、図1中の下面が放熱面20aとして構成され、上側ヒートシンク30においては、図1中の上面が放熱面30aとして構成されている。そして、図1に示されるように、各放熱面20a、30aは、モールド樹脂70から露出している。   And in the lower heat sink 20, the lower surface in FIG. 1 is comprised as the thermal radiation surface 20a, and in the upper heat sink 30, the upper surface in FIG. 1 is comprised as the thermal radiation surface 30a. As shown in FIG. 1, the heat radiating surfaces 20 a and 30 a are exposed from the mold resin 70.

これら各ヒートシンク20、30の放熱面20a、30aは、板状の放熱板としてのヒートシンク20、30における最も広い面すなわち板面であり、半導体素子10、11を挟んで対向して配置されている一対のヒートシンク20、30におけるそれぞれの外側の主表面20a、30aのことである。   The heat sink surfaces 20a and 30a of these heat sinks 20 and 30 are the widest surfaces, ie, plate surfaces, of the heat sinks 20 and 30 as plate-like heat sinks, and are disposed to face each other with the semiconductor elements 10 and 11 therebetween. These are the main surfaces 20a, 30a on the outer sides of the pair of heat sinks 20, 30 respectively.

ここで、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11としては、特に限定されるものではなく、シリコン半導体基板などを用いて通常の半導体製造技術を用いて製造される素子等を採用することができる。   Here, the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are not particularly limited, and an element manufactured by using a normal semiconductor manufacturing technique using a silicon semiconductor substrate or the like is employed. be able to.

具体的に、本実施形態において半導体素子として用いることのできる上記第1の半導体素子10は、たとえばIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成することができる。   Specifically, the first semiconductor element 10 that can be used as a semiconductor element in the present embodiment can be composed of a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a thyristor.

また、同じく本実施形態において半導体素子として用いることのできる第2の半導体素子11は、たとえば、FWD(フリーホイールダイオード)等からなるものにできる。また、具体的には、上記第1および第2の半導体素子10、11の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。   Similarly, the second semiconductor element 11 that can be used as a semiconductor element in the present embodiment can be made of, for example, an FWD (free wheel diode). Specifically, the shape of the first and second semiconductor elements 10 and 11 can be, for example, a rectangular thin plate.

ここで、第1および第2の半導体素子10、11の表面(図1中の上面)はトランジスタなどの素子が形成された素子形成面であり、第1および第2の半導体素子10、11の裏面(図1中の下面)はそのような素子が形成されていない非形成面として構成されている。   Here, the surfaces of the first and second semiconductor elements 10 and 11 (upper surfaces in FIG. 1) are element formation surfaces on which elements such as transistors are formed. The back surface (the lower surface in FIG. 1) is configured as a non-formed surface on which no such element is formed.

また、本実施形態の第1および第2の半導体素子10、11の表面および裏面には、図示しない電極が形成されている。この電極は、たとえばアルミニウムなどから形成されたものであり、それぞれの面において各導電性接合部材51、52、53と電気的に接続されている。   In addition, electrodes (not shown) are formed on the front and back surfaces of the first and second semiconductor elements 10 and 11 of the present embodiment. This electrode is made of, for example, aluminum, and is electrically connected to each conductive bonding member 51, 52, 53 on each surface.

このように、本実施形態においては、第1および第2の半導体素子10、11の表面側の電極および裏面側の電極は、下側ヒートシンク20および上側ヒートシンク30に対して、導電性接合部材51〜53およびヒートシンクブロック40を介して電気的に接続されている。   As described above, in the present embodiment, the front-side electrode and the back-side electrode of the first and second semiconductor elements 10 and 11 are connected to the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 by the conductive bonding member 51. To 53 and the heat sink block 40 are electrically connected.

ここで、下側ヒートシンク20、上側ヒートシンク30およびヒートシンクブロック40は、たとえば、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属で構成されている。また、ヒートシンクブロック40としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。   Here, the lower heat sink 20, the upper heat sink 30, and the heat sink block 40 are made of, for example, a metal having good thermal conductivity and electrical conductivity, such as a copper alloy or an aluminum alloy. Further, as the heat sink block 40, a general iron alloy may be used.

また、ヒートシンクブロック40は、各半導体チ素子10、11のそれぞれに対応して設けられているが、このヒートシンクブロック40としては、たとえば、それぞれの半導体素子10、11よりも1回り小さい程度の大きさを有する矩形状の板材を採用することができる。   In addition, the heat sink block 40 is provided corresponding to each of the semiconductor elements 10 and 11. For example, the heat sink block 40 has a size that is slightly smaller than the semiconductor elements 10 and 11. A rectangular plate having a thickness can be employed.

このヒートシンクブロック40は、各半導体素子10、11と各ヒートシンク20、30との間に介在することによって、それぞれの半導体素子10、11と各ヒートシンク20、30とを熱的および電気的に接続するとともに、上述した第1および第2の半導体素子10、11の位置を規定するためのスペーサとしての役割を有している。   The heat sink block 40 is interposed between the semiconductor elements 10 and 11 and the heat sinks 20 and 30, thereby connecting the semiconductor elements 10 and 11 and the heat sinks 20 and 30 thermally and electrically. At the same time, it serves as a spacer for defining the positions of the first and second semiconductor elements 10 and 11 described above.

こうして、本実施形態では、下側ヒートシンク20および上側ヒートシンク30は、それぞれ、電極と放熱体とを兼ねる金属体として構成されており、半導体装置100において半導体素子10、11からの放熱を行う機能を有するとともに半導体素子10、11の電極としての機能も有する。   Thus, in this embodiment, the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 are each configured as a metal body that serves as both an electrode and a heat radiator, and has a function of performing heat radiation from the semiconductor elements 10 and 11 in the semiconductor device 100. And also functions as electrodes of the semiconductor elements 10 and 11.

また、図1に示されるように、モールド樹脂70の内部において第1の半導体素子10の周囲には、リードフレーム60が設けられている。このリードフレーム60は、銅や42アロイなどの導電材料からなるものである。   Further, as shown in FIG. 1, a lead frame 60 is provided around the first semiconductor element 10 in the mold resin 70. The lead frame 60 is made of a conductive material such as copper or 42 alloy.

このリードフレーム60は、図1に示されるように、本例では複数本設けられており、第1の半導体素子10の主表面に設けられている信号電極(たとえばゲート電極)などと導通する端子や基準端子となるものである。   As shown in FIG. 1, a plurality of lead frames 60 are provided in this example, and terminals that are electrically connected to signal electrodes (for example, gate electrodes) provided on the main surface of the first semiconductor element 10. And the reference terminal.

そして、図示しないが、各リードフレーム60は、モールド樹脂70の内部にて、第1の半導体素子10と、金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤなどにより結線され、電気的に接続されている。   Although not shown, each lead frame 60 is connected and electrically connected to the first semiconductor element 10 by a bonding wire made of gold, aluminum or the like inside the mold resin 70.

ここで、リードフレーム60における上記ボンディングワイヤとの接続部は、インナーリードとしてモールド樹脂70の内部に封止され、リードフレーム60は、モールド樹脂70の外部に突出した部位すなわちアウターリードにて、外部と電気的な接続が可能となっている。   Here, the connection portion of the lead frame 60 with the bonding wire is sealed as an inner lead inside the mold resin 70, and the lead frame 60 is a portion protruding outside the mold resin 70, that is, an outer lead. And electrical connection is possible.

こうして、本実施形態の半導体装置100においては、各半導体素子10、11は、上記ボンディングワイヤ、リードフレーム60や各ヒートシンク20、30を介して外部と電気的な接続がなされ、信号のやりとりなどが可能になっている。   Thus, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the semiconductor elements 10 and 11 are electrically connected to the outside via the bonding wires, the lead frame 60, and the heat sinks 20 and 30, and exchange of signals is performed. It is possible.

さらに、本実施形態の半導体装置100においては、装置100のほぼ全体がモールド樹脂70によりモールドされ封止されている。そして、下側および上側のヒートシンク20、30の放熱面20a、30aがモールド樹脂70から露出するように、当該放熱面20a、30aを除いて装置100がモールド樹脂70により包み込まれるように封止されている。   Furthermore, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, almost the entire device 100 is molded and sealed with the molding resin 70. The device 100 is sealed by the mold resin 70 except for the heat dissipation surfaces 20a and 30a so that the heat dissipation surfaces 20a and 30a of the lower and upper heat sinks 20 and 30 are exposed from the mold resin 70. ing.

具体的には、図1に示されるように、一対のヒートシンク20、30の隙間、並びに、各半導体素子10、11およびヒートシンクブロック40の周囲部分に、モールド樹脂70が充填封止されている。   Specifically, as shown in FIG. 1, a mold resin 70 is filled and sealed in the gap between the pair of heat sinks 20 and 30 and the peripheral portions of the semiconductor elements 10 and 11 and the heat sink block 40.

このモールド樹脂70は、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、各ヒートシンク20、30等をモールド樹脂70で封止するにあたっては、成形型を使用したトランスファーモールド法やポッティングなどによって容易に行うことができる。   For this mold resin 70, for example, a normal mold material such as an epoxy resin can be employed. Further, the sealing of the heat sinks 20 and 30 with the mold resin 70 can be easily performed by a transfer molding method using a mold or potting.

[製造方法等]
次に、上記した構成の半導体装置100の製造方法について説明する。
[Manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 having the above configuration will be described.

まず、下側ヒートシンク20の上面に、第1の半導体素子10、およびその上のヒートシンクブロック40、ならびに、第2の半導体素子11の下側のヒートシンクブロック40およびその上の第2の半導体素子20をはんだ付けする工程を実行する。   First, on the upper surface of the lower heat sink 20, the first semiconductor element 10 and the heat sink block 40 thereon, and the lower heat sink block 40 of the second semiconductor element 11 and the second semiconductor element 20 thereon. The process of soldering is performed.

この場合、下側ヒートシンク20とその上の第1の半導体素子10との間、第1の半導体素子10とその上のヒートシンクブロック40との間、下側ヒートシンク20と第2の半導体素子11側のヒートシンクブロック40との間、第2の半導体素子11とその上のヒートシンクブロック40との間に、たとえばSn系はんだからなるはんだ箔を介して、これらを積層する。   In this case, between the lower heat sink 20 and the first semiconductor element 10 thereon, between the first semiconductor element 10 and the heat sink block 40 thereon, the lower heat sink 20 and the second semiconductor element 11 side. These are laminated between the second heat sink block 40 and the second semiconductor element 11 and the heat sink block 40 on the second semiconductor element 11 via, for example, a solder foil made of Sn-based solder.

この後、加熱装置(リフロー装置)によって、はんだの融点以上に昇温することにより、上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   Thereafter, the solder foil is melted and then cured by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder by a heating device (reflow device).

続いて、第1の半導体素子10とリードフレーム60とをワイヤボンディングする工程を実行する。これにより、上記ボンディングワイヤによって第1の半導体素子10とリードフレーム60とが結線され電気的に接続される。   Subsequently, a step of wire bonding the first semiconductor element 10 and the lead frame 60 is performed. Thus, the first semiconductor element 10 and the lead frame 60 are connected and electrically connected by the bonding wire.

次いで、第1の半導体素子10側のヒートシンクブロック40および第2の半導体素子11の上に、上側ヒートシンク30をはんだ付けする工程を実行する。この場合も、これらの上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク30を載せ、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   Next, a process of soldering the upper heat sink 30 on the heat sink block 40 and the second semiconductor element 11 on the first semiconductor element 10 side is executed. Also in this case, the upper heat sink 30 is placed on these via a solder foil, and the solder foil is melted by a heating device and then cured.

こうして、溶融した各々のはんだ箔が硬化すれば、硬化したはんだが、第1の導電性接合部材51、第2の導電性接合部材52、第3の導電性接合部材53として構成されることになる。   Thus, if each molten solder foil hardens | cures, the hardened solder will be comprised as the 1st conductive joining member 51, the 2nd conductive joining member 52, and the 3rd conductive joining member 53. Become.

そして、これら導電性接合部材51〜53を介して、下側ヒートシンク20、第1および第2の半導体素子10、11、各ヒートシンクブロック40、上側ヒートシンク30間の接合および電気的・熱的接続を実現することができる。   And, through these conductive bonding members 51 to 53, bonding and electrical / thermal connection between the lower heat sink 20, the first and second semiconductor elements 10, 11, each heat sink block 40, and the upper heat sink 30 are performed. Can be realized.

なお、第1、第2および第3の導電性接合部材51、52、53として導電性接着剤を用いた場合にも、上記工程において、はんだを導電性接着剤に置き換え、導電性接着剤の塗布や硬化を行うことにより、下側ヒートシンク20、第1および第2の半導体素子10、11、各ヒートシンクブロック40、上側ヒートシンク30間の接合および電気的・熱的接続を実現することができる。   Even when a conductive adhesive is used as the first, second, and third conductive bonding members 51, 52, 53, the solder is replaced with a conductive adhesive in the above process, and the conductive adhesive By applying and curing, bonding and electrical / thermal connection between the lower heat sink 20, the first and second semiconductor elements 10, 11, each heat sink block 40, and the upper heat sink 30 can be realized.

しかる後、トランスファーモールド法により、下側ヒートシンク20と上側ヒートシンク30の隙間および外周部等にモールド樹脂70を充填する工程を実行する。これにより、上記図1に示されるように、下側ヒートシンク20と上側ヒートシンク30の隙間および外周部等に、モールド樹脂70が充填封止される。こうして、半導体装置100が完成する。   Thereafter, a step of filling the gap between the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 and the outer peripheral portion with the mold resin 70 by a transfer molding method is performed. As a result, as shown in FIG. 1, the mold resin 70 is filled and sealed in the gap between the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30, the outer peripheral portion, and the like. Thus, the semiconductor device 100 is completed.

[効果等]
ところで、本実施形態によれば、対向して配置された第1の金属体としての下側ヒートシンク20および第2の金属体としての上側ヒートシンク30と、これら下側および上側ヒートシンク20、30の間に設けられ当該両ヒートシンク20、30と熱的に接続された第1の半導体素子10と、これら下側および上側ヒートシンク20、30の間に設けられ当該両ヒートシンク20、30と熱的に接続された第2の半導体素子11と、これら下側および上側ヒートシンク20、30の間に充填され第1の半導体素子10および第2の半導体素子11を封止するモールド樹脂70とを備える半導体装置において、下側および上側ヒートシンク20、30が隔てられている方向における当該両ヒートシンク20、30の間隔の中心部に対して、第1の半導体素子10は、下側ヒートシンク20に寄った位置に配置され、第2の半導体素子11は、上側ヒートシンク30に寄った位置に配置されていることを特徴とする半導体装置100が提供される。
[Effects]
By the way, according to the present embodiment, the lower heat sink 20 as the first metal body and the upper heat sink 30 as the second metal body, which are arranged to face each other, and between the lower and upper heat sinks 20 and 30 are arranged. The first semiconductor element 10 provided in the heat sink 20 and 30 and thermally connected to the heat sinks 20 and 30 and the heat sinks 20 and 30 provided between the lower and upper heat sinks 20 and 30 are thermally connected. In a semiconductor device comprising the second semiconductor element 11 and a mold resin 70 filled between the lower and upper heat sinks 20 and 30 and sealing the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11. With respect to the central portion of the distance between the heat sinks 20 and 30 in the direction in which the lower and upper heat sinks 20 and 30 are separated from each other, The semiconductor device 10 is arranged at a position close to the lower heat sink 20, and the second semiconductor element 11 is arranged at a position close to the upper heat sink 30. .

それによれば、第1の半導体素子10と第2の半導体素子11とをそれぞれのヒートシンク20、30に側へ分散させた配置構成となるため、従来のように、第1の半導体素子および第2の半導体素子をともに、一方の金属体側に偏って配置した構成よりも、熱応力など応力の集中点が分散する。   According to this, since the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are distributed to the respective heat sinks 20 and 30 to the side, the first semiconductor element and the second semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are provided as in the related art. The stress concentration points such as thermal stress are more dispersed than the configuration in which both of the semiconductor elements are arranged to be biased toward one metal body.

よって、本実施形態によれば、対向する両ヒートシンク20、30の間に2個以上の半導体素子10、11を介在させ、これらを樹脂70でモールドしてなる半導体装置100において、応力的なバランスをとることができる。   Therefore, according to the present embodiment, in the semiconductor device 100 in which two or more semiconductor elements 10 and 11 are interposed between the opposing heat sinks 20 and 30, and these are molded with the resin 70, a stress balance is achieved. Can be taken.

そして、本実施形態の半導体装置100によれば、応力的なバランスをとれることから、モールド樹脂70のクラックや、モールド樹脂70の界面剥離の進展や、モールドパッケージすなわち装置本体の反りなどの問題を、極力抑制することができる。   In addition, according to the semiconductor device 100 of the present embodiment, since a stress balance is achieved, problems such as cracks in the mold resin 70, progress of interfacial peeling of the mold resin 70, and warpage of the mold package, that is, the device body, are caused. It can be suppressed as much as possible.

ここで、本実施形態の半導体装置100においては、第1の半導体素子10は、第1の金属体としての下側ヒートシンク20に対して導電性接合部材51を介して直接接合され、第2の半導体素子11は、第2の金属体としての上側ヒートシンク30に対して導電性接合部材53を介して直接接合されていることも特徴のひとつである。   Here, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the first semiconductor element 10 is directly bonded to the lower heat sink 20 as the first metal body via the conductive bonding member 51, One of the features of the semiconductor element 11 is that it is directly bonded to the upper heat sink 30 as the second metal body via the conductive bonding member 53.

また、本実施形態の半導体装置100においては、下側ヒートシンク20に寄った位置に配置されている第1の半導体素子10は、第3の金属体としてのヒートシンクブロック40を介して上側ヒートシンク30と熱的に接続されており、上側ヒートシンク30に寄った位置に配置されている第2の半導体素子11は、ヒートシンクブロック40を介して下側ヒートシンク20と熱的に接続されていることも特徴のひとつである。   In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the first semiconductor element 10 disposed at a position close to the lower heat sink 20 is connected to the upper heat sink 30 via the heat sink block 40 as a third metal body. The second semiconductor element 11 that is thermally connected and disposed at a position close to the upper heat sink 30 is also thermally connected to the lower heat sink 20 via the heat sink block 40. One.

また、本実施形態の半導体装置においては、好ましい形態として、上述したが、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11が、それぞれ複数個の半導体素子からなる場合、両ヒートシンク20、30の間において、1個の第1の半導体素子10と1個の第2の半導体素子11とが隣り合った形で繰り返し配列されているものとしてもよい。このことも、本実施形態の特徴のひとつである。   Further, in the semiconductor device of the present embodiment, as described above, as a preferred mode, when the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are each composed of a plurality of semiconductor elements, both the heat sinks 20 and 30 In the meantime, one first semiconductor element 10 and one second semiconductor element 11 may be repeatedly arranged adjacent to each other. This is also one of the features of this embodiment.

それによれば、第1の半導体素子10および第2の半導体素子11が、それぞれ複数個の半導体素子からなる場合において、応力的なバランスが、より均一にとりやすくなるため、好ましい。   Accordingly, when the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 are each composed of a plurality of semiconductor elements, it is preferable because a stress balance can be more easily obtained.

ここで、本実施形態の半導体装置100による具体的な応力バランスの効果について、上記図5に示される従来の半導体装置と比較して示す。   Here, a specific stress balance effect by the semiconductor device 100 of the present embodiment is shown in comparison with the conventional semiconductor device shown in FIG.

ここでは、本実施形態の半導体装置100と従来の半導体装置とについて、装置における各部について、モールド樹脂70と第1の金属体20との界面におけるせん断応力、モールド樹脂70と第2の金属体30との界面におけるせん断応力を、FEM(有限要素法)解析を行い、調査した。   Here, regarding the semiconductor device 100 of this embodiment and the conventional semiconductor device, the shear stress at the interface between the mold resin 70 and the first metal body 20, the mold resin 70 and the second metal body 30, for each part of the device. FEM (finite element method) analysis was conducted to investigate the shear stress at the interface between the two.

図2は、このモールド樹脂/金属体界面のせん断応力の調査の軸方向を示す図である。本実施形態および従来の半導体装置において、第1および第2の金属体20、30が隔てられている方向(すなわち半導体装置の厚さ方向)とは直交する方向(すなわち半導体素子10、11の配列方向)を、x軸方向とする。   FIG. 2 is a diagram showing the axial direction of the investigation of the shear stress at the mold resin / metal interface. In the present embodiment and the conventional semiconductor device, the direction (that is, the arrangement of the semiconductor elements 10 and 11) is perpendicular to the direction in which the first and second metal bodies 20 and 30 are separated (that is, the thickness direction of the semiconductor device). Direction) is the x-axis direction.

そして、図2において、本実施形態および従来の半導体装置におけるx軸方向の左端部を、座標0とし、ここから、x軸方向の右側に向かって離れていく各部における上記せん断応力を調査した。   In FIG. 2, the left end portion in the x-axis direction in the present embodiment and the conventional semiconductor device is set to the coordinate 0, and the shear stress in each portion moving away from the right side in the x-axis direction from here is investigated.

図3は、従来構造の半導体装置について上記せん断応力を調査した結果を示す図であり、図4は、本実施形態の半導体装置100について上記せん断応力を調査した結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a result of investigating the shear stress of a semiconductor device having a conventional structure, and FIG. 4 is a diagram showing a result of investigating the shear stress of the semiconductor device 100 of the present embodiment.

これら図3、図4においては、横軸には上記図2に示されるx軸方向の距離(単位:mm)が示されており、縦軸には、モールド樹脂/金属体界面のせん断応力(単位:MPa)が示されている。   3 and 4, the horizontal axis indicates the distance (unit: mm) in the x-axis direction shown in FIG. 2, and the vertical axis indicates the shear stress (in the mold resin / metal body interface). Unit: MPa).

また、従来の図3においては、白四角プロットは第1の金属体20の界面、黒四角プロットは第2の金属体30の界面についての結果であり、本実施形態の図4においては、白丸プロットは第1の金属体20の界面、黒丸プロットは第2の金属体30の界面についての結果である。   Also, in FIG. 3 of the related art, the white square plot is the result for the interface of the first metal body 20, and the black square plot is the result for the interface of the second metal body 30, and in FIG. The plot is the result for the interface of the first metal body 20, and the black circle plot is the result for the interface of the second metal body 30.

図3と図4との比較から、従来構造の半導体装置では、本実施形態の半導体装置100に比べて第1の金属体20側に大きな応力が負荷されるが、本実施形態の半導体装置100は、従来のものに比べて、両方の金属体20、30に均一に応力が負荷されることがわかる。   From comparison between FIG. 3 and FIG. 4, in the semiconductor device having the conventional structure, a larger stress is applied to the first metal body 20 side than the semiconductor device 100 of the present embodiment, but the semiconductor device 100 of the present embodiment. It can be seen that the stress is uniformly applied to both the metal bodies 20 and 30 as compared with the conventional one.

また、図3、図4に示される結果から、応力集中部すなわち応力が急激に大きくなっている部位における応力は、従来のものに比べて、本実施形態の半導体装置100では小さく抑えられている。   From the results shown in FIGS. 3 and 4, the stress in the stress concentration portion, that is, the portion where the stress is rapidly increased, is suppressed to be smaller in the semiconductor device 100 of the present embodiment than in the conventional device. .

このように、本実施形態によれば、応力の集中を分散させ応力的なバランスをとることができ、また、その応力も比較的小さいものに抑えることができる。そのため、樹脂クラック、界面剥離の進展、パッケージの反りなどを極力防止することができる。   Thus, according to the present embodiment, the stress concentration can be dispersed and a stress balance can be achieved, and the stress can be suppressed to a relatively small value. Therefore, resin cracks, progress of interfacial peeling, package warpage, and the like can be prevented as much as possible.

(他の実施形態)
なお、金属体としてのヒートシンク20、30の形状は、上記した略板状のものに限定されるものではなく、それ以外にも、適宜設計変更された形状としてもよい。
(Other embodiments)
In addition, the shape of the heat sinks 20 and 30 as the metal bodies is not limited to the above-described substantially plate shape, and other than that, the shape may be appropriately changed in design.

また、各半導体素子10、11としては、上記したIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やサイリスタ等のパワー半導体素子やFWD(フリーホイールダイオード)などに限定されるものではない。   The semiconductor elements 10 and 11 are not limited to power semiconductor elements such as the above-described IGBT (insulated gate bipolar transistor) and thyristor, FWD (free wheel diode), and the like.

また、上記図1に示される半導体装置100においては、第1の半導体素子10の電気的な取り出し構成として、半導体素子10とリードフレーム60とをボンディングワイヤなどにより結線した構成を採用しているが、それ以外に、半導体装置の分野で用いられている他の構成を採用してもよい。また、第2の半導体素子11の電気的な取り出し構成としても、適宜、半導体装置の分野で用いられている種々の構成を採用してもよいことはもちろんである。   1 employs a configuration in which the semiconductor element 10 and the lead frame 60 are connected by a bonding wire or the like as an electrical extraction configuration of the first semiconductor element 10. Besides, other configurations used in the field of semiconductor devices may be adopted. Of course, as the electrical extraction configuration of the second semiconductor element 11, various configurations used in the field of semiconductor devices may be adopted as appropriate.

また、上記実施形態では、ヒートシンクブロック40を介在させることにより、上記した第1の半導体素子10と第2の半導体素子11との位置関係を実現しているが、ヒートシンクブロック40を用いずに、当該位置関係を実現してもよい。   Further, in the above embodiment, the positional relationship between the first semiconductor element 10 and the second semiconductor element 11 described above is realized by interposing the heat sink block 40, but without using the heat sink block 40, The positional relationship may be realized.

たとえば、図1において、ヒートシンクブロック40を省略し、その代わりに、上側ヒートシンク30において、その下の第1の半導体素子10に突出する凸部を形成するとともに、下側ヒートシンク20において、その上の第2の半導体素子11に突出する凸部を形成し、各凸部を、導電性接合部材を介して、対向する各半導体素子10、11に接合すればよい。   For example, in FIG. 1, the heat sink block 40 is omitted, and instead, the upper heat sink 30 is formed with a protruding portion projecting to the first semiconductor element 10 below it, and the lower heat sink 20 is A convex portion protruding from the second semiconductor element 11 may be formed, and each convex portion may be bonded to the opposing semiconductor elements 10 and 11 via a conductive bonding member.

また、上記図1に示される例では、第1の半導体素子10が下側ヒートシンク20に寄っており、第2の半導体素子11が上側ヒートシンク30に寄った位置となっており、下側ヒートシンク20が第1の金属体20として、上側ヒートシンク30が第2の金属体30として構成されている。   In the example shown in FIG. 1, the first semiconductor element 10 is close to the lower heat sink 20, and the second semiconductor element 11 is close to the upper heat sink 30. Is configured as the first metal body 20, and the upper heat sink 30 is configured as the second metal body 30.

これに対して、たとえば、上記図1に示されるヒートシンク20、30の位置関係と同様の位置関係において、上記図1に示される半導体素子10、11の位置関係とは反対に、第1の半導体素子10が上側ヒートシンク30に寄っており、第2の半導体素子11が下側ヒートシンク30に寄った位置となっていてもよい。   In contrast, for example, in the same positional relationship as that of the heat sinks 20 and 30 shown in FIG. 1, the first semiconductor is opposite to the positional relationship of the semiconductor elements 10 and 11 shown in FIG. The element 10 may be located at the upper heat sink 30, and the second semiconductor element 11 may be located at the lower heat sink 30.

この場合、上側ヒートシンク30が第1の金属体として、下側ヒートシンク20が第2の金属体として構成される。つまり、本発明で言う金属体および半導体素子に付される第1、第2とは、一方、他方としての意味を持つ程度のものである。   In this case, the upper heat sink 30 is configured as a first metal body, and the lower heat sink 20 is configured as a second metal body. That is, the 1st and 2nd attached | subjected to the metal body and semiconductor element said by this invention have a meaning as one side and the other.

要するに、本発明は、対向して配置された第1の金属体および第2の金属体と、これら両金属体の間に設けられ両金属体と熱的に接続された第1の半導体素子と、これら両金属体の間に設けられ両金属体と熱的に接続された第2の半導体素子と、これら両金属体の間に充填され第1の半導体素子および第2の半導体素子を封止するモールド樹脂とを備える半導体装置において、両金属体が隔てられている方向における当該両金属体の間隔の中心部に対して、第1の半導体素子は第1の金属体に寄った位置に配置され、第2の半導体素子は第2の金属体に寄った位置に配置されていることを要部とするものである。そして、その他の細部については、適宜設計変更が可能である。   In short, the present invention includes a first metal body and a second metal body that are disposed to face each other, and a first semiconductor element that is provided between the two metal bodies and is thermally connected to both the metal bodies. A second semiconductor element provided between the two metal bodies and thermally connected to the two metal bodies, and filled between the two metal bodies to seal the first semiconductor element and the second semiconductor element. In a semiconductor device comprising a mold resin to be operated, the first semiconductor element is disposed at a position close to the first metal body with respect to the central portion of the interval between the two metal bodies in the direction in which both metal bodies are separated from each other. In addition, the second semiconductor element has a main part that is arranged at a position close to the second metal body. And about other details, a design change is possible suitably.

本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. モールド樹脂/金属体界面のせん断応力の調査の軸方向を示す図である。It is a figure which shows the axial direction of the investigation of the shear stress of a mold resin / metal body interface. 従来構造の半導体装置についてモールド樹脂/金属体界面のせん断応力を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the shear stress of the mold resin / metal body interface about the semiconductor device of the conventional structure. 上記実施形態の半導体装置についてモールド樹脂/金属体界面のせん断応力を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the shear stress of the mold resin / metal body interface about the semiconductor device of the said embodiment. 従来の一般的な半導体装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional common semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

10…第1の半導体素子、11…第2の半導体素子、
20…第1の金属体としての下側ヒートシンク、
30…第2の金属体としての上側ヒートシンク、
40…第3の金属体としてのヒートシンクブロック、
51、53…導電性接合部材、70…モールド樹脂。
10 ... 1st semiconductor element, 11 ... 2nd semiconductor element,
20 ... Lower heat sink as a first metal body,
30 ... Upper heat sink as a second metal body,
40 ... a heat sink block as a third metal body,
51, 53: conductive bonding member, 70: mold resin.

Claims (4)

対向して配置された第1の金属体(20)および第2の金属体(30)と、
前記第1の金属体(20)と前記第2の金属体(30)の間に設けられ、これら両金属体(20、30)と熱的に接続された第1の半導体素子(10)と、
前記第1の金属体(20)と前記第2の金属体(30)の間に設けられ、これら両金属体(20、30)と熱的に接続された第2の半導体素子(11)と、
前記第1の金属体(20)と前記第2の金属体(30)の間に充填され、前記第1の半導体素子(10)および前記第2の半導体素子(11)を封止するモールド樹脂(70)とを備える半導体装置において、
前記両金属体(20、30)が隔てられている方向における前記両金属体(20、30)の間隔の中心部に対して、前記第1の半導体素子(10)は、前記第1の金属体(20)に寄った位置に配置され、前記第2の半導体素子(11)は、前記第2の金属体(30)に寄った位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
A first metal body (20) and a second metal body (30) arranged opposite to each other;
A first semiconductor element (10) provided between the first metal body (20) and the second metal body (30) and thermally connected to both the metal bodies (20, 30); ,
A second semiconductor element (11) provided between the first metal body (20) and the second metal body (30) and thermally connected to both the metal bodies (20, 30); ,
Mold resin filling between the first metal body (20) and the second metal body (30) and sealing the first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11). (70) In a semiconductor device comprising:
The first semiconductor element (10) is formed of the first metal with respect to the central portion of the distance between the metal bodies (20, 30) in the direction in which the metal bodies (20, 30) are separated from each other. A semiconductor device, wherein the second semiconductor element (11) is disposed at a position close to the body (20), and the second semiconductor element (11) is disposed at a position close to the second metal body (30).
前記第1の半導体素子(10)は、前記第1の金属体(20)に対して導電性接合部材(51)を介して直接接合され、前記第2の半導体素子(11)は、前記第2の金属体(30)に対して導電性接合部材(53)を介して直接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。 The first semiconductor element (10) is directly bonded to the first metal body (20) via a conductive bonding member (51), and the second semiconductor element (11) is The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is directly bonded to the second metal body (30) via a conductive bonding member (53). 前記第1の金属体(20)に寄った位置に配置されている前記第1の半導体素子(10)は、第3の金属体(40)を介して前記第2の金属体(30)と熱的に接続されており、
前記第2の金属体(30)に寄った位置に配置されている前記第2の半導体素子(11)は、第3の金属体(40)を介して前記第1の金属体(20)と熱的に接続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。
The first semiconductor element (10) arranged at a position close to the first metal body (20) is connected to the second metal body (30) via a third metal body (40). Thermally connected,
The second semiconductor element (11) arranged at a position close to the second metal body (30) is connected to the first metal body (20) via a third metal body (40). The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is thermally connected.
前記第1の半導体素子(10)および前記第2の半導体素子(11)は、それぞれ複数個の半導体素子からなり、
前記両金属体(20、30)の間において、1個の前記第1の半導体素子(10)と1個の前記第2の半導体素子(11)とが隣り合った形で繰り返し配列されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。
The first semiconductor element (10) and the second semiconductor element (11) are each composed of a plurality of semiconductor elements,
Between the two metal bodies (20, 30), one of the first semiconductor elements (10) and one of the second semiconductor elements (11) are repeatedly arranged adjacent to each other. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
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