JP2004363295A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱効率が高く、信頼性が高い半導体装置を提供することである。
【解決手段】半導体装置１０は、外部電極３４と、所定の間隔をあけて並列に配置された複数の帯状電極３７を有する半導体素子２８と、半導体素子の帯状電極と外部電極３４とを電気的に接続する導電体３２とを有する。導電体３２は、板状導電体本体３８と、板状導電体本体の一方の主表面４０から突出し且つ複数の帯状電極と同一の間隔をあけて並列に配置された複数の突条接触部４４とを備えており、複数の突条接触部を複数の帯状電極に接触させることにより、半導体素子と外部電極とが導電体を介して電気的に接続されている。
【選択図】 図２
【解決手段】半導体装置１０は、外部電極３４と、所定の間隔をあけて並列に配置された複数の帯状電極３７を有する半導体素子２８と、半導体素子の帯状電極と外部電極３４とを電気的に接続する導電体３２とを有する。導電体３２は、板状導電体本体３８と、板状導電体本体の一方の主表面４０から突出し且つ複数の帯状電極と同一の間隔をあけて並列に配置された複数の突条接触部４４とを備えており、複数の突条接触部を複数の帯状電極に接触させることにより、半導体素子と外部電極とが導電体を介して電気的に接続されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を有する半導体装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置において、半導体素子表面の電極と素子外の電極との電気的接続は、主にアルミワイヤなどの金属細線で行われている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３２６７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体装置では、金属細線と半導体素子との接着面積が小さいため、その接触部分に電流が集中して高温となり、最終的に接触部分が熱破壊されるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はその問題を解消するためになされたもので、外部電極と、所定の間隔をあけて並列に配置された複数の帯状電極を有する半導体素子と、上記半導体素子の帯状電極と外部電極とを電気的に接続する導電体とを備えた半導体装置において、
上記導電体が、板状導電体本体と、上記板状導電体本体の一方の主表面から突出し且つ上記複数の帯状電極と同一の間隔をあけて並列に配置された複数の突条接触部とを備えており、
上記複数の突条接触部を上記複数の帯状電極に接触させることにより、上記半導体素子と外部電極とが上記導電体を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明に係る半導体装置の第１の実施形態を示す。図１は本発明の半導体装置の平面図であり、図２は図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線断面図である。図３と図４は、本発明の特徴を詳細に示すためのものであり、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は半導体素子の拡大平面図である。
【０００７】
図１と図２を参照すると、半導体装置１０は、四角形の中空枠（フレーム）からなる絶縁ハウジング１２を備えている。ハウジング１２の内側には、複数の半導体素子を備えた半導体素子部１４が収容されている。半導体素子部１４は、四角形ハウジング１２の下部開口部に固定された放熱板１６を有する。放熱板１６は、ハウジング１２の内側に位置する基板１８を支持している。基板１８は、絶縁板２０と、この絶縁板２０の上面と下面にそれぞれ設けた導電部２２、２４を備えており、下面の導電部２４がろう材２６を介して放熱板１６に接着されている。一方、上面の導電部２２は、複数の半導体素子２８を支持しており、これら導電部２２と複数の半導体素子２８はろう材３０を介して接着されている。また、複数の半導体素子２８は、板状導電体３２を介して、ハウジング１２に設けた第１の外部電極３４と電気的に接続されている。
【０００８】
図４に示すように、各半導体素子２８は、所定の間隔（ピッチ）をあけて並列に配置された複数の半導体セル３６を備えており、各半導体セル３６の表面に形成されている帯状電極又は帯状接触部３７が個々に板状導電体３２と電気的に接続される。一方、板状導電体３２は、導電材料からなる板状本体３８を備えている。板状本体３８は、対向する一対の主表面（下面４０と上面４２）を備えており、下面４０の一端側には半導体セル３６と同一の間隔（ピッチ）をあけて並列に配置された複数の突条接続部４４を一体的に備えている。そして、板状導電体３２は、各突条接続部４４を対応する半導体セル３６に対向するようにしてハウジング１２と半導体素子部１４との間に橋渡しされ、一端側の突条接続部４４と半導体セル３６との間をろう材４６を介して電気的に接続し、他端側の端部と第１の外部電極３４との間を同様にして電気的に接続して固定される。また、半導体素子２８は、金属細線４８を介して、ハウジング１２に設けた第２の外部電極５０に接続される。
【０００９】
このように構成された半導体装置１０によれば、図２を参照して説明すると、半導体素子２８で発生した熱の一部は、ろう材３０、基板１８、ろう材２６、放熱板１６を介して大気中に放出される。この点は、従来の半導体装置でも同様である。本発明の半導体装置１０では更に、半導体素子２８で発生した熱の一部がろう材４６を介して板状導電体３２の突条接続部４４から板状本体３８を介して大気中に放出される。したがって、半導体素子２８で発生する熱は効率良く大気に放出される。また、各構成要素に蓄積される熱の量が少なくなり、そのため各構成要素の熱膨張が抑制され、結果として各構成要素を結合する接着部の破壊が防止される。
【００１０】
また、半導体素子２８と板状導電体３２との電気的接続は、図４に示すように、半導体セル３６の帯状接触部３７の全面を介して行われている。したがって、半導体素子２８と板状導電体３２の間の電気抵抗は、例えば金属細線（導電体）と半導体素子とのはんだ接着部に比べて低く、そのために電流の流れが接続部に集中することが防止される。これにより、半導体素子２８と板状導電体３２との電気接続部が電力集中に起因する熱によって破壊されることがない。
【００１１】
実施の形態２．
図５には、本発明の第２の実施形態である半導体装置１１０が示されている。第２の実施形態に係る半導体装置１１０の特徴は、板状導電体１３２の一端部が外部電極１３４として利用されていることである。他の構成やその作用は第１の実施形態と同一である。これにより、ハウジング１１２に設ける外部電極の数が削減でき、また板状導電体１３２と外部電極とを接続する手間が省ける。また、半導体素子１２８で発生した熱が板状導電体１３２を介して効率良く大気に放出される。
【００１２】
実施の形態３．
図６には、本発明に係る第３の実施形態である半導体装置２１０が示されている。第３の実施形態の半導体装置が他の実施形態と異なる点は、板状導電体２３２と半導体素子２２８がろう材を介することなく接触されて接続されていることである。また、接触を維持するために、ハウジング２１２に支持された板ばね２５２が板状導電体２３２の上に配置され、この板ばね２５２によって板状導電体２３２が半導体素子２２８に向かって押圧されている。このように、本実施の形態では、半導体素子と導電体との接続にろう材を使用しないため、当然ながら、このろう材の破壊が無くなり、それにより装置全体の信頼性や寿命も向上する。更に、半導体素子２２８で発生した熱の一部は、板ばね２５２を通じて大気に放出されるため、装置全体の放熱効率が向上する。
【００１３】
実施の形態４．
図７には、本発明に係る第４の実施形態である半導体装置３１０が示されている。第４の実施形態は、第１の実施形態である半導体装置の板状導電体３３２の上面３４２に放熱フィン３５４を取付けたものである。従って、この実施の形態の半導体装置３１０によれば、半導体素子３２８で発生した熱は板状導電体３３２から放熱フィン３５４を介して効率良く大気に放出される。当然、放熱効率を上げるために、放熱フィン３５４は、熱伝導性のよい材料で形成するのが好ましく、更に、放熱フィン３５４が導電性材料である場合には、板状導電体３３２と放熱フィン３５４との間に絶縁材３５６を設けるのが好ましい。当然ながら、放熱フィンは上述した他の実施形態にも設けることが可能である。
【００１４】
また、本発明の導電体は、導電性と放熱性を備えるため他の用途に使用できるのは明らかである。そのために導電体が種々に変更できるのも明らかである。本明細書では導電体の材料に関しての説明はなされていないが、適当な材料から導電体を作成することにより、更に放熱性が向上するのは認めるところである。例えば、導電体に、熱源である半導体素子と類似する機械的または物理的性質（例えば、熱伝導率や線膨張係数）を有する材料を選択することにより、導電体と半導体素子の間の熱移動をスムーズに行うことが可能になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置により、放熱効率が向上する。それによって、熱に起因する破壊が発生しなくなり、装置全体の信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の半導体装置の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置における半導体素子の平面図である。
【図５】図２と同様の視点から見た本発明に係る第２の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図６】図２と同様の視点から見た本発明に係る第３の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図７】図２と同様の視点から見た本発明に係る第４の実施形態の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置、 １２ ハウジング、 １４ 半導体素子部、 １６ 放熱板、 １８ 基板、 ２０ 絶縁板、 ２２ 上面導電部、 ２４ 下面導電部、 ２６ ろう材、 ２８ 半導体素子、 ３０ ろう材、 ３２ 板状導電体、 ３４ 第１の外部電極、 ３６ 半導体セル、 ３７ 帯状接触部、 ３８ 板状本体、 ４０ 下面（主表面）、 ４２ 上面（主表面）、 ４４ 突条接続部、 ４６ ろう材、 ４８ 金属細線、 ５０ 第２の外部電極、 １１０ 半導体装置、 １１２ ハウジング、 １２８ 半導体素子、 １３２ 板状導電体、 １３４ 外部電極、 ２１０ 半導体装置、 ２１２ ハウジング、 ２２８ 半導体素子、 ２３２ 板状導電体、 ２５２ 板ばね、 ３１０ 半導体装置、 ３２８ 半導体素子、 ３３２ 板状導電体、 ３４２ 上面、 ３５４ 放熱フィン、 ３５６ 絶縁材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を有する半導体装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置において、半導体素子表面の電極と素子外の電極との電気的接続は、主にアルミワイヤなどの金属細線で行われている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３２６７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体装置では、金属細線と半導体素子との接着面積が小さいため、その接触部分に電流が集中して高温となり、最終的に接触部分が熱破壊されるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はその問題を解消するためになされたもので、外部電極と、所定の間隔をあけて並列に配置された複数の帯状電極を有する半導体素子と、上記半導体素子の帯状電極と外部電極とを電気的に接続する導電体とを備えた半導体装置において、
上記導電体が、板状導電体本体と、上記板状導電体本体の一方の主表面から突出し且つ上記複数の帯状電極と同一の間隔をあけて並列に配置された複数の突条接触部とを備えており、
上記複数の突条接触部を上記複数の帯状電極に接触させることにより、上記半導体素子と外部電極とが上記導電体を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明に係る半導体装置の第１の実施形態を示す。図１は本発明の半導体装置の平面図であり、図２は図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線断面図である。図３と図４は、本発明の特徴を詳細に示すためのものであり、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は半導体素子の拡大平面図である。
【０００７】
図１と図２を参照すると、半導体装置１０は、四角形の中空枠（フレーム）からなる絶縁ハウジング１２を備えている。ハウジング１２の内側には、複数の半導体素子を備えた半導体素子部１４が収容されている。半導体素子部１４は、四角形ハウジング１２の下部開口部に固定された放熱板１６を有する。放熱板１６は、ハウジング１２の内側に位置する基板１８を支持している。基板１８は、絶縁板２０と、この絶縁板２０の上面と下面にそれぞれ設けた導電部２２、２４を備えており、下面の導電部２４がろう材２６を介して放熱板１６に接着されている。一方、上面の導電部２２は、複数の半導体素子２８を支持しており、これら導電部２２と複数の半導体素子２８はろう材３０を介して接着されている。また、複数の半導体素子２８は、板状導電体３２を介して、ハウジング１２に設けた第１の外部電極３４と電気的に接続されている。
【０００８】
図４に示すように、各半導体素子２８は、所定の間隔（ピッチ）をあけて並列に配置された複数の半導体セル３６を備えており、各半導体セル３６の表面に形成されている帯状電極又は帯状接触部３７が個々に板状導電体３２と電気的に接続される。一方、板状導電体３２は、導電材料からなる板状本体３８を備えている。板状本体３８は、対向する一対の主表面（下面４０と上面４２）を備えており、下面４０の一端側には半導体セル３６と同一の間隔（ピッチ）をあけて並列に配置された複数の突条接続部４４を一体的に備えている。そして、板状導電体３２は、各突条接続部４４を対応する半導体セル３６に対向するようにしてハウジング１２と半導体素子部１４との間に橋渡しされ、一端側の突条接続部４４と半導体セル３６との間をろう材４６を介して電気的に接続し、他端側の端部と第１の外部電極３４との間を同様にして電気的に接続して固定される。また、半導体素子２８は、金属細線４８を介して、ハウジング１２に設けた第２の外部電極５０に接続される。
【０００９】
このように構成された半導体装置１０によれば、図２を参照して説明すると、半導体素子２８で発生した熱の一部は、ろう材３０、基板１８、ろう材２６、放熱板１６を介して大気中に放出される。この点は、従来の半導体装置でも同様である。本発明の半導体装置１０では更に、半導体素子２８で発生した熱の一部がろう材４６を介して板状導電体３２の突条接続部４４から板状本体３８を介して大気中に放出される。したがって、半導体素子２８で発生する熱は効率良く大気に放出される。また、各構成要素に蓄積される熱の量が少なくなり、そのため各構成要素の熱膨張が抑制され、結果として各構成要素を結合する接着部の破壊が防止される。
【００１０】
また、半導体素子２８と板状導電体３２との電気的接続は、図４に示すように、半導体セル３６の帯状接触部３７の全面を介して行われている。したがって、半導体素子２８と板状導電体３２の間の電気抵抗は、例えば金属細線（導電体）と半導体素子とのはんだ接着部に比べて低く、そのために電流の流れが接続部に集中することが防止される。これにより、半導体素子２８と板状導電体３２との電気接続部が電力集中に起因する熱によって破壊されることがない。
【００１１】
実施の形態２．
図５には、本発明の第２の実施形態である半導体装置１１０が示されている。第２の実施形態に係る半導体装置１１０の特徴は、板状導電体１３２の一端部が外部電極１３４として利用されていることである。他の構成やその作用は第１の実施形態と同一である。これにより、ハウジング１１２に設ける外部電極の数が削減でき、また板状導電体１３２と外部電極とを接続する手間が省ける。また、半導体素子１２８で発生した熱が板状導電体１３２を介して効率良く大気に放出される。
【００１２】
実施の形態３．
図６には、本発明に係る第３の実施形態である半導体装置２１０が示されている。第３の実施形態の半導体装置が他の実施形態と異なる点は、板状導電体２３２と半導体素子２２８がろう材を介することなく接触されて接続されていることである。また、接触を維持するために、ハウジング２１２に支持された板ばね２５２が板状導電体２３２の上に配置され、この板ばね２５２によって板状導電体２３２が半導体素子２２８に向かって押圧されている。このように、本実施の形態では、半導体素子と導電体との接続にろう材を使用しないため、当然ながら、このろう材の破壊が無くなり、それにより装置全体の信頼性や寿命も向上する。更に、半導体素子２２８で発生した熱の一部は、板ばね２５２を通じて大気に放出されるため、装置全体の放熱効率が向上する。
【００１３】
実施の形態４．
図７には、本発明に係る第４の実施形態である半導体装置３１０が示されている。第４の実施形態は、第１の実施形態である半導体装置の板状導電体３３２の上面３４２に放熱フィン３５４を取付けたものである。従って、この実施の形態の半導体装置３１０によれば、半導体素子３２８で発生した熱は板状導電体３３２から放熱フィン３５４を介して効率良く大気に放出される。当然、放熱効率を上げるために、放熱フィン３５４は、熱伝導性のよい材料で形成するのが好ましく、更に、放熱フィン３５４が導電性材料である場合には、板状導電体３３２と放熱フィン３５４との間に絶縁材３５６を設けるのが好ましい。当然ながら、放熱フィンは上述した他の実施形態にも設けることが可能である。
【００１４】
また、本発明の導電体は、導電性と放熱性を備えるため他の用途に使用できるのは明らかである。そのために導電体が種々に変更できるのも明らかである。本明細書では導電体の材料に関しての説明はなされていないが、適当な材料から導電体を作成することにより、更に放熱性が向上するのは認めるところである。例えば、導電体に、熱源である半導体素子と類似する機械的または物理的性質（例えば、熱伝導率や線膨張係数）を有する材料を選択することにより、導電体と半導体素子の間の熱移動をスムーズに行うことが可能になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置により、放熱効率が向上する。それによって、熱に起因する破壊が発生しなくなり、装置全体の信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の半導体装置の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置における半導体素子の平面図である。
【図５】図２と同様の視点から見た本発明に係る第２の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図６】図２と同様の視点から見た本発明に係る第３の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図７】図２と同様の視点から見た本発明に係る第４の実施形態の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置、 １２ ハウジング、 １４ 半導体素子部、 １６ 放熱板、 １８ 基板、 ２０ 絶縁板、 ２２ 上面導電部、 ２４ 下面導電部、 ２６ ろう材、 ２８ 半導体素子、 ３０ ろう材、 ３２ 板状導電体、 ３４ 第１の外部電極、 ３６ 半導体セル、 ３７ 帯状接触部、 ３８ 板状本体、 ４０ 下面（主表面）、 ４２ 上面（主表面）、 ４４ 突条接続部、 ４６ ろう材、 ４８ 金属細線、 ５０ 第２の外部電極、 １１０ 半導体装置、 １１２ ハウジング、 １２８ 半導体素子、 １３２ 板状導電体、 １３４ 外部電極、 ２１０ 半導体装置、 ２１２ ハウジング、 ２２８ 半導体素子、 ２３２ 板状導電体、 ２５２ 板ばね、 ３１０ 半導体装置、 ３２８ 半導体素子、 ３３２ 板状導電体、 ３４２ 上面、 ３５４ 放熱フィン、 ３５６ 絶縁材。
Claims (5)
- 外部電極と、所定の間隔をあけて並列に配置された複数の帯状電極を有する半導体素子と、上記半導体素子の帯状電極と外部電極とを電気的に接続する導電体とを備えた半導体装置において、
上記導電体が、板状導電体本体と、上記板状導電体本体の一方の主表面から突出し且つ上記複数の帯状電極と同一の間隔をあけて並列に配置された複数の突条接触部とを備えており、
上記複数の突条接触部を上記複数の帯状電極に接触させることにより、上記半導体素子と外部電極とが上記導電体を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 上記半導体装置は複数の半導体素子を備えており、
上記導電体は、各半導体素子の複数の帯状電極に対応する複数の突条接触部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 上記半導体装置は上記半導体素子を収容するハウジングを備えており、
上記導電体は、上記ハウジングの外部に引き出されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記導電体の他方の主表面に放熱突起部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
- 上記半導体装置が、
上記複数の突条接触部を上記複数の帯状電極に付勢する付勢部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
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