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JP7294149B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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JP7294149B2 JP2020000484A JP2020000484A JP7294149B2 JP 7294149 B2 JP7294149 B2 JP 7294149B2 JP 2020000484 A JP2020000484 A JP 2020000484A JP 2020000484 A JP2020000484 A JP 2020000484A JP 7294149 B2 JP7294149 B2 JP 7294149B2
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Description

本明細書に記載の開示は、半導体チップと放熱部材を備える半導体装置に関するものである。 The disclosure described herein relates to a semiconductor device that includes a semiconductor chip and a heat dissipation member.

特許文献1に示されるように、半導体チップ、ヒートシンクブロック、および、放熱部材を備える半導体装置が知られている。半導体チップはヒートシンクブロックと放熱部材との間に設けられる。ヒートシンクブロックと放熱部材それぞれははんだを介して半導体チップに接続されている。 2. Description of the Related Art As disclosed in Patent Document 1, a semiconductor device including a semiconductor chip, a heat sink block, and a heat dissipation member is known. A semiconductor chip is provided between the heat sink block and the heat dissipation member. Each of the heat sink block and the heat dissipation member is connected to the semiconductor chip through solder.

特開2003-158147号公報JP 2003-158147 A

上記したように半導体チップにはんだが接続される。このはんだの端側は、その中央側と比べて伝熱経路が少なくなる。そのためにはんだの端側は熱抵抗が高くなりやすく、温度の変化幅が増大しやすい傾向にある。熱伸縮によってはんだ(導電部材)に損傷の生じる虞がある。 Solder is connected to the semiconductor chip as described above. The edge side of the solder has fewer heat transfer paths than the central side. Therefore, the thermal resistance tends to be high on the end side of the solder, and the range of temperature change tends to increase. Thermal expansion and contraction may damage the solder (conductive member).

そこで本明細書に記載の開示は、導電部材に損傷の生じることの抑制された半導体装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the disclosure described in this specification is to provide a semiconductor device in which damage to a conductive member is suppressed.

開示の1つは、厚さ方向に並ぶ第1主面(11a)とその裏側の第2主面(11b)を備える半導体基板(11)、厚さ方向に直交する平面に沿う平面方向に並ぶ態様で半導体基板に形成された複数の半導体素子(12)、第1主面に形成された第1通電電極(20)、および、第2主面に形成された第2通電電極(21)を備える半導体チップ(10)と、
第1通電電極に第1導電部材(92)を介して連結される第1放熱部材(50)と、
第2通電電極に第2導電部材(93)を介して連結される第2放熱部材(62)と、を有し、
第1通電電極の形成された第1主面側に付着される第1導電部材の第1付着領域は、第2通電電極の形成された第2主面側に付着される第2導電部材の第2付着領域よりも面積が狭く、
第1付着領域の中央側と厚さ方向で並ぶ半導体素子の通電能力は、平面方向において第1付着領域の中央側から離間した半導体素子の通電能力よりも高くなっており、
半導体基板の内部には、複数の前記半導体素子として、IGBT(13)と、ダイオード(14)とがそれぞれ複数形成され、
複数の前記半導体素子の前記第1通電電極および前記第2通電電極のうちの一方と接続される導電領域(18)には、前記IGBTを形成するためのコレクタ層と、前記ダイオードを形成するためのカソード層とが含まれ、
単位形成領域当たりの前記コレクタ層と前記カソード層との形成比率に差があることで、複数の前記IGBTの単位形成領域当たりの通電能力に差がある。
One disclosed is a semiconductor substrate (11) having a first main surface (11a) arranged in the thickness direction and a second main surface (11b) on the back side thereof, and a semiconductor substrate (11) arranged in a plane direction along a plane orthogonal to the thickness direction. a plurality of semiconductor elements (12) formed on a semiconductor substrate in the manner described above, a first current-carrying electrode (20) formed on the first main surface, and a second current-carrying electrode (21) formed on the second main surface. a semiconductor chip (10) provided;
a first heat dissipation member (50) connected to the first conducting electrode via a first conductive member (92);
a second heat dissipation member (62) connected to the second current-carrying electrode via a second conductive member (93);
The first attachment area of the first conductive member attached to the first main surface side on which the first current-carrying electrode is formed is the first attachment area of the second conductive member attached to the second main surface side on which the second current-carrying electrode is formed. The area is narrower than the second attachment region,
The conducting ability of the semiconductor elements aligned in the thickness direction with the central side of the first attachment area is higher than the conducting ability of the semiconductor elements separated from the central side of the first attaching area in the planar direction,
a plurality of IGBTs (13) and a plurality of diodes (14) are formed as the plurality of semiconductor elements inside the semiconductor substrate,
A conductive region (18) connected to one of the first conductive electrodes and the second conductive electrodes of the plurality of semiconductor elements includes a collector layer for forming the IGBT and a conductive region (18) for forming the diode. a cathode layer of
Due to the difference in the formation ratio of the collector layer and the cathode layer per unit formation region, there is a difference in the current carrying capacity per unit formation region of the plurality of IGBTs.

これによれば、平面方向において第1付着領域の中央側から離間した半導体素子(12)が昇温しがたくなる。この半導体素子(12)の温度の変化幅の増大が抑制される。そのためにこの半導体素子(12)の近傍に位置する第1導電部材(92)の温度の変化幅の増大が抑制される。温度変化による第1導電部材(92)の伸縮長の増大が抑制される。熱伸縮によって第1導電部材(92)に損傷の生じることが抑制される。 According to this, the temperature of the semiconductor element (12) spaced apart from the central side of the first attachment region in the plane direction is difficult to rise. An increase in the width of change in the temperature of the semiconductor element (12) is suppressed. Therefore, an increase in the width of change in the temperature of the first conductive member (92) located near the semiconductor element (12) is suppressed. An increase in the expansion and contraction length of the first conductive member (92) due to temperature change is suppressed. Damage to the first conductive member (92) due to thermal expansion and contraction is suppressed.

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 It should be noted that the reference numbers in parentheses above merely indicate the correspondence with the configurations described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope in any way.

半導体装置の概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor device; FIG. 半導体チップに形成されるRC-IGBTを説明するための斜視図である。1 is a perspective view for explaining an RC-IGBT formed on a semiconductor chip; FIG. 第1実施形態に係る半導体チップの平面図である。1 is a plan view of a semiconductor chip according to a first embodiment; FIG. 半導体チップの端側の接続状態を説明するための拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view for explaining a connection state on the end side of a semiconductor chip; FIG. 第2実施形態に係る半導体チップの平面図である。FIG. 8 is a plan view of a semiconductor chip according to a second embodiment; IGBTの形成密度を説明するための平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining the formation density of IGBTs;

以下、実施形態を図に基づいて説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1~図4に基づいて本実施形態に係る半導体装置100を説明する。それにあたって、以下においては互いに直交の関係にある3方向を、x方向、y方向、および、z方向と示す。そしてz方向に直交する平面に沿う方向を、単に平面方向と示す。z方向が厚さ方向に相当する。
(First embodiment)
A semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. Accordingly, the three directions that are orthogonal to each other are hereinafter referred to as the x-direction, the y-direction, and the z-direction. A direction along a plane orthogonal to the z-direction is simply referred to as a planar direction. The z direction corresponds to the thickness direction.

半導体装置100はインバータやコンバータなどの電力変換装置に適用されるパワーカードである。半導体装置100はz方向の厚さの薄い扁平形状を成している。半導体装置100は能動素子と受動素子を有する。これら能動素子と受動素子は通電によって発熱する。係る発熱による昇温を抑制するために、半導体装置100は図1に示す冷却器200に設けられる。 A semiconductor device 100 is a power card applied to a power conversion device such as an inverter or a converter. The semiconductor device 100 has a flat shape with a thin thickness in the z direction. The semiconductor device 100 has active elements and passive elements. These active and passive elements generate heat when energized. In order to suppress temperature rise due to such heat generation, the semiconductor device 100 is provided in the cooler 200 shown in FIG.

<冷却器>
冷却器200は内部に冷媒の流動する第1冷却部210と第2冷却部220を有する。これら第1冷却部210と第2冷却部220はz方向で離間して対向する態様で並んでいる。
<Cooler>
The cooler 200 has a first cooling section 210 and a second cooling section 220 in which a coolant flows. The first cooling section 210 and the second cooling section 220 are arranged in a manner facing each other while being spaced apart in the z-direction.

第1冷却部210と第2冷却部220それぞれの対向面には熱伝導性に優れた電気絶縁部材230が設けられている。第1冷却部210の対向面に設けられた電気絶縁部材230と第2冷却部220の対向面に設けられた電気絶縁部材230との間に半導体装置100が設けられる。半導体装置100はこれら2つの電気絶縁部材230それぞれとz方向で対向する態様で接触している。 An electrical insulating member 230 having excellent thermal conductivity is provided on each facing surface of the first cooling section 210 and the second cooling section 220 . The semiconductor device 100 is provided between the electrical insulating member 230 provided on the facing surface of the first cooling section 210 and the electrical insulating member 230 provided on the facing surface of the second cooling section 220 . The semiconductor device 100 is in contact with each of these two electrical insulating members 230 in a manner facing each other in the z-direction.

冷却器200には、第1冷却部210と第2冷却部220とがz方向で互いに近づく態様の付勢力が図示しないバネ体から付与されている。この付勢力によって、第1冷却部210と第2冷却部220との間に設けられた半導体装置100と電気絶縁部材230との接触面積が増大している。半導体装置100と電気絶縁部材230との間の熱抵抗が低減している。 To the cooler 200, a spring body (not shown) applies an urging force such that the first cooling section 210 and the second cooling section 220 approach each other in the z direction. This biasing force increases the contact area between the semiconductor device 100 and the electrical insulating member 230 provided between the first cooling section 210 and the second cooling section 220 . Thermal resistance between the semiconductor device 100 and the electrical insulating member 230 is reduced.

係る機械的な構成のため、半導体装置100で発生した熱は、電気絶縁部材230と第1冷却部210を介して、第1冷却部210の内部を流動する冷媒に伝熱される。それとともに、半導体装置100で発生した熱は、電気絶縁部材230と第2冷却部220を介して、第2冷却部220の内部を流動する冷媒に伝熱される。このように半導体装置100は両面で冷却される。これにより半導体装置100の昇温が抑制されている。 Due to this mechanical configuration, the heat generated in the semiconductor device 100 is transferred to the coolant flowing inside the first cooling section 210 via the electrical insulating member 230 and the first cooling section 210 . At the same time, the heat generated in the semiconductor device 100 is transferred to the coolant flowing inside the second cooling section 220 via the electrical insulating member 230 and the second cooling section 220 . Thus, the semiconductor device 100 is cooled on both sides. Thereby, the temperature rise of the semiconductor device 100 is suppressed.

以上に示したように、図1に示す冷却器200はいわゆる両面冷却の構成になっている。ただし、冷却器200の構成としては上記例に限定されない。冷却器200の構成としては、例えば片面冷却の構成を採用することもできる。 As described above, the cooler 200 shown in FIG. 1 has a so-called double-sided cooling configuration. However, the configuration of the cooler 200 is not limited to the above example. As the configuration of the cooler 200, for example, a single-sided cooling configuration can be adopted.

<半導体装置>
図1に示すように半導体装置100は、半導体チップ10、ターミナル50、主導電部60、通電端子70、信号端子80、および、封止樹脂90を有する。
<Semiconductor device>
As shown in FIG. 1 , the semiconductor device 100 has a semiconductor chip 10 , terminals 50 , main conductive portions 60 , conducting terminals 70 , signal terminals 80 and sealing resin 90 .

主導電部60、通電端子70、および、信号端子80は図示しないリードフレームの一部によって構成されている。このリードフレームに半導体チップ10とターミナル50とを接続させる。そしてこれらを封止樹脂90によって部分的に被覆する。封止樹脂90の外に露出されたリードフレームの一部を選択的に除去する。これにより主導電部60、通電端子70、および、信号端子80が形成される。それとともに半導体装置100が製造される。なお、主導電部60、通電端子70、および、信号端子80の一部が上記のリードフレームとは別体の金属プレートで構成されてもよい。 The main conductive portion 60, the current-carrying terminals 70, and the signal terminals 80 are part of a lead frame (not shown). The semiconductor chip 10 and the terminal 50 are connected to this lead frame. These are partially covered with a sealing resin 90 . A portion of the lead frame exposed outside the sealing resin 90 is selectively removed. Thereby, the main conductive portion 60, the current-carrying terminal 70, and the signal terminal 80 are formed. At the same time, the semiconductor device 100 is manufactured. It should be noted that the main conductive portion 60, the energizing terminals 70, and part of the signal terminals 80 may be composed of a metal plate separate from the lead frame.

図1に示すように主導電部60は上側導電部61と下側導電部62を有する。通電端子70は上側通電端子71と下側通電端子72を有する。上側通電端子71と上側導電部61とは一体的に連結されている。下側通電端子72と下側導電部62とは一体的に連結されている。 As shown in FIG. 1, the main conductive portion 60 has an upper conductive portion 61 and a lower conductive portion 62 . The conducting terminal 70 has an upper conducting terminal 71 and a lower conducting terminal 72 . The upper conducting terminal 71 and the upper conducting portion 61 are integrally connected. The lower conductive terminal 72 and the lower conductive portion 62 are integrally connected.

上側導電部61と下側導電部62とはz方向に対向する態様で離間している。半導体チップ10とターミナル50とがこれら上側導電部61と下側導電部62との間に設けられている。 The upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62 are spaced apart so as to face each other in the z direction. A semiconductor chip 10 and a terminal 50 are provided between the upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62 .

半導体チップ10はz方向に並ぶ第1主面11aと第2主面11bを有する。半導体チップ10の第1主面11a側がターミナル50を介して上側導電部61と接続されている。半導体チップ10の第2主面11b側が下側導電部62と接続されている。係る構成によって、半導体チップ10は上側導電部61と下側導電部62それぞれと電気的に接続されている。 The semiconductor chip 10 has a first principal surface 11a and a second principal surface 11b aligned in the z-direction. The first main surface 11 a side of the semiconductor chip 10 is connected to the upper conductive portion 61 via the terminal 50 . The second main surface 11 b side of the semiconductor chip 10 is connected to the lower conductive portion 62 . With such a configuration, the semiconductor chip 10 is electrically connected to the upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62, respectively.

上側通電端子71と下側通電端子72それぞれの先端側が封止樹脂90の外に露出されている。これら上側通電端子71と下側通電端子72それぞれの先端側が電力変換装置の通電経路を構成する導電性のバスバに接続される。このために電力変換装置の電流が、上側通電端子71と下側通電端子72との間で主導電部60、ターミナル50、および、半導体チップ10に流れる。 The tip side of each of the upper conductive terminal 71 and the lower conductive terminal 72 is exposed to the outside of the sealing resin 90 . The tip end sides of the upper energization terminal 71 and the lower energization terminal 72 are connected to conductive busbars forming the energization path of the power converter. As a result, the current of the power converter flows through the main conductive portion 60 , the terminal 50 and the semiconductor chip 10 between the upper conducting terminal 71 and the lower conducting terminal 72 .

半導体チップ10はワイヤ81を介して信号端子80と接続されている。信号端子80の先端側が封止樹脂90の外に露出されている。この信号端子80の先端側が電力変換装置の駆動を制御するドライバ基板に接続されている。 The semiconductor chip 10 is connected to signal terminals 80 via wires 81 . The tip side of the signal terminal 80 is exposed outside the sealing resin 90 . The tip side of this signal terminal 80 is connected to a driver board for controlling the drive of the power converter.

なお、半導体装置100は半導体チップ10を1つではなく複数有してもよい。そして半導体装置100は複数の半導体チップ10それぞれに対応するターミナル50、主導電部60、通電端子70、および、信号端子80を有してもよい。ただし半導体装置100は、複数の半導体チップ10それぞれに対応するターミナル50、主導電部60、通電端子70、および、信号端子80のうちの一部を共通して有してもよい。以下、半導体装置100の構成要素を個別に説明する。 Note that the semiconductor device 100 may have a plurality of semiconductor chips 10 instead of one. The semiconductor device 100 may have terminals 50 , main conductive portions 60 , conducting terminals 70 , and signal terminals 80 corresponding to each of the plurality of semiconductor chips 10 . However, the semiconductor device 100 may share some of the terminals 50 , the main conductive portions 60 , the conducting terminals 70 , and the signal terminals 80 corresponding to the plurality of semiconductor chips 10 . The constituent elements of the semiconductor device 100 will be individually described below.

<半導体チップ>
半導体チップ10は、半導体基板11と、この半導体基板11に形成された半導体素子12と、を有する。半導体チップ10の外形は、概略的には半導体基板11の外形と同等になっている。
<Semiconductor chip>
The semiconductor chip 10 has a semiconductor substrate 11 and a semiconductor element 12 formed on this semiconductor substrate 11 . The outer shape of the semiconductor chip 10 is roughly the same as the outer shape of the semiconductor substrate 11 .

半導体基板11はSi、SiC、GaNなどの半導体材料から構成される。半導体基板11はz方向の厚さの薄い平板形状を成している。半導体基板11はz方向に並ぶ2つの主面を有する。これら2つの主面のうちの一方が上記した第1主面11aに相当する。2つの主面のうちの他方が第2主面11bに相当する。この半導体基板11の第1主面11aと第2主面11bとの間の内部に半導体素子12が形成されている。 The semiconductor substrate 11 is made of a semiconductor material such as Si, SiC, or GaN. The semiconductor substrate 11 has a flat plate shape with a thin thickness in the z direction. The semiconductor substrate 11 has two main surfaces aligned in the z direction. One of these two main surfaces corresponds to the above-described first main surface 11a. The other of the two main surfaces corresponds to the second main surface 11b. A semiconductor element 12 is formed inside between the first main surface 11a and the second main surface 11b of the semiconductor substrate 11 .

半導体素子12は電力変換装置の回路の一部を構成するRC(Reverse Conducting)-IGBTである。RC-IGBTに含まれるIGBT13とダイオード14は、半導体基板11の第1主面11aと第2主面11bとの間で電流の流れる縦型構造になっている。 The semiconductor element 12 is an RC (Reverse Conducting)-IGBT forming part of the circuit of the power conversion device. The IGBT 13 and the diode 14 included in the RC-IGBT have a vertical structure in which current flows between the first main surface 11a and the second main surface 11b of the semiconductor substrate 11 .

なお図示しないが、半導体基板11には、IGBT13とダイオード14の他に、半導体基板11の温度を検出する感温ダイオードなどのセンサ素子が形成されている。 In addition to the IGBT 13 and the diode 14, the semiconductor substrate 11 is formed with a sensor element such as a temperature-sensitive diode for detecting the temperature of the semiconductor substrate 11 (not shown).

半導体基板11の内部にはIGBT13とダイオード14を構成する複数の不純物含有層が形成されている。具体的に言えば、図2に示すように、第1主面11aから第2主面11bに向かって順に、第1電極層15、ベース層16、ドリフト層17、第2電極層18が半導体基板11の内部に形成されている。 Inside the semiconductor substrate 11, a plurality of impurity-containing layers forming the IGBTs 13 and the diodes 14 are formed. Specifically, as shown in FIG. 2, the first electrode layer 15, the base layer 16, the drift layer 17, and the second electrode layer 18 are semiconductors in this order from the first main surface 11a toward the second main surface 11b. It is formed inside the substrate 11 .

第1電極層15はエミッタ層15aとコンタクト層15bを有する。エミッタ層15aとコンタクト層15bはy方向に交互に並んでいる。図示しないが、第2電極層18はコレクタ層とカソード層を有する。コレクタ層とカソード層はz方向に直交する平面方向で並んでいる。 The first electrode layer 15 has an emitter layer 15a and a contact layer 15b. The emitter layers 15a and the contact layers 15b are alternately arranged in the y direction. Although not shown, the second electrode layer 18 has a collector layer and a cathode layer. The collector layer and the cathode layer are arranged in a planar direction perpendicular to the z-direction.

以上に示したエミッタ層15a、ドリフト層17、および、カソード層それぞれはN型半導体である。コンタクト層15b、ベース層16、および、コレクタ層それぞれはP型半導体である。 Each of the emitter layer 15a, the drift layer 17, and the cathode layer shown above is an N-type semiconductor. Each of the contact layer 15b, base layer 16, and collector layer is a P-type semiconductor.

また、図2に示すように半導体基板11には、上記した不純物含有層の他に、第1電極層15とベース層16を介してドリフト層17の途中まで貫く複数のトレンチゲート電極19が形成されている。複数のトレンチゲート電極19それぞれはy方向に延びている。そして複数のトレンチゲート電極19はx方向に離間して並んでいる。 Further, as shown in FIG. 2, in the semiconductor substrate 11, a plurality of trench gate electrodes 19 penetrating halfway through the drift layer 17 via the first electrode layer 15 and the base layer 16 are formed in addition to the above-described impurity containing layers. It is Each of the plurality of trench gate electrodes 19 extends in the y direction. A plurality of trench gate electrodes 19 are spaced apart in the x direction.

IGBT13は、コレクタ層のz方向への投影領域内に位置するエミッタ層15a、コンタクト層15b、ベース層16、ドリフト層17、トレンチゲート電極19、および、コレクタ層によって構成されている。ダイオード14は、カソード層のz方向への投影領域内に位置するエミッタ層15a、コンタクト層15b、ベース層16、ドリフト層17および、カソード層によって構成されている。 The IGBT 13 is composed of an emitter layer 15a, a contact layer 15b, a base layer 16, a drift layer 17, a trench gate electrode 19, and a collector layer located within a z-direction projection region of the collector layer. The diode 14 is composed of an emitter layer 15a, a contact layer 15b, a base layer 16, a drift layer 17, and a cathode layer located within the z-direction projection area of the cathode layer.

図1に示すように、半導体基板11の第1主面11aにエミッタ電極20が形成されている。エミッタ電極20は第1主面11a側に位置するエミッタ層15aとコンタクト層15bそれぞれと電気的に接続されている。また、第2主面11bにコレクタ電極21が形成されている。コレクタ電極21は第2主面11b側に位置するコレクタ層とカソード層それぞれと電気的に接続されている。以上に示した構成により、IGBT13とダイオード14とはエミッタ電極20とコレクタ電極21との間で並列接続されている。 As shown in FIG. 1, an emitter electrode 20 is formed on the first main surface 11a of the semiconductor substrate 11. As shown in FIG. Emitter electrode 20 is electrically connected to each of emitter layer 15a and contact layer 15b located on the first main surface 11a side. A collector electrode 21 is formed on the second main surface 11b. The collector electrode 21 is electrically connected to each of the collector layer and the cathode layer located on the second main surface 11b side. With the above configuration, the IGBT 13 and the diode 14 are connected in parallel between the emitter electrode 20 and the collector electrode 21 .

図2に示すように、エミッタ層15aとコンタクト層15bとは、x方向で離間して並ぶ2つのトレンチゲート電極19の間で交互にy方向に並んでいる。この並びにより、通電領域の区画された複数の微小なIGBT13がy方向に離間して並んでいる。同様にして、通電領域の区画された複数の微小なダイオード14がy方向に離間して並んでいる。IGBT13がスイッチ素子に相当する。 As shown in FIG. 2, the emitter layers 15a and the contact layers 15b are alternately arranged in the y direction between two trench gate electrodes 19 spaced apart in the x direction. Due to this arrangement, a plurality of minute IGBTs 13 with the energized regions partitioned are spaced apart in the y direction. Similarly, a plurality of minute diodes 14 with a sectioned conducting area are arranged in the y direction with a space therebetween. The IGBT 13 corresponds to a switch element.

なお、図2においては、複数のトレンチゲート電極19それぞれがy方向に延びるとともに、x方向に離間して並ぶ例を示した。すなわち、複数のトレンチゲート電極19がz方向に直交する平面においてストライプ状にレイアウトされる例を示した。しかしながら、トレンチゲート電極19のレイアウトとしては上記例に限定されない。例えば、複数のトレンチゲート電極19が格子状やハニカム状にレイアウトされる構成を採用することもできる。そしてエミッタ層15aとコンタクト層15bとが交互にx方向に並ぶ構成を採用することもできる。係る構成の場合、複数の微小なIGBT13とダイオード14はy方向だけではなくx方向にも並ぶ構成になる。複数の微小なIGBT13とダイオード14は平面方向に並ぶ構成になる。 Note that FIG. 2 shows an example in which the plurality of trench gate electrodes 19 extend in the y direction and are spaced apart in the x direction. That is, an example is shown in which a plurality of trench gate electrodes 19 are laid out in stripes on a plane perpendicular to the z-direction. However, the layout of the trench gate electrode 19 is not limited to the above example. For example, a configuration in which a plurality of trench gate electrodes 19 are laid out in a grid pattern or honeycomb pattern may be employed. A configuration in which the emitter layers 15a and the contact layers 15b are alternately arranged in the x direction can also be adopted. In the case of such a configuration, a plurality of minute IGBTs 13 and diodes 14 are aligned not only in the y direction but also in the x direction. A plurality of minute IGBTs 13 and diodes 14 are arranged in a planar direction.

図1と図3に示すように、エミッタ電極20は第1主面11aに部分的に形成されている。これとは異なり、コレクタ電極21は第2主面11bに全面的に形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 3, emitter electrode 20 is partially formed on first main surface 11a. Unlike this, the collector electrode 21 is formed entirely on the second main surface 11b.

上記したIGBT13とダイオード14を構成する不純物含有層はエミッタ電極20の直下に形成されている。そのためにIGBT13とダイオード14の通電領域は、主としてエミッタ電極20の直下になっている。 The impurity-containing layer forming the IGBT 13 and the diode 14 described above is formed directly below the emitter electrode 20 . Therefore, the conducting region of the IGBT 13 and the diode 14 is mainly directly under the emitter electrode 20 .

図3に示すように、第1主面11aにはエミッタ電極20の他に電極パッド22が形成されている。エミッタ電極20と電極パッド22とは第1主面11aにおいて離間している。 As shown in FIG. 3, an electrode pad 22 is formed in addition to the emitter electrode 20 on the first main surface 11a. Emitter electrode 20 and electrode pad 22 are separated from each other on first main surface 11a.

本実施形態では、以下に示す5つの用途の電極パッド22が第1主面11aに形成されている。すなわち、IGBT13のゲート電極用、エミッタ電極20の電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、感温ダイオードのアノード電位用、および、そのカソード電位用の電極パッド22が第1主面11aに形成されている。 In this embodiment, electrode pads 22 for the following five uses are formed on the first main surface 11a. That is, electrode pads 22 for the gate electrode of the IGBT 13, the Kelvin emitter for detecting the potential of the emitter electrode 20, the current sense, the anode potential of the temperature sensitive diode, and the cathode potential thereof are formed on the first main surface 11a. It is

これら5つの電極パッド22はx方向に離間して並んでいる。それとともに5つの電極パッド22はエミッタ電極20とy方向で離間している。上記したターミナル50はエミッタ電極20とz方向で対向する態様で電気的に接続される。 These five electrode pads 22 are spaced apart in the x-direction. At the same time, the five electrode pads 22 are separated from the emitter electrode 20 in the y direction. The terminal 50 described above is electrically connected to the emitter electrode 20 so as to face it in the z-direction.

<ターミナル>
ターミナル50は上側導電部61と半導体チップ10とを電気的および熱的に接続する。ターミナル50は電気伝導性と熱伝導性を備えるCuやその合金などの金属材料から成る。
<Terminal>
Terminal 50 electrically and thermally connects upper conductive portion 61 and semiconductor chip 10 . The terminal 50 is made of a metallic material such as Cu or its alloy having electrical conductivity and thermal conductivity.

ターミナル50は略直方体形状を成している。ターミナル50はz方向において上側導電部61と半導体チップ10との間に設けられる。ターミナル50の上面50aが上側導電部61の第1接続面61aとz方向で対向配置される。ターミナル50の下面50bが半導体チップ10のエミッタ電極20とz方向で対向配置される。 The terminal 50 has a substantially rectangular parallelepiped shape. The terminal 50 is provided between the upper conductive portion 61 and the semiconductor chip 10 in the z direction. The upper surface 50a of the terminal 50 is arranged to face the first connection surface 61a of the upper conductive portion 61 in the z-direction. A lower surface 50b of the terminal 50 is arranged to face the emitter electrode 20 of the semiconductor chip 10 in the z direction.

<主導電部>
主導電部60は半導体チップ10と通電端子70とを電気的に中継する機能を果たす。それとともに主導電部60は半導体チップ10で生じた熱を放熱する機能も果たす。主導電部60は電気伝導性と熱伝導性を備えるCuやその合金などの金属材料から成る。
<Main conductive part>
The main conductive portion 60 has a function of electrically connecting the semiconductor chip 10 and the conducting terminal 70 . In addition, the main conductive portion 60 also functions to dissipate heat generated in the semiconductor chip 10 . The main conductive portion 60 is made of a metal material such as Cu or its alloy having electrical conductivity and thermal conductivity.

上記したように主導電部60は上側導電部61と下側導電部62を有する。図1に示すように上側導電部61の第1接続面61aと下側導電部62の第2接続面62aはz方向で離間して対向する態様で並んでいる。これら上側導電部61と下側導電部62との間に半導体チップ10とターミナル50が設けられる。上側導電部61側にターミナル50が設けられる。下側導電部62側に半導体チップ10が設けられる。 As described above, the main conductive portion 60 has the upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62 . As shown in FIG. 1, the first connection surface 61a of the upper conductive portion 61 and the second connection surface 62a of the lower conductive portion 62 are arranged in a manner to face each other while being spaced apart in the z direction. A semiconductor chip 10 and a terminal 50 are provided between the upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62 . A terminal 50 is provided on the upper conductive portion 61 side. A semiconductor chip 10 is provided on the lower conductive portion 62 side.

上側導電部61の第1接続面61aとターミナル50の上面50aとの間に第1はんだ91が介在されている。上側導電部61とターミナル50とが第1はんだ91を介して電気的および機械的に接続されている。 A first solder 91 is interposed between the first connection surface 61 a of the upper conductive portion 61 and the upper surface 50 a of the terminal 50 . Upper conductive portion 61 and terminal 50 are electrically and mechanically connected via first solder 91 .

ターミナル50の下面50bと半導体チップ10のエミッタ電極20との間に第2はんだ92が介在されている。ターミナル50とエミッタ電極20とが第2はんだ92を介して電気的および機械的に接続されている。エミッタ電極20における第2はんだ92の付着される領域が第1付着領域に相当する。 A second solder 92 is interposed between the lower surface 50 b of the terminal 50 and the emitter electrode 20 of the semiconductor chip 10 . Terminal 50 and emitter electrode 20 are electrically and mechanically connected via second solder 92 . A region of the emitter electrode 20 to which the second solder 92 is attached corresponds to a first attachment region.

半導体チップ10のコレクタ電極21と下側導電部62の第2接続面62aとの間に第3はんだ93が介在されている。コレクタ電極21と下側導電部62とが第3はんだ93を介して電気的および機械的に接続されている。コレクタ電極21における第3はんだ93の付着される領域が第2付着領域に相当する。 A third solder 93 is interposed between the collector electrode 21 of the semiconductor chip 10 and the second connection surface 62 a of the lower conductive portion 62 . Collector electrode 21 and lower conductive portion 62 are electrically and mechanically connected via third solder 93 . A region of the collector electrode 21 to which the third solder 93 is attached corresponds to a second attachment region.

以上に示した接続構成により、上側導電部61と下側導電部62とに半導体チップ10の半導体素子12が電気的に接続されている。 With the connection configuration described above, the semiconductor element 12 of the semiconductor chip 10 is electrically connected to the upper conductive portion 61 and the lower conductive portion 62 .

図1に示すように、上側導電部61におけるターミナル50の接続される第1接続面61a側、および、下側導電部62における半導体チップ10の接続される第2接続面62a側それぞれは封止樹脂90によって被覆される。しかしながら、上側導電部61における第1接続面61aの裏側の第1放熱面61b、および、下側導電部62における第2接続面62aの裏側の第2放熱面62bそれぞれは封止樹脂90から露出されている。 As shown in FIG. 1, the first connection surface 61a side of the upper conductive portion 61 to which the terminal 50 is connected and the second connection surface 62a side of the lower conductive portion 62 to which the semiconductor chip 10 is connected are sealed. It is coated with resin 90 . However, the first heat radiation surface 61b on the back side of the first connection surface 61a in the upper conductive portion 61 and the second heat radiation surface 62b on the back side of the second connection surface 62a in the lower conductive portion 62 are exposed from the sealing resin 90. It is

この封止樹脂90から露出された第1放熱面61bと第2放熱面62bそれぞれに電気絶縁部材230が接触する。係る構成のため、通電に起因して半導体装置100で発生したジュール熱が、電気絶縁部材230を介して冷却器200に積極的に熱伝導される。 The electric insulating member 230 is in contact with the first heat radiation surface 61b and the second heat radiation surface 62b exposed from the sealing resin 90, respectively. Due to this configuration, Joule heat generated in the semiconductor device 100 due to energization is actively conducted to the cooler 200 via the electrical insulating member 230 .

<通電端子>
通電端子70は電力変換回路の通電経路を構成するバスバとの接続端子としての機能を果たす。通電端子70にはIGBT13のエミッタ-コレクタ間の電流と、ダイオード14のアノード-カソード間の電流が流れる。
<Conducting terminal>
The energization terminal 70 functions as a connection terminal with a bus bar that constitutes the energization path of the power conversion circuit. A current between the emitter and the collector of the IGBT 13 and a current between the anode and the cathode of the diode 14 flow through the conducting terminal 70 .

上記したように通電端子70は上側通電端子71と下側通電端子72を有する。図1に示すように上側通電端子71は上側導電部61に一体的に連結されている。下側通電端子72は下側導電部62に一体的に連結されている。これら複数の通電端子それぞれの導電部との連結側が封止樹脂90によって被覆されている。そして複数の通電端子それぞれの先端側が封止樹脂90から露出されている。この通電端子の先端側に、上記した電力変換装置の通電経路を構成するバスバがレーザ溶接などによって接続される。 As described above, the conducting terminal 70 has the upper conducting terminal 71 and the lower conducting terminal 72 . As shown in FIG. 1, the upper conducting terminal 71 is integrally connected to the upper conducting portion 61 . The lower conducting terminal 72 is integrally connected to the lower conducting portion 62 . A sealing resin 90 covers the connection side of each of the plurality of conducting terminals with the conducting portion. Further, the tip side of each of the plurality of conducting terminals is exposed from the sealing resin 90 . A bus bar forming a current path of the above-described power conversion device is connected to the distal end side of the current-carrying terminal by laser welding or the like.

<信号端子>
信号端子80はドライバ基板との接続端子としての機能を果たす。上記したように半導体チップ10には5つの電極パッド22が形成されている。半導体装置100はこれら5つの電極パッド22それぞれに対応する5つの信号端子80を有する。これら5つの電極パッド22と5つの信号端子80とがワイヤ81を介して電気的に接続される。
<Signal terminal>
The signal terminal 80 functions as a connection terminal with the driver board. As described above, the semiconductor chip 10 has five electrode pads 22 formed thereon. The semiconductor device 100 has five signal terminals 80 corresponding to these five electrode pads 22 respectively. These five electrode pads 22 and five signal terminals 80 are electrically connected via wires 81 .

信号端子80におけるワイヤ81の接続側が封止樹脂90によって被覆されている。信号端子80の先端側が封止樹脂90から露出されている。この信号端子80の先端側がドライバ基板にはんだなどによって接続される。 A wire 81 connection side of the signal terminal 80 is covered with a sealing resin 90 . The tip side of the signal terminal 80 is exposed from the sealing resin 90 . The tip side of the signal terminal 80 is connected to the driver board by soldering or the like.

<封止樹脂>
封止樹脂90は例えばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂90は例えばトランスファモールド法で成形される。図1に示すように封止樹脂90はz方向に並ぶ一面90aとその裏面90b、および、これらを連結する側面90cを有する。
<Encapsulation resin>
The sealing resin 90 is made of epoxy resin, for example. The sealing resin 90 is molded by, for example, a transfer molding method. As shown in FIG. 1, the sealing resin 90 has one surface 90a and a back surface 90b arranged in the z direction, and a side surface 90c connecting them.

封止樹脂90から露出した上側導電部61の第1放熱面61bが、封止樹脂90の一面90aと面一になっている。この第1放熱面61bと一面90aそれぞれに第1冷却部210側の電気絶縁部材230が接触している。 The first heat radiation surface 61 b of the upper conductive portion 61 exposed from the sealing resin 90 is flush with the one surface 90 a of the sealing resin 90 . An electrical insulating member 230 on the first cooling section 210 side is in contact with each of the first heat radiation surface 61b and the one surface 90a.

同様にして、封止樹脂90から露出した下側導電部62の第2放熱面62bが、封止樹脂90の裏面90bと面一になっている。この第2放熱面62bと裏面90bそれぞれに第2冷却部220側の電気絶縁部材230が接触している。 Similarly, the second heat dissipation surface 62b of the lower conductive portion 62 exposed from the sealing resin 90 is flush with the rear surface 90b of the sealing resin 90. As shown in FIG. The electrical insulating member 230 on the side of the second cooling section 220 is in contact with each of the second heat radiation surface 62b and the back surface 90b.

また、通電端子70と信号端子80それぞれの先端側は封止樹脂90の側面90cから露出している。側面90cにおける通電端子70の露出面と信号端子80の露出面とはy方向で離間している。通電端子70と信号端子80それぞれの先端側は、互いに封止樹脂90から離間する態様でy方向に延びている。 Further, the leading end sides of the conductive terminals 70 and the signal terminals 80 are exposed from the side surface 90 c of the sealing resin 90 . The exposed surface of the conducting terminal 70 and the exposed surface of the signal terminal 80 on the side surface 90c are separated in the y direction. The leading end sides of the energizing terminal 70 and the signal terminal 80 extend in the y-direction so as to be separated from the sealing resin 90 .

<導電部材>
上記したように半導体チップ10、ターミナル50、および、主導電部60は第1はんだ91~第3はんだ93によって接続される。そのため、図1および図4に示すようにこれら複数のはんだのz方向に直交する平面での中央側はz方向の厚さが一定になっている。それに反して、複数のはんだのz方向に直交する平面での端側は、z方向の厚さの薄いメニスカス形状の薄肉部になっている。なお、図4では第1はんだ91、エミッタ電極20、および、コレクタ電極21の図示を省略している。
<Conductive member>
As described above, the semiconductor chip 10, the terminals 50, and the main conductive portion 60 are connected by the first to third solders 91-93. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 4, the thickness in the z direction is constant on the central side of the plane orthogonal to the z direction of the plurality of solders. On the other hand, the end sides of the plurality of solders on the plane orthogonal to the z-direction are meniscus-shaped thin-walled portions having a thin thickness in the z-direction. 4, illustration of the first solder 91, the emitter electrode 20, and the collector electrode 21 is omitted.

<薄肉部>
第1はんだ91は上側導電部61の第1接続面61aとターミナル50の上面50aとに接着する。第1接続面61aは上面50aよりも面積が広くなっている。そのために第1はんだ91は、第1接続面61aと上面50aとの間に濡れ広がるとともに、第1接続面61aにおける上面50aとのz方向での対向領域の外側にも濡れ広がる。この第1接続面61aにおける上面50aとの対向領域の外側に、第1はんだ91の薄肉部が形成される。第1はんだ91の薄肉部はz方向まわりの周方向でターミナル50の上面50aを囲む態様で環状を成している。
<Thin part>
The first solder 91 adheres to the first connecting surface 61 a of the upper conductive portion 61 and the upper surface 50 a of the terminal 50 . The area of the first connection surface 61a is wider than that of the upper surface 50a. Therefore, the first solder 91 wets and spreads between the first connection surface 61a and the top surface 50a, and also wets and spreads outside the region of the first connection surface 61a facing the top surface 50a in the z direction. A thin portion of the first solder 91 is formed outside the region of the first connection surface 61a facing the upper surface 50a. The thin portion of the first solder 91 has an annular shape surrounding the upper surface 50a of the terminal 50 in the circumferential direction around the z direction.

第2はんだ92はターミナル50の下面50bと半導体チップ10のエミッタ電極20とに接着する。下面50bはエミッタ電極20よりも面積が狭くなっている。そのために第2はんだ92は、下面50bとエミッタ電極20との間に濡れ広がるとともに、エミッタ電極20における下面50bとのz方向での対向領域の外側にも濡れ広がる。このエミッタ電極20における下面50bとの対向領域の外側に、第2はんだ92の薄肉部が形成される。第2はんだ92の薄肉部はz方向まわりの周方向でターミナル50の下面50bを囲む態様で環状を成している。 The second solder 92 adheres to the lower surface 50b of the terminal 50 and the emitter electrode 20 of the semiconductor chip 10. As shown in FIG. The area of the lower surface 50 b is narrower than that of the emitter electrode 20 . Therefore, the second solder 92 wets and spreads between the lower surface 50b and the emitter electrode 20, and also wets and spreads outside the region of the emitter electrode 20 facing the lower surface 50b in the z direction. A thin portion of the second solder 92 is formed outside the region of the emitter electrode 20 facing the lower surface 50b. The thin portion of the second solder 92 has an annular shape surrounding the lower surface 50b of the terminal 50 in the circumferential direction around the z-direction.

第3はんだ93は半導体チップ10の第2主面11bのコレクタ電極21と下側導電部62の第2接続面62aとに接着する。コレクタ電極21は第2接続面62aよりも面積が狭くなっている。そのために第3はんだ93は、コレクタ電極21と第2接続面62aとの間に濡れ広がるとともに、第2接続面62aにおけるコレクタ電極21とのz方向での対向領域の外側にも濡れ広がる。この第2接続面62aにおけるコレクタ電極21との対向領域の外側に、第3はんだ93の薄肉部が形成される。第3はんだ93の薄肉部はz方向まわりの周方向でコレクタ電極21を囲む態様で環状を成している。 The third solder 93 adheres to the collector electrode 21 on the second main surface 11 b of the semiconductor chip 10 and the second connecting surface 62 a of the lower conductive portion 62 . The area of the collector electrode 21 is narrower than that of the second connection surface 62a. Therefore, the third solder 93 wets and spreads between the collector electrode 21 and the second connection surface 62a, and also wets and spreads outside the region of the second connection surface 62a facing the collector electrode 21 in the z direction. A thin portion of the third solder 93 is formed outside the region facing the collector electrode 21 on the second connection surface 62a. The thin portion of the third solder 93 has an annular shape surrounding the collector electrode 21 in the circumferential direction around the z direction.

ターミナル50は第1放熱部材に相当する。第2はんだ92は第1導電部材に相当する。エミッタ電極20は第1通電電極に相当する。コレクタ電極21は第2通電電極に相当する。第3はんだ93は第2導電部材に相当する。下側導電部62は第2放熱部材に相当する。 Terminal 50 corresponds to a first heat radiation member. The second solder 92 corresponds to the first conductive member. The emitter electrode 20 corresponds to the first conducting electrode. The collector electrode 21 corresponds to a second conducting electrode. The third solder 93 corresponds to a second conductive member. The lower conductive portion 62 corresponds to a second heat dissipation member.

<第2はんだの薄肉部>
図3にターミナル50の下面50bのz方向に沿ったエミッタ電極20への投影領域を破線で囲って示す。それとともにエミッタ電極20の形成領域を実線で囲って示す。
<Thin part of the second solder>
FIG. 3 shows a projection area of the lower surface 50b of the terminal 50 onto the emitter electrode 20 along the z-direction surrounded by a dashed line. At the same time, the region where the emitter electrode 20 is formed is shown surrounded by a solid line.

図3に明示するように、ターミナル50の下面50bのz方向に沿ったエミッタ電極20側への投影領域は、第1主面11aにおけるエミッタ電極20の形成領域内に収まっている。そのために下面50bの投影領域の端を示す破線の区画線と、エミッタ電極20の端を示す実線の区画線との間に環状の領域が形成される。この環状の領域に、第2はんだ92のメニスカス形状の薄肉部が形成されている。第2はんだ92の薄肉部はエミッタ電極20の端側の領域に接続されている。図4においては、下面50bの投影領域とその外側との境に、破線で境界線BLを図示している。 As clearly shown in FIG. 3, the projection area of the lower surface 50b of the terminal 50 along the z-direction toward the emitter electrode 20 is within the formation area of the emitter electrode 20 on the first main surface 11a. Therefore, an annular region is formed between the dashed demarcation line indicating the end of the projection region of the lower surface 50 b and the solid demarcation line indicating the end of the emitter electrode 20 . A meniscus-shaped thin portion of the second solder 92 is formed in this annular region. A thin portion of the second solder 92 is connected to the end side region of the emitter electrode 20 . In FIG. 4, a boundary line BL is illustrated by a dashed line on the boundary between the projection area of the lower surface 50b and the outside thereof.

<放熱性能>
上記したように半導体基板11の第1主面11aにエミッタ電極20が部分的に形成され、第2主面11bにコレクタ電極21が全面的に形成されている。図2および図3などに示すようにエミッタ電極20は半導体基板11の中央側に形成されるものの、半導体基板11の端側での形成領域が少なくなっている。
<Heat dissipation performance>
As described above, the emitter electrode 20 is partially formed on the first main surface 11a of the semiconductor substrate 11, and the collector electrode 21 is formed entirely on the second main surface 11b. As shown in FIGS. 2 and 3, the emitter electrode 20 is formed on the central side of the semiconductor substrate 11, but the formation area on the edge side of the semiconductor substrate 11 is small.

そのために半導体基板11の中央側ではエミッタ電極20に付着される第2はんだ92とコレクタ電極21に付着される第3はんだ93の両方を介して、半導体チップ10で生じたジュール熱が主導電部60に熱伝導される。しかしながら半導体基板11の端側ではコレクタ電極21に付着される第3はんだ93を介して半導体チップ10で生じたジュール熱が主導電部60に熱伝導される。このために半導体基板11の中央側に比べて端側の放熱性能がおおむね半分程度になっている。係る放熱性能の差があるため、半導体基板11の中央側の通電能力に比べて、半導体基板11の端側の通電能力が半分以下の構成が望ましい。 Therefore, on the central side of the semiconductor substrate 11, Joule heat generated in the semiconductor chip 10 is transferred to the main conductive portion through both the second solder 92 attached to the emitter electrode 20 and the third solder 93 attached to the collector electrode 21. 60 is thermally conducted. However, Joule heat generated in the semiconductor chip 10 is conducted to the main conductive portion 60 via the third solder 93 attached to the collector electrode 21 on the edge side of the semiconductor substrate 11 . For this reason, the heat dissipation performance of the edge side of the semiconductor substrate 11 is about half that of the center side. Due to such a difference in heat dissipation performance, it is desirable to have a configuration in which the current carrying capacity on the edge side of the semiconductor substrate 11 is half or less of the current carrying capacity on the central side of the semiconductor substrate 11 .

<通電能力差>
図2に基づいて説明したように、半導体基板11には通電領域の区画された複数の微小なIGBT13とダイオード14が形成される。これら複数のIGBT13とダイオード14に、以下に例示する構成を採用することで、複数のIGBT13とダイオード14の通電能力に差を設けることができる。単位形成領域当たりに含まれるIGBT13とダイオード14の通電能力に差を設けることができる。以下においては、単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差を設ける構成を例示する。
<Electrical capacity difference>
As described with reference to FIG. 2, the semiconductor substrate 11 is formed with a plurality of small IGBTs 13 and diodes 14 each having a sectioned conducting region. By adopting the configuration illustrated below for the plurality of IGBTs 13 and diodes 14 , it is possible to provide a difference in current-carrying capability between the plurality of IGBTs 13 and diodes 14 . It is possible to provide a difference in current-carrying capability between the IGBT 13 and the diode 14 included per unit formation area. In the following, a configuration in which the current carrying capacity of the IGBTs 13 included in each unit formation region is differentiated will be exemplified.

図2に示すように、1つのエミッタ層15aのy方向の長さをL1とする。y方向で並ぶ1組のエミッタ層15aとコンタクト層15bのy方向の長さをL2とする。L1/L2の値を平面方向で変化させる。こうすることで、単位形成領域当たりに含まれる第1電極層15のチャネルの形成されやすさに差を設けることができる。短絡時の飽和電流量に差を設けることができる。これにより、単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差を設けることができる。エミッタ層15aが第1不純物層に相当する。コンタクト層15bが第2不純物層に相当する。なお、上記の長さL1,L2の寸法を変動させることは、ウェハプロセスの第1電極層15を形成する際に用いるマスクの形成パターンを変えることで行うことができる。そのために新たな製造工程を追加しなくともよい。 As shown in FIG. 2, the length of one emitter layer 15a in the y direction is L1. Let L2 be the length in the y direction of a pair of the emitter layer 15a and the contact layer 15b arranged in the y direction. The value of L1/L2 is varied in the planar direction. By doing so, it is possible to provide a difference in the easiness of formation of the channel of the first electrode layer 15 included in each unit formation area. A difference can be provided in the amount of saturation current during a short circuit. As a result, a difference can be provided in the energization capability of the IGBTs 13 included in each unit formation area. Emitter layer 15a corresponds to a first impurity layer. Contact layer 15b corresponds to a second impurity layer. It should be noted that the dimensions of the lengths L1 and L2 can be changed by changing the formation pattern of the mask used when forming the first electrode layer 15 in the wafer process. Therefore, it is not necessary to add a new manufacturing process.

例えば、平面方向における半導体基板11の中央側でL1/L2=0.8とし、半導体基板11の端側でL1/L2=0.2とする。こうすることで、半導体基板11の端側のIGBT13の通電能力が半導体基板11の中央側のIGBT13の通電能力よりも低くなる。特に上記例の場合、半導体基板11の端側の通電能力が中央側と比べて半分以下になる。 For example, L1/L2=0.8 on the center side of the semiconductor substrate 11 in the planar direction, and L1/L2=0.2 on the edge side of the semiconductor substrate 11 . By doing so, the conducting ability of the IGBTs 13 on the edge side of the semiconductor substrate 11 becomes lower than the conducting ability of the IGBTs 13 on the central side of the semiconductor substrate 11 . Particularly in the case of the above example, the current carrying capacity of the edge side of the semiconductor substrate 11 is less than half that of the central side.

また、複数のIGBT13それぞれの備えるエミッタ層15aに対するエミッタ電極20の形成面積(接触面積)に差を持たせる。この接触面積を狭めることで通電能力を低くすることができる。 Moreover, the formation area (contact area) of the emitter electrode 20 with respect to the emitter layer 15a provided for each of the plurality of IGBTs 13 is made different. By narrowing this contact area, it is possible to lower the current-carrying capacity.

平面方向におけるIGBT13の単位形成領域当たりの形成密度に差を設ける。例えば複数のトレンチゲート電極19の隣接間隔に差を設けることで、IGBT13の単位形成領域当たりの形成密度に差を設ける。複数のトレンチゲート電極19の隣接間隔を広げることで、IGBT13におけるトレンチゲート電極19と接続される領域の密度を低めることができる。チャネルの形成密度を狭めることで、通電能力を低くすることができる。 A difference is provided in the formation density per unit formation area of the IGBTs 13 in the planar direction. For example, by providing a difference in adjacent intervals between the plurality of trench gate electrodes 19, a difference is provided in the density of formation of the IGBTs 13 per unit formation area. By increasing the distance between adjacent trench gate electrodes 19, the density of the regions of the IGBT 13 connected to the trench gate electrodes 19 can be reduced. By narrowing the formation density of the channels, the current carrying capacity can be lowered.

複数のトレンチゲート電極19のうちの一部にゲート電圧を印加する。複数のトレンチゲート電極19の一部をアクティブにし、他をノンアクティブにする。こうすることで単位形成領域当たりのチャネルの形成密度に差を設ける。これにより単位形成領域当たりのIGBT13の通電能力に差を設ける。この構成の場合、複数のトレンチゲート電極19の隣接間隔は一定でもよい。 A gate voltage is applied to some of the plurality of trench gate electrodes 19 . Some of the plurality of trench gate electrodes 19 are activated and others are deactivated. By doing so, a difference is provided in the channel formation density per unit formation area. Thereby, a difference is provided in the energization capability of the IGBT 13 per unit formation area. In this configuration, the intervals between adjacent trench gate electrodes 19 may be constant.

複数のトレンチゲート電極19のうちのゲート電圧の印加されるトレンチゲート電極19の比率を、半導体基板11の中央側よりも端側で少なくする。例えば、ゲート電圧の印加されるトレンチゲート電極19の比率を、半導体基板11の中央側に比べて端側で半分以下にする。これにより、半導体基板11の端側のIGBT13の通電能力が半導体基板11の中央側のIGBT13の通電能力と比べて半分以下になる。 A ratio of the trench gate electrodes 19 to which a gate voltage is applied among the plurality of trench gate electrodes 19 is made smaller on the edge side of the semiconductor substrate 11 than on the center side. For example, the ratio of the trench gate electrodes 19 to which the gate voltage is applied is less than half on the edge side of the semiconductor substrate 11 compared to the center side. As a result, the conducting capability of the IGBTs 13 on the edge side of the semiconductor substrate 11 is less than half of the conducting capability of the IGBTs 13 on the central side of the semiconductor substrate 11 .

複数のIGBT13それぞれの備えるエミッタ層15aやコレクタ層の不純物濃度に差を設ける。不純物濃度を低めることで通電能力を低くすることができる。エミッタ層15aとコレクタ層が導電領域に相当する。 A difference is provided in the impurity concentration of the emitter layer 15a and the collector layer provided for each of the plurality of IGBTs 13 . By lowering the impurity concentration, the current carrying capacity can be lowered. The emitter layer 15a and the collector layer correspond to conductive regions.

半導体基板11の内部に欠陥を形成する。そしてその欠陥の数を複数のIGBT13で差を設ける。欠陥の数が多いほどにホールのライフタイムが縮まる。そのため、欠陥の数を多くすることで通電能力を低くすることができる。 A defect is formed inside the semiconductor substrate 11 . Then, the number of defects is differentiated between the plurality of IGBTs 13 . The larger the number of defects, the shorter the hole lifetime. Therefore, by increasing the number of defects, the current-carrying capacity can be lowered.

上記したトレンチゲート電極19はゲート酸化膜を備えている。このゲート酸化膜の厚みに差を設けることで単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差を設ける。ゲート酸化膜が厚くなるほどにチャネルが形成されがたくなる。そのためにゲート酸化膜を厚くすることで通電能力を低くすることができる。 The trench gate electrode 19 described above comprises a gate oxide film. By providing a difference in the thickness of the gate oxide film, a difference is provided in the conduction capability of the IGBT 13 included in each unit formation area. The thicker the gate oxide film, the more difficult it is to form a channel. Therefore, by thickening the gate oxide film, the current-carrying ability can be lowered.

また、ベース層16の不純物濃度に差を設けることで単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差を設ける。ベース層16の不純物濃度が高まるほどにチャネルが形成されがたくなる。そのためにベース層16の不純物濃度を高めることで通電能力を低くすることができる。第1電極層15が第1導電領域に相当する。第2電極層18が第2導電領域に相当する。ベース層16が通電層に相当する。 Further, by providing a difference in the impurity concentration of the base layer 16, a difference is provided in the conduction capability of the IGBTs 13 included in each unit formation region. As the impurity concentration of the base layer 16 increases, it becomes more difficult to form a channel. Therefore, by increasing the impurity concentration of the base layer 16, the current carrying capability can be lowered. The first electrode layer 15 corresponds to the first conductive region. The second electrode layer 18 corresponds to the second conductive region. The base layer 16 corresponds to the conductive layer.

第2電極層18の備えるコレクタ層とカソード層の形成比率に差を設ける。コレクタ層に対するカソード層の形成比率が高まるほどに、平面方向における単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力を低くすることができる。 A difference is provided in the formation ratio of the collector layer and the cathode layer included in the second electrode layer 18 . As the formation ratio of the cathode layer to the collector layer increases, the current-carrying capability of the IGBT 13 included per unit formation area in the planar direction can be lowered.

なお、半導体基板11には半導体素子12としてIGBT13などの電力変換装置の回路を構成する能動素子のみが形成された構成を採用することができる。 It should be noted that the semiconductor substrate 11 may employ a configuration in which only active elements, such as the IGBT 13 , which constitute the circuit of the power conversion device, are formed as the semiconductor elements 12 .

係る変形例において、単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差を設けるためには、上記したようにIGBT13を構成する不純物含有層やエミッタ電極20との接触面積に差を設けたり、半導体基板11に非通電領域を複数形成したりする。単位形成領域当たりに含まれる通電領域と非通電領域の形成比率に差を設けることで、単位形成領域当たりに含まれる通電領域に差を設けることができる。 In this modified example, in order to provide a difference in the current-carrying capability of the IGBT 13 included in each unit formation region, as described above, a difference is provided in the contact area between the impurity-containing layer constituting the IGBT 13 and the emitter electrode 20, or a semiconductor device is used. A plurality of non-conducting regions may be formed on the substrate 11 . By providing a difference in the formation ratio of the energized region and the non-energized region included in each unit formation region, it is possible to provide a difference in the energized region included in each unit formation region.

本実施形態では、以上に示した少なくとも1つの構成を採用することで、半導体基板11に形成される複数の微小なIGBT13の通電能力に差を設けている。具体的に言えば、半導体基板11の第1主面11aに形成されるエミッタ電極20の中央側とz方向で対向するIGBT13の通電能力よりも、エミッタ電極20の端側とz方向で対向するIGBT13の通電能力を低めている。換言すれば、エミッタ電極20に全面的に付着する第2はんだ92の付着領域の中央側とz方向で並ぶIGBT13の通電能力よりも、この付着領域の端側とz方向で並ぶIGBT13の通電能力を低めている。 In this embodiment, by adopting at least one of the configurations described above, a difference is provided in the current-carrying capability of the plurality of minute IGBTs 13 formed on the semiconductor substrate 11 . More specifically, the IGBT 13 facing the center side of the emitter electrode 20 formed on the first main surface 11a of the semiconductor substrate 11 in the z direction faces the end side of the emitter electrode 20 in the z direction rather than the conducting capability of the IGBT 13. The energization capability of the IGBT 13 is lowered. In other words, the conduction capability of the IGBTs 13 aligned in the z-direction with the end side of the adhesion region is lower than the conduction capability of the IGBTs 13 aligned in the z-direction with the center side of the adhesion region of the second solder 92 that is entirely attached to the emitter electrode 20 . lowering

図3に基づいて説明すれば、破線で囲まれたターミナル50の下面50bの投影領域直下にある第2はんだ92の中央側とz方向で並ぶIGBT13の通電能力を一定にしている。そして、下面50bの投影領域の端を示す破線の区画線と、エミッタ電極20の端を示す実線の区画線との間に位置する環状の第2はんだ92の端側とz方向で並ぶIGBT13の通電能力を低めている。すなわち、第2はんだ92のメニスカス形状の薄肉部とz方向で並ぶIGBT13の通電能力を低めている。 Referring to FIG. 3, the conduction capability of the IGBTs 13 aligned in the z-direction with the central side of the second solder 92 immediately below the projection area of the lower surface 50b of the terminal 50 surrounded by the dashed line is made constant. IGBTs 13 aligned in the z-direction with the end side of the annular second solder 92 located between the dashed demarcation line indicating the end of the projection area of the lower surface 50 b and the solid demarcation line indicating the end of the emitter electrode 20 . It reduces the current carrying capacity. That is, the current-carrying capability of the meniscus-shaped thin portion of the second solder 92 and the IGBT 13 arranged in the z-direction is lowered.

図4において、単位形成領域当たりに含まれるIGBT13の通電能力に差のある領域を、半導体基板11に施すハッチングに差を設けることで明示している。ハッチングの粗密が粗くなればなるほどに通電能力が低くなることを示している。半導体基板11における、第2はんだ92の付着領域の中央側の直下領域、第2はんだ92の付着領域の端側の直下領域、および、IGBT13の非形成領域の順に、施すハッチングの粗密を粗くしている。 In FIG. 4 , regions with different current-carrying capabilities of the IGBTs 13 included in each unit formation region are clearly shown by providing different hatchings on the semiconductor substrate 11 . It is shown that the rougher the hatching density, the lower the current-carrying ability. In the semiconductor substrate 11, the density of the hatching applied is made coarser in the order of the region immediately below the center side of the adhesion region of the second solder 92, the region immediately below the end side of the adhesion region of the second solder 92, and the non-formation region of the IGBT 13 in this order. ing.

係る構成により、通電能力の一定なIGBT13と第2はんだ92のz方向の厚さの一定な部位とがz方向で並ぶ。それとともに、通電能力の低いIGBT13と第2はんだ92のz方向の厚さの薄い薄肉部とがz方向で並ぶ。 With such a configuration, the IGBT 13 with a constant current-carrying capacity and the portion of the second solder 92 with a constant thickness in the z-direction are aligned in the z-direction. At the same time, the IGBT 13 having a low current-carrying capacity and the thin portion of the second solder 92 having a small thickness in the z-direction are arranged in the z-direction.

なお、ターミナル50の下面50bの投影領域直下にあるIGBT13の通電能力に差を設けてもよい。例えば、この投影領域の中央側に位置するIGBT13の通電能力よりも、投影領域の端側に位置するIGBT13の通電能力を低めてもよい。 In addition, a difference may be provided in the current carrying capacity of the IGBTs 13 directly below the projection area of the lower surface 50 b of the terminal 50 . For example, the conducting ability of the IGBTs 13 positioned on the end side of the projection area may be lower than the conducting ability of the IGBTs 13 positioned on the central side of the projection area.

<作用効果>
これまでに本実施形態で説明した構成によれば、エミッタ電極20の中央側から平面方向において離間した端側とz方向で並ぶIGBT13の通電能力が低くなっている。そのためにこのIGBT13は昇温しがたくなっている。このIGBT13の温度の変化幅の増大が抑制される。したがって、このIGBT13の近傍に位置する第2はんだ92の温度の変化幅の増大が抑制される。温度変化による第2はんだ92の伸縮長の増大が抑制される。熱伸縮による第2はんだ92の損傷が抑制される。
<Effect>
According to the configuration described so far in this embodiment, the conduction capability of the IGBTs 13 arranged in the z-direction on the end side separated from the center side of the emitter electrode 20 in the plane direction is low. Therefore, the temperature of the IGBT 13 is difficult to rise. An increase in the width of change in the temperature of the IGBT 13 is suppressed. Therefore, an increase in the width of change in the temperature of the second solder 92 located near the IGBT 13 is suppressed. An increase in the expansion/contraction length of the second solder 92 due to temperature change is suppressed. Damage to the second solder 92 due to thermal expansion and contraction is suppressed.

平面方向における第2はんだ92の端側の形状は、接着対象であるターミナル50とエミッタ電極20の形状に依存して決定される。そのために第2はんだ92の端側には局所的な応力集中の生じやすい箇所が含まれやすくなる。また、伝熱経路が少ないために第2はんだ92の温度が上昇しやすくなっている。この第2はんだ92の端側の近傍に上記した通電能力の低いIGBT13が位置している。係る構成のため、温度変化による熱伸縮によって、第2はんだ92の端側に損傷の生じることが抑制される。 The shape of the end side of the second solder 92 in the planar direction is determined depending on the shapes of the terminal 50 and the emitter electrode 20 to be bonded. Therefore, the end side of the second solder 92 tends to include locations where local stress concentration is likely to occur. In addition, the temperature of the second solder 92 tends to rise due to the small number of heat transfer paths. The IGBT 13 having a low current-carrying capacity is positioned near the end of the second solder 92 . Due to such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of damage on the end side of the second solder 92 due to thermal expansion and contraction due to temperature change.

エミッタ電極20の端側には第2はんだ92の薄肉部が形成される。薄肉部はz方向の厚さの薄いメニスカス形状を成している。この薄肉部と上記した通電能力の低いIGBT13とがz方向で並んでいる。係る構成のため、第2はんだ92の薄肉部の温度の変化幅の増大が抑制される。温度変化による熱伸縮によって、強度の低い第2はんだ92の薄肉部に損傷の生じることが抑制される。 A thin portion of the second solder 92 is formed on the end side of the emitter electrode 20 . The thin portion has a meniscus shape with a thin thickness in the z direction. This thin portion and the IGBT 13 having a low current-carrying capacity are arranged in the z-direction. Due to such a configuration, an increase in the width of change in the temperature of the thin portion of the second solder 92 is suppressed. Damage to the thin portion of the second solder 92 with low strength due to thermal expansion and contraction due to temperature change is suppressed.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図5および図6に基づいて説明する。以下に示す各実施形態と各変形例に係る半導体装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. The semiconductor devices according to the embodiments and modifications described below have many points in common with those according to the above-described embodiments. Therefore, the description of the common parts will be omitted, and the different parts will be mainly described below. Also, hereinafter, the same reference numerals are given to the same elements as those shown in the above-described embodiment.

第1実施形態では、エミッタ電極20の全面に第2はんだ92が付着される例を示した。そして、半導体基板11におけるエミッタ電極20に付着した第2はんだ92の直下に半導体素子12の形成される例を示した。 In the first embodiment, the example in which the second solder 92 is attached to the entire surface of the emitter electrode 20 is shown. An example in which the semiconductor element 12 is formed immediately below the second solder 92 attached to the emitter electrode 20 on the semiconductor substrate 11 is shown.

これに対して本実施形態では、エミッタ電極20の一部に第2はんだ92が付着される。そして、半導体基板11におけるエミッタ電極20に付着した第2はんだ92の直下と、その直下外に半導体素子12が形成される。図5に、第2はんだ92の直下外に半導体素子12の形成された形成領域Aをハッチングで示す。なお、形成領域Aの半導体素子12にエミッタ電極20の形成されない構成を採用することもできる。第2はんだ92の直下外に位置する半導体素子12が、外領域に位置する半導体素子に相当する。 On the other hand, in this embodiment, the second solder 92 is attached to part of the emitter electrode 20 . Then, the semiconductor element 12 is formed directly below the second solder 92 attached to the emitter electrode 20 on the semiconductor substrate 11 and outside the region directly below. In FIG. 5, a formation region A in which the semiconductor element 12 is formed outside immediately below the second solder 92 is indicated by hatching. A configuration in which the emitter electrode 20 is not formed in the semiconductor element 12 in the formation region A can also be adopted. The semiconductor element 12 positioned outside directly below the second solder 92 corresponds to the semiconductor element positioned in the outer region.

第1実施形態で説明したように、第1主面11aでは5つの電極パッド22がx方向に離間して並んでいる。上記した形成領域Aは、5つの電極パッド22の両端、および、その間に形成されている。 As described in the first embodiment, five electrode pads 22 are spaced apart in the x-direction and arranged side by side on the first main surface 11a. The formation regions A described above are formed at both ends of the five electrode pads 22 and between them.

この形成領域Aに形成された半導体素子12のエミッタ電極20に第2はんだ92が付着されていない。そのために形成領域Aの半導体素子12は放熱性が低まっている。この形成領域Aの温度が局所的に高まる虞がある。 The second solder 92 is not adhered to the emitter electrode 20 of the semiconductor element 12 formed in this forming area A. As shown in FIG. Therefore, the semiconductor element 12 in the formation region A has a lower heat dissipation property. There is a possibility that the temperature of this formation area A may rise locally.

上記した局所的な温度上昇を回避するために、形成領域Aに含まれるIGBT13の通電能力は、第2はんだ92の直下に形成されるIGBT13の通電能力よりも低くなっている。 In order to avoid the local temperature rise described above, the current carrying capability of the IGBT 13 included in the formation region A is lower than the current carrying capability of the IGBT 13 formed immediately below the second solder 92 .

IGBT13の通電能力に差を設けるには、第1実施形態で示した構成を適宜採用すればよい。例えば、図6に具体的に示すように、y方向で並ぶ1組のエミッタ層15aとコンタクト層15bのy方向の長さL2を一定とする。その代わりに、第2はんだ92の直下に形成される1つのエミッタ層15aのy方向の長さL1よりも、第2はんだ92の直下外の形成領域Aに含まれるエミッタ層15aのy方向の長さL1‘を短くする。図6においては、半導体基板11における第2はんだ92の直下と並ぶ領域とその外側との境に、破線で区画線LLを図示している。 In order to provide a difference in the energization capability of the IGBT 13, the configuration shown in the first embodiment may be appropriately adopted. For example, as specifically shown in FIG. 6, the y-direction length L2 of a pair of emitter layer 15a and contact layer 15b arranged in the y-direction is constant. Instead of the y-direction length L1 of one emitter layer 15a formed directly under the second solder 92, the y-direction length of the emitter layer 15a included in the formation region A outside the second solder 92 is Shorten the length L1'. In FIG. 6 , a dividing line LL is illustrated by a dashed line on the boundary between the region of the semiconductor substrate 11 aligned directly below the second solder 92 and the outside thereof.

こうすることで、形成領域Aに含まれるIGBT13の通電能力を低めることができる。形成領域Aの温度が局所的に高まることが抑制される。半導体チップ10の温度分布にバラツキの生じることが抑制される。それとともに、形成領域Aにも半導体素子12が形成されるため、半導体チップ10の出力が向上される。 By doing so, the conducting ability of the IGBTs 13 included in the formation region A can be lowered. A local increase in the temperature of the formation region A is suppressed. Variation in the temperature distribution of the semiconductor chip 10 is suppressed. At the same time, since the semiconductor element 12 is also formed in the formation region A, the output of the semiconductor chip 10 is improved.

なお、本実施形態に係る半導体装置100には、第1実施形態に記載の半導体装置100と同等の構成要素が含まれている。そのため同等の作用効果を奏することは言うまでもない。 The semiconductor device 100 according to the present embodiment includes components equivalent to those of the semiconductor device 100 described in the first embodiment. Therefore, it goes without saying that the same effect can be obtained.

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.

10…半導体チップ、11…半導体基板、11a…第1主面、11b…第2主面、12…半導体素子、13…IGBT、14…ダイオード、15…第1電極層、15a…エミッタ層、15b…コンタクト層、16…ベース層、18…第2電極層、19…トレンチゲート電極、20…エミッタ電極、21…コレクタ電極、50…ターミナル、61…上側導電部、62…下側導電部、91…第1はんだ、92…第2はんだ、93…第3はんだ、100…半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Semiconductor chip 11... Semiconductor substrate 11a... 1st main surface 11b... 2nd main surface 12... Semiconductor element 13... IGBT 14... Diode 15... First electrode layer 15a... Emitter layer 15b Contact layer 16 Base layer 18 Second electrode layer 19 Trench gate electrode 20 Emitter electrode 21 Collector electrode 50 Terminal 61 Upper conductive portion 62 Lower conductive portion 91 ...first solder 92...second solder 93...third solder 100...semiconductor device

Claims (14)

厚さ方向に並ぶ第1主面(11a)とその裏側の第2主面(11b)を備える半導体基板(11)、前記厚さ方向に直交する平面に沿う平面方向に並ぶ態様で前記半導体基板に形成された複数の半導体素子(12)、前記第1主面に形成された第1通電電極(20)、および、前記第2主面に形成された第2通電電極(21)を備える半導体チップ(10)と、
前記第1通電電極に第1導電部材(92)を介して連結される第1放熱部材(50)と、
前記第2通電電極に第2導電部材(93)を介して連結される第2放熱部材(62)と、を有し、
前記第1通電電極の形成された前記第1主面側に付着される前記第1導電部材の第1付着領域は、前記第2通電電極の形成された前記第2主面側に付着される前記第2導電部材の第2付着領域よりも面積が狭く、
前記第1付着領域の中央側と前記厚さ方向で並ぶ前記半導体素子の通電能力は、前記平面方向において前記第1付着領域の中央側から離間した前記半導体素子の通電能力よりも高くなっており、
前記半導体基板の内部には、複数の前記半導体素子として、IGBT(13)と、ダイオード(14)とがそれぞれ複数形成され、
複数の前記半導体素子の前記第1通電電極および前記第2通電電極のうちの一方と接続される導電領域(18)には、前記IGBTを形成するためのコレクタ層と、前記ダイオードを形成するためのカソード層とが含まれ、
単位形成領域当たりの前記コレクタ層と前記カソード層との形成比率に差があることで、複数の前記IGBTの単位形成領域当たりの通電能力に差がある半導体装置。
A semiconductor substrate (11) having a first main surface (11a) arranged in a thickness direction and a second main surface (11b) on the back side thereof, and the semiconductor substrate arranged in a plane direction along a plane orthogonal to the thickness direction. a plurality of semiconductor elements (12) formed on a semiconductor device, a first current-carrying electrode (20) formed on the first main surface, and a second current-carrying electrode (21) formed on the second main surface. a chip (10);
a first heat radiation member (50) connected to the first conducting electrode via a first conductive member (92);
a second heat dissipation member (62) connected to the second current-carrying electrode via a second conductive member (93);
A first attachment region of the first conductive member attached to the first main surface side on which the first conducting electrode is formed is attached to the second main surface side on which the second conducting electrode is formed. The area is narrower than the second attachment region of the second conductive member,
The conducting capability of the semiconductor element aligned in the thickness direction with the central side of the first attachment region is higher than the conducting capability of the semiconductor element spaced apart from the central side of the first attaching region in the planar direction. cage,
A plurality of IGBTs (13) and a plurality of diodes (14) are formed as the plurality of semiconductor elements inside the semiconductor substrate,
A conductive region (18) connected to one of the first conductive electrodes and the second conductive electrodes of the plurality of semiconductor elements includes a collector layer for forming the IGBT and a conductive region (18) for forming the diode. a cathode layer of
A semiconductor device having a difference in current carrying capacity per unit formation region of the plurality of IGBTs due to a difference in formation ratio between the collector layer and the cathode layer per unit formation region.
前記第1付着領域の中央側と前記厚さ方向で並ぶ前記半導体素子の通電能力に比べて、前記平面方向において前記第1付着領域の中央側から離間した前記半導体素子の通電能力は半分以下である請求項1に記載の半導体装置。 Compared to the conducting ability of the semiconductor elements arranged in the thickness direction with the central side of the first attaching area, the conducting ability of the semiconductor elements separated from the central side of the first attaching area in the planar direction is half or less. A semiconductor device according to claim 1. 前記第1付着領域の中央側と前記厚さ方向で並ぶ前記半導体素子の通電能力は、前記第1付着領域の端側と前記厚さ方向で並ぶ前記半導体素子の通電能力よりも高い請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 2. The semiconductor element aligned in the thickness direction with the central side of the first attachment region has a higher electrical conductivity than the semiconductor element aligned in the thickness direction with the end side of the first attachment region. 3. The semiconductor device according to claim 2. 前記第1付着領域の端側の少なくとも一部は前記第1放熱部材の前記厚さ方向に沿った前記第1主面側への投影領域外に位置する請求項3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein at least part of an end side of said first attachment region is positioned outside a region projected onto said first main surface along said thickness direction of said first heat radiation member. 前記第1付着領域の中央側と前記厚さ方向で並ぶ前記半導体素子の通電能力は、前記第1主面における前記第1付着領域外の外領域に位置する前記半導体素子の通電能力よりも高い請求項1~4いずれか1項に記載の半導体装置。 Conductivity of the semiconductor element aligned in the thickness direction with respect to the central side of the first attachment region is higher than that of the semiconductor element positioned outside the first attachment region on the first main surface. 5. The semiconductor device according to claim 1. 複数の前記半導体素子の前記第1通電電極の形成面積に差があることで、複数の前記半導体素子の通電能力に差がある請求項1~5いずれか1項に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein a difference in formation area of said first conducting electrodes of said plurality of semiconductor elements results in a difference in conducting ability of said plurality of semiconductor elements. 複数の前記半導体素子の単位形成領域当たりの形成密度に差があることで、複数の前記半導体素子の単位形成領域当たりの通電能力に差がある請求項1~6いずれか1項に記載の半導体装置。 7. The semiconductor according to any one of claims 1 to 6, wherein a difference in formation density per unit formation region of said plurality of semiconductor elements results in a difference in current carrying capability per unit formation region of said plurality of semiconductor elements. Device. 前記半導体基板には、前記半導体素子の一部を構成する第1不純物層(15a)と、前記平面方向において複数の前記第1不純物層の間に位置して複数の前記半導体素子の通電領域を区画する第2不純物層(15b)と、が形成され、
前記平面方向における前記第1不純物層と前記第2不純物層の長さの比に差があることで、複数の前記半導体素子の単位形成領域当たりの通電能力に差がある請求項7に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate includes a first impurity layer (15a) forming part of the semiconductor element, and a plurality of conducting regions of the semiconductor element positioned between the plurality of first impurity layers in the planar direction. A partitioning second impurity layer (15b) is formed,
8. The plurality of semiconductor elements according to claim 7, wherein a difference in length ratio of said first impurity layer and said second impurity layer in said plane direction causes a difference in current carrying capability per unit formation region of said plurality of semiconductor elements. semiconductor device.
前記半導体基板に形成される複数のトレンチゲート電極(19)の前記平面方向での隣接間隔に差があることで、複数の前記半導体素子の単位形成領域当たりの形成密度に差がある請求項7に記載の半導体装置。 8. The plurality of trench gate electrodes (19) formed on the semiconductor substrate have a difference in adjacent spacing in the planar direction, so that there is a difference in formation density per unit formation area of the plurality of semiconductor elements. The semiconductor device according to . 前記平面方向で離間する態様で前記半導体基板に形成される複数のトレンチゲート電極(19)のうちのゲート電圧の印加される比率に差があることで、複数の前記半導体素子の単位形成領域当たりの通電能力に差がある請求項7に記載の半導体装置。 A plurality of trench gate electrodes (19) formed on the semiconductor substrate spaced apart in the planar direction have different ratios of gate voltages applied thereto, so that each of the plurality of semiconductor elements per unit formation region 8. The semiconductor device according to claim 7, wherein there is a difference in current-carrying capability between the two. 複数の前記半導体素子の前記第1通電電極および前記第2通電電極のうちの少なくとも一方と接続される導電領域(15,18)の不純物濃度に差があることで、複数の前記半導体素子の通電能力に差がある請求項1~10いずれか1項に記載の半導体装置。 Conduction of the plurality of semiconductor elements due to difference in impurity concentration of the conductive regions (15, 18) connected to at least one of the first current-carrying electrodes and the second current-carrying electrodes of the plurality of semiconductor elements. 11. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, having different capabilities. 複数の前記半導体素子における、前記第1通電電極に接続される第1導電領域(15)と前記第2通電電極と接続される第2導電領域(18)との間の通電層(16)の不純物濃度に差があることで、複数の前記半導体素子の通電能力に差がある請求項1~11いずれか1項に記載の半導体装置。 a conductive layer (16) between a first conductive region (15) connected to the first conductive electrode and a second conductive region (18) connected to the second conductive electrode in the plurality of semiconductor elements; 12. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, wherein a difference in impurity concentration results in a difference in current-carrying capability of the plurality of semiconductor elements. 前記半導体基板の内部に形成された欠陥の数に差があることで、複数の前記半導体素子の通電能力に差がある請求項1~12いずれか1項に記載の半導体装置。 13. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12, wherein a difference in the number of defects formed inside said semiconductor substrate results in a difference in current carrying capability of said plurality of semiconductor elements. 前記半導体基板に形成される複数のトレンチゲート電極(19)のゲート酸化膜の厚みに差があることで、複数の前記半導体素子の通電能力に差がある請求項1~13いずれか1項に記載の半導体装置。 A plurality of trench gate electrodes (19) formed on the semiconductor substrate have different thicknesses of gate oxide films, so that the plurality of semiconductor elements have different current-carrying capabilities. The semiconductor device described.
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