專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體裝置，詳細地說，涉及在單一的支撐板上安裝多個功率半導體元件并能以小型化的方式來制造的半導體裝置。
背景技術：
在用單一的半導體裝置構成圖3中示出的H型橋式電路(10)的情況下，H型橋式電路(10)具備高壓側的第1晶體管(1)和第3晶體管(3)以及低壓側的第2晶體管(2)和第4晶體管(4)。在第1晶體管(1)的發(fā)射極與第2晶體管(2)的集電極的連接點(A1)與第3晶體管(3)的發(fā)射極與第4晶體管(4)的集電極的連接點(A2)之間連接利用交流電流進行驅動的例如作為冷陰極熒光放電管的負載(6)。
在使H型橋式電路(10)工作時，使第1晶體管(1)和第4晶體管(4)以及第2晶體管(2)和第3晶體管(3)交替地進行導通、關斷工作，通過使其進行開關工作，在連接點(A1)與(A2)之間交替地流過反方向的電流，可使負載(6)工作。這樣來進行第1晶體管(1)至第4晶體管(4)的開關工作，使用直流電壓源可使在連接點(A1)與(A2)之間被連接的冷陰極熒光放電管等點亮。
專利文獻1特開昭55-111151號公報在將圖3中示出的H型橋式電路(10)構筑為單一的半導體裝置時，由于安裝4個第1晶體管(1)至第4晶體管(4)及其控制用IC的支撐板(未圖示)的平面面積變大，故存在半導體裝置的尺寸增大的缺點。因此，應用例如在專利文獻1中被公開的2個半導體元件的層疊技術可縮小半導體裝置的平面面積。專利文獻1示出經非導電性粘接劑層疊了2個半導體元件的電子部件。但是，在層疊功率半導體元件的H型橋式電路中，如果只是層疊半導體元件，則在工作時半導體元件的發(fā)熱集中，不能得到良好的散熱特性，存在半導體元件的電特性惡化的危險。
因此，本發(fā)明的目的在于提供在小的面積上層疊多個半導體元件且能以良好的散熱特性工作的半導體裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一方面的半導體裝置具備具有散熱性的支撐板(5)以及在支撐板(5)上依次被層疊、固定且交替地進行開關工作的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)。如果在支撐板(5)上依次層疊、固定第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)，則既可減少支撐板(5)的占有面積，又可提高集成度。此外，由于使第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)交替地進行開關工作，故一方在導通時，另一方為關斷，可抑制第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)的發(fā)生熱量。
本發(fā)明的第二方面的半導體裝置具備具有散熱性的支撐板(5)；第1半導體元件層疊體(7)，具有在支撐板(5)上依次被層疊、固定的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)；以及第2半導體元件層疊體(8)，具有在支撐板(5)上依次被層疊、固定的第3半導體元件(3)和第4半導體元件(4)，第1半導體元件層疊體(7)的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)以及第2半導體元件層疊體(8)的第3半導體元件(3)和第4半導體元件(4)構成H型橋式電路(10)。第1半導體元件(1)至第4半導體元件(4)分別具有開關元件，第1半導體元件(1)和第4半導體元件(4)以及第2半導體元件(2)和第3半導體元件(3)交替地進行開關工作。通過使第1半導體元件(1)和第4半導體元件(4)以及第2半導體元件(2)和第3半導體元件(3)交替地進行開關工作，能以交流電流驅動連接到直流電源上的H型橋式電路(10)的負載(6)。
本發(fā)明的第三方面的半導體裝置具備具有散熱性的支撐板(5)以及由在支撐板(5)上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)。第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)分別具有開關元件。在第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)之間固定了散熱層(11)，經散熱層(11)互相電連接第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)。由于即使從流過大電流的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)發(fā)生較多的熱量，也可通過在第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)之間被固定了散熱層(11)放出充分的量的熱，故第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)的電特性不會惡化。
本發(fā)明的第四方面的半導體裝置具備具有散熱性的支撐板(5)；第1功率半導體元件層疊體(7)，具有由在支撐板(5)上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)；以及第2功率半導體元件層疊體(8)，具有由在支撐板(5)上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第3半導體元件(3)和第4半導體元件(4)。第1半導體元件(1)、第2半導體元件(2)、第3半導體元件(3)和第4半導體元件(4)分別具有開關元件。在第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)之間固定第1散熱層(11)，在第3半導體元件(3)與第4半導體元件(4)之間固定第2散熱層(12)。經第1散熱層(11)互相電連接第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)，經第2散熱層(12)互相電連接第3半導體元件(3)與第4半導體元件(4)。即使在單一的支撐板(5)上固定第1功率半導體元件層疊體(7)和第2功率半導體元件層疊體(8)，由于能通過在第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)之間以及第3半導體元件(3)與第4半導體元件(4)之間被固定的第1和第2散熱層(11、12)放出充分的量的熱，故第1半導體元件(1)至第4半導體元件(4)的電特性不會惡化。再者，由于經第1和第2散熱層(11、12)互相電連接第1半導體元件(1)與第2半導體元件(2)以及第3半導體元件(3)與第4半導體元件(4)，故縮短流過第1功率半導體元件層疊體(7)和第2功率半導體元件層疊體(8)的電流的連線路徑，可抑制因電流的連線路徑的延長導致的噪聲發(fā)生和功率損耗。
在本發(fā)明的半導體裝置中，可得到下述的半導體裝置即使在多個半導體元件中流過大的電流，也不發(fā)生過度的發(fā)熱，抑制了電特性的惡化，延長了壽命，具有良好的可靠性。


圖1是示出利用樹脂封裝體覆蓋前的狀態(tài)的本發(fā)明的半導體裝置的側面圖。
圖2是示出利用樹脂封裝體覆蓋的狀態(tài)的本發(fā)明的半導體裝置的平面圖。
圖3是示出以前的H型橋式電路的電路圖。
具體實施例方式
以下，利用圖1和圖2，說明構成圖3中示出的H型橋式電路的本發(fā)明的半導體裝置的實施形態(tài)。在圖1和圖2中，對與圖3中示出的部分為同一部位附以同一符號。
本發(fā)明的第一方面的半導體裝置具備具有散熱性的銅或鋁等的金屬制的支撐板(5)；在支撐板(5)上被固定的第1半導體元件層疊體(第1功率半導體元件層疊體)(7)；在支撐板(5)上被固定的第2半導體元件層疊體(第2功率半導體元件層疊體)(8)；以及在第1半導體元件層疊體(7)與第2半導體元件層疊體(8)之間由在支撐板(5)上被固定的半導體集成電路構成的控制電路(13)。第1半導體元件層疊體(7)具有在支撐板(5)上依次被層疊、固定的第1晶體管(第1半導體元件，第1功率半導體元件或第1開關元件)(1)和第2晶體管(第2半導體元件，第2功率半導體元件或第2開關元件)(2)，第2半導體元件層疊體(8)具有在支撐板(5)上依次被層疊、固定的第3晶體管(第3半導體元件，第3功率半導體元件或第3開關元件)(3)和第4晶體管(第4半導體元件，第4功率半導體元件或第4開關元件)(4)。第1晶體管(1)至第4晶體管(4)是構成圖3中示出的H型橋式電路(10)的4個功率晶體管的例如絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)。
雖然未圖示，但第1晶體管(1)至第4晶體管(4)具有半導體襯底、在半導體襯底的上面被電連接的基極和發(fā)射極以及在半導體襯底的下面被電連接的集電極。利用在發(fā)射極與基極之間設置的層間絕緣膜(9)電分離發(fā)射極與基極。第1晶體管(1)的集電極經焊料(焊錫)(14)被固定在支撐板(5)上，第1晶體管(1)的發(fā)射極經焊料(焊錫)(15)被固定在第1散熱層(11)上。第2晶體管(2)的集電極經焊料(16)被固定在第1散熱層(11)上，第2晶體管(2)的發(fā)射極被配置在最上部。同樣，第3晶體管(3)的集電極經焊料(焊錫)(17)被固定在支撐板(5)上，第3晶體管(3)的發(fā)射極經焊料(焊錫)(18)被固定在第2散熱層(12)上。第4晶體管(4)的集電極經焊料(19)被固定在第2散熱層(12)上，第4晶體管(4)的發(fā)射極被配置在最上部。在圖示的實施形態(tài)中，第1和第2散熱層(11、12)使用由銅或鋁等的金屬形成的散熱板，也稱為主要使從第2晶體管(2)和第4晶體管(4)發(fā)生的熱放出到外部的散熱器。也可利用厚度較薄的焊錫層形成散熱層(11、12)來代替利用散熱板來形成。如圖2中所示，將第1晶體管(1)至第4晶體管(4)的各發(fā)射極、集電極和基極連接成圖3中示出的電路結構，同時連接與第1半導體元件層疊體(7)、第2半導體元件層疊體(8)和控制電路(13)的電極連接的多條外部引線(20)，利用樹脂封裝體(21)覆蓋半導體裝置整體，但將外部引線(20)從樹脂封裝體(21)導出到外部。
在工作時，將支撐板(5)連接到未圖示的直流電源的正側端子上，將第2晶體管(2)和第4晶體管(4)的各發(fā)射極連接到直流電源的負側端子上。將第1晶體管(1)至第4晶體管(4)的各基極連接到由半導體集成電路構成的控制電路(13)上，從控制電路(13)接受控制信號。在第1晶體管(1)和第4晶體管(4)導通時，第2晶體管(2)和第3晶體管(3)成為關斷狀態(tài)，在負載(6)中流過一個方向的電流(11)，其后，在第1晶體管(1)和第4晶體管(4)被轉換為關斷狀態(tài)，第2晶體管(2)和第3晶體管(3)被轉換為導通狀態(tài)時，在負載(6)中流過另一方向的電流(12)，利用交流電流使負載(6)工作。
本實施形態(tài)的半導體裝置在下述的方面與以前的半導體裝置不同。
<1>在高壓側的第1晶體管(1)和第3晶體管(3)上固定低壓側的第2晶體管(2)和第4晶體管(4)，構成第1和第2半導體元件層疊體(7、8)，在單一的支撐板(5)上固定在第1半導體元件層疊體(7)與第2半導體元件層疊體(8)之間設置的控制電路(13)。
<2>在第1晶體管(1)與第2晶體管(2)之間以及第3晶體管(3)與第4晶體管(4)之間固定金屬制的第1和第2散熱層(11、12)。
<3>第1晶體管(1)和第4晶體管(4)以及第2晶體管(2)和第3晶體管(3)交替地進行開關工作。
<4>在第1晶體管(1)與第2晶體管(2)之間以及第3晶體管(3)與第4晶體管(4)之間經金屬制的第1和第2散熱層(11、12)被電連接。
本實施形態(tài)的半導體裝置具有下述的作用和效果。
由于通過在第1晶體管(1)上固定第2晶體管(2)或在第3晶體管(3)上固定第4晶體管(4)，既可減少支撐板(5)的占有面積，又可提高集成度，同時使第1晶體管(1)和第2晶體管(2)或第3晶體管(3)和第4晶體管(4)交替地進行開關工作，可充分地放出從第1晶體管(1)至第4晶體管(4)分別發(fā)生的熱，可防止第1半導體元件層疊體(7)或第2半導體元件層疊體(8)的過度的溫度上升。
通過使第1晶體管(1)和第4晶體管(4)以及第2晶體管(2)和第3晶體管(3)交替地進行開關工作，能以交流電流驅動連接到直流電源上的H型橋式電路(10)的負載(6)。
由于即使從流過大電流的第1晶體管(1)和第2晶體管(2)發(fā)生較多的熱量，也可通過在第1晶體管(1)與第2晶體管(2)之間被固定的第1散熱層(11)放出充分的量的熱，故第1晶體管(1)和第2晶體管(2)的電特性不會惡化。
即使在單一的支撐板(5)上固定第1功率半導體元件層疊體(7)和第2功率半導體元件層疊體(8)，也能通過在第1晶體管(1)與第2晶體管(2)之間被固定的第1散熱層(11)以及在第3晶體管(3)與第4晶體管(4)之間被固定的第2散熱層(12)放出充分的量的熱，故第1晶體管(1)至第4晶體管(4)的電特性不會惡化。
經第1和第2散熱層(11、12)互相電連接第1晶體管(1)與第2晶體管(2)以及第3晶體管(3)與第4晶體管(4)，故沒有必要另外進行引線鍵合等，縮短了流過第1功率半導體元件層疊體(7)和第2功率半導體元件層疊體(8)的電流的連線路徑，簡化引線連線，可抑制因電流的連線路徑的延長導致的噪聲發(fā)生和功率損耗。
本發(fā)明的上述實施形態(tài)可變更。例如，可使用MOSFET或一般的雙極型晶體管來代替絕緣柵型雙極型晶體管。此外，在此雖將第1半導體元件(1)至第4半導體元件(4)作為晶體管來示出，但也可以是包含晶體管等的開關元件與其它的半導體元件的復合元件。
產業(yè)上利用的可能性可應用于在冷陰極熒光放電管等的驅動裝置中使用的半導體裝置。
權利要求
1.一種半導體裝置，其特征在于，具備具有散熱性的支撐板；以及第1半導體元件和第2半導體元件，在該支撐板上被依次層疊、固定且交替地進行開關工作。
2.如權利要求1中所述的半導體裝置，其特征在于利用功率半導體元件構成上述第1半導體元件和第2半導體元件，在上述第1半導體元件與第2半導體元件之間固定了散熱層。
3.如權利要求2中所述的半導體裝置，其特征在于經上述散熱層電連接了上述第1半導體元件與上述第2半導體元件。
4.一種半導體裝置，其特征在于具備具有散熱性的支撐板；第1半導體元件層疊體，具有在該支撐板上被依次層疊、固定的第1半導體元件和第2半導體元件；以及第2半導體元件層疊體，具有在上述支撐板上依次被層疊、固定的第3半導體元件和第4半導體元件，上述第1半導體元件層疊體的第1半導體元件和第2半導體元件以及上述第2半導體元件層疊體的第3半導體元件和第4半導體元件構成H型橋式電路，上述第1半導體元件至上述第4半導體元件分別具有開關元件，上述第1半導體元件和第4半導體元件以及上述第2半導體元件和第3半導體元件交替地進行開關工作。
5.如權利要求4中所述的半導體裝置，其特征在于構成上述第1半導體元件層疊體的上述第1半導體元件和第2半導體元件的一方以及構成上述第2半導體元件層疊體的上述第3半導體元件和第4半導體元件的一方構成上述H型橋式電路的高壓側開關，構成上述第1半導體元件層疊體的上述第1半導體元件和第2半導體元件的另一方以及構成上述第2半導體元件層疊體的上述第3半導體元件和第4半導體元件的另一方構成上述H型橋式電路的低壓側開關。
6.如權利要求4或5中所述的半導體裝置，其特征在于在構成上述第1半導體元件層疊體的上述第1半導體元件與第2半導體元件之間固定了第1散熱層，在構成上述第2半導體元件層疊體的上述第3半導體元件與第4半導體元件之間形成了第2散熱層。
7.如權利要求4至6的任一項中所述的半導體裝置，其特征在于在上述支撐板上固定了控制上述第1半導體元件至上述第4半導體元件的開關工作的控制電路。
8.一種半導體裝置，其特征在于具備具有散熱性的支撐板；以及由在該支撐板上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第1半導體元件和第2半導體元件，該第1半導體元件和第2半導體元件分別具有開關元件，在上述第1半導體元件與第2半導體元件之間形成了散熱層，上述第1半導體元件與第2半導體元件經上述散熱層互相電連接。
9.一種半導體裝置，其特征在于具備具有散熱性的支撐板；第1功率半導體元件層疊體，具有由在該支撐板上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第1半導體元件和第2半導體元件；以及第2功率半導體元件層疊體，具有由在該支撐板上依次被層疊、固定的功率半導體元件分別構成的第3半導體元件和第4半導體元件，上述第1半導體元件、第2半導體元件、第3半導體元件和第4半導體元件分別具有開關元件，在上述第1半導體元件與第2半導體元件之間形成了第1散熱層，在上述第3半導體元件與第4半導體元件之間形成了第2散熱層，上述第1半導體元件與第2半導體元件經上述第1散熱層互相電連接，上述第3半導體元件與第4半導體元件經上述第2散熱層互相電連接。
全文摘要
在半導體裝置中設置具有散熱性的支撐板(5)以及在支撐板(5)上依次被層疊、固定且交替地進行開關工作的第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)。如果在支撐板(5)上依次層疊、固定第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)，則既可減少支撐板(5)的占有面積，又可提高集成度，使第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)交替地進行開關工作，可抑制第1半導體元件(1)和第2半導體元件(2)的發(fā)生熱量。在小的面積上層疊半導體裝置的多個半導體元件，可使半導體裝置以良好的散熱特性工作。
文檔編號H01L23/36GK1795557SQ20048001430
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權日2003年8月18日
發(fā)明者金澤正喜 申請人:三墾電氣株式會社