DE112019007343T5 - SEMICONDUCTOR UNIT - Google Patents

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Kazutake Kadowaki
Yoshikazu Yaji
Hiroki Shiota
Kunihiko Tajiri
Tetsuya Matsuda
Tetsuo Motomiya
Shigeto Fujita
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Abstract

Diese Halbleitereinheit (1) weist Folgendes auf: einen Halbleiterchip (8); eine leitfähige Basisplatte (4), die mit dem Halbleiterchip (8) verbunden ist; eine isolierende Außenwand (2), die den Halbleiterchip (8) umgibt; eine leitfähige Deckplatte (3), die dem Halbleiterchip (8) gegenüberliegt und die Außenwand (2) verschließt; ein Stromleitungselement (4), das zwischen dem Halbleiterchip (8) und der Deckplatte (3) angeordnet ist und den Halbleiterchip (8) und die Deckplatte (3) verbindet; ein elastisches Element (7), das in einer Aussparung (5a) des Stromleitungselements (5) angeordnet ist und über das Stromleitungselement (5) betätigt wird, so dass es einen Druck auf eine Elektrode des Halbleiterchips (8) ausübt; sowie einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich (5d), der einen Kontakt zwischen der Deckplatte (3) und dem Stromleitungselement (5) aufrechterhält, wobei das Stromleitungselement (5) eine rotationssymmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse (5c) der Vertiefung (5a) aufweist.

Figure DE112019007343T5_0000
This semiconductor unit (1) comprises: a semiconductor chip (8); a conductive base plate (4) connected to the semiconductor chip (8); an insulating outer wall (2) surrounding the semiconductor chip (8); a conductive cover plate (3) facing the semiconductor chip (8) and closing the outer wall (2); a current conducting element (4) which is arranged between the semiconductor chip (8) and the cover plate (3) and connects the semiconductor chip (8) and the cover plate (3); an elastic element (7) which is arranged in a recess (5a) of the current conducting element (5) and is operated via the current conducting element (5) so that it exerts a pressure on an electrode of the semiconductor chip (8); and a current conduction maintaining portion (5d) maintaining contact between the top plate (3) and the current conduction member (5), the current conduction member (5) having a rotationally symmetrical shape with respect to the central axis (5c) of the recess (5a). .
Figure DE112019007343T5_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinheit.The present invention relates to a semiconductor device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es ist eine Halbleitereinheit bekannt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1), die Folgendes aufweist: eine Basisplatte, eine Deckplatte, die so angeordnet ist, dass sie der Basisplatte gegenüberliegt, sowie einen Halbleiterchip mit einer ersten Hauptelektrode, die mit der Basisplatte verbunden ist, und einer zweiten Hauptelektrode, die über ein elektrisches Kontaktelement, an dem eine Federkraft anliegt, mit der Deckplatte verbunden ist. Ein Federelement, bei dem es sich um ein elastisches leitfähiges Element handelt, ist so oberhalb des Halbleiterchips angeordnet, dass die Deckplatte und die Basisplatte kurzgeschlossen sind, auch wenn bei einer Fehlfunktion ein hoher Strom fließt.There is known a semiconductor unit (see, for example, Patent Document 1) comprising: a base plate, a top plate arranged to face the base plate, and a semiconductor chip having a first main electrode connected to the base plate, and a second main electrode which is connected to the cover plate via an electrical contact element to which a spring force is applied. A spring member, which is an elastic conductive member, is arranged above the semiconductor chip so that the top plate and the base plate are short-circuited even if a large current flows in a malfunction.

LITERATURLISTELITERATURE LIST

Patentdokumentpatent document

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2000-223 658 A Patent Document 1: Japanese Patent Application Publication JP 2000-223 658 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Mit der Erfindung zu lösendes ProblemProblem to be solved by the invention

In dem Patentdokument 1 können die Deckplatte und die Basisplatte kurzgeschlossen sein, wenn bei einer Fehlfunktion ein hoher Strom fließt. Wenn ein hoher Strom fließt, wird jedoch an dem mit dem Halbleiterchip verbundenen elektrischen Kontaktelement eine große elektromagnetische Kraft erzeugt, so dass das elektrische Kontaktelement bricht und ein Bogen erzeugt wird, bevor eine Kurzschluss-Fehlfunktion auftritt.In Patent Document 1, the top plate and the base plate may be short-circuited when a large current flows at a malfunction. However, when a large current flows, a large electromagnetic force is generated at the electrical contact member connected to the semiconductor chip, so that the electrical contact member is broken and an arc is generated before a short-circuit malfunction occurs.

Wenn ein Bogen erzeugt wird, so wird das Innere der Halbleitereinheit durch den Bogen beschädigt, und darüber hinaus beeinflusst der Bogen das Äußere der Halbleitereinheit. Um den Einfluss des Bogens auf das Äußere zu verhindern, ist es notwendig, eine spezielle Gehäusestruktur an der Halbleitereinheit anzuordnen, so dass damit ein Problem dahingehend verursacht wird, dass es schwierig wird, die Abmessung der Halbleitereinheit zu reduzieren.When an arc is generated, the inside of the semiconductor unit is damaged by the arc, and moreover, the arc affects the outside of the semiconductor unit. In order to prevent the influence of the arc on the outside, it is necessary to arrange a special packaging structure on the semiconductor unit, thereby causing a problem that it becomes difficult to reduce the size of the semiconductor unit.

Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das vorstehende Problem zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitereinheit anzugeben, bei der das Auftreten eines Bogens verhindert wird und eine Reduktion der Abmessung erreicht wird.The present invention has been conceived to solve the above problem, and the object of the present invention is to provide a semiconductor unit in which occurrence of an arc is prevented and reduction in size is achieved.

Mittel zum Lösen des Problemsmeans of solving the problem

Eine Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Halbleiterchip; eine leitfähige Basisplatte, die mit der einen Oberfläche des Halbleiterchips verbunden ist; eine isolierende äußere Wand, die sich in Kontakt mit der Basisplatte befindet und den Halbleiterchip umgibt; eine leitfähige Deckplatte, die der anderen Oberfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt und die äußere Wand verschließt; ein Stromleitungselement, das zwischen dem Halbleiterchip und der Deckplatte angeordnet ist und den Halbleiterchip und die Deckplatte verbindet; ein elastisches Element, das in einer Aussparung des Stromleitungselements angeordnet ist, die sich auf der Seite der Deckplatte öffnet, wobei das elastische Element über das Stromleitungselement betätigt wird, so dass es einen Druck auf eine Elektrode auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips ausübt; sowie einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich, der einen Kontakt zwischen der Deckplatte und dem Stromleitungselement aufrechterhält, wobei das Stromleitungselement eine rotationssymmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse der Aussparung aufweist.A semiconductor unit according to the present invention includes: a semiconductor chip; a conductive base plate connected to the one surface of the semiconductor chip; an insulating outer wall in contact with the base plate and surrounding the semiconductor chip; a conductive cover plate facing the other surface of the semiconductor chip and closing the outer wall; a current conduction member disposed between the semiconductor chip and the top plate and connecting the semiconductor chip and the top plate; an elastic member disposed in a recess of the current conducting member opening on the top plate side, the elastic member being operated via the current conducting member to press an electrode on the other surface of the semiconductor chip; and a current conduction maintaining portion that maintains contact between the top plate and the current conduction member, the current conduction member having a rotationally symmetrical shape with respect to the central axis of the recess.

Effekt der Erfindungeffect of the invention

Bei der Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten eines Bogens verhindert und eine Reduktion der Abmessung erreicht werden.In the semiconductor unit according to the present invention, occurrence of an arc can be prevented and reduction in size can be achieved.

Figurenlistecharacter list

In den Figuren zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht, die einen speziellen Bereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 3 eine perspektivische transparente Ansicht, die den Aufbau der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 4 eine perspektivische Ansicht, die eine Montage eines speziellen Bereichs der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 5 eine perspektivische Ansicht, die eine Montage der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 6 eine perspektivische transparente Ansicht, die einen weiteren Aufbau der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 7 eine Schnittansicht, die eine weitere schematische Struktur der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 8 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Stromleitungselement der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 9 eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 10 eine perspektivische transparente Ansicht, welche den Aufbau der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 11 eine Schnittansicht entlang einer strichpunktierten Linie A-A in 9;
  • 12 eine perspektivische Ansicht, die eine Montage eines speziellen Bereichs der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 13 eine perspektivische Ansicht, die eine Montage der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 14 eine perspektivische transparente Ansicht, die einen weiteren Aufbau der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 15 eine Schnittansicht, die eine weitere schematische Struktur der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 16 eine Schnittansicht, die eine weitere Struktur entlang einer strichpunktierten Linie A-A in 9 zeigt;
  • 17 eine Schnittansicht, die einen Bereich einer Einheit einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
  • 18 eine Schnittansicht, die ein Kernelement der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
  • 19 eine Schnittansicht, die einen Bereich einer weiteren Einheit der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
  • 20 eine Schnittansicht, die einen Bereich noch einer weiteren Einheit der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
  • 21 eine Schnittansicht, die einen Bereich einer Einheit einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 zeigt;
  • 22 eine Schnittansicht, die einen Bereich einer weiteren Einheit der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 zeigt;
  • 23 eine Schnittansicht, die einen Bereich einer weiteren Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 zeigt;
  • 24 eine Schnittansicht, die einen Bereich noch einer weiteren Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
In the figures show:
  • 1 12 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 2 12 is a perspective view showing a specific portion of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 3 12 is a perspective transparent view showing the structure of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 4 12 is a perspective view showing assembly of a specific portion of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 5 12 is a perspective view showing assembly of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 6 12 is a perspective transparent view showing another configuration of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 7 12 is a sectional view showing another schematic structure of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 8th 12 is a perspective view showing another power conducting member of the semiconductor unit according to Embodiment 1;
  • 9 12 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 10 12 is a perspective transparent view showing the structure of the semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 11 a sectional view along a chain line AA in 9 ;
  • 12 12 is a perspective view showing assembly of a specific portion of the semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 13 12 is a perspective view showing assembly of the semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 14 12 is a perspective transparent view showing another configuration of the semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 15 12 is a sectional view showing another schematic structure of the semiconductor unit according to Embodiment 2;
  • 16 a sectional view showing another structure along a chain line AA in 9 indicates;
  • 17 12 is a sectional view showing a unit portion of a semiconductor unit according to Embodiment 3;
  • 18 12 is a sectional view showing a core element of the semiconductor unit according to Embodiment 3;
  • 19 12 is a sectional view showing a portion of another unit of the semiconductor unit according to Embodiment 3;
  • 20 12 is a sectional view showing a portion of still another unit of the semiconductor unit according to Embodiment 3;
  • 21 12 is a sectional view showing a unit portion of a semiconductor unit according to Embodiment 4;
  • 22 12 is a sectional view showing a portion of another unit of the semiconductor unit according to Embodiment 4;
  • 23 12 is a sectional view showing a portion of another semiconductor unit according to Embodiment 4;
  • 24 FIG. 14 is a sectional view showing a portion of still another semiconductor unit according to Embodiment 4. FIG.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Im Folgenden wird eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Elemente und Bereiche für die Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen versehen,Hereinafter, a semiconductor device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding elements and portions are given the same reference numerals for description,

Ausführungsform 1Embodiment 1

1 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur einer Halbleitereinheit 1 zeigt, 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen speziellen Bereich der Halbleitereinheit 1 zeigt, und 3 ist eine perspektivische transparente Ansicht, welche den Aufbau der Halbleitereinheit 1 zeigt. Die Halbleitereinheit 1, die in einer Leistungswandlereinheit integriert ist, weist einen Halbleiterchip 8 auf, wie beispielsweise einen Schalt-Chip, bei dem es sich um einen Leistungshalbleiter handelt, und der Halbleiterchip 8 ist unter Verwendung einer Druckkontakt-Struktur verbunden. 1 12 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor unit 1. 2 FIG. 14 is a perspective view showing a specific portion of the semiconductor unit 1, and 3 14 is a perspective transparent view showing the structure of the semiconductor unit 1. FIG. The semiconductor unit 1 integrated in a power conversion unit has a semiconductor chip 8 such as a switching chip which is a power semiconductor, and the semiconductor chip 8 is connected using a pressure contact structure.

Die Halbleitereinheit 1 weist Folgendes auf: den Halbleiterchip 8; eine leitfähige Basisplatte 4, die mit einer Elektroden-Kontaktstelle 8b auf der einen Oberfläche des Halbleiterchips verbunden ist; eine isolierende Außenwand 2, die sich in Kontakt mit der Basisplatte 4 befindet und den Halbleiterchip 8 umgibt; eine leitfähige Deckplatte 3, die einer Elektroden-Kontaktstelle 8a auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips 8 gegenüberliegt und die Außenwand 2 verschließt; ein Stromleitungselement 5 sowie eine Feder 7, bei der es sich um ein elastisches Element handelt, die zwischen dem Halbleiterchip 8 und der Deckplatte 3 angeordnet sind; sowie einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich 5d, der einen Kontakt zwischen der Deckplatte 3 und dem Stromleitungselement 5 aufrechterhält.The semiconductor unit 1 includes: the semiconductor chip 8; a conductive base plate 4 connected to an electrode pad 8b on the one surface of the semiconductor chip; an insulating outer wall 2 which is in contact with the base plate 4 and surrounds the semiconductor chip 8; a conductive cover plate 3 facing an electrode pad 8a on the other surface of the semiconductor chip 8 and closing the outer wall 2; a current conducting member 5 and a spring 7 which is an elastic member disposed between the semiconductor chip 8 and the top plate 3; and a current conduction maintaining portion 5d maintaining contact between the top plate 3 and the current conduction member 5. As shown in FIG.

Das Stromleitungselement 5 verbindet den Halbleiterchip 8 und die Deckplatte 3. Die Feder 7 ist in einer Aussparung 5a angeordnet, die in dem Stromleitungselement 5 ausgebildet ist und sich auf der Seite der Deckplatte 3 öffnet. Die Feder 7 weist das eine Ende in Kontakt mit der Deckplatte 3 und das andere Ende in Kontakt mit einem Boden 5b der Aussparung 5a auf und wird über das Stromleitungselement 5 betätigt, so dass sie einen Druck auf die Elektroden-Kontaktstelle 8a ausübt, die auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips 8 angeordnet ist.The current conducting member 5 connects the semiconductor chip 8 and the top plate 3. The spring 7 is disposed in a recess 5a formed in the current conducting member 5 and opening on the top plate 3 side. The spring 7 has one end in contact with the top plate 3 and the other end in contact with a bottom 5b of the recess 5a, and is operated through the current conducting member 5 to press the electrode pad 8a which is on the other surface of the semiconductor chip 8 is arranged.

Das Stromleitungselement 5 weist eine rotationssymmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse 5c der Aussparung 5a auf, und die äußere Peripherie des Querschnitts des Stromleitungselement 5 senkrecht zu der Mittelachse 5c weist eine kreisförmige Gestalt auf. Eine Einheit 100, bei der es sich um einen speziellen Bereich der Halbleitereinheit 1 handelt, ist eine interne Struktur der Halbleitereinheit 1 und weist den Halbleiterchip 8, das Stromleitungselement 5 sowie die Feder 7 auf. Die Außenwand 2 besteht zum Beispiel aus Harz.The current conducting member 5 has a rotationally symmetrical shape with respect to the central axis 5c of the recess 5a, and the outer periphery of the cross section of the current conducting member 5 perpendicular to the central axis 5c has a circular shape. A unit 100, which is a specific portion of the semiconductor unit 1, is an internal structure of the semiconductor unit 1, and includes the semiconductor chip 8, the power conducting member 5, and the spring 7. As shown in FIG. The outer wall 2 is made of resin, for example.

Das Stromleitungselement 5 besteht aus einem Metallmaterial, das einen spezifischen elektrischen Widerstand von 2 × 10-8 Ω·m oder weniger aufweist, so dass die Temperatur, die aufgrund einer hohen Stromleitung zunimmt, wenn die Halbleitereinheit 1 eine Fehlfunktion aufweist, nicht höher als die Erweichungstemperatur des Materials ist, aus dem das Stromleitungselement 5 gebildet ist. Bei einem derartigen Metallmaterial handelt es sich zum Beispiel um sauerstofffreies Kupfer oder zähgepoltes Kupfer. Das Stromleitungselement 5 wird zum Beispiel durch Schneidarbeiten hergestellt.The current conducting member 5 is made of a metal material having an electrical resistivity of 2×10 -8 Ω·m or less so that the temperature that increases due to high current conduction when the semiconductor unit 1 malfunctions is not higher than that Is the softening temperature of the material from which the power line element 5 is formed. Such a metal material is, for example, oxygen-free copper or tough-poled copper. The current conducting member 5 is manufactured by cutting work, for example.

Während des Betriebs der Halbleitereinheit 1 wird die Temperatur im Inneren der Halbleitereinheit 1 hoch. Daher kann die Oberfläche des Stromleitungselements 5 mit Gold, Nickel oder dergleichen plattiert sein, um eine Oxidation der Oberfläche des Stromleitungselements 5 zu verhindern. Das Stromleitungselement 5 ist in einer rotationssymmetrischen Form angeordnet, so dass, auch wenn bei einer hohen Stromleitung eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird, das Stromleitungselement 5 der erzeugten elektromagnetischen Kraft effizient standhält.During the operation of the semiconductor unit 1, the temperature inside the semiconductor unit 1 becomes high. Therefore, the surface of the current conducting member 5 may be plated with gold, nickel or the like to prevent the surface of the current conducting member 5 from being oxidized. The current conduction member 5 is arranged in a rotationally symmetrical shape so that even if an electromagnetic force is generated at high current conduction, the current conduction member 5 efficiently withstands the generated electromagnetic force.

In dem Fall, in dem die rotationssymmetrische Form vorliegt, wirkt die Kraft beim Anliegen einer elektromagnetischen Kraft derart, dass das Stromleitungselement 5 komprimiert wird. Daher wird die Kraft in der Umfangsrichtung gelöst, und eine Verformung des Stromleitungselements 5 ist weniger wahrscheinlich. Solange keine Verformung auftritt, führt das Stromleitungselement 5 nicht zu einer Beschädigung und einem Bruch, und daher wird eine Bogenentladung verhindert, die beim Brechen in einem Lückenbereich auftreten kann.In the case where the rotationally symmetrical shape is present, when an electromagnetic force is applied, the force acts in such a way that the current-carrying element 5 is compressed. Therefore, the force in the circumferential direction is released, and the current conducting member 5 is less likely to be deformed. As long as deformation does not occur, the current-carrying member 5 does not result in damage and breakage, and therefore arc discharge, which may occur in a gap portion when broken, is prevented.

Das Stromleitungselement 5 weist als einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich 5d einen flexiblen Biegebereich auf, und das Stromleitungselement 5 und die Deckplatte 3 werden aufgrund der Elastizität des Biegebereichs konstant in Kontakt miteinander gehalten. Darüber hinaus kann der flexible Biegebereich des Stromleitungselements 5 durch Federn 5g, die an dem Stromleitungselement 5 angeordnet sind, konstant gegen die Deckplatte 3 gedrückt werden.The current conduction member 5 has a flexible bend portion as a conduction maintaining portion 5d, and the current conduction member 5 and the top plate 3 are constantly held in contact with each other due to the elasticity of the bend portion. In addition, the flexible bending portion of the current conducting member 5 can be constantly pressed against the top plate 3 by springs 5g arranged on the current conducting member 5 .

Dadurch wird die Bildung einer Lücke zwischen dem Stromleitungselement 5 und der Deckplatte 3 durch Ausübung eines Drucks von der Feder 7 auf den Halbleiterchip 8 verhindert, so dass dadurch die Stromleitung zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 aufrechterhalten wird. Es ist anzumerken, dass die Anzahl von Stellen, an denen die Federn 5g angeordnet sind, nicht auf zwei begrenzt ist und die Federn 5g auch an mehr Stellen angeordnet sein können.This prevents a gap from being formed between the current conduction member 5 and the top plate 3 by applying a pressure from the spring 7 to the semiconductor chip 8, thereby maintaining current conduction between the top plate 3 and the base plate 4 . Note that the number of places where the springs 5g are arranged is not limited to two, and the springs 5g may be arranged in more places.

Eine untere Endoberfläche 5e, bei der es sich um einen Kontaktbereich des Stromleitungselements 5 zu der Elektroden-Kontaktstelle 8a handelt, ist mit einer derartigen Abmessung und Form ausgebildet, dass die untere Endoberfläche 5e nicht von der Elektroden-Kontaktstelle 8a hervorsteht. Wenn die untere Endoberfläche 5e aus der Elektroden-Kontaktstelle 8a hervorsteht, tritt während des Betriebs des Halbleiterchips 8 eine elektrische Fehlfunktion auf, wie beispielsweise das Auftreten einer Luftentladung, so dass eine Beschädigung des Halbleiterchips 8 möglich ist.A lower end surface 5e, which is a contact portion of the current conducting member 5 to the electrode pad 8a, is formed in such a size and shape that the lower end surface 5e does not protrude from the electrode pad 8a. When the lower end surface 5e protrudes from the electrode pad 8a, an electrical malfunction such as occurrence of air discharge occurs during the operation of the semiconductor chip 8, so that the semiconductor chip 8 is possible to be damaged.

Bei dem Halbleiterchip 8 handelt es sich zum Beispiel um einen Dioden-Chip oder einen Schalt-Chip. Die Halbleitereinheit 1 kann einen von diesen aufweisen oder kann beide aufweisen. Es kann ein oder eine Mehrzahl von Halbleiterchips 8 der gleichen Art angeordnet sein. Bei dem Schalt-Chip handelt es sich zum Beispiel um einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), und es kann eine Art derselben oder eine Kombination einer Mehrzahl von Arten derselben verwendet werden.The semiconductor chip 8 is, for example, a diode chip or a switching chip. The semiconductor unit 1 may include either of these or may include both. One or a plurality of semiconductor chips 8 of the same type can be arranged. The switching chip is, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET), and one kind thereof or a combination of a plurality of kinds thereof may be used.

Im Inneren der Leistungswandlereinheit wird die Halbleitereinheit 1 mit Druckkontaktkräften von der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 gehalten. Die Druckkontaktkräfte komprimieren die Feder 7, so dass das Stromleitungselement 5 gegen den Halbleiterchip 8 gedrückt wird, so dass dadurch der elektrische Kontakt zwischen dem Halbleiterchip 8 und dem Stromleitungselement 5 vorteilhaft gehalten wird.Inside the power conversion unit, the semiconductor unit 1 is held by the top plate 3 and the base plate 4 with pressure contact forces. The pressure contact forces compress the spring 7 so that the current-conducting element 5 is pressed against the semiconductor chip 8, so that the electrical contact between the semiconductor chip 8 and the current-conducting element 5 is advantageously maintained as a result.

Die Deckplatte 3 und die Basisplatte 4 sind mit einer anderen Halbleitereinheit oder einer anderen Schaltung außerhalb der Halbleitereinheit 1 verbunden und bestehen daher aus einem Metall mit einem geringen elektrischen Widerstand, wie beispielsweise aus mit Nickel plattiertem Kupfer.The top plate 3 and the base plate 4 are connected to another semiconductor unit or circuit outside the semiconductor unit 1 and are therefore made of a metal having a low electric resistance such as copper plated with nickel.

Bei der Feder 7 handelt es sich zum Beispiel um eine Tellerfeder, und sie besteht aus Phosphor-Bronze. Solange die Feder 7 eine elastische Form aufweist, ist die Form nicht auf die Form einer Tellerfeder beschränkt, und außerdem ist das Material derselben nicht eingeschränkt. Als weiteres Beispiel kann die Form einer Plattenfeder eingesetzt werden.The spring 7 is, for example, a disc spring and is made of phosphorous Bronze. As long as the spring 7 has an elastic shape, the shape is not limited to the shape of a disc spring, and also the material thereof is not limited. As another example, the shape of a plate spring can be used.

Im Folgenden wird der Grund für eine Anordnung der Feder 7 beschrieben. Es wird angenommen, dass die Leistungswandlereinheit, in der die Halbleitereinheit 1 integriert ist, eine Leistung mit einer höheren Spannung als der Nennspannung der Halbleitereinheit 1 umwandelt, und sie wird mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleitereinheiten 1 verwendet. Wenn auch nur eine der in Reihe geschalteten Halbleitereinheiten 1 eine Fehlfunktion aufweist und somit zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 der Halbleitereinheit 1 ein elektrischer Leerlaufzustand besteht, funktioniert die Leistungswandlereinheit nicht ordnungsgemäß.The reason for arranging the spring 7 will be described below. The power conversion unit in which the semiconductor unit 1 is integrated is assumed to convert power with a voltage higher than the rated voltage of the semiconductor unit 1, and is used with a plurality of semiconductor units 1 connected in series. When even one of the series-connected semiconductor units 1 malfunctions and thus there is an electrical open circuit between the top plate 3 and the base plate 4 of the semiconductor unit 1, the power conversion unit does not function properly.

Zur Sicherstellung einer Redundanz weist die Leistungswandlereinheit eine oder eine Mehrzahl von zusätzlichen Halbleitereinheiten 1 auf, die im Voraus in Reihe geschaltet werden, und in einem Fall, in dem die Halbleitereinheit 1 eine Fehlfunktion aufweist, werden die Deckplatte 3 und die Basisplatte 4 kurzgeschlossen, so dass dadurch der Betrieb der Leistungswandlereinheit unter Verwendung lediglich der verbliebenen, in Reihe geschalteten Halbleitereinheiten 1 fortgesetzt wird. Um einen Kurzschluss zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 zu bewirken, ist es notwendig, einen elektrischen Kontakt über den Halbleiterchip 8 aufrechtzuerhalten, wenn der Halbleiterchip 8 eine Fehlfunktion aufweist.To ensure redundancy, the power conversion unit has one or a plurality of additional semiconductor units 1 connected in series in advance, and in a case where the semiconductor unit 1 malfunctions, the top plate 3 and the base plate 4 are short-circuited, so thereby continuing the operation of the power conversion unit using only the remaining series-connected semiconductor units 1. In order to cause a short circuit between the top plate 3 and the base plate 4, it is necessary to maintain electrical contact via the semiconductor chip 8 when the semiconductor chip 8 malfunctions.

Wenn der Halbleiterchip 8 und das Stromleitungselement jedoch bei einer Fehlfunktion mechanisch voneinander getrennt werden, kann der elektrische Kontakt nicht aufrechterhalten werden. Die Feder 7 für eine Ausübung von Druck durch das Stromleitungselement 5 auf den Halbleiterchip 8 ist so angeordnet, dass der elektrische Kontakt aufrechterhalten wird. Indem das Stromleitungselement 5 gegen den Halbleiterchip 8 gedrückt wird, wird der elektrische Kontakt zwischen dem Stromleitungselement 5 und dem Halbleiterchip 8 aufrechterhalten. However, if the semiconductor chip 8 and the power conduction member are mechanically separated from each other in the event of a malfunction, electrical contact cannot be maintained. The spring 7 for applying pressure through the current-conducting element 5 to the semiconductor chip 8 is arranged in such a way that the electrical contact is maintained. By pressing the current conducting element 5 against the semiconductor chip 8, the electrical contact between the current conducting element 5 and the semiconductor chip 8 is maintained.

Nachstehend wird die Montage der Halbleitereinheit 1 beschrieben. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Montage eines speziellen Bereichs der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt, und 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Montage der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.The assembly of the semiconductor unit 1 will be described below. 4 12 is a perspective view showing the assembly of a specific portion of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1, and 5 14 is a perspective view showing the assembly of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1. FIG.

Wie in 4 gezeigt, wird die Einheit 100 montiert, indem die Feder 7 in der Aussparung 5a eingesetzt und angeordnet wird und die untere Endoberfläche 5e des Stromleitungselements 5 und die Elektroden-Kontaktstelle 8a in Kontakt miteinander gebracht werden. Wie in 5 gezeigt, wird die Halbleitereinheit 1 montiert, indem die Basisplatte 4 und die Elektroden-Kontaktstelle 8b verbunden werden, die Außenwand 2 an der Basisplatte 4 angebracht wird und der Öffnungsbereich der Außenwand 2 durch die Deckplatte 3 verschlossen wird.As in 4 As shown, the unit 100 is assembled by inserting and arranging the spring 7 in the recess 5a and bringing the lower end surface 5e of the current conducting member 5 and the electrode pad 8a into contact with each other. As in 5 1, the semiconductor unit 1 is assembled by bonding the base plate 4 and the electrode pad 8b, attaching the outer wall 2 to the base plate 4, and closing the opening portion of the outer wall 2 with the cover plate 3.

In der Halbleitereinheit 1 können eine oder eine Mehrzahl von Einheiten 100 enthalten sein. 6 ist eine perspektivische transparente Ansicht, die einen weiteren Aufbau der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 6 weist die Halbleitereinheit 1 vier Einheiten 100 auf. Die Anzahl von in der Halbleitereinheit 1 enthaltenen Einheiten 100 ist nicht auf vier beschränkt. Gemäß den Beschreibungen der Halbleitereinheit 1 kann irgendeine beliebige Anzahl von Einheiten 100 enthalten sein.One or a plurality of units 100 can be contained in the semiconductor unit 1 . 6 14 is a perspective transparent view showing another structure of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1. FIG. In 6 the semiconductor unit 1 has four units 100 . The number of units 100 included in the semiconductor unit 1 is not limited to four. According to the descriptions of the semiconductor device 1, any number of devices 100 may be included.

In der Halbleitereinheit 1 kann ein oder eine Mehrzahl von Halbleiterchips 8 enthalten sein. 7 ist eine Schnittansicht, die eine weitere schematische Struktur der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 7 sind sowohl ein Dioden-Chip 81 als auch ein Schalt-Chip 82 als Halbleiterchips 8 angeordnet. Der Dioden-Chip 81 weist eine Elektroden-Kontaktstelle 81a auf, die sich in Kontakt mit einem Stromleitungselement 51 befindet. Der Schalt-Chip 82 weist eine Emitterelektroden-Kontaktstelle 82a auf, die sich in Kontakt mit einem Stromleitungselement 52 befindet.The semiconductor unit 1 can contain one or a plurality of semiconductor chips 8 . 7 14 is a sectional view showing another schematic structure of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1. FIG. In 7 Both a diode chip 81 and a switching chip 82 are arranged as semiconductor chips 8. FIG. The diode chip 81 has an electrode pad 81a which is in contact with a current conducting member 51 . The switching chip 82 has an emitter electrode pad 82a that is in contact with a power conducting member 52 .

Der Schalt-Chip 82 weist eine Gateelektroden-Kontaktstelle 82b auf der gleichen Seite wie die Emitterelektroden-Kontaktstelle 82a auf, und die Gateelektroden-Kontaktstelle 82b ist mit dem einen Ende einer Gate-Leitung 10 verbunden. Das andere Ende der Gate-Leitung 10 ist mit einer Gate-Signalplatte 9 verbunden, die an der Deckplatte 3 angeordnet ist. Die Gate-Signalplatte 9 liegt zwischen der Außenwand 2 und der Deckplatte 3 zur Außenseite der Halbleitereinheit 1 hin frei, so dass die Gate-Signalplatte 9 mit einer externen Einheit verbunden ist. The switching chip 82 has a gate electrode pad 82b on the same side as the emitter electrode pad 82a, and the gate electrode pad 82b is connected to one end of a gate line 10. FIG. The other end of the gate line 10 is connected to a gate signal board 9 arranged on the top board 3 . The gate signal plate 9 is exposed to the outside of the semiconductor unit 1 between the outer wall 2 and the top plate 3, so that the gate signal plate 9 is connected to an external unit.

Nachstehend wird der Betrieb der Halbleitereinheit 1 beschrieben. Um eine hohe Zuverlässigkeit der Leistungswandlereinheit aufrechtzuerhalten, wird der Halbleitereinheit 1 eine Funktion verliehen, durch die eine Fortsetzung des Betriebs der Leistungswandlereinheit, in der die Halbleitereinheit 1 integriert ist, auch bei einer Fehlfunktion des Halbleiterchips 8 ermöglicht wird.The operation of the semiconductor unit 1 will be described below. In order to maintain high reliability of the power conversion unit, the semiconductor unit 1 is given a function of enabling the power conversion unit in which the semiconductor unit 1 is integrated to continue operating even if the semiconductor chip 8 malfunctions.

Im Folgenden werden die Details beschrieben. Eine Fehlfunktion des Halbleiterchips 8 wird verursacht, wenn zum Beispiel der Zeitpunkt eines Wechsels von einem einer Mehrzahl von Schalt-Chips 82 von AUS zu EIN von einem Zeitpunkt eines Wechsels anderer Schalt-Chips 82 abweicht.The details are described below. A malfunction of the semiconductor chip 8 is caused when, for example, the timing of changing one of a plurality of switch chips 82 from OFF to ON differs from a timing of changing other switch chips 82 .

Wenn der Zeitpunkt des Wechsels abweicht, fließt ein Strom, der ursprünglich gleichmäßig unter der Mehrzahl von parallel geschalteten Schalt-Chips 82 aufgeteilt werden sollte, in den einen Chip, bei dem der Zeitpunkt des Wechsels abweicht. In diesem Fall fließt die in einem parallel geschalteten Kondensator gespeicherte elektrische Ladung in den Schalt-Chip 82, bei dem der Zeitpunkt des Wechsels abweicht, und somit fließt ein hoher Strom unmittelbar in den Schalt-Chip 82.When the timing of the alternation deviates, a current, which originally should be divided equally among the plurality of switch chips 82 connected in parallel, flows into the one chip at which the timing of the alternation deviates. In this case, the electric charge stored in a parallel-connected capacitor flows into the switch chip 82 in which the timing of switching deviates, and thus a large current flows into the switch chip 82 immediately.

Wenn ein hoher Strom, der über den Nennstrom hinausgeht, durch das Stromleitungselement und den Schalt-Chip fließt, wird herkömmlicherweise Wärme, die einer Widerstandskomponente des Stromleitungselements entspricht, in dem Stromleitungselement erzeugt, so dass die Temperatur des Stromleitungselements zunimmt und somit die Möglichkeit besteht, dass das Stromleitungselement weich wird. Gleichzeitig wird das Stromleitungselement durch eine große elektromagnetische Kraft verformt, die an dem Stromleitungselement erzeugt wird, so dass die Möglichkeit einer Beschädigung des Stromleitungselements besteht.Conventionally, when a large current exceeding the rated current flows through the power conducting element and the switching chip, heat corresponding to a resistance component of the power conducting element is generated in the power conducting element, so that the temperature of the power conducting element increases, and thus there is a possibility that the power line member becomes soft. At the same time, the power conducting member is deformed by a large electromagnetic force generated on the power conducting member, so there is a possibility of damage to the power conducting member.

Insbesondere bildet sich in einem Fall, in dem das Stromleitungselement beschädigt wird und bricht, in dem gebrochenen Bereich eine Lücke. Da an der gebildeten Lücke eine Potentialdifferenz vorhanden ist, tritt eine Bogenentladung in der Lücke auf. Wenn die Bogenentladung auftritt, wird Gas erwärmt, das den Innenbereich der Halbleitereinheit 1 füllt, und der Innendruck der Halbleitereinheit 1 nimmt zu. Danach besteht die Möglichkeit, dass der Innendruck über die Widerstandsfähigkeit der Außenwand 2 der Halbleitereinheit 1 hinausgeht, so dass dies zu einer Beschädigung der Außenwand 2 führt.In particular, in a case where the power conducting member is damaged and broken, a gap is formed in the broken portion. Since there is a potential difference across the formed gap, arcing occurs in the gap. When the arc discharge occurs, gas filling the interior of the semiconductor unit 1 is heated, and the internal pressure of the semiconductor unit 1 increases. Thereafter, there is a possibility that the internal pressure exceeds the strength of the outer wall 2 of the semiconductor unit 1, resulting in the outer wall 2 being damaged.

In einem Fall, in dem der Innendruck signifikant zunimmt, wird die Halbleitereinheit 1 beschädigt, und die Beschädigung kann zu einer Beschädigung einer weiteren Komponente im Inneren der Leistungswandlereinheit führen. Wenn eine Beschädigung der Halbleitereinheit 1 nicht verhindert wird, ist es notwendig, separat eine spezielle Gehäusestruktur oder dergleichen um die Halbleitereinheit 1 herum anzuordnen, um so weitere Komponenten im Inneren der Leistungswandlereinheit zu schützen.In a case where the internal pressure increases significantly, the semiconductor unit 1 is damaged, and the damage may lead to damage of another component inside the power conversion unit. If the semiconductor unit 1 is not prevented from being damaged, it is necessary to separately arrange a special case structure or the like around the semiconductor unit 1 so as to protect other components inside the power conversion unit.

Bei der vorliegenden Erfindung ist das Stromleitungselement 5 mit einer rotationssymmetrischen Form ausgebildet, so dass dadurch eine Verformung des Stromleitungselements 52 durch eine elektromagnetische Kraft verhindert wird und somit eine Bogenentladung unterbunden wird. Die Verhinderung einer Verformung des Stromleitungselements 52 aufgrund einer elektromagnetischen Kraft und eine Unterbindung des Auftretens eines Bogens führt zur Verhinderung einer Beschädigung der Halbleitereinheit 1, so dass dadurch eine hohe Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit 1 bewirkt wird.In the present invention, the current conducting member 5 is formed in a rotationally symmetrical shape, thereby preventing the current conducting member 52 from being deformed by an electromagnetic force and thus suppressing arc discharge. Prevention of deformation of the current conducting member 52 due to an electromagnetic force and suppression of occurrence of an arc leads to prevention of damage to the semiconductor unit 1, thereby making the semiconductor unit 1 high in reliability.

Da eine Beschädigung der Halbleitereinheit 1 durch eine Unterbindung des Auftretens eines Bogens verhindert werden kann, ist es darüber hinaus nicht notwendig, eine spezielle Gehäusestruktur anzuordnen. Somit können die Abmessungen der Halbleitereinheit 1 reduziert werden, und darüber hinaus kann ein Raum reduziert werden, der für eine Anordnung der Halbleitereinheit 1 im Inneren der Leistungswandlereinheit notwendig ist.In addition, since damage to the semiconductor unit 1 can be prevented by suppressing the occurrence of an arc, it is not necessary to arrange a special packaging structure. Thus, the dimensions of the semiconductor unit 1 can be reduced, and moreover, a space necessary for arranging the semiconductor unit 1 inside the power conversion unit can be reduced.

Nachstehend wird ein weiteres Beispiel für einen Aufbau des Stromleitungselements 5 beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Stromleitungselement 5 der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 2 weist die äußere Peripherie des Querschnitts des Stromleitungselements 5 senkrecht zu der Mittelachse 5c eine kreisförmige Gestalt auf, während das in 8 gezeigte Stromleitungselement 5 in der äußeren Peripherie des Querschnitts des Stromleitungselements 5 senkrecht zu der Mittelachse 5c eine polygonale Gestalt aufweist.Another example of a structure of the current conducting member 5 will be described below. 8th 14 is a perspective view showing another power conducting member 5 of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1. FIG. In 2 the outer periphery of the cross section of the current conducting member 5 perpendicular to the central axis 5c has a circular shape, while the in 8th The power line member 5 shown in the figure has a polygonal shape in the outer periphery of the cross section of the power line member 5 perpendicular to the central axis 5c.

8 zeigt den Fall einer viereckigen äußeren Peripherie, jedoch ohne Beschränkung darauf, es kann jede beliebige Form eingesetzt werden, die rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse 5c ist, z.B. eine hexagonale Form. In dem Fall, in dem die äußere Peripherie des Querschnitts des Stromleitungselements 5 senkrecht zu der Mittelachse 5c eine polygonale Gestalt aufweist, weist das Stromleitungselement 5 keine gekrümmte Oberfläche auf, und daher wird eine Herstellung desselben erleichtert, wenn das Stromleitungselement 5 durch Schneidarbeiten gebildet wird. 8th Figure 5 shows the case of a quadrangular outer periphery, but without limitation, any shape that is rotationally symmetrical with respect to the central axis 5c can be employed, for example a hexagonal shape. In the case where the outer periphery of the cross section of the current conducting member 5 perpendicular to the central axis 5c has a polygonal shape, the current conducting member 5 does not have a curved surface, and therefore manufacturing thereof is facilitated when the current conducting member 5 is formed by cutting work.

Wie vorstehend beschrieben, ist das Stromleitungselement 5 in der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 1 in einer rotationssymmetrischen Form in Bezug auf die Mittelachse 5c der Aussparung 5a angeordnet, so dass eine Verformung des Stromleitungselements 5 aufgrund einer elektromagnetischen Kraft verhindert wird und das Auftreten eines Bogens unterbunden wird. Somit wird eine Beschädigung der Halbleitereinheit 1 aufgrund des Bogens verhindert. Im Ergebnis ist es nicht notwendig, eine spezielle Gehäusestruktur an der Halbleitereinheit 1 anzuordnen, und es kann eine Reduktion der Abmessung der Halbleitereinheit 1 erreicht werden.As described above, in the semiconductor unit 1 according to Embodiment 1, the current conducting member 5 is arranged in a rotationally symmetrical shape with respect to the central axis 5c of the recess 5a, so that deformation of the current conducting member 5 due to an electromagnetic force is prevented and arc occurrence is suppressed . Thus, the semiconductor unit 1 is prevented from being damaged due to the arc. As a result, it is not necessary to arrange a special packaging structure on the semiconductor unit 1, and reduction in size of the semiconductor unit 1 can be achieved.

Da das Stromleitungselement 5 in einer rotationssymmetrischen Form in Bezug auf die Mittelachse 5c der Aussparung 5a angeordnet ist, kann darüber hinaus die Dicke des Stromleitungselements 5, um einer elektromagnetischen Kraft standhalten zu können, reduziert werden, und somit ist es möglich, die Abmessungen des Stromleitungselements 5 und ferner die Abmessungen der Halbleitereinheit 1 zu reduzieren.Furthermore, since the current conducting member 5 is arranged in a rotationally symmetrical shape with respect to the center axis 5c of the recess 5a, the thickness of the current conducting member 5 to withstand an electromagnetic force can be reduced, and thus it is possible Lich to reduce the size of the power conducting element 5 and further the size of the semiconductor unit 1.

In einem Fall, in dem die äußere Peripherie des Querschnitts des Stromleitungselements 5 senkrecht zu der Mittelachse 5c eine kreisförmige Gestalt aufweist, ist der Strom in der Richtung der Mittelachse 5c darüber hinaus perfekt symmetrisch, so dass sich eine Beanspruchung aufgrund einer elektromagnetischen Kraft nicht konzentriert. Somit kann die Dicke des Stromleitungselements 5, um der auftretenden elektromagnetischen Kraft standhalten zu können, reduziert werden.Moreover, in a case where the outer periphery of the cross section of the current conducting member 5 perpendicular to the central axis 5c has a circular shape, the current is perfectly symmetrical in the direction of the central axis 5c, so stress due to an electromagnetic force is not concentrated. Thus, the thickness of the power conducting element 5 can be reduced in order to be able to withstand the electromagnetic force that occurs.

Da die Feder 7 einen Druck auf den Halbleiterchip 8 ausübt, können die Deckplatte 3 und die Basisplatte 4 darüber hinaus sicher kurzgeschlossen werden, auch wenn der Halbleiterchip 8 beschädigt ist. Aufgrund des die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereichs 5d kann die Stromleitung zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 darüber hinaus aufrechterhalten werden, auch wenn die Feder 7 einen Druck auf den Halbleiterchip 8 ausübt.Furthermore, since the spring 7 presses the semiconductor chip 8, the top plate 3 and the base plate 4 can be surely short-circuited even if the semiconductor chip 8 is damaged. Moreover, due to the conduction maintaining portion 5d, even if the spring 7 presses the semiconductor chip 8, the conduction between the top plate 3 and the base plate 4 can be maintained.

Ausführungsform 2Embodiment 2

Nachstehend wird eine Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. 9 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur der Halbleitereinheit 1 zeigt, 10 ist eine perspektivische transparente Ansicht, welche den Aufbau der Halbleitereinheit 1 zeigt, und 11 ist eine Schnittansicht entlang einer strichpunktierten Linie A-A in 9. In der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 ist ein Kernelement 6 für die Ausübung eines Drucks auf den Halbleiterchip 8 angeordnet, und Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f sind in engem Kontakt mit dem Kernelement 5 befestigt.A semiconductor unit 1 according to Embodiment 2 will be described below. 9 12 is a sectional view showing a schematic structure of the semiconductor unit 1. 10 12 is a perspective transparent view showing the structure of the semiconductor unit 1, and 11 13 is a sectional view taken along a chain line AA in FIG 9 . In the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2, a core member 6 for applying pressure to the semiconductor chip 8 is arranged, and power line support members 5 f are fixed in close contact with the core member 5 .

Das Stromleitungselement 5 weist das Kernelement 6 und die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f auf. Das Kernelement 6 umgibt die Aussparung 5a und über einen Druck auf die Elektroden-Kontaktstelle 8a aus, die auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips 8 angeordnet ist. Die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f umgeben das Kernelement 6 und sind an dem Kernelement 6 befestigt.The power line member 5 includes the core member 6 and the power line support members 5f. The core member 6 surrounds the recess 5a and applies pressure to the electrode pad 8a arranged on the other surface of the semiconductor chip 8 . The power line support members 5 f surround the core member 6 and are fixed to the core member 6 .

Bei dem Kernelement 6 handelt es sich um ein Metall, dessen Young-Modul höher als jener des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f ist, und das zum Beispiel rostbeständig ist. Die Feder 7 ist in der von dem Kernelement 5 umgebenen Aussparung 5a angeordnet. Die Feder 7, die in Kontakt mit der Deckplatte 3 komprimiert wird, übt über das Kernelement 6 einen Druck auf den Halbleiterchip 8 aus.The core member 6 is a metal whose Young's modulus is higher than that of the power line support member 5f and is rust-resistant, for example. The spring 7 is arranged in the recess 5a surrounded by the core element 5 . The spring 7 compressed in contact with the top plate 3 presses the semiconductor chip 8 through the core member 6 .

Eine Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f ist in einem geteilten Zustand angeordnet. Wie in 11 gezeigt, ist die Mehrzahl der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f auf seitlichen Oberflächen des Kernelements 6 so angeordnet, dass sie rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse 5c der Aussparung 5a sind. Sämtliche Oberflächen der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f, die dem Kernelement 6 gegenüberliegen, sind in engem Kontakt mit dem Kernelement 6 befestigt.A plurality of power line support members 5f are arranged in a divided state. As in 11 1, the plurality of power line support members 5f are arranged on side surfaces of the core member 6 so as to be rotationally symmetrical with respect to the central axis 5c of the recess 5a. All surfaces of the power line support members 5f that face the core member 6 are fixed in close contact with the core member 6. As shown in FIG.

Das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f besteht aus einem Metallmaterial, das einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Kernelement 6 aufweist, und besteht zum Beispiel aus sauerstofffreiem Kupfer oder zähgepoltem Kupfer. Wie in 9 gezeigt, sind die Deckplatte 3 und der Halbleiterchip 8 über die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f und das Kernelement 6 verbunden. Jedes Stromleitungs-Unterstützungselement 5f weist als einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich 5d einen Biegebereich an einem Kontaktbereich zu der Deckplatte 3 auf.The current conduction supporting member 5f is made of a metal material having a lower electrical resistivity than the core member 6, and is made of, for example, oxygen-free copper or tough-gauge copper. As in 9 1, the top plate 3 and the semiconductor chip 8 are connected via the power line support members 5f and the core member 6. As shown in FIG. Each power line supporting member 5f has a bending portion at a contact portion with the top plate 3 as a power line maintaining portion 5d.

Bei der Ausübung eines Drucks mit einer vorgegebenen Kontaktdruckkraft zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 werden die Deckplatte 3 und die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f somit sicher in Kontakt miteinander gebracht, so dass zwischen der Deckplatte 3 und dem Halbleiterchip 8 ein Stromleitungspfad gebildet wird. Da die Biegebereiche als die die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereiche 5d dienen, können wie bei Ausführungsform 1 Federn 5g angeordnet sein.Thus, when a pressure is applied with a predetermined contact pressure force between the top plate 3 and the base plate 4, the top plate 3 and the current conduction support members 5f are surely brought into contact with each other, so that a current conduction path is formed between the top plate 3 and the semiconductor chip 8. As in Embodiment 1, since the bending portions serve as the conduction maintaining portions 5d, springs 5g may be arranged.

Eine Verbindung zwischen den Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f und dem Kernelement 6 wird zum Beispiel durch Einpassen, durch eine Befestigung unter Verwendung von Schrauben oder eine Befestigung über einen leitfähigen Klebstoff hergestellt, es besteht jedoch keine Beschränkung darauf.Connection between the power line support members 5f and the core member 6 is made by fitting, attachment using screws, or attachment via a conductive adhesive, for example, but is not limited to this.

Wie in 11 gezeigt, ist die Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f so angeordnet, dass sie rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse 5c sind. Daher sind die Richtungen, in denen die elektromagnetischen Kräfte während der Stromleitung auf die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f einwirken, zu der Mittelachse 5c hin gerichtet. Sämtliche Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f befinden sich auf der Seite der Mittelachse 5c in Kontakt mit dem Kernelement 6, und die elektromagnetischen Kräfte werden in der Richtung zu dem Kernelement 6 hin erzeugt.As in 11 1, the plurality of power line support members 5f are arranged to be rotationally symmetrical with respect to the central axis 5c. Therefore, the directions in which the electromagnetic forces act on the current conduction support members 5f during current conduction are directed toward the central axis 5c. All the current conduction supporting members 5f are in contact with the core member 6 on the central axis 5c side, and the electromagnetic forces are generated in the direction toward the core member 6 .

Die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f sind durch das Kernelement 6 mechanisch gehalten, so dass eine Verformung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f aufgrund von elektromagnetischen Kräften verhindert werden kann. In 11 ist ein Kernelement 5 mit einer oktogonalen Prisma-Form gezeigt. Ohne Beschränkung darauf kann jedoch auch eine andere Prisma-Form eingesetzt werden, solange die Form rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse 5c ist.The power line support members 5f are mechanically held by the core member 6 so that deformation of the power line Un tersupport elements 5f can be prevented due to electromagnetic forces. In 11 a core element 5 is shown with an octagonal prism shape. However, without being limited thereto, another prism shape can be used as long as the shape is rotationally symmetrical with respect to the central axis 5c.

Nachstehend wird eine Montage der Halbleitereinheit 1 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Montage der Einheit 100 zeigt, bei der es sich um einen speziellen Bereich der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 handelt, und 13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Montage der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 zeigt.An assembly of the semiconductor unit 1 will be described below. 12 12 is a perspective view showing assembly of the unit 100, which is a specific portion of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2, and 13 14 is a perspective view showing an assembly of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2. FIG.

Wie in 12 gezeigt, wird die Einheit 100 montiert, indem die Feder 7 in der Aussparung 5a eingesetzt und angeordnet wird, die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f auf seitlichen Oberflächen 6a des Kernelements 6 befestigt werden und eine untere Endoberfläche 6b des Kernelements 6 und die Elektroden-Kontaktstelle 8a in Kontakt miteinander gebracht werden. Wie in 13 gezeigt, wird die Halbleitereinheit 1 montiert, indem die Basisplatte 4 und die Elektroden-Kontaktstelle 8b verbunden werden, die Außenwand 2 an der Basisplatte 4 angebracht wird und der Öffnungsbereich der Außenwand 2 durch die Deckplatte 3 verschlossen wird.As in 12 As shown, the unit 100 is assembled by inserting and arranging the spring 7 in the recess 5a, the power line support members 5f on side surfaces 6a of the core member 6 and a lower end surface 6b of the core member 6 and the electrode pad 8a in be brought into contact with each other. As in 13 1, the semiconductor unit 1 is assembled by bonding the base plate 4 and the electrode pad 8b, attaching the outer wall 2 to the base plate 4, and closing the opening portion of the outer wall 2 with the cover plate 3.

In der Halbleitereinheit 1 kann eine oder eine Mehrzahl von Einheiten 100 enthalten sein. 14 ist eine perspektivische transparente Ansicht, die einen weiteren Aufbau der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 zeigt. In 14 weist die Halbleitereinheit 1 vier Einheiten 100 auf. Die Anzahl von in der Halbleitereinheit 1 enthaltenen Einheiten 100 ist nicht auf vier beschränkt. Gemäß den Beschreibungen der Halbleitereinheit 1 kann irgendeine beliebige Anzahl von Einheiten 100 enthalten sein.One or a plurality of units 100 may be included in the semiconductor unit 1 . 14 14 is a perspective transparent view showing another configuration of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2. FIG. In 14 the semiconductor unit 1 has four units 100 . The number of units 100 included in the semiconductor unit 1 is not limited to four. According to the descriptions of the semiconductor device 1, any number of devices 100 may be included.

In der Halbleitereinheit 1 kann ein oder eine Mehrzahl von Halbleiterchips 8 enthalten sein. 15 ist eine Schnittansicht, die eine weitere schematische Struktur der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 zeigt. In 15 sind als Halbleiterchips 8 sowohl ein Dioden-Chip 81 als auch ein Schalt-Chip 82 angeordnet. Der Dioden-Chip 81 weist eine Elektroden-Kontaktstelle 81a auf, die sich in Kontakt mit einem Kernelement 61 befindet. Der Schalt-Chip 82 weist eine Emitterelektroden-Kontaktstelle 82a auf, die sich in Kontakt mit einem Kernelement 62 befindet.The semiconductor unit 1 can contain one or a plurality of semiconductor chips 8 . 15 14 is a sectional view showing another schematic structure of the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2. FIG. In 15 Both a diode chip 81 and a switching chip 82 are arranged as semiconductor chips 8 . The diode chip 81 has an electrode pad 81a which is in contact with a core member 61 . The switching chip 82 has an emitter electrode pad 82a which is in contact with a core element 62 .

Der Schalt-Chip 82 weist eine Gateelektroden-Kontaktstelle 82b auf der gleichen Seite wie die Emitterelektroden-Kontaktstelle 82a auf, und die Gateelektroden-Kontaktstelle 82b ist mit dem einen Ende einer Gate-Leitung 10 verbunden. Das andere Ende der Gate-Leitung 10 ist mit einer an der Deckplatte 3 angeordneten Gate-Signalplatte 9 verbunden. Die Gate-Signalplatte 9 liegt zwischen der Außenwand 2 und der Deckplatte 3 zu der Außenseite der Halbleitereinheit 1 hin frei, so dass die Gate-Signalplatte 9 mit einer externen Einheit verbunden ist.The switching chip 82 has a gate electrode pad 82b on the same side as the emitter electrode pad 82a, and the gate electrode pad 82b is connected to one end of a gate line 10. FIG. The other end of the gate line 10 is connected to a gate signal plate 9 arranged on the top plate 3 . The gate signal plate 9 is exposed between the outer wall 2 and the top plate 3 to the outside of the semiconductor unit 1, so that the gate signal plate 9 is connected to an external unit.

In der vorstehenden Beschreibung ist eine Struktur mit einer Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f gezeigt. Ohne Beschränkung darauf kann jedoch ein einziges Stromleitungs-Unterstützungselement 5f mit einer zylindrischen Form an der seitlichen Oberfläche 6a des Kernelements 6, das eine zylindrische Form aufweist, eingepasst und befestigt sein, wie in einer Schnittansicht der Einheit 100 in 16 gezeigt.In the above description, a structure having a plurality of power line support members 5f is shown. However, without limitation thereto, a single power line support member 5f having a cylindrical shape may be fitted and fixed to the side surface 6a of the core member 6 having a cylindrical shape, as shown in a sectional view of the unit 100 in FIG 16 shown.

Im Vergleich mit dem Fall, in dem eine Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f angeordnet ist, nimmt die Anzahl von Befestigungsstellen zwischen dem Stromleitungs-Unterstützungselement 5f und dem Kernelement 6 ab, so dass der Herstellungsprozess vereinfacht wird.Compared with the case where a plurality of power line support members 5f are arranged, the number of fixing points between the power line support member 5f and the core member 6 decreases, so that the manufacturing process is simplified.

Wie vorstehend beschrieben, ist das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f in der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 2 an dem Kernelement 6 befestigt, dessen Young-Modul höher als jener des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f ist, und das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f ist durch das Kernelement 6 mechanisch gehalten. Somit kann eine Verformung des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f aufgrund einer elektromagnetischen Kraft verhindert werden. Darüber hinaus kann eine Verformung des Stromleitungselements 5 aufgrund der Druckkontaktkräfte von der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 verhindert werden.As described above, in the semiconductor unit 1 according to Embodiment 2, the power conduction support member 5f is fixed to the core member 6 whose Young's modulus is higher than that of the power conduction support member 5f, and the power conduction support member 5f is mechanically held by the core member 6 . Thus, deformation of the power line support member 5f due to an electromagnetic force can be prevented. In addition, deformation of the current conducting member 5 due to the pressure contact forces from the top plate 3 and the base plate 4 can be prevented.

Da eine Verformung des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f durch das Kernelement 6 verhindert wird, kann darüber hinaus die Dicke des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f reduziert werden, und somit ist es möglich, die Abmessungen des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f und ferner die Abmessungen der Halbleitereinheit 1 zu reduzieren. Darüber hinaus besteht das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f aus einem Metallmaterial, das einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Kernelement 6 aufweist, und die Querschnittsfläche des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f, die für eine Stromleitung benötigt wird, kann reduziert werden. Somit ist es möglich, die Abmessung des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f und ferner die Abmessungen der Halbleitereinheit 1 zu reduzieren.In addition, since deformation of the power line support member 5f is prevented by the core member 6, the thickness of the power line support member 5f can be reduced, and thus it is possible to reduce the size of the power line support member 5f and further the size of the semiconductor unit 1 . In addition, the power conduction support member 5f is made of a metal material having a lower electrical resistivity than the core member 6, and the cross-sectional area of the power conduction support member 5f required for power conduction can be reduced. Thus, it is possible to reduce the size of the power line support member 5f and further reduce the size of the semiconductor unit 1. FIG.

Ausführungsform 3Embodiment 3

Nachstehend wird eine Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. 17 ist eine Schnittansicht, die einen Bereich der Einheit 100 der Halbleitereinheit 1 zeigt, und 18 ist eine Schnittansicht, die das Kernelement 6 der Halbleitereinheit 1 zeigt. Die Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 3 weist zusätzlich zu dem in Ausführungsform 2 gezeigten Aufbau der Halbleitereinheit 1 Nuten 6c auf, die für eine Befestigung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f an den seitlichen Oberflächen 6a des Kernelements 6 ausgebildet sind.A semiconductor unit 1 according to Embodiment 3 will be described below. 17 12 is a sectional view showing a unit portion 100 of the semiconductor unit 1, and 18 FIG. 14 is a sectional view showing the core member 6 of the semiconductor unit 1. FIG. The semiconductor unit 1 according to Embodiment 3 has, in addition to the structure of the semiconductor unit 1 shown in Embodiment 2, grooves 6c formed for fixing the power line support members 5f to the side surfaces 6a of the core member 6 .

Wie in 18 gezeigt, weist das Kernelement 6 die Nuten 6c entlang der Richtung der Mittelachse 5c auf den jeweiligen seitlichen Oberflächen 6a der oktogonalen Form auf. Die Nuten 6c werden zum Beispiel durch Schneidarbeiten gebildet. Wie in 17 gezeigt, sind die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f in den jeweiligen Nuten 6c eingepasst und befestigt. Eine Verbindung zwischen den Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f und den Nuten 6c kann durch eine Befestigung unter Verwendung von Schrauben oder eine Befestigung über ein leitfähiges Haftmittel anstelle einer Einpassung hergestellt werden.As in 18 As shown, the core member 6 has the grooves 6c along the direction of the central axis 5c on the respective side surfaces 6a of the octagonal shape. The grooves 6c are formed by cutting work, for example. As in 17 1, the power line supporting members 5f are fitted and fixed in the respective grooves 6c. Connection between the power line support members 5f and the grooves 6c may be made by attachment using screws or attachment via conductive adhesive instead of fitting.

Nachstehend wird der Grund für eine Anordnung der Nuten 6c beschrieben. Wenn durch die Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f Ströme fließen, werden elektromagnetische Kräfte in derartigen Richtungen erzeugt, dass die benachbarten Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f einander anziehen. Wenn elektromagnetische Kräfte, welche die gleiche Größenordnung aufweisen, an der Mehrzahl von Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f anliegen, treten weder Verformung noch Brechen der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f auf.The reason for arranging the grooves 6c will be described below. When currents flow through the plurality of power line support members 5f, electromagnetic forces are generated in such directions that the adjacent power line support members 5f attract each other. When electromagnetic forces having the same magnitude are applied to the plurality of power line support members 5f, neither deformation nor breakage of the power line support members 5f occurs.

Wenn jedoch aufgrund einer leichten positionsmäßigen Verschiebung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f oder dergleichen Variationen zwischen den durch die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f fließenden Strömen vorhanden sind, entstehen Unterschiede zwischen den elektromagnetischen Kräften, die zu den benachbarten Stromleitungs-Unterstützungselementen 5f hin gerichtet sind, so dass eine Verformung zu einem der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f hin auftritt.However, when there are variations between the currents flowing through the power line support members 5f due to a slight positional displacement of the power line support members 5f or the like, differences arise between the electromagnetic forces directed toward the adjacent power line support members 5f, so that a Deformation occurs toward one of the power line support members 5f.

Sobald eine Verformung aufgetreten ist, nimmt eine elektromagnetische Kraft zu, die zu dem Stromleitungs-Unterstützungselement 5f hin gerichtet ist, das sich genähert hat, und somit tritt eine stärkere Verformung auf. Die starke Verformung führt zu einem Brechen des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f und dann zum Auftreten eines Bogens.Once deformation has occurred, an electromagnetic force directed toward the power line support member 5f that has approached increases, and thus more deformation occurs. The large deformation causes the power line supporting member 5f to be broken and then an arc to occur.

Eine Verhinderung der Verformung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f aufgrund von elektromagnetischen Kräften und ein Unterbinden des Auftretens eines Bogens führt zur Verhinderung einer Beschädigung der Halbleitereinheit 1, so dass eine hohe Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit 1 bewirkt wird. Die Nuten 6c sind zur Unterbindung einer positionsmäßigen Verschiebung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f angeordnet, die zu einer Verformung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f führen kann.Preventing the deformation of the power line supporting members 5f due to electromagnetic forces and suppressing the occurrence of an arc leads to preventing the semiconductor unit 1 from being damaged, so that the semiconductor unit 1 is made highly reliable. The grooves 6c are arranged to suppress positional displacement of the power line support members 5f, which may cause deformation of the power line support members 5f.

Nachstehend wird ein weiteres Beispiel für den Aufbau der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f beschrieben. 17 zeigt die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f mit Querschnittsformen, die mit den Abmessungen der Nuten 6c übereinstimmen. Ohne Beschränkung darauf können die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f jedoch auch Querschnittsformen aufweisen, die größer oder kleiner als die Nuten 6c sind, wie in 19 oder 20 gezeigt.Another configuration example of the power line support members 5f will be described below. 17 12 shows the power line support members 5f having cross-sectional shapes matching the dimensions of the grooves 6c. However, without limitation, the power line support members 5f may have cross-sectional shapes larger or smaller than the grooves 6c as shown in FIG 19 or 20 shown.

Die Abmessungen der Querschnittsformen der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f werden zum Beispiel in Abhängigkeit von der Höhe des Stroms bestimmt, der durch die Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f hindurch geleitet wird.The dimensions of the cross-sectional shapes of the power line support members 5f are determined depending on, for example, the amount of current passed through the power line support members 5f.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 3 mit den Nuten 6c für eine Befestigung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f an den seitlichen Oberflächen 6a des Kernelements 6 versehen. Somit ist es möglich, eine positionsmäßige Verschiebung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f zu unterbinden, die zu einer Verformung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f und dem Auftreten eines Bogens führen kann.As described above, the semiconductor unit 1 according to Embodiment 3 is provided with the grooves 6c for fixing the power line support members 5f to the side surfaces 6a of the core member 6. As shown in FIG. Thus, it is possible to suppress positional displacement of the power line support members 5f, which may result in deformation of the power line support members 5f and occurrence of an arc.

Ausführungsform 4Embodiment 4

Nachstehend wird eine Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 4 beschrieben. 21 ist eine Schnittansicht, die einen Bereich der Einheit 100 der Halbleitereinheit 1 zeigt. In der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 4 unterscheiden sich die Querschnittsformen der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f von jenen in der in Ausführungsform 3 gezeigten Halbleitereinheit 1.A semiconductor unit 1 according to Embodiment 4 will be described below. 21 12 is a sectional view showing a unit portion 100 of the semiconductor unit 1. FIG. In the semiconductor unit 1 according to Embodiment 4, the cross-sectional shapes of the power line support members 5f are different from those in the semiconductor unit 1 shown in Embodiment 3.

Bei der Querschnittsform des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f senkrecht zu der Mittelachse 5c handelt es sich um eine eckige Form mit Krümmungen an Ecken 5h. Die Ecken 5h werden zum Beispiel durch Abrundungsarbeiten gebildet. Das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f befindet sich in einem Oberflächenzu-Oberflächen-Kontakt mit dem Boden der Nut 6c und in einem Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit zwei seitlichen Oberflächen der Nut 6c, d.h. das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f und die Nut 6c befindet sich an drei Stellen in Kontakt miteinander. Somit wird eine positionsmäßige Verschiebung des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f unterbunden, so dass das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f dadurch fest mit der Nut 6c verbunden ist.The cross-sectional shape of the power line support member 5f perpendicular to the central axis 5c is an angular shape with curves at corners 5h. The corners 5h are formed by rounding work, for example. The power line support member 5f is located det is in surface-to-surface contact with the bottom of the groove 6c and in point-to-point contact with two side surfaces of the groove 6c, ie, the power line support member 5f and the groove 6c is in contact at three places together. Thus, positional displacement of the power line support member 5f is restricted, so that the power line support member 5f is thereby fixed to the groove 6c.

Nachstehend wird der Grund für die Herstellung einer derartigen eckigen Form mit Krümmungen an den Ecken 5h beschrieben. Es ist ein Skin-Effekt dahingehend bekannt, dass, wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, die Stromdichte an der Leiteroberfläche hoch ist und in Richtung zu der Innenseite weg von der Oberfläche abnimmt. Der Abstand, in dem der Strom gleich 1/e des Stroms ist, der an der Leiteroberfläche fließt, wird als Skin-Tiefe bezeichnet und ist durch den spezifischen elektrischen Widerstand und die dielektrische Leitfähigkeit des Leiters vorgegeben.The reason for making such an angular shape with curves at the corners 5h will be described below. A skin effect is known in that when a current flows through a conductor, the current density is high at the conductor surface and decreases towards the inside away from the surface. The distance at which the current is equal to 1/e of the current flowing at the conductor surface is called the skin depth and is determined by the electrical resistivity and dielectric conductivity of the conductor.

Im Fall eines Kupfer-Drahts ist die Skin-Tiefe zum Beispiel ungefähr gleich 1 mm in Bezug auf einen Wechselstrom von 4 kHz bis 5 kHz. Eine Querschnittsform, die keine Winkel aufweist, verhindert, dass sich ein Strom an einer Ecke konzentriert, und ist daher die wirksamste Form gegen den Skin-Effekt. Somit wird mit einer kleinen Querschnittfläche ein starker Effekt in Bezug auf eine Reduzierung der Dichte der Wärmeerzeugung erzielt.For example, in the case of a copper wire, the skin depth is approximately equal to 1 mm with respect to an alternating current of 4 kHz to 5 kHz. A cross-sectional shape that has no angles prevents current from concentrating at a corner and is therefore the most effective shape against skin effect. Thus, with a small cross-sectional area, a large effect of reducing the heat generation density is obtained.

Nachstehend wird ein weiteres Beispiel für einen Aufbau der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f beschrieben. Bei der Gestalt des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f, das Krümmungen an den Ecken 5h aufweist, kann es sich um eine kreisförmige Gestalt handeln, wie in 22 gezeigt. Das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f befindet sich in einem Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit dem Boden der Nut 6c und außerdem in einem Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit zwei seitlichen Oberflächen der Nut 6c, d.h. das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f und die Nut 6c befinden sich an drei Stellen in Kontakt miteinander.Another example of configuration of the power line support members 5f will be described below. The shape of the electric wire supporting member 5f having bends at the corners 5h may be a circular shape as shown in FIG 22 shown. The power line support member 5f is in point-to-point contact with the bottom of the groove 6c and also in point-to-point contact with two side surfaces of the groove 6c, ie, the power line support member 5f and the groove 6c are in contact with each other at three points.

Somit wird eine positionsmäßige Verschiebung der Stromleitungs-Unterstützungselemente 5f unterbunden, so dass das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f dadurch fest mit der Nut 6c verbunden ist. Bei dem kreisförmigen Stromleitungs-Unterstützungselement 5f handelt es sich zum Beispiel um eine elektrische Leitung.Thus, positional displacement of the power line support member 5f is restricted, so that the power line support member 5f is thereby fixed to the groove 6c. The circular electric wire supporting member 5f is an electric wire, for example.

Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der Querschnittsform des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f in der Halbleitereinheit 1 gemäß Ausführungsform 4 um eine eckige Form mit Krümmungen an den Ecken 5h. Somit konzentriert sich ein Strom nicht an den Ecken 5h, und mit einer kleinen Querschnittsfläche wird ein starker Effekt in Bezug auf eine Reduzierung der Dichte der Wärmeerzeugung erzielt.As described above, the cross-sectional shape of the power conduction support member 5f in the semiconductor unit 1 according to Embodiment 4 is an angular shape with curves at the corners 5h. Thus, a current does not concentrate at the corners 5h, and with a small sectional area, a large effect of reducing the heat generation density is obtained.

Darüber hinaus befindet sich das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f an drei Stellen in Kontakt mit der Nut 6c, und somit kann eine positionsmäßige Verschiebung des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f unterbunden werden. Darüber hinaus kann das Stromleitungs-Unterstützungselement 5f fest mit der Nut 6c verbunden sein.In addition, the power line support member 5f is in contact with the groove 6c at three locations, and thus positional displacement of the power line support member 5f can be suppressed. In addition, the power line support member 5f can be fixed to the groove 6c.

Wie in 23 gezeigt, kann es sich bei dem die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich um einen Vorsprung 5i handeln, der auf einer Oberfläche des Stromleitungs-Unterstützungselements 5f angeordnet ist, die der Deckplatte 3 gegenüberliegt, und der in einer in der Deckplatte 3 angeordneten Aussparung 3a einpasst ist.As in 23 As shown, the current conduction maintaining portion may be a protrusion 5i which is arranged on a surface of the current conduction supporting member 5f which faces the top plate 3 and which fits into a recess 3a arranged in the top plate 3.

Wenn der Halbleiterchip 8 eine Fehlfunktion aufweist, wird der Kontakt zwischen seitlichen Oberflächen der Aussparung 3a und dem Vorsprung 5i aufrechterhalten, auch wenn sich aufgrund der Ausübung eines Drucks von der Feder 7 auf den Halbleiterchip 8 eine Lücke zwischen dem Stromleitungs-Unterstützungselement 5f und der Deckplatte 3 bildet, und somit wird die Stromleitung zwischen der Deckplatte 3 und der Basisplatte 4 aufrechterhalten. Bei der Form der Aussparung 3a kann es sich um ein Durchgangsloch 3b handeln, wie in 24 gezeigt.When the semiconductor chip 8 malfunctions, the contact between side surfaces of the recess 3a and the projection 5i is maintained even if a gap is formed between the power line support member 5f and the top plate due to the application of pressure from the spring 7 to the semiconductor chip 8 3 forms, and thus the current conduction between the cover plate 3 and the base plate 4 is maintained. The shape of the recess 3a may be a through hole 3b as shown in FIG 24 shown.

Es kann auch ein Vorsprung an der Deckplatte 3 angeordnet sein, und eine Aussparung oder ein Durchgangsloch kann an dem Stromleitungs-Unterstützungselement 5f angeordnet sein. Im Fall einer Bildung des die Stromleitung aufrechterhalten Bereichs mit einer Einpassungsstruktur sind die Federn 5g nicht notwendig, und daher kann die Anzahl von Komponenten verringert werden.Also, a protrusion may be arranged on the top plate 3, and a recess or a through hole may be arranged on the electric wire supporting member 5f. In the case of forming the current conduction maintaining portion with a fitting structure, the springs 5g are not necessary, and therefore the number of components can be reduced.

Auch wenn die Erfindung vorstehend in Bezug auf verschiedene exemplarische Ausführungsformen und Realisierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionalitäten, die bei einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, nicht auf ihre Einsetzbarkeit bei der speziellen Ausführungsform beschränkt sind, bei der sie beschrieben sind, sondern dass sie stattdessen alleine oder in verschiedenen Kombinationen bei einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden können.While the invention has been described above with reference to various exemplary embodiments and implementations, it should be understood that the various features, aspects, and functionality described in one or more of the individual embodiments are not limited to their applicability in the specific embodiment in which they are described, but that they may instead be used alone or in various combinations in one or more embodiments of the invention.

Daher versteht es sich, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht beispielhaft aufgezeigt wurden, konzipiert werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann zumindest eine/einer der Komponenten oder Bestandteile modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Zumindest eine/einer der Komponenten oder Bestandteile, die/der bei zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, kann ausgewählt und mit den Komponenten oder Bestandteilen kombiniert werden, die bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnt sind.Therefore, it is understood that numerous modifications that have not been exemplified can be devised without departing from that deviate from the scope of the present invention. For example, at least one of the components or ingredients may be modified, added, or omitted. At least one of the components or ingredients mentioned in at least one of the preferred embodiments can be selected and combined with the components or ingredients mentioned in another preferred embodiment.

BezugszeichenlisteReference List

11
Halbleitereinheitsemiconductor unit
22
Außenwandouter wall
33
Deckplattecover plate
3a3a
Aussparungrecess
3b3b
Durchgangslochthrough hole
44
Basisplattebase plate
55
Stromleitungselementpower line element
5a5a
Aussparungrecess
5b5b
Bodenfloor
5c5c
Mittelachsecentral axis
5d5d
die Stromleitung aufrechterhaltender Bereichpower line maintaining area
5e5e
untere Endoberflächelower end surface
5f5f
Stromleitungs-UnterstützungselementPower Line Support Element
5g5g
Federfeather
5h5h
Eckecorner
5i5i
Vorsprunghead Start
66
Kernelementcore element
6a6a
seitliche Oberflächelateral surface
6b6b
untere Endoberflächelower end surface
6c6c
Nutgroove
77
Federfeather
88th
Halbleiterchipsemiconductor chip
8a8a
Elektroden-KontaktstelleElectrode Pad
8b8b
Elektroden-KontaktstelleElectrode Pad
99
Gate-Signalplattegate signal plate
1010
Gate-Leitunggate line
100100
Einheitunit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • JP 2000223658 A [0003]JP2000223658A [0003]

Claims (9)

Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - einen Halbleiterchip; - eine leitfähige Basisplatte, die mit der einen Oberfläche des Halbleiterchips verbunden ist; - eine isolierende Außenwand, die sich in Kontakt mit der Basisplatte befindet und den Halbleiterchip umgibt; - eine leitfähige Deckplatte, die der anderen Oberfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt und die Außenwand verschließt; - ein Stromleitungselement, das zwischen dem Halbleiterchip und der Deckplatte angeordnet ist und den Halbleiterchip und die Deckplatte verbindet; - ein elastisches Element, das in einer Aussparung des Stromleitungselements angeordnet ist, die sich auf der Seite der Deckplatte öffnet, wobei das elastische Element über das Stromleitungselement betätigt wird, so dass es einen Druck auf eine Elektrode auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips ausübt; und - einen die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich, der den Kontakt zwischen der Deckplatte und dem Stromleitungselement aufrechterhält, wobei das Stromleitungselement eine rotationssymmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse der Aussparung aufweist.A semiconductor device comprising: - a semiconductor chip; - a conductive base plate which is connected to the one surface of the semiconductor chip; - an insulating outer wall which is in contact with the base plate and surrounds the semiconductor chip; - a conductive cover plate facing the other surface of the semiconductor chip and closing the outer wall; - A current conducting element which is arranged between the semiconductor chip and the cover plate and connects the semiconductor chip and the cover plate; an elastic member disposed in a recess of the current conducting member opening on the top plate side, the elastic member being operated via the current conducting member so as to press an electrode on the other surface of the semiconductor chip; and - a current conduction maintaining portion that maintains the contact between the top plate and the current conduction member, wherein the current conduction member has a rotationally symmetrical shape with respect to the central axis of the recess. Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die äußere Peripherie eines Querschnitts des Stromleitungselements senkrecht zu der Mittelachse eine kreisförmige Gestalt aufweist.semiconductor unit claim 1 , wherein the outer periphery of a cross section of the current conducting member perpendicular to the central axis has a circular shape. Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die äußere Peripherie eines Querschnitts des Stromleitungselements senkrecht zu der Mittelachse eine polygonale Gestalt aufweist.semiconductor unit claim 1 , wherein the outer periphery of a cross section of the current conduction member perpendicular to the central axis has a polygonal shape. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - wobei das Stromleitungselement ein Kernelement, das die Aussparung umgibt und einen Druck auf die Elektrode ausübt, die auf der anderen Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, sowie ein Stromleitungs-Unterstützungselement aufweist, welches das Kernelement umgibt und an dem Kernelement befestigt ist, und - wobei das Kernelement aus einem Metall besteht, dessen Young-Modul höher als jener des Stromleitungs-Unterstützungselements ist.Semiconductor unit according to one of Claims 1 until 3 , - wherein the current conduction member comprises a core member which surrounds the recess and applies pressure to the electrode arranged on the other surface of the semiconductor chip, and a current conduction support member which surrounds the core member and is fixed to the core member, and - wherein the core member is made of a metal whose Young's modulus is higher than that of the power line support member. Halbleitereinheit nach Anspruch 4, wobei eine Mehrzahl der Stromleitungs-Unterstützungselemente in einem geteilten Zustand angeordnet ist.semiconductor unit claim 4 , wherein a plurality of the power line support members are arranged in a divided state. Halbleitereinheit nach Anspruch 5, wobei sämtliche Oberflächen der Stromleitungs-Unterstützungselemente, die dem Kernelement gegenüberliegen, in engem Kontakt mit dem Kernelement befestigt sind.semiconductor unit claim 5 wherein all surfaces of the power line support members facing the core member are fixed in close contact with the core member. Halbleitereinheit nach Anspruch 5 oder 6, - wobei das Kernelement an seitlichen Oberflächen desselben Nuten entlang einer Richtung der Mittelachse aufweist und - wobei die Stromleitungs-Unterstützungselemente in den Nuten eingepasst und befestigt sind.semiconductor unit claim 5 or 6 , - the core member having grooves on side surfaces thereof along a direction of the central axis, and - the power line support members being fitted and fixed in the grooves. Halbleitereinheit nach Anspruch 7, wobei es sich bei einer Form eines Querschnitts jedes Stromleitungs-Unterstützungselements senkrecht zu der Mittelachse um eine eckige Form mit Krümmungen an den Ecken handelt und sich jedes Stromleitungs-Unterstützungselement an drei oder mehr Stellen in Kontakt mit der Nut befindet.semiconductor unit claim 7 , wherein a shape of a cross section of each power line support member perpendicular to the central axis is an angular shape with curves at the corners, and each power line support member is in contact with the groove at three or more locations. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei dem die Stromleitung aufrechterhaltenden Bereich um einen Vorsprung handelt, der auf einer Oberfläche des Stromleitungselements usgebildet ist, die der Deckplatte gegenüberliegt, und der in eine Aussparung oder ein Durchgangsloch eingepasst ist, die/das in der Deckplatte angeordnet ist.Semiconductor unit according to one of Claims 1 until 8th , wherein the current conduction maintaining portion is a protrusion formed on a surface of the current conduction member opposite to the top plate and fitted into a recess or a through hole arranged in the top plate.
DE112019007343.5T 2019-05-22 2019-05-22 SEMICONDUCTOR UNIT Granted DE112019007343T5 (en)

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