JP2000058693A - 平型半導体装置、その製法及びこれを用いた変換器 - Google Patents
平型半導体装置、その製法及びこれを用いた変換器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、平型半導体装置に係り、内蔵する半
導体素子に接続された電極間の封止構造を実現し、かつ
高い絶縁信頼性を安価に確保する方法を提供し、さらに
上記半導体装置を用いた大容量変換器システムを安価に
提供する。 【解決手段】両面に露出する一対の共通主電極板５，６
の間を絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージ
の中に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主
電極を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込
んだ半導体装置において、該絶縁性の外筒の少なくとも
一部を樹脂部品１４により構成する。 【効果】平型半導体装置の信頼性を確保したまま、低コ
スト化を実現できる。
導体素子に接続された電極間の封止構造を実現し、かつ
高い絶縁信頼性を安価に確保する方法を提供し、さらに
上記半導体装置を用いた大容量変換器システムを安価に
提供する。 【解決手段】両面に露出する一対の共通主電極板５，６
の間を絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージ
の中に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主
電極を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込
んだ半導体装置において、該絶縁性の外筒の少なくとも
一部を樹脂部品１４により構成する。 【効果】平型半導体装置の信頼性を確保したまま、低コ
スト化を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平型半導体装置に
係り、内蔵する半導体素子に接続された電極間の封止構
造を実現し、かつ高い絶縁信頼性を安価に確保できる平
型半導体装置、及びこれを用いた変換器に関する。
係り、内蔵する半導体素子に接続された電極間の封止構
造を実現し、かつ高い絶縁信頼性を安価に確保できる平
型半導体装置、及びこれを用いた変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体エレクトロニクスの技術を駆使し
て主回路電流を制御するパワーエレクトロニクスの技術
は、幅広い分野で応用され、さらにその適用拡大がなさ
れつつある。パワー用半導体素子としては、サイリス
タ，光サイリスタ，ＧＴＯサイリスタ（Gate Turn-of
f），ＧＣＴサイリスタ(Gate Commutated Turn-off）
や、ＭＯＳ制御デバイスである絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ（以下ＩＧＢＴと略す）やＭＯＳ型電界効
果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと略す）などがあ
る。これらのデバイスでは、主に半導体チップの第一主
面上に主電極（カソード，エミッタ電極）、第二主面側
にはもう一方の主電極(アノード，コレクタ電極)が形成
される。
て主回路電流を制御するパワーエレクトロニクスの技術
は、幅広い分野で応用され、さらにその適用拡大がなさ
れつつある。パワー用半導体素子としては、サイリス
タ，光サイリスタ，ＧＴＯサイリスタ（Gate Turn-of
f），ＧＣＴサイリスタ(Gate Commutated Turn-off）
や、ＭＯＳ制御デバイスである絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ（以下ＩＧＢＴと略す）やＭＯＳ型電界効
果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと略す）などがあ
る。これらのデバイスでは、主に半導体チップの第一主
面上に主電極（カソード，エミッタ電極）、第二主面側
にはもう一方の主電極(アノード，コレクタ電極)が形成
される。
【０００３】ＧＴＯ，光サイリスタ等の大電力用の半導
体装置においては、素子を１枚のウエハ毎にパッケージ
ングしている。上記素子の両主電極は、ＭｏまたはＷか
らなる熱緩衝用電極板を介してパッケージの一対の外部
主電極により加圧接触される構造となっており、加圧に
適した平型の構造が一般的である。
体装置においては、素子を１枚のウエハ毎にパッケージ
ングしている。上記素子の両主電極は、ＭｏまたはＷか
らなる熱緩衝用電極板を介してパッケージの一対の外部
主電極により加圧接触される構造となっており、加圧に
適した平型の構造が一般的である。
【０００４】一方、ＩＧＢＴ等ではこれまで主にモジュ
ール型構造と呼ばれる、ワイヤによる電極接続方式のパ
ッケージ形態により複数個のチップを実装していた。こ
のようなモジュール型パッケージの場合、素子内部で発
生した熱はパッケージの片面、すなわち金属ベース上に
直接マウントしたコレクタ側のみから逃がすことになる
ため、一般に熱抵抗が大きく、一つのパッケージに実装
できるチップ数（発熱量、または電流容量）に制限があ
った。最近、このような問題に対処し大容量化の要求に
応えるため、ＩＧＢＴ素子複数個を上記ＧＴＯ，光サイ
リスタ等のパッケージに類似した平型のパッケージ内に
並列に組み込み、その主面に形成されたエミッタ電極，
コレクタ電極をそれぞれパッケージ側に設けた一対の外
部主電極板に面接触させて引き出すようにした多チップ
並列型加圧接触構造の平型半導体装置が注目されてい
る。
ール型構造と呼ばれる、ワイヤによる電極接続方式のパ
ッケージ形態により複数個のチップを実装していた。こ
のようなモジュール型パッケージの場合、素子内部で発
生した熱はパッケージの片面、すなわち金属ベース上に
直接マウントしたコレクタ側のみから逃がすことになる
ため、一般に熱抵抗が大きく、一つのパッケージに実装
できるチップ数（発熱量、または電流容量）に制限があ
った。最近、このような問題に対処し大容量化の要求に
応えるため、ＩＧＢＴ素子複数個を上記ＧＴＯ，光サイ
リスタ等のパッケージに類似した平型のパッケージ内に
並列に組み込み、その主面に形成されたエミッタ電極，
コレクタ電極をそれぞれパッケージ側に設けた一対の外
部主電極板に面接触させて引き出すようにした多チップ
並列型加圧接触構造の平型半導体装置が注目されてい
る。
【０００５】これらの半導体装置では、一般に図７に示
したように内蔵する半導体素子（図示せず）を保護する
ために、外部主電極５５，５６間を電気絶縁性のセラミ
ック部品５７を用いて気密封止構造としている。上記外
部主電極５５，５６とセラミック部品５７の間は内部を
気密封止するために金属フランジ５８，５９を介して気
密接合されている。さらにこれらの半導体装置では高電
圧印加時の絶縁性を長期にわたって保証することが必要
で、そのために外部沿面距離を大きく確保する必要があ
る。このため、これまでは特開平7−66228号公報，特開
平7−254669 号公報，特開平8−330338 号公報等に開示
されているように、絶縁性の外筒の外側部分（図７のＡ
部）に複雑な形状加工を施して外部沿面距離を増加させ
る方法を用いていた。
したように内蔵する半導体素子（図示せず）を保護する
ために、外部主電極５５，５６間を電気絶縁性のセラミ
ック部品５７を用いて気密封止構造としている。上記外
部主電極５５，５６とセラミック部品５７の間は内部を
気密封止するために金属フランジ５８，５９を介して気
密接合されている。さらにこれらの半導体装置では高電
圧印加時の絶縁性を長期にわたって保証することが必要
で、そのために外部沿面距離を大きく確保する必要があ
る。このため、これまでは特開平7−66228号公報，特開
平7−254669 号公報，特開平8−330338 号公報等に開示
されているように、絶縁性の外筒の外側部分（図７のＡ
部）に複雑な形状加工を施して外部沿面距離を増加させ
る方法を用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
セラミックスは非常に硬く、難加工性であるため、セラ
ミックスに上記のような複雑な形状加工を行うと、コス
トが非常に高くなるという問題があった。
セラミックスは非常に硬く、難加工性であるため、セラ
ミックスに上記のような複雑な形状加工を行うと、コス
トが非常に高くなるという問題があった。
【０００７】本発明は、平型半導体装置に用いる電気絶
縁封止構造部材を信頼性を落とさず低コスト化する方法
を提供するものである。また第２の目的は上記により得
られる半導体装置を用いることにより、高信頼で安価な
変換器を提供することにある。
縁封止構造部材を信頼性を落とさず低コスト化する方法
を提供するものである。また第２の目的は上記により得
られる半導体装置を用いることにより、高信頼で安価な
変換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、両面に露出
する一対の共通主電極板の間を絶縁封止する電気絶縁性
の外筒の少なくとも一部を樹脂部品とすることにより実
現できる。特に気密封止が必須の場合には、上記絶縁性
の外筒を無機材料系の緻密質絶縁性部品と樹脂部品の複
合型絶縁外筒とし、該無機系緻密質絶縁性部品により気
密封止し、樹脂部品部分で外部沿面距離を十分に確保す
る構造とする、すなわちハーメチックシールするための
材料と絶縁距離（沿面距離）を確保するための材料を機
能分離することにより、高い長期信頼性と低コスト化を
実現できる。加工，成形の容易な樹脂部品を用いて複雑
形状部分を実現し、半導体装置の外部絶縁距離を十分に
確保することにより低コスト化を達成するものである。
する一対の共通主電極板の間を絶縁封止する電気絶縁性
の外筒の少なくとも一部を樹脂部品とすることにより実
現できる。特に気密封止が必須の場合には、上記絶縁性
の外筒を無機材料系の緻密質絶縁性部品と樹脂部品の複
合型絶縁外筒とし、該無機系緻密質絶縁性部品により気
密封止し、樹脂部品部分で外部沿面距離を十分に確保す
る構造とする、すなわちハーメチックシールするための
材料と絶縁距離（沿面距離）を確保するための材料を機
能分離することにより、高い長期信頼性と低コスト化を
実現できる。加工，成形の容易な樹脂部品を用いて複雑
形状部分を実現し、半導体装置の外部絶縁距離を十分に
確保することにより低コスト化を達成するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の代表的な形態を図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００１０】図１は、ＩＧＢＴを用いたスイッチングデ
バイスと逆並列に接続したフライホイールダイオード
（ＦＷＤ）を組み込んだ逆導通型スイッチングデバイス
に本発明を適用した例を示したものである。図には、平
型半導体装置断面のうち、最外部から中央に向かった途
中までの一部断面のみを示している。ＩＧＢＴチップ１
には上面側の第一主面のほぼ全面にエミッタ電極、下面
側の第二主面にはコレクタ電極が形成されており、さら
に第一主面には制御用電極（ゲート電極）が形成されて
いる。また、ＦＷＤチップ２には、シリコン基板の上面
側にアノード電極，下面側にカソード電極が形成されて
いる。これらの各半導体チップには、放熱と電気的接続
を兼ねたＭｏからなる中間電極３，４がチップ上の各主
電極と接する形で固定されており、これらがさらに第１
の共通主電極板５（Ｃｕ）と第２の共通主電極板６（Ｃ
ｕ）に挟まれている。また、ＩＧＢＴチップ１のゲート
電極からはワイヤボンド７により配線が引き出され、さ
らに共通主電極６上に形成されたゲート電極配線８に接
続される。上記半導体チップ、及び中間電極はテフロン
製の枠９により互いに固定されている。上記一対の共通
主電極板５，６の間は、アルミナ磁器製の電気絶縁性外
筒１０により外部絶縁され、さらに共通主電極板５，６
と絶縁外筒１０の間を金属フランジ１１，１２によりパ
ッケージ内部をシール封止したハーメチック構造となっ
ている。ゲート電極配線は外筒１０を貫通するシールさ
れた配線１３によりパッケージ外に引き出される。本実
施例では内蔵する素子を気密封止した後、セラミック外
筒１０に型をセットし、シリコーンゴムをポッテイング
後、１５０℃で硬化して樹脂性外筒部品１４をセラミッ
ク外筒１０に一体成形した。
バイスと逆並列に接続したフライホイールダイオード
（ＦＷＤ）を組み込んだ逆導通型スイッチングデバイス
に本発明を適用した例を示したものである。図には、平
型半導体装置断面のうち、最外部から中央に向かった途
中までの一部断面のみを示している。ＩＧＢＴチップ１
には上面側の第一主面のほぼ全面にエミッタ電極、下面
側の第二主面にはコレクタ電極が形成されており、さら
に第一主面には制御用電極（ゲート電極）が形成されて
いる。また、ＦＷＤチップ２には、シリコン基板の上面
側にアノード電極，下面側にカソード電極が形成されて
いる。これらの各半導体チップには、放熱と電気的接続
を兼ねたＭｏからなる中間電極３，４がチップ上の各主
電極と接する形で固定されており、これらがさらに第１
の共通主電極板５（Ｃｕ）と第２の共通主電極板６（Ｃ
ｕ）に挟まれている。また、ＩＧＢＴチップ１のゲート
電極からはワイヤボンド７により配線が引き出され、さ
らに共通主電極６上に形成されたゲート電極配線８に接
続される。上記半導体チップ、及び中間電極はテフロン
製の枠９により互いに固定されている。上記一対の共通
主電極板５，６の間は、アルミナ磁器製の電気絶縁性外
筒１０により外部絶縁され、さらに共通主電極板５，６
と絶縁外筒１０の間を金属フランジ１１，１２によりパ
ッケージ内部をシール封止したハーメチック構造となっ
ている。ゲート電極配線は外筒１０を貫通するシールさ
れた配線１３によりパッケージ外に引き出される。本実
施例では内蔵する素子を気密封止した後、セラミック外
筒１０に型をセットし、シリコーンゴムをポッテイング
後、１５０℃で硬化して樹脂性外筒部品１４をセラミッ
ク外筒１０に一体成形した。
【００１１】従来のセラミック部品の場合に比べて、図
に見られるように外部の凹凸を大きくして縁面距離を簡
単に非常に大きくすることが可能であり、加速試験でも
十分な信頼性が確認できた。
に見られるように外部の凹凸を大きくして縁面距離を簡
単に非常に大きくすることが可能であり、加速試験でも
十分な信頼性が確認できた。
【００１２】図２は、ＧＴＯに適用した例を示す。半導
体素子２１は、１枚のシリコンウエハで構成され、内部
に少なくとも１つのＰＮ接合を有している。半導体素子
２１には、一方の主面にアルミニウム（Ａｌ）で構成さ
れたカソード電極及びゲート電極が形成され、他方の主
面にアルミニウム（Ａｌ）で構成されたアノード電極が
形成される。さらにＭｏからなる中間電極板２２，２３
を配置した。さらにこの中間電極板２２，２３の外側か
ら銅（Ｃｕ）の一対の外部主電極板２４，２５を用いて
全体を加圧した。半導体素子２１の側面にはキャップ材
２６が配置される。半導体基板上のゲート電極には、ゲ
ートリード２７の一部が接触配置され、その一部はゲー
ト絶縁体２８と皿バネ２９によりゲート電極に圧接され
ている。上記部分はすべてセラミックス製絶縁体３０、
一対の外部電極２４，２５、及びフランジ３１，３２に
より囲まれた気密パッケージ内に配置されている。ゲー
トリード２７の他端部はシール構造を介して絶縁体３０
の外部にゲート端子３３として導出される。
体素子２１は、１枚のシリコンウエハで構成され、内部
に少なくとも１つのＰＮ接合を有している。半導体素子
２１には、一方の主面にアルミニウム（Ａｌ）で構成さ
れたカソード電極及びゲート電極が形成され、他方の主
面にアルミニウム（Ａｌ）で構成されたアノード電極が
形成される。さらにＭｏからなる中間電極板２２，２３
を配置した。さらにこの中間電極板２２，２３の外側か
ら銅（Ｃｕ）の一対の外部主電極板２４，２５を用いて
全体を加圧した。半導体素子２１の側面にはキャップ材
２６が配置される。半導体基板上のゲート電極には、ゲ
ートリード２７の一部が接触配置され、その一部はゲー
ト絶縁体２８と皿バネ２９によりゲート電極に圧接され
ている。上記部分はすべてセラミックス製絶縁体３０、
一対の外部電極２４，２５、及びフランジ３１，３２に
より囲まれた気密パッケージ内に配置されている。ゲー
トリード２７の他端部はシール構造を介して絶縁体３０
の外部にゲート端子３３として導出される。
【００１３】あらかじめ射出成形により成形されたポリ
フェニレンサルファイド樹脂（耐トラッキング性６００
Ｖ以上）製の外筒リング３４をシリコーン接着剤３５で
セラミックス製外筒３０に接着した。これにより、外部
沿面距離は規定値を十分確保できるようになり、加速試
験においても十分な信頼性が確認できた。
フェニレンサルファイド樹脂（耐トラッキング性６００
Ｖ以上）製の外筒リング３４をシリコーン接着剤３５で
セラミックス製外筒３０に接着した。これにより、外部
沿面距離は規定値を十分確保できるようになり、加速試
験においても十分な信頼性が確認できた。
【００１４】図３ａは、上記のような樹脂製の外筒リン
グを、２分割構造とした例を示す。分割された部品はそ
の端部で組み合って篏合するようになっている。分割
は、本例の２分割に限らず、組み合せるセラミック外筒
部品の形状に応じて組み立ての容易になるように分割す
ればよい。
グを、２分割構造とした例を示す。分割された部品はそ
の端部で組み合って篏合するようになっている。分割
は、本例の２分割に限らず、組み合せるセラミック外筒
部品の形状に応じて組み立ての容易になるように分割す
ればよい。
【００１５】図３ｂは、図３ａの部品２個を組み合せた
状態の、組み合せ部分（篏合部分）を拡大して示したも
のである。
状態の、組み合せ部分（篏合部分）を拡大して示したも
のである。
【００１６】上記のようなセラミックス等の絶縁性外筒
部品と樹脂部品の複合型絶縁外筒においては、素子を組
み込む前に複合型の絶縁外筒を作っておいてもよいし、
上記実施例のように素子を組み込んで封止した後に樹脂
部分をポッテイング、はめ込み／接着等により作製して
もよい。また、樹脂部分をセラミックス部品の全面を覆
う形としてももちろんよい。この場合には取扱時の衝撃
によるセラミックスの割れ，かけを防止できる効果もあ
り、より好ましい。
部品と樹脂部品の複合型絶縁外筒においては、素子を組
み込む前に複合型の絶縁外筒を作っておいてもよいし、
上記実施例のように素子を組み込んで封止した後に樹脂
部分をポッテイング、はめ込み／接着等により作製して
もよい。また、樹脂部分をセラミックス部品の全面を覆
う形としてももちろんよい。この場合には取扱時の衝撃
によるセラミックスの割れ，かけを防止できる効果もあ
り、より好ましい。
【００１７】図４は、絶縁性の外筒をすべて樹脂により
構成した場合の例である。図４ａは、一対の外部主電極
板４１，４２の間を、芳香族ポリアミド製の外筒４４に
より外部絶縁封止した例を示したものである。外部主電
極板４１，４２と絶縁外筒４４の間は有機接着剤４３に
より接着した封止構造となっている。さらにこの絶縁外
筒４４には接着剤４６で固定された金属配線４５が形成
されており、これによりゲート電極配線をパッケージ外
に引き出す構造となっている。図４ｂは、外部主電極板
４１，４２と絶縁外筒４４の間の接着部分のシール構造
を変更した同様な例を示したものである。この場合に
は、半導体装置を加圧して使用する際には、常に接着部
を加圧してシールをより強固にする方向になるので好ま
しい。さらに図４ｃのシール構造では、外部主電極板４
１，４２間が膨張した場合にも収縮した場合にも常に接
着剤の一部が加圧され、シールを確保する方向になるの
でより好ましい。接着剤としては弾性変形能の大きな接
着剤を用いる方が、加圧時の主電極間距離の変化や使用
時の変形に対応できるので、好ましい。
構成した場合の例である。図４ａは、一対の外部主電極
板４１，４２の間を、芳香族ポリアミド製の外筒４４に
より外部絶縁封止した例を示したものである。外部主電
極板４１，４２と絶縁外筒４４の間は有機接着剤４３に
より接着した封止構造となっている。さらにこの絶縁外
筒４４には接着剤４６で固定された金属配線４５が形成
されており、これによりゲート電極配線をパッケージ外
に引き出す構造となっている。図４ｂは、外部主電極板
４１，４２と絶縁外筒４４の間の接着部分のシール構造
を変更した同様な例を示したものである。この場合に
は、半導体装置を加圧して使用する際には、常に接着部
を加圧してシールをより強固にする方向になるので好ま
しい。さらに図４ｃのシール構造では、外部主電極板４
１，４２間が膨張した場合にも収縮した場合にも常に接
着剤の一部が加圧され、シールを確保する方向になるの
でより好ましい。接着剤としては弾性変形能の大きな接
着剤を用いる方が、加圧時の主電極間距離の変化や使用
時の変形に対応できるので、好ましい。
【００１８】上記の樹脂系材料に必要な特性として、ま
ず耐トラッキング性（ＣＴＩ値）が４００Ｖ以上、より
好ましくは６００Ｖ以上であることが望ましい。また難
燃性としては、ＵＬ９４Ｖ−０レベルのものを用いるの
が好ましい。熱機械特性では、機械強度や破壊じん性が
高く、さらに熱膨張係数が他の実装材料、及び実装形態
との兼ね合いで決まる最適な値のものに調整できる材料
系であることが好ましい。セラミックス等の電気絶縁外
筒部品と複合一体化する場合にはできるだけセラミック
ス系部品に近い熱膨張係数を有するものが好ましい。具
体的な材料としては、エポキシ系，フェノール系等の熱
硬化性樹脂の他、シリコーン系，フッ素系エラストマー
を用いることが好ましい。またポリフェニレンサルファ
イド（ＰＰＳ），芳香族ポリアミド，熱可塑性ポリイミ
ド等のエンプラ系熱可塑性樹脂を用いることもできる。
さらには、これらの材料に各種の充填剤を複合化したも
のを用いることもできる。樹脂部品であるため、従来の
セラミック部品に比べて外部沿面の形状を比較的自由に
設計できるので、外部沿面距離を確保するための設計上
の制約を少なくできる利点がある。
ず耐トラッキング性（ＣＴＩ値）が４００Ｖ以上、より
好ましくは６００Ｖ以上であることが望ましい。また難
燃性としては、ＵＬ９４Ｖ−０レベルのものを用いるの
が好ましい。熱機械特性では、機械強度や破壊じん性が
高く、さらに熱膨張係数が他の実装材料、及び実装形態
との兼ね合いで決まる最適な値のものに調整できる材料
系であることが好ましい。セラミックス等の電気絶縁外
筒部品と複合一体化する場合にはできるだけセラミック
ス系部品に近い熱膨張係数を有するものが好ましい。具
体的な材料としては、エポキシ系，フェノール系等の熱
硬化性樹脂の他、シリコーン系，フッ素系エラストマー
を用いることが好ましい。またポリフェニレンサルファ
イド（ＰＰＳ），芳香族ポリアミド，熱可塑性ポリイミ
ド等のエンプラ系熱可塑性樹脂を用いることもできる。
さらには、これらの材料に各種の充填剤を複合化したも
のを用いることもできる。樹脂部品であるため、従来の
セラミック部品に比べて外部沿面の形状を比較的自由に
設計できるので、外部沿面距離を確保するための設計上
の制約を少なくできる利点がある。
【００１９】樹脂部品の製法としては、上記の例にも示
したポッテイングの他に、射出成形，トランスファーモ
ールド，コンプレッションモールド，粉末焼結成形、等
の方法を用いることができ、材料や実装方式に応じて最
適な方法を選択すれば良い。特にポッテイングを用いて
直接にセラミックス外筒に樹脂部品を一体成形するに
は、シリコーン，ウレタン，ポリスチレン，ポリブタジ
エン等、及びこれらの共重合体からなるエラストマー
や、エポキシ，フェノール樹脂等の熱硬化性材料を用い
ることが好適である。あらかじめ成形した樹脂部品をセ
ラミックス等の電気絶縁外筒部品や電極材料に接着して
一体化する場合には、接着剤として、特にシリコーン
系，フッ素系，エポキシ系ゴムを用いることにより接着
する材料間の応力緩和ができるため好ましい。
したポッテイングの他に、射出成形，トランスファーモ
ールド，コンプレッションモールド，粉末焼結成形、等
の方法を用いることができ、材料や実装方式に応じて最
適な方法を選択すれば良い。特にポッテイングを用いて
直接にセラミックス外筒に樹脂部品を一体成形するに
は、シリコーン，ウレタン，ポリスチレン，ポリブタジ
エン等、及びこれらの共重合体からなるエラストマー
や、エポキシ，フェノール樹脂等の熱硬化性材料を用い
ることが好適である。あらかじめ成形した樹脂部品をセ
ラミックス等の電気絶縁外筒部品や電極材料に接着して
一体化する場合には、接着剤として、特にシリコーン
系，フッ素系，エポキシ系ゴムを用いることにより接着
する材料間の応力緩和ができるため好ましい。
【００２０】気密封止を行うために用いる電気絶縁製部
品の材料としては、長石質普通磁器，クリストバライト
磁器，アルミナ含有磁器，アルミナ含有クリストバライ
ト磁器等の普通磁器や、アルミナ，マグネシア，ベリリ
ア，ステアタイト，フォルステライト，コーデイエライ
ト，ムライト，ジルコン，ジルコニア等を主成分とする
材料の他、ガラスセラミックス，ホウケイ酸ガラス，石
英ガラス，高ケイ酸ガラス等のガラス系材料を用いるの
が好ましい。上記無機材料系電気絶縁外筒部品と樹脂部
品とを接合する場合には、無機材料系電気絶縁外筒部品
表面を凹凸面として、樹脂部品との接合強度を高めるこ
とも有効な方法である。このためには無機材料系電気絶
縁外筒の焼結条件により表面に意識的に凹凸を残すよう
にしたり、通常の焼結後にサンドブラスト，液体ホーニ
ング，エッチング，化学研削，電解研削等の手法を用い
て簡単に加工することが有効である。
品の材料としては、長石質普通磁器，クリストバライト
磁器，アルミナ含有磁器，アルミナ含有クリストバライ
ト磁器等の普通磁器や、アルミナ，マグネシア，ベリリ
ア，ステアタイト，フォルステライト，コーデイエライ
ト，ムライト，ジルコン，ジルコニア等を主成分とする
材料の他、ガラスセラミックス，ホウケイ酸ガラス，石
英ガラス，高ケイ酸ガラス等のガラス系材料を用いるの
が好ましい。上記無機材料系電気絶縁外筒部品と樹脂部
品とを接合する場合には、無機材料系電気絶縁外筒部品
表面を凹凸面として、樹脂部品との接合強度を高めるこ
とも有効な方法である。このためには無機材料系電気絶
縁外筒の焼結条件により表面に意識的に凹凸を残すよう
にしたり、通常の焼結後にサンドブラスト，液体ホーニ
ング，エッチング，化学研削，電解研削等の手法を用い
て簡単に加工することが有効である。
【００２１】本発明の方式は、多数の半導体チップが複
数個並置されて一対の主電極板の間に組み込まれている
平型半導体装置や、半導体素子が少なくとも一つのＰＮ
接合を有する１枚の半導体素子ウエハからなる平型半導
体装置等のいずれの方式にも適用可能である。またダイ
オードを含まないＩＧＢＴ等のスイッチング半導体のみ
からなる平型半導体装置の他、例えばダイオードチップ
のみを多数個平型パッケージに実装することももちろん
有効である。本発明は少なくとも第一主面に第一の主電
極と第二主面に第二の主電極を有する半導体素子全般を
対象としており、ＩＧＢＴ以外の絶縁ゲート形トランジ
ス(ＭＯＳトランジスタ)や、ＩＧＣＴ（Insulated Gate
Controlled Thyristor）などを含む絶縁ゲート形サイ
リスタ（ＭＯＳ制御サイリスタ），ＧＴＯサイリスタ，
ＧＣＴサイリスタ，光サイリスタ，サイリスタなどの制
御電極付き半導体素子、及びダイオードなどに対しても
同様に実施できる。また、Ｓｉ素子以外のＳｉＣ，Ｇａ
Ｎなどの化合物半導体素子に対しても同様に有効であ
る。
数個並置されて一対の主電極板の間に組み込まれている
平型半導体装置や、半導体素子が少なくとも一つのＰＮ
接合を有する１枚の半導体素子ウエハからなる平型半導
体装置等のいずれの方式にも適用可能である。またダイ
オードを含まないＩＧＢＴ等のスイッチング半導体のみ
からなる平型半導体装置の他、例えばダイオードチップ
のみを多数個平型パッケージに実装することももちろん
有効である。本発明は少なくとも第一主面に第一の主電
極と第二主面に第二の主電極を有する半導体素子全般を
対象としており、ＩＧＢＴ以外の絶縁ゲート形トランジ
ス(ＭＯＳトランジスタ)や、ＩＧＣＴ（Insulated Gate
Controlled Thyristor）などを含む絶縁ゲート形サイ
リスタ（ＭＯＳ制御サイリスタ），ＧＴＯサイリスタ，
ＧＣＴサイリスタ，光サイリスタ，サイリスタなどの制
御電極付き半導体素子、及びダイオードなどに対しても
同様に実施できる。また、Ｓｉ素子以外のＳｉＣ，Ｇａ
Ｎなどの化合物半導体素子に対しても同様に有効であ
る。
【００２２】本発明の平型半導体装置を用いることによ
り、変換器コストを大幅に削減した大容量変換器が実現
できる。図５に本発明によるＩＧＢＴの平型半導体装置
を主変換素子として電力用変換器に応用した場合の例を
１ブリッジ分の構成回路図で示す。主変換素子となるＩ
ＧＢＴ５１とダイオード５２が逆並列に配置され、これ
らがｎ個直列に接続された構成となっている。これらＩ
ＧＢＴ５１とダイオード５２は、本発明実施例による多
数の半導体チップを並列実装した平型半導体装置を示し
ている。上記実施例の逆導通型ＩＧＢＴ平型半導体装置
の場合には図中のＩＧＢＴ５１とダイオード５２がまと
めて一つのパッケージに収められた形となる。これにス
ナバ回路５３、及び限流回路が設けてある。図６は、図
５の３相ブリッジを４多重した自励式変換器の構成を示
したものである。本発明の平型半導体装置は、複数個を
その主電極板外側と面接触する形で水冷電極を挟んで直
列接続するスタック構造と呼ぶ形に実装され、スタック
全体を一括で加圧する。
り、変換器コストを大幅に削減した大容量変換器が実現
できる。図５に本発明によるＩＧＢＴの平型半導体装置
を主変換素子として電力用変換器に応用した場合の例を
１ブリッジ分の構成回路図で示す。主変換素子となるＩ
ＧＢＴ５１とダイオード５２が逆並列に配置され、これ
らがｎ個直列に接続された構成となっている。これらＩ
ＧＢＴ５１とダイオード５２は、本発明実施例による多
数の半導体チップを並列実装した平型半導体装置を示し
ている。上記実施例の逆導通型ＩＧＢＴ平型半導体装置
の場合には図中のＩＧＢＴ５１とダイオード５２がまと
めて一つのパッケージに収められた形となる。これにス
ナバ回路５３、及び限流回路が設けてある。図６は、図
５の３相ブリッジを４多重した自励式変換器の構成を示
したものである。本発明の平型半導体装置は、複数個を
その主電極板外側と面接触する形で水冷電極を挟んで直
列接続するスタック構造と呼ぶ形に実装され、スタック
全体を一括で加圧する。
【００２３】本発明の平型半導体装置は、上記の例に限
らず電力系統に用いられる自励式大容量変換器やミル用
変換器として用いられる大容量変換器に特に好適で、可
変速揚水発電，ビル内変電所設備，電鉄用変電設備，ナ
トリウム硫黄（ＮａＳ）電池システム，車両等の変換器
にも用いることができる。
らず電力系統に用いられる自励式大容量変換器やミル用
変換器として用いられる大容量変換器に特に好適で、可
変速揚水発電，ビル内変電所設備，電鉄用変電設備，ナ
トリウム硫黄（ＮａＳ）電池システム，車両等の変換器
にも用いることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、素子信頼性を確保しな
がら、素子コストの低減を図ることが可能となり、変換
器システムのコストダウンにも寄与できる。
がら、素子コストの低減を図ることが可能となり、変換
器システムのコストダウンにも寄与できる。
【図１】ＩＧＢＴ素子に適用した本発明の実施例を示す
図。
図。
【図２】ＧＴＯ素子に適用した本発明の実施例を示す
図。
図。
【図３ａ】分割型樹脂製外筒部品の実施例。
【図３ｂ】分割型樹脂製外筒部品の組み合せ部分の拡大
図。
図。
【図４ａ】全樹脂製外筒部品、およびその実装形態を示
した図。
した図。
【図４ｂ】全樹脂製外筒部品、およびその実装形態を示
した図。
した図。
【図４ｃ】全樹脂製外筒部品、およびその実装形態を示
した図。
した図。
【図５】本発明の半導体装置を用いた１ブリッジ分の構
成回路図。
成回路図。
【図６】図５の３相ブリッジを４多重した自励式変換器
の構成図。
の構成図。
【図７】従来例を示す図。
１…ＩＧＢＴチップ、２…ダイオードチップ、３，４，
２２，２３…中間電極、５，６…共通主電極板、７…ワ
イヤボンド、８…ゲート電極配線、９…枠、１０…電気
絶縁性外筒、１１，１２…金属フランジ、１３…気密貫
通配線、１４…樹脂性外筒部品、２１…半導体素子、２
４，２５，４１，４２，５５，５６…外部主電極板、２
６…キャップ材、２７…ゲートリード、２８…ゲート絶
縁体、２９…皿バネ、３０…セラミックス製絶縁体、３
１，３２，５８，５９…フランジ、３３…ゲート端子、
３４…外筒リング、３５，４３，４６…接着剤、４４…
絶縁外筒、４５…金属配線、５１…ＩＧＢＴ、５２…ダ
イオード、５３…スナバ回路、５７…セラミック部品。
２２，２３…中間電極、５，６…共通主電極板、７…ワ
イヤボンド、８…ゲート電極配線、９…枠、１０…電気
絶縁性外筒、１１，１２…金属フランジ、１３…気密貫
通配線、１４…樹脂性外筒部品、２１…半導体素子、２
４，２５，４１，４２，５５，５６…外部主電極板、２
６…キャップ材、２７…ゲートリード、２８…ゲート絶
縁体、２９…皿バネ、３０…セラミックス製絶縁体、３
１，３２，５８，５９…フランジ、３３…ゲート端子、
３４…外筒リング、３５，４３，４６…接着剤、４４…
絶縁外筒、４５…金属配線、５１…ＩＧＢＴ、５２…ダ
イオード、５３…スナバ回路、５７…セラミック部品。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 篤雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 加藤 修治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 薗部 幸男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5F005 AF02 GA01 GA02 GA03 GA04
Claims (7)
- 【請求項１】両面に露出する一対の共通主電極板の間を
絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージの中
に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主電極
を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込んだ
半導体装置であって、該絶縁性の外筒の少なくとも一部
が樹脂部品により構成されていることを特徴とする平型
半導体装置。 - 【請求項２】両面に露出する一対の共通主電極板の間を
絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージの中
に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主電極
を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込んだ
半導体装置であって、該絶縁性の外筒が無機材料部品と
樹脂部品の複合体により構成され、かつ該パッケージ内
部が気密封止されることを特徴とする平型半導体装置。 - 【請求項３】両面に露出する一対の共通主電極板の間の
空間距離に比べて、半導体装置の外部沿面距離が上記樹
脂部品により大きくなっていることを特徴とする請求項
１および２記載の平型半導体装置。 - 【請求項４】上記共通主電極板間の変位に対して、該共
通主電極板と上記樹脂部品を接着するための接着剤の少
なくとも一部が加圧される構造を有する請求項１記載の
平型半導体装置。 - 【請求項５】上記樹脂部品が耐トラッキング性が４００
Ｖ以上の樹脂により構成されていることを特徴とする請
求項１および４記載の平型半導体装置。 - 【請求項６】両面に露出する一対の共通主電極板の間を
絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージの中
に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主電極
を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込んだ
半導体装置の製法であって、該絶縁性の外筒が無機材料
部品と樹脂部品の複合体により構成され、該無機材料部
品にポッテイング法を用いて直接に樹脂部品を一体成形
することを特徴とする平型半導体装置の製法。 - 【請求項７】両面に露出する一対の共通主電極板の間を
絶縁性の外筒により絶縁封止した平型パッケージの中
に、第一主面に第一の主電極，第二主面に第二の主電極
を有する少なくとも一つ以上の半導体素子を組み込んだ
半導体装置であって、該絶縁性の外筒の少なくとも一部
が樹脂部品により構成されていることを特徴とする平型
半導体装置を主変換素子として用いたことを特徴とする
電力変換器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22403098A JP2000058693A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 平型半導体装置、その製法及びこれを用いた変換器 |
| EP99933154A EP1115151A1 (en) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | Flat semiconductor device, method for manufacturing the same, and converter comprising the same |
| PCT/JP1999/004072 WO2000008683A1 (en) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | Flat semiconductor device, method for manufacturing the same, and converter comprising the same |
| KR1020017001647A KR20010072328A (ko) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | 평형 반도체 장치, 그 제법 및 이것을 이용한 변환기 |
| CA002339523A CA2339523A1 (en) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | Flat semiconductor device, method for manufacturing the same, and converter comprising the same |
| CN99811858A CN1322376A (zh) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | 扁平型半导体装置、其制造方法及使用该装置的变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22403098A JP2000058693A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 平型半導体装置、その製法及びこれを用いた変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058693A true JP2000058693A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16807501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22403098A Pending JP2000058693A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 平型半導体装置、その製法及びこれを用いた変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000058693A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7456531B2 (en) | 2003-07-24 | 2008-11-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Switching device, generator-motor apparatus using switching device, drive system including generator-motor apparatus, and computer-readable recording medium on which a program for directing computer to perform control of generator-motor apparatus is recorded |
| WO2012172991A1 (ja) * | 2011-06-16 | 2012-12-20 | 富士電機株式会社 | 半導体ユニットおよびそれを用いた半導体装置 |
| WO2014054212A1 (ja) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
| JP2022505219A (ja) * | 2018-10-19 | 2022-01-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 浮動性実装を有する電力半導体装置 |
| CN115692334A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-02-03 | 深圳市领赛科技有限公司 | 一种开关二极管封装结构及其制备方法 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP22403098A patent/JP2000058693A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7456531B2 (en) | 2003-07-24 | 2008-11-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Switching device, generator-motor apparatus using switching device, drive system including generator-motor apparatus, and computer-readable recording medium on which a program for directing computer to perform control of generator-motor apparatus is recorded |
| US7759831B2 (en) | 2003-07-24 | 2010-07-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Switching device, generator-motor apparatus using switching device, drive system including generator-motor apparatus, and computer-readable recording medium on which a program for directing computer to perform control of generator-motor apparatus is recorded |
| US9165871B2 (en) | 2011-06-16 | 2015-10-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor unit and semiconductor device using the same |
| KR20140026496A (ko) * | 2011-06-16 | 2014-03-05 | 후지 덴키 가부시키가이샤 | 반도체 유닛 및 그것을 이용한 반도체 장치 |
| JPWO2012172991A1 (ja) * | 2011-06-16 | 2015-02-23 | 富士電機株式会社 | 半導体ユニットおよびそれを用いた半導体装置 |
| WO2012172991A1 (ja) * | 2011-06-16 | 2012-12-20 | 富士電機株式会社 | 半導体ユニットおよびそれを用いた半導体装置 |
| KR101887199B1 (ko) * | 2011-06-16 | 2018-09-10 | 후지 덴키 가부시키가이샤 | 반도체 유닛 및 그것을 이용한 반도체 장치 |
| WO2014054212A1 (ja) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
| US9953961B2 (en) | 2012-10-01 | 2018-04-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2022505219A (ja) * | 2018-10-19 | 2022-01-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 浮動性実装を有する電力半導体装置 |
| JP7203214B2 (ja) | 2018-10-19 | 2023-01-12 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 浮動性実装を有する電力半導体装置 |
| CN115692334A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-02-03 | 深圳市领赛科技有限公司 | 一种开关二极管封装结构及其制备方法 |
| CN115692334B (zh) * | 2022-11-18 | 2023-09-05 | 深圳市领赛科技有限公司 | 一种开关二极管封装结构及其制备方法 |
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