JP2001230373A - Flat semiconductor device and power converter using it - Google Patents

Flat semiconductor device and power converter using it

Info

Publication number
JP2001230373A
JP2001230373A JP2000041584A JP2000041584A JP2001230373A JP 2001230373 A JP2001230373 A JP 2001230373A JP 2000041584 A JP2000041584 A JP 2000041584A JP 2000041584 A JP2000041584 A JP 2000041584A JP 2001230373 A JP2001230373 A JP 2001230373A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
control signal
semiconductor device
signal wiring
flat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000041584A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Kodama
弘則 児玉
Mitsuru Hasegawa
長谷川  満
Mamoru Sawahata
守 沢畠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000041584A priority Critical patent/JP2001230373A/en
Publication of JP2001230373A publication Critical patent/JP2001230373A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/35Mechanical effects
    • H01L2924/351Thermal stress

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flat semiconductor device which can simplify the treatment of gate signal wiring, storing a plurality of semiconductor chips in high density with positioning accuracy, and a large-capacity power converter using it. SOLUTION: This flat semiconductor device is given a function of deciding en block the positions, within a package, of a plurality of semiconductor chips mounted and or a plurality of middle electrodes arranged in the semiconductor chips, by constituting control signal wiring, which is provided within itself so as to transmit the control signal from outside a package to each chip, of a component which is molded integrally with insulating material 23, and providing this component with insulating member projections 12 and providing its interior with extraction electrodes, and further this stores control signal wiring parts shown in the figure within the common electrodes of the package, and connects the control electrode and the lead electrode of each semiconductor chip to them.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、平型半導体装置及
びこれを用いた電力変換器に係り、特に、低コストで、
かつ高い信頼性を有する平型半導体装置及びこれを用い
た電力変換器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat semiconductor device and a power converter using the same, and more particularly, to a low-cost semiconductor device.
The present invention relates to a flat semiconductor device having high reliability and a power converter using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、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
の技術が、幅広い分野で応用され、さらにその適用分野
が拡大されつつある。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(Gate Turn-off)サ
イリスタ、GCT(Gate Commutated Turn-off)サイリ
スタや、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という)やMOS型
電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという)
や、ダイオードなどがある。これらの半導体素子は、一
般に、半導体基板の第1主面上に第1の主電極(カソー
ド電極、エミッタ電極)と制御電極とが形成され、第2
主面側にもう一方の第2の主電極(アノード電極、コレ
クタ電極)が形成されて構成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, power electronics technology for controlling main circuit current by making full use of semiconductor electronics technology has been applied in a wide range of fields, and the field of application has been expanding. As power semiconductor elements, thyristors, optical thyristors, GTO (Gate Turn-off) thyristors, GCT (Gate Commutated Turn-off) thyristors, insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBTs) and MOSs as MOS control devices Type field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET)
And diodes. These semiconductor devices generally have a first main electrode (cathode electrode, emitter electrode) and a control electrode formed on a first main surface of a semiconductor substrate, and a second electrode.
Another main electrode (anode electrode, collector electrode) is formed on the main surface side.

【0003】GTO、光サイリスタ等の大電力用の半導
体装置は、素子を1枚のウエハ毎にパッケージングして
構成されている。このような半導体素子の両主電極は、
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せられる構造と
されており、加圧に適した平型の構造を備えるのが一般
的である。
A high-power semiconductor device such as a GTO or an optical thyristor is configured by packaging elements for each wafer. Both main electrodes of such a semiconductor element are
The package is configured to be brought into pressure contact with a pair of external main electrodes of a package via a heat buffering electrode plate made of Mo or W, and generally has a flat structure suitable for pressure application.

【0004】一方、IGBT等は、従来、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構成されてい
た。このようなモジュール型パッケージは、素子内部で
発生した熱を、パッケージの片面すなわち金属ベース上
に直接マウントされ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、1つのパッケージ
に実装することができるチップ数、言い替えれば、1つ
のパッケージに許容することができる発熱量または電流
容量に制限があった。最近、このような問題に対処して
大容量化の要求に応えるため、複数個のIGBT素子を
前述した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。
On the other hand, IGBTs and the like have conventionally been constituted by mounting a plurality of chips in a package form of an electrode connection system using wires, which is mainly called a modular structure. Such a module type package dissipates the heat generated inside the element only from one side of the package, that is, only from the collector side directly mounted on the metal base, and thus generally has a large thermal resistance and is mounted in one package. There is a limit on the number of chips that can be performed, in other words, the amount of heat or current capacity that can be tolerated in one package. Recently, in order to deal with such a problem and respond to a demand for a large capacity, a plurality of IGBT elements are incorporated in parallel into a flat package similar to the above-mentioned packages such as the GTO and the optical thyristor. A flat type semiconductor device having a multi-chip parallel type pressure contact structure in which an emitter electrode and a collector electrode formed in the above-described manner are brought into surface contact with a pair of external main electrode plates provided on the package side, respectively, and pulled out.

【0005】このような多チップ並列型加圧接触構造の
平型半導体装置に関する従来技術として、例えば、富士
時報 Vol.69、No.5(1996)等に記載された技術が知
られている。この従来技術は、12個の半導体チップ
(9個のIGBTと3個のダイオード)を搭載した耐電
圧2.5kV、電流容量1kAの平型IGBTパッケー
ジに関するものである。また、他の従来技術として、例
えば、特開平7−94673号公報等に記載された技術
が知られている。この従来技術は、5個のIGBTと1
個のダイオードを並べて組み込んだ平型IGBTパッケ
ージに関するものである。
[0005] As a conventional technique relating to such a flat semiconductor device having a multi-chip parallel-type pressure contact structure, for example, the technique described in Fuji Tokiho Vol. 69, No. 5 (1996) and the like is known. This prior art relates to a flat IGBT package having a withstand voltage of 2.5 kV and a current capacity of 1 kA, on which 12 semiconductor chips (9 IGBTs and 3 diodes) are mounted. Further, as another conventional technique, for example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94673 is known. This prior art includes five IGBTs and one IGBT.
The present invention relates to a flat IGBT package in which a plurality of diodes are arranged side by side.

【0006】図11は前述した従来技術による多チップ
並列型加圧接触構造の平型半導体装置のパッケージ構造
を示す断面図であり、以下、これについて説明する。図
11において、1、2は半導体チップ、7、8は共通電
極板、61は電極用基板、62は半田層、63、64は
コンタクト端子体、65はスリット、66は位置決めガ
イド、67は配線台。68は配線網、69はワイヤボン
ディングである。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a package structure of a flat type semiconductor device having a multi-chip parallel-type pressure contact structure according to the above-mentioned prior art, which will be described below. 11, reference numerals 1 and 2 denote semiconductor chips, 7 and 8 denote common electrode plates, 61 denotes an electrode substrate, 62 denotes a solder layer, 63 and 64 denote contact terminal bodies, 65 denotes a slit, 66 denotes a positioning guide, and 67 denotes a wiring. Stand. 68 is a wiring network, and 69 is wire bonding.

【0007】図11に示す従来技術による平型半導体装
置は、半導体チップ1、2のそれぞれのコレクタ側であ
る第2主面が、Cu等により構成されるパッケージの共
通電極板8上に設けられたMoによる1枚の電極用基板
61に半田層62を介して接続され、エミッタ側の第1
主面が、半導体チップ毎に分離したMoによる個別のコ
ンタクト端子体63、64を介して、Cuによるパッケ
ージの共通電極板7に接続されている構造を有してい
る。各半導体チップ1、2のパッケージ内での位置決め
は、前述の電極用基板61上におけるチップマウント領
域の周囲に形成したスリット65に、位置決めガイド6
6を嵌め込んで所定位置に起立状態に固定支持すること
により行われている。すなわち、この位置決めガイド6
6は、外枠ガイドとして作用し、半導体チップ1、2、
及び、コンタクト端子体63、64を定位置に保持して
いる。各半導体チップ1、2の制御電極であるゲート電
極は、コレクタが接続される電極用基板61の周縁部に
設けられた配線台67上の配線網68にワイヤボンディ
ング69により接続されている。さらに、コンタクト端
子体63には、配線網68にワイヤボンディングされた
ワイヤとの接触を避けるために凹状切欠部が形成されて
いる。
In the flat type semiconductor device according to the prior art shown in FIG. 11, a second main surface on the collector side of each of the semiconductor chips 1 and 2 is provided on a common electrode plate 8 of a package made of Cu or the like. Is connected via a solder layer 62 to a single electrode substrate 61 made of Mo.
The main surface has a structure in which it is connected to a common electrode plate 7 of a package of Cu via individual contact terminals 63 and 64 made of Mo separated for each semiconductor chip. The positioning of the semiconductor chips 1 and 2 in the package is performed by positioning guides 6 in slits 65 formed around the chip mounting area on the electrode substrate 61 described above.
6 is fitted and fixedly supported in a standing position in a predetermined position. That is, the positioning guide 6
6 functions as an outer frame guide, and the semiconductor chips 1, 2,.
Further, the contact terminal bodies 63 and 64 are held at fixed positions. Gate electrodes, which are control electrodes of the semiconductor chips 1 and 2, are connected by wire bonding 69 to a wiring network 68 on a wiring board 67 provided on a peripheral portion of an electrode substrate 61 to which a collector is connected. Further, the contact terminal body 63 is formed with a concave notch in order to avoid contact with a wire wire-bonded to the wiring network 68.

【0008】また、多チップ並列型加圧接触構造の平型
半導体装置に関する他の従来技術として、例えば、特開
平8−088240号公報等に記載された技術が知られ
ている。この従来技術は、21個の半導体チップ(9個
のIGBTと12個のダイオード)を搭載した平型IG
BTパッケージに関するものである。
As another conventional technique relating to a flat semiconductor device having a multi-chip parallel type pressure contact structure, for example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-0824020 is known. This conventional technology is based on a flat type IG mounted with 21 semiconductor chips (9 IGBTs and 12 diodes).
It relates to a BT package.

【0009】図12はこの従来技術従来技術による多チ
ップ並列型加圧接触構造の平型半導体装置のパッケージ
構造の例を示す断面図であり、以下、これについて説明
する。図12において、4はゲート電極部(制御用電
極)、70はチップフレーム。71は外部フレーム、7
2はプローブ、73はソケット、74はゲートリード
線、75は溝であり、他の符号は図11の場合と同一で
ある。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a package structure of a flat type semiconductor device having a multi-chip parallel type pressure contact structure according to the prior art, which will be described below. In FIG. 12, reference numeral 4 denotes a gate electrode portion (control electrode), and reference numeral 70 denotes a chip frame. 71 is an outer frame, 7
2 is a probe, 73 is a socket, 74 is a gate lead wire, 75 is a groove, and other reference numerals are the same as those in FIG.

【0010】図12に示す従来技術による平型半導体装
置は、半導体チップ1、2のそれぞれのコレクタ側であ
る第2主面が、Cuにより構成されるパッケージの共通
電極板8上に設けられた1枚のMoによる電極用基板6
1に搭載され、エミッタ側である第1主面が、チップ毎
に分離した個別のMoによる圧接板を兼ねるコンタクト
端子体63、64を介して、Cuによるパッケージの共
通電極板7に接続された構造を有している。各半導体チ
ップ1、2のパッケージ内での位置決めは、各半導体チ
ップ1、2の外周部に個別のチップフレーム70を装着
し、そのチップフレームを互いに突合せて各チップを同
一平面に配列し、さらに、外部フレーム71により配列
されたチップの最外周を囲むことによって最終的に各チ
ップの位置を決定するように行われる。各チップフレー
ム70は、チップの固定と圧接板としてのコンタクト端
子体63、64との固定を可能にし、外部フレーム71
は、ゲート電極4の位置関係を正確にしている。各半導
体チップ1、2のゲート電極部4には、プローブ72の
先端が接触しており、プローブ72にソケット73を用
いて接続されたチップ毎のゲートリード線74が、パッ
ケージ外周部へ個別に配線される。一方、エミッタ側電
極板7の内部側表面の圧接面には、チップ同士が接する
部分である半導体チップと対向する部分の周囲に溝75
が形成され、この溝75に前述した複数のゲートリード
74が配置されている。
In the flat type semiconductor device according to the prior art shown in FIG. 12, the second main surfaces on the collector sides of the semiconductor chips 1 and 2 are provided on a common electrode plate 8 of a package made of Cu. One electrode substrate 6 made of Mo
1 and the first main surface on the emitter side is connected to the common electrode plate 7 of the package made of Cu via the contact terminals 63 and 64 which also serve as pressure contact plates made of individual Mo separated for each chip. It has a structure. The positioning of the semiconductor chips 1 and 2 in the package is performed by mounting an individual chip frame 70 on the outer peripheral portion of each semiconductor chip 1 and 2 and abutting the chip frames to arrange the chips on the same plane. The position of each chip is finally determined by surrounding the outermost periphery of the chips arranged by the external frame 71. Each chip frame 70 enables the chip to be fixed and the contact terminals 63 and 64 as pressure contact plates to be fixed.
Makes the positional relationship of the gate electrode 4 accurate. The tip of a probe 72 is in contact with the gate electrode portion 4 of each of the semiconductor chips 1 and 2, and a gate lead wire 74 for each chip connected to the probe 72 by using a socket 73 is individually connected to the package outer peripheral portion. Wired. On the other hand, the press-contact surface on the inner side surface of the emitter-side electrode plate 7 has a groove 75 around a portion facing the semiconductor chip, which is a portion where the chips contact each other.
Are formed, and the plurality of gate leads 74 described above are arranged in the grooves 75.

【0011】前述したような従来技術による平型半導体
装置のパッケージ構造によれば、モジュール型のパッケ
ージ構造に比較して、主電極の接続がワイヤボンドでな
くなるために接続の信頼性の向上を図ることができ、接
続導体のインダクタンス及び抵抗を小さすることがで
き、かつ、半導体チップを両面から冷却することができ
るので冷却効率を上げることができる等の効果を期待す
ることができる。
According to the package structure of the flat type semiconductor device according to the prior art as described above, the connection of the main electrode is not a wire bond as compared with the module type package structure, so that the connection reliability is improved. Therefore, it is possible to reduce the inductance and resistance of the connection conductor and to cool the semiconductor chip from both sides, so that effects such as an increase in cooling efficiency can be expected.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
技術は、さらに大容量化するために並列接続する半導体
チップの数をさらに多くした場合、すなわち、同一パッ
ケージに実装される半導体素子の数を数十個から百個以
上に及ぶような非常に大容量で大形のパッケージとした
場合、位置決め用部材の材料と共通電極、中間電極等の
他の部品材料との違いによる熱膨張差により各半導体チ
ップの正確な位置決めが難しくなり、処理すべきゲート
配線の本数が非常に多くなるためゲート配線自体の処理
が困難となるという問題点を生じる。
However, in the above-mentioned prior art, when the number of semiconductor chips connected in parallel to further increase the capacity is further increased, that is, the number of semiconductor elements mounted on the same package is reduced. In the case of a very large-capacity and large package ranging from tens to hundreds or more, due to the difference in thermal expansion due to the difference between the material of the positioning member and other component materials such as the common electrode and intermediate electrode, Accurate positioning of the semiconductor chip becomes difficult, and the number of gate wirings to be processed becomes very large, which causes a problem that processing of the gate wiring itself becomes difficult.

【0013】また、前述した従来技術は、並列接続する
半導体チップの数をさらに多くした場合、配線インダク
タンスによるゲート回路のノイズ発生等の問題も無視で
きなくなり、さらに、高耐圧の要求に応えるためにチッ
プの耐圧を上げると、一般に発熱が大きくなり、パッケ
ージを構成する部材間の熱膨張差による位置ずれ等の影
響がよりシビアに影響するという問題点を生じる。
Further, in the above-mentioned prior art, when the number of semiconductor chips connected in parallel is further increased, problems such as generation of noise in a gate circuit due to wiring inductance cannot be ignored, and further, in order to meet the demand for high withstand voltage. When the withstand voltage of the chip is increased, heat is generally increased, which causes a problem that the influence of a displacement or the like due to a difference in thermal expansion between members constituting the package further affects severely.

【0014】さらに、図11により説明した従来技術
は、各半導体チップの位置決めのための枠部品等を利用
しているが、これらの部材の分だけ実装密度が低下する
という問題点を有している。
Further, the prior art described with reference to FIG. 11 utilizes a frame component or the like for positioning each semiconductor chip, but has a problem that the mounting density is reduced by these members. I have.

【0015】前述したように、平型半導体装置のサイズ
をできるだけコンパクトにし、かつ取り扱う電力容量を
大きくするためには、内蔵する半導体素子の実装密度を
さらに向上させ、高耐圧で大電流容量とすることが必要
であり、また、位置決めのための個別部品が多数必要と
なり部品点数が増えるため、組立作業性、部品コスト等
についても改善する必要がある。。
As described above, in order to make the size of the flat type semiconductor device as compact as possible and to increase the power capacity to be handled, the mounting density of the built-in semiconductor elements is further improved, and a high breakdown voltage and a large current capacity are obtained. In addition, since a large number of individual parts are required for positioning and the number of parts is increased, it is necessary to improve assembling workability, parts cost, and the like. .

【0016】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、実装コストの低減を図ると同時に、素子の
実装密度を向上させ、半導体装置の小型化、組立作業性
の向上、チップリペア性の向上、信頼性の向上等を図る
ことができる平型半導体装置、特に、超多チップの位置
決めを大形の平型パッケージ内でも、精度良く、かつ簡
便、低コストで行うことができ、パッケージ内のゲート
信号配線の処理を簡素化、高信頼化することが可能な平
型半導体装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, reduce the mounting cost, increase the mounting density of elements, reduce the size of semiconductor devices, improve assembly workability, A flat type semiconductor device capable of improving repairability, reliability, etc., and in particular, can position a super-multiple chip accurately, easily, and at low cost even in a large flat type package. It is another object of the present invention to provide a flat semiconductor device capable of simplifying the processing of gate signal wiring in a package and increasing reliability.

【0017】また、本発明の目的は、これにより得られ
る平型半導体装置を使用した大容量のシステムに使用し
て好適な信頼性の高い、安価で大容量な電力変換器を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a highly reliable, inexpensive, and large-capacity power converter suitable for use in a large-capacity system using a flat semiconductor device obtained thereby. is there.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、両面に露出する一対の共通電極板の間を絶縁性の外
筒により外部絶縁した平型パッケージの中に、第1主面
に第1の主電極と制御電極、第2主面に第2の主電極を
有する複数個の半導体チップを並置して組み込んだ平型
半導体装置において、パッケージ外部からの制御信号を
各チップに伝えるために平型半導体装置内部に作られる
制御信号配線を絶縁材と一体に成形した制御信号配線部
品により構成し、かつ、この部品に平型半導体装置内部
に実装される複数個の半導体チップまたは半導体チップ
に配置される複数個の中間電極のパッケージ内での位置
を一括して決定する機能を同時に付与することにより達
成される。
According to the present invention, there is provided a flat package in which a pair of common electrode plates exposed on both sides are externally insulated by an insulating outer cylinder. In order to transmit a control signal from outside the package to each chip in a flat semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips having one main electrode and control electrode and a second main electrode on a second main surface are juxtaposed and incorporated. The control signal wiring formed inside the flat type semiconductor device is composed of control signal wiring parts integrally molded with an insulating material, and the parts are mounted on a plurality of semiconductor chips or semiconductor chips mounted inside the flat type semiconductor device. This can be achieved by simultaneously providing a function of collectively determining the positions of a plurality of arranged intermediate electrodes in the package.

【0019】また、前記目的は、前述の半導体チップま
たは中間電極の位置を一括して決定する機能を、制御信
号配線部品の絶縁材に一体に成形された突起を多数設
け、これを中間電極に形成された貫通穴(または切欠
き)に篏合させることにより達成され、これにより、各
中間電極及び半導体チップの位置を前記制御信号配線部
品に対して所定の位置に簡単に位置決めすることができ
る。
The object is to provide a function of collectively determining the position of the semiconductor chip or the intermediate electrode as described above by providing a large number of integrally formed projections on the insulating material of the control signal wiring component, and attaching this to the intermediate electrode. This is achieved by fitting into the formed through hole (or notch), whereby the position of each intermediate electrode and semiconductor chip can be easily positioned at a predetermined position with respect to the control signal wiring component. .

【0020】また、前記目的は、位置決め用部材として
の絶縁材の材料と共通電極、中間電極等の他の実装部品
材料との熱膨張差により発生する位置ずれ、熱応力発生
の問題の解決のために、制御信号用の配線部材と絶縁材
とが一体に成形された前記制御信号配線部品のうち配線
部材を共通電極部材に近い熱膨張係数を有する材料と
し、さらに、絶縁材を前記配線部材に平行な方向に低熱
膨張のフィラー材を配向させて熱膨張係数を前記制御信
号配線部材に近似させた樹脂、ガラスまたはセラミック
スの複合材とすることにより達成される。
Another object of the present invention is to solve the problems of displacement and thermal stress caused by a difference in thermal expansion between a material of an insulating material as a positioning member and a material of another mounting component such as a common electrode and an intermediate electrode. To this end, the control signal wiring component in which the control signal wiring member and the insulating material are integrally formed, the wiring member is made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the common electrode member, and the insulating material is made of the wiring member. This is achieved by orienting a filler material having a low thermal expansion in a direction parallel to the above, thereby forming a resin, glass or ceramic composite material having a thermal expansion coefficient close to that of the control signal wiring member.

【0021】さらに、前記目的は、前記制御信号配線部
品の絶縁材を、複数に分割してそのそれぞれを配線部材
と一体化させることにより達成され、これにより、配線
部材と絶縁材との熱膨張差による発生応力を大幅に緩和
することができ、位置決め用部材の材料である絶縁材と
共通電極、中間電極等の他の実装部品材料との熱膨張差
により発生する位置ずれ、熱応力発生の問題を簡単に解
決することができる。
Further, the above object is achieved by dividing the insulating material of the control signal wiring component into a plurality of parts and integrating each of them with the wiring member, whereby the thermal expansion of the wiring member and the insulating material is achieved. The stress generated due to the difference can be greatly reduced, and the displacement caused by the difference in thermal expansion between the insulating material, which is the material of the positioning member, and other mounting component materials such as the common electrode and intermediate electrode, and the thermal stress The problem can be solved easily.

【0022】さらに、前記目的は、前記制御信号配線部
品に用いる配線部材を板状の弾性金属体で構成すること
により達成され、これにより、制御信号配線部品に、配
線部材から半導体チップ表面に形成された第1主面の制
御電極との接続用の引出し電極に加圧力を与え、半導体
チップ上の制御電極とのコンタクトを保持する機能を持
たせることができ、半導体チップと配線部材との接続を
少ない部品点数により、簡単に、低コストに半導体装置
を実現することができる。
Further, the above object is achieved by forming the wiring member used for the control signal wiring component from a plate-like elastic metal body, thereby forming the control signal wiring component on the surface of the semiconductor chip from the wiring member. A function of applying a pressing force to the extracted extraction electrode for connection with the control electrode on the first main surface and holding a contact with the control electrode on the semiconductor chip can be provided, and the connection between the semiconductor chip and the wiring member can be provided. With a small number of components, a semiconductor device can be easily realized at low cost.

【0023】また、前記目的は、前記制御信号配線部品
の配線部材に一体化した絶縁材自身が弾性を有すること
により達成され、これにより、配線部材から半導体チッ
プ表面に形成された第1主面の制御電極との接続用の引
出し電極に加圧力を与え、半導体チップ上の制御電極と
のコンタクトを保持する機能を与えることができる。
Further, the above object is attained by the fact that the insulating material itself integrated with the wiring member of the control signal wiring component has elasticity, whereby the first main surface formed on the surface of the semiconductor chip from the wiring member is provided. A pressurizing force is applied to the extraction electrode for connection with the control electrode, and a function of holding a contact with the control electrode on the semiconductor chip can be provided.

【0024】また、前記目的は、前記制御信号配線部品
をパッケージの共通電極に形成した溝の内部に収納し、
これに各半導体チップの制御電極からの引き出し電極を
接続することにより達成され、これにより、半導体装置
の小型化、組立作業性の向上、チップリペア性の向上、
配線インダクタンスによるゲート回路のノイズ発生等低
減を図ることができる。
Further, the object is to accommodate the control signal wiring component in a groove formed in a common electrode of a package,
This is achieved by connecting an extraction electrode from the control electrode of each semiconductor chip to the semiconductor device, thereby reducing the size of the semiconductor device, improving the workability of assembly, improving the chip repairability,
Noise and the like in the gate circuit due to wiring inductance can be reduced.

【0025】さらに、前記目的は、交流を直流に、ある
いは、直流を交流に変換する電力変換器において、前述
した構成を有する平型半導体装置を主変換素子として用
いることにより達成される。
Further, the above object is achieved by using a flat semiconductor device having the above-described configuration as a main conversion element in a power converter for converting AC to DC or DC to AC.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明による平型半導体装
置及びこれを用いた電力変換器の実施形態を図面により
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a flat semiconductor device and a power converter using the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の一実施形態による平型半導
体装置を構成する制御信号配線部品の第1の構造例を説
明する図、図2は本発明の一実施形態による平型半導体
装置の構造を説明する断面図、図3は制御信号配線部品
の構造を詳細に説明する拡大図である。図1〜図3にお
いて、3は平型半導体装置、5、6、15は中間電極、
9は絶縁外筒、10は金属板、11は引き出しピン、1
2、17は絶縁部材突起、13は穴、14は貫通穴、1
6は非貫通穴、18、19は溝、20は制御信号配線部
品、21は制御信号配線部材、22は集合端子、23は
絶縁部材、24は外部導出端子であり、他の符号は図1
1、図12の場合と同一である。
FIG. 1 is a view for explaining a first structural example of a control signal wiring component constituting a flat semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating the flat semiconductor device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view for explaining the structure of the control signal wiring component in detail. 1 to 3, 3 is a flat semiconductor device, 5, 6, and 15 are intermediate electrodes,
9 is an insulating outer cylinder, 10 is a metal plate, 11 is a pull-out pin, 1
2, 17 are protrusions of the insulating member, 13 is a hole, 14 is a through hole, 1
6 is a non-through hole, 18 and 19 are grooves, 20 is a control signal wiring component, 21 is a control signal wiring member, 22 is a collective terminal, 23 is an insulating member, and 24 is an external lead-out terminal.
1, the same as in FIG.

【0028】まず、図2を参照して、本発明の一実施形
態による平型半導体装置3の構造について説明する。こ
こに示す例は、半導体チップ1としてIGBT(以下、
IGBTチップ1という)を用いたスイッチングデバイ
スと、これに逆並列に接続した半導体チップ2としての
フライホイールダイオード(以下、FWD2という)と
を組み込んだ逆導通型スイッチングデバイスの例であ
る。図2には、平型半導体装置3の右端の最外部から中
央に向かった途中までの断面を示している。そして、図
2に示す例は、半導体装置3全体が円形に構成され、そ
の円の内部にIGBT、FWDを構成する半導体チップ
が多数配置された構造を持つものである。従って、共通
電極7、8は円形に形成され、外筒9も円筒状に形成さ
れている。
First, the structure of the flat semiconductor device 3 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the example shown here, an IGBT (hereinafter, referred to as the semiconductor chip 1) is used as the semiconductor chip 1.
This is an example of a reverse conduction type switching device incorporating a switching device using an IGBT chip 1) and a flywheel diode (FWD2) as a semiconductor chip 2 connected in anti-parallel to the switching device. FIG. 2 shows a cross section of the flat semiconductor device 3 from the rightmost end to the middle toward the center. The example shown in FIG. 2 has a structure in which the entire semiconductor device 3 is formed in a circular shape, and a large number of semiconductor chips forming IGBTs and FWDs are arranged inside the circle. Therefore, the common electrodes 7 and 8 are formed in a circular shape, and the outer cylinder 9 is also formed in a cylindrical shape.

【0029】図2において、IGBTチップ1の上面側
の第1主面にはほぼ全面にエミッタ電極、下面側の第2
主面にはコレクタ電極が形成されており、さらに、第1
主面中央には制御用電極(ゲート電極)4が形成されて
いる。また、FWD2には、チップ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、放熱と電気的接続とを兼ねた中
間電極5、6が前記チップの主電極に固定されており、
これらが第1の共通電極板7(エミッタ電極板)と第2
の共通電極板8(コレクタ電極板)に挟まれている。こ
れらの一対の共通電極板7、8の間は、セラミック製等
の絶縁性の外筒9により外部絶縁され、さらに、共通電
極板7、8と絶縁外筒9との間を金属板10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されて
いる。但し、このハーメチック構造は、用途によっては
必ずしも必要としない。
In FIG. 2, an emitter electrode is provided on almost the entire first main surface on the upper surface side of the IGBT chip 1, and a second main surface on the lower surface side is provided.
A collector electrode is formed on the main surface.
A control electrode (gate electrode) 4 is formed at the center of the main surface. In the FWD 2, an anode electrode is formed on the upper surface of the chip, and a cathode electrode is formed on the lower surface. On each of these semiconductor chips, intermediate electrodes 5 and 6, which serve both as heat dissipation and electrical connection, are fixed to the main electrodes of the chip.
These are the first common electrode plate 7 (emitter electrode plate) and the second common electrode plate 7
Of the common electrode plate 8 (collector electrode plate). The pair of common electrode plates 7 and 8 are externally insulated by an insulating outer cylinder 9 made of ceramic or the like, and furthermore, a metal plate 10 connects between the common electrode plates 7 and 8 and the insulating outer cylinder 9. It has a hermetic structure in which the inside of the package is sealed and sealed. However, this hermetic structure is not necessarily required depending on the application.

【0030】次に、パッケージ外部からの制御信号を多
数の半導体チップのそれぞれに伝えるために平型半導体
装置内部に作られる制御信号配線の形成方法と、チップ
をパッケージ内の所定の位置に位置決めする方法につい
て説明する。
Next, a method of forming a control signal wiring formed inside the flat type semiconductor device for transmitting a control signal from the outside of the package to each of a large number of semiconductor chips, and positioning the chip at a predetermined position in the package. The method will be described.

【0031】図1にこのための制御信号配線部品20の
一例を示している。制御信号配線部品20を構成する制
御信号配線部材21は、平型半導体装置3の内部に作ら
れるべき複数の制御信号配線を予め1つの部品に集合し
た形状でエッチングやワイヤー加工等で一体に加工して
作製されるのが好ましい。そして、制御信号配線部材2
1は、絶縁材料23をモールド、ポッティング等の方法
により、制御信号配線部材21の周囲を覆う形に型を用
いて一体成形される。そして、制御信号配線部品20の
形状は、図1に示すように、前述で説明した円形の共通
電極7、8の外周の大きさとほぼ同一の大きさの円形の
制御信号配線部材21を有した全園材料23による外周
を持ち、形成される円形の内部に、制御信号配線部材2
1を内部有した絶縁材料23が棒状に形成されて複数本
が平行に配置された形状とされている。
FIG. 1 shows an example of the control signal wiring component 20 for this purpose. The control signal wiring member 21 constituting the control signal wiring component 20 is integrally formed by etching, wire processing, or the like in a shape in which a plurality of control signal wirings to be formed inside the flat semiconductor device 3 are assembled in one component in advance. It is preferable to manufacture it. Then, the control signal wiring member 2
1 is integrally molded using a mold so as to cover the periphery of the control signal wiring member 21 by a method such as molding, potting or the like. As shown in FIG. 1, the shape of the control signal wiring component 20 had a circular control signal wiring member 21 having substantially the same size as the outer circumference of the circular common electrodes 7 and 8 described above. The control signal wiring member 2 has an outer periphery made of the whole garden material 23 and has a circular inside formed therein.
1 is formed in a rod shape and a plurality of insulating materials 23 are arranged in parallel.

【0032】図1に示すように、制御信号配線部品20
は、絶縁材料23の内部にモールドされている制御信号
配線部材21接続された集合端子22を有しており、こ
の集合端子22の一端は、図2に示すように絶縁性の外
筒9に気密を保って形成された外部導出端子24に接続
されている。すなわち、この集合端子22を介してパッ
ケージ外部からの制御信号が、パッケージ内部に形成さ
れた制御信号配線部材21に伝達される。集合端子22
の一部を前述したように絶縁材料21で覆って絶縁する
ことももちろん可能である。さらに、この制御信号配線
部品20には、絶縁材料23の一部に穴13を形成した
突起12が設けられている。
As shown in FIG. 1, the control signal wiring component 20
Has a collective terminal 22 connected to a control signal wiring member 21 molded inside an insulating material 23. One end of the collective terminal 22 is connected to the insulating outer cylinder 9 as shown in FIG. It is connected to an external lead-out terminal 24 which is formed while maintaining airtightness. That is, a control signal from outside the package is transmitted to the control signal wiring member 21 formed inside the package via the collective terminal 22. Collective terminal 22
Of course, it is also possible to cover a part with the insulating material 21 to insulate it as described above. Further, the control signal wiring component 20 is provided with a projection 12 in which a hole 13 is formed in a part of an insulating material 23.

【0033】図3に突起を形成した部分の拡大図を示し
ている。突起12及び穴13は、絶縁材料23の形成時
に一括して形成され、穴13の内部は、制御配線部材の
位置まで絶縁部材のない穴となっている。実装時、この
穴13には、半導体チップ1上の制御用電極4のパッド
にチップ主面に垂直に、制御配線部材21と電気的な配
線を接続するための引き出しピン11が嵌め込まれる。
このような形状の制御信号配線部品20を用いることに
より、引き出しピンを中間電極6及び共通電極7から絶
縁するための絶縁用部品が別途必要になることがないの
で組立が簡素化し、部品点数の低減、低コスト化を実現
することができる。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion where the projection is formed. The protrusions 12 and the holes 13 are formed at a time when the insulating material 23 is formed, and the inside of the holes 13 is a hole having no insulating member up to the position of the control wiring member. At the time of mounting, a lead pin 11 for connecting a control wiring member 21 and an electric wiring is fitted into a pad of the control electrode 4 on the semiconductor chip 1 in a direction perpendicular to the chip main surface.
By using the control signal wiring component 20 having such a shape, there is no need to separately provide an insulating component for insulating the extraction pin from the intermediate electrode 6 and the common electrode 7, so that the assembly is simplified and the number of components is reduced. Reduction and cost reduction can be realized.

【0034】半導体チップのパッケージへの組み込み
は、前述の引き出しピン11及び絶縁用部材23の突起
12を、中間電極6の貫通穴14に嵌め込むことにより
行われ、これにより、各半導体チップは、制御信号配線
部品20の絶縁用部材23の突起12を形成した位置に
位置が決めされる。すなわち、図1〜図3に示す、本発
明の実施形態による平型半導体装置3は、各半導体チッ
プの制御電極から配線を引き出してパッケージ外部への
配線を形成するための方法が、平型パッケージ内での各
半導体チップの平面内の位置を決定する方法を兼ねる構
造となっており、位置決めのための新たな部品を必要と
しないため、従来技術の場合と比較して、部品数を大幅
に削減することができる。また、図示実施形態は、半導
体チップや中間電極の外形を基準とした位置決めではな
いため、そのための部材をチップ間に配置する必要がな
く、この分チップ間を詰めて実装密度の向上を図ること
ができる。
The incorporation of the semiconductor chip into the package is performed by fitting the above-mentioned lead-out pins 11 and the protrusions 12 of the insulating member 23 into the through holes 14 of the intermediate electrode 6, whereby each semiconductor chip is The position is determined at the position where the protrusion 12 of the insulating member 23 of the control signal wiring component 20 is formed. That is, in the flat semiconductor device 3 according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3, the method for drawing wiring from the control electrode of each semiconductor chip to form wiring to the outside of the package is as follows. The structure also serves as a method for determining the position of each semiconductor chip in the plane within the device, and does not require new components for positioning.Therefore, the number of components is significantly reduced compared to the conventional technology. Can be reduced. In the illustrated embodiment, since positioning is not based on the outer shape of the semiconductor chip or the intermediate electrode, it is not necessary to arrange a member for that purpose between the chips. Can be.

【0035】さて、再度、図2を参照すると、共通電極
7のパッケージ内側の表面には、多数の平行な溝18が
形成されており、さらに、外周部にも溝19が形成され
ている。制御信号配線部材21は、絶縁材23により共
通電極7と絶縁して溝18、19に内蔵される。そし
て、制御信号配線網21に接続された引き出しピン11
は、絶縁部材12の中心穴13にガイドされて、半導体
チップの制御電極4に接続される。これにより、本発明
の実施形態は、パッケージの共通電極7の内部に内蔵さ
れた無駄の少ないコンパクトなゲート配線網が形成でき
る。
Referring again to FIG. 2, a large number of parallel grooves 18 are formed on the inner surface of the package of the common electrode 7, and grooves 19 are also formed on the outer peripheral portion. The control signal wiring member 21 is built in the grooves 18 and 19 while being insulated from the common electrode 7 by the insulating material 23. Then, the pull-out pin 11 connected to the control signal wiring network 21
Are connected to the control electrode 4 of the semiconductor chip by being guided by the center hole 13 of the insulating member 12. As a result, according to the embodiment of the present invention, it is possible to form a compact gate wiring network with little waste built in the common electrode 7 of the package.

【0036】各半導体チップの第1主面側に設置される
中間電極6の外形寸法は、プレーナ耐圧構造のチップ終
端部への中間電極6の接触を避けるため半導体チップの
外形寸法より小さく形成されている。制御電極を有する
IGBTチップ1に配置する中間電極6は、外径が丸型
で中央には貫通穴14が開けられており、端部は、面取
り加工が施されている。この中間電極6は、前述した形
状に限定されるものではなく、例えば、偏芯した位置に
穴や切欠きを設けた形状のものでもよく、さらに、穴及
び絶縁部材の外形形状23も丸型に限定されるものでは
なく、角型であってもよい。
The outer dimensions of the intermediate electrode 6 provided on the first main surface side of each semiconductor chip are formed smaller than the outer dimensions of the semiconductor chip in order to avoid contact of the intermediate electrode 6 with the chip end of the planar breakdown voltage structure. ing. The intermediate electrode 6 arranged on the IGBT chip 1 having the control electrode has a round outer diameter, a through hole 14 in the center, and a chamfered edge. The intermediate electrode 6 is not limited to the above-described shape, and may be, for example, a shape in which a hole or a notch is provided at an eccentric position, and the outer shape 23 of the hole and the insulating member is also round. However, the shape is not limited to this, and may be square.

【0037】前述した本発明の実施形態は、制御用電極
4と引き出しピン11とが接合されておらず、接触して
導通する構造とされている。これにより、チップ上の制
御用電極や半導体基板と制御配線引き出し用ピンの材料
との間の熱膨張差に基づく接合の劣化等の問題を回避す
ることができる。
In the above-described embodiment of the present invention, the control electrode 4 and the lead-out pin 11 are not joined, and have a structure in which they come into contact and conduct. Thus, it is possible to avoid a problem such as deterioration of bonding due to a difference in thermal expansion between a control electrode or a semiconductor substrate on a chip and a material of a control wiring lead-out pin.

【0038】また、一般に、半導体装置の動作等によっ
てパッケージ内が温度変化を受けると、構成部材間の熱
膨張係数の差によって構成部材相互の位置ずれ(横ず
れ)が生起する。このため、制御用電極と引き出しピン
とを接合しない構造は、一般には、位置ずれが起こって
制御配線が断線する心配がある。しかし、前述した本発
明による半導体装置の構造は、制御信号配線と一体に成
形した絶縁材の突起部分が中間電極6及び半導体チップ
1と一緒に動くことになるので、引き出しピンと半導体
チップとの相対位置がズレることがない。すなわち、本
発明の実施形態による構造は、いわゆるセルフアライメ
ント機能を備えていることになる。
In general, when the temperature inside the package changes due to the operation of the semiconductor device or the like, a positional displacement (lateral displacement) between the components occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between the components. For this reason, in a structure in which the control electrode and the extraction pin are not joined, there is generally a risk that the control wiring may be disconnected due to displacement. However, in the structure of the semiconductor device according to the present invention described above, the protrusion of the insulating material integrally formed with the control signal wiring moves together with the intermediate electrode 6 and the semiconductor chip 1, so that the relative position between the extraction pin and the semiconductor chip is reduced. There is no displacement. That is, the structure according to the embodiment of the present invention has a so-called self-alignment function.

【0039】さらに、前述した本発明の実施形態による
半導体装置の構造は、半導体チップ上に設けられた制御
用電極パッド4及びこの真上に配置される引き出しピン
11が中心軸となって半導体チップ及び中間電極の位置
が決められている。このため、個別の半導体チップや中
間電極の熱膨張による位置の変化は、この軸を中心に発
生することになり、中心軸上にある制御用電極パッドと
引き出しピンとの相互位置は絶対にズレることがない。
従って、前述した本発明の実施形態による半導体装置
は、制御用電極パッドと引き出しピンとの間の接続の信
頼性を非常に向上したものとなり、特に、搭載される半
導体チップのサイズが大きく、搭載される半導体チップ
数が多い場合や、パッケージサイズが大きい場合に有効
である。
Further, the structure of the semiconductor device according to the above-described embodiment of the present invention is such that the control electrode pad 4 provided on the semiconductor chip and the lead pin 11 disposed directly above the control electrode pad 4 serve as the central axis. And the position of the intermediate electrode. For this reason, the position change due to the thermal expansion of the individual semiconductor chip and the intermediate electrode occurs around this axis, and the mutual position between the control electrode pad and the lead pin on the center axis is definitely shifted. There is no.
Therefore, the semiconductor device according to the above-described embodiment of the present invention greatly improves the reliability of the connection between the control electrode pad and the lead pin, and particularly, the size of the mounted semiconductor chip is large, This is effective when the number of semiconductor chips is large or when the package size is large.

【0040】前述では、図2におけるIGBTチップ1
について説明したが、FWDチップ2について説明すれ
ば、FWDチップ2に配置される中間電極15には、貫
通していない穴16が形成され、この穴に制御信号配線
部品20に形成した突起12がはめ込まれて各中間電極
15及び半導体チップであるFWDチップ2の位置が決
められる。なお、前述した中間電極15に形成する穴を
貫通穴として、IGBTチップ1と中間電極部品を共用
するようにしてもよい。また、絶縁用部材突起12も、
中央にピン穴のないものを用いてもよい。また、FWD
チップ2が、円形に形成される半導体装置の最外周部に
なく、FWDチップ2の位置が周辺を取り囲むIGBT
チップ1によってほぼ決まる場合には、FWDチップ2
については前述したような絶縁用部材12を用いた位置
決めを行わないことも可能である。これにより、半導体
装置を構成する部品の加工コスト、部品点数等の削減を
図ることができる。
As described above, the IGBT chip 1 shown in FIG.
However, when the FWD chip 2 is described, a hole 16 that does not penetrate is formed in the intermediate electrode 15 disposed on the FWD chip 2, and the protrusion 12 formed on the control signal wiring component 20 is formed in this hole. The position of each intermediate electrode 15 and the FWD chip 2 which is a semiconductor chip is determined. The above-described hole formed in the intermediate electrode 15 may be used as a through hole to share the IGBT chip 1 and the intermediate electrode component. Also, the insulating member projections 12
A pin having no pin hole at the center may be used. Also, FWD
The chip 2 is not at the outermost periphery of the semiconductor device formed in a circular shape, and the position of the FWD chip 2 is an IGBT surrounding the periphery.
If it is almost determined by the chip 1, the FWD chip 2
With respect to the above, it is also possible not to perform the positioning using the insulating member 12 as described above. As a result, it is possible to reduce the processing cost, the number of parts, and the like of the components constituting the semiconductor device.

【0041】図4は本発明の一実施形態による平型半導
体装置を構成する制御信号配線部品の第2の構造例を説
明する図であり、図の符号は図1の場合と同一である。
図4に示す制御信号配線部品の第2の構造例は、熱膨張
差を緩和するために、絶縁部材を複数個の部分に分割し
て一体成形した例である。
FIG. 4 is a view for explaining a second structural example of the control signal wiring component constituting the flat semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and the reference numerals in FIG. 4 are the same as those in FIG.
The second example of the structure of the control signal wiring component shown in FIG. 4 is an example in which the insulating member is divided into a plurality of parts and integrally molded to reduce the difference in thermal expansion.

【0042】共通電極と本発明による制御信号配線部品
との熱膨張係数が異なると、半導体装置の動作等によっ
てパッケージ内部に温度変化が生じた場合、これらが相
互に位置ずれ(横ずれ)を生じることになる。共通電極
と制御信号配線部品を構成する配線部材21とに使用す
る材料として、同一の材料、あるいは、同一の系統の材
料を選択して熱膨張係数を近似させたとしても、この配
線部材21と一体に成形される絶縁部材23の熱膨張係
数が配線部材21と大きく異なると、制御信号配線部品
20の平均の熱膨張係数は、共通電極と大きく異なるも
のとなってしまう。図4に示している例は、これを防ぐ
ための対策として、絶縁材23を幾つかの小さな部分に
分割し、それぞれを制御信号配線部材21と一体に成形
することとしたものである。このような構造とすること
により、絶縁材23が連続してつながっている距離が短
くなるので、制御信号配線部品20の平均熱膨張係数に
及ぼす絶縁材23による影響を低減させることができ、
その結果、制御信号配線部品20の平均熱膨張係数を共
通電極に近似させることができる。
If the common electrode and the control signal wiring component according to the present invention have different coefficients of thermal expansion, when the temperature changes inside the package due to the operation of the semiconductor device or the like, they may be displaced from each other (lateral displacement). become. Even if the same material or a material of the same system is selected as the material used for the common electrode and the wiring member 21 constituting the control signal wiring component, and the thermal expansion coefficient is approximated, the same material is used. If the thermal expansion coefficient of the integrally formed insulating member 23 is significantly different from that of the wiring member 21, the average thermal expansion coefficient of the control signal wiring component 20 is significantly different from that of the common electrode. In the example shown in FIG. 4, as a measure to prevent this, the insulating material 23 is divided into several small parts, each of which is formed integrally with the control signal wiring member 21. With such a structure, the distance that the insulating material 23 is continuously connected is reduced, so that the influence of the insulating material 23 on the average thermal expansion coefficient of the control signal wiring component 20 can be reduced,
As a result, the average thermal expansion coefficient of the control signal wiring component 20 can be approximated to that of the common electrode.

【0043】また、別の対策として、制御信号配線部品
を構成する絶縁部材23を、制御信号配線21に平行な
方向に低熱膨張のフィラー材を配向させた樹脂、ガラス
及びセラミックの複合材で作製することも可能である。
これにより、絶縁部材の熱膨張係数を調整し、制御信号
配線部品20の平均熱膨張係数を共通電極に近似させる
ことができる。
As another countermeasure, the insulating member 23 constituting the control signal wiring component is made of a composite material of resin, glass and ceramic with a low thermal expansion filler material oriented in a direction parallel to the control signal wiring 21. It is also possible.
Thereby, the thermal expansion coefficient of the insulating member can be adjusted, and the average thermal expansion coefficient of the control signal wiring component 20 can be approximated to the common electrode.

【0044】図5は制御信号配線部品を構成する制御信
号配線部材21とこれに接続した半導体装置の外部に導
出するための集合端子22との代表的な形状の例を説明
する図であり、図の符号は図1の場合と同一である。図
5(a)、5(b)、5(c)は図2により説明した共
通電極の溝18、19に内蔵される制御信号配線部品の
配線部材形状例を示し、図5(d)は制御信号配線部材
の他の形状例を示している。これらの制御信号配線部品
を用いる場合、それぞれの形状に対応した溝を共通電極
に形成しておくことが好ましい。
FIG. 5 is a view for explaining an example of a typical shape of a control signal wiring member 21 constituting a control signal wiring component and a collective terminal 22 connected to the control signal wiring member and led out of the semiconductor device. The reference numerals in the figure are the same as those in FIG. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) show examples of the wiring member shape of the control signal wiring component built in the grooves 18 and 19 of the common electrode described with reference to FIG. 2, and FIG. 13 shows another example of the shape of the control signal wiring member. When using these control signal wiring components, it is preferable to form grooves corresponding to the respective shapes in the common electrode.

【0045】図5(a)、図5(b)に示す例は、制御
信号配線部材21が外周部で一体に繋がった構造を有す
るものであり、共通電極内にセットして使用する際に、
この外周部分が制御信号配線部品の形状を安定化させる
ことができるという効果を得ることができる。また、図
5(c)に示す例は、制御信号配線部材21が一部の外
周部のみに形成されたものであり、この場合、必要に応
じて絶縁部材のみで制御信号配線部材がない外周部の一
部を形成し、制御信号配線部品の絶縁部材だけを外周部
で一体につながった構造とすることも可能であり、制御
信号配線部材21の加工が少なく低コスト化することが
でき、さらに、前述の場合と同様に、制御信号配線部品
の形状を安定化させる効果を実現することができる。さ
らに、図5(d)に示す例は、図2により説明した半導
体装置の外形形状を矩形に構成する場合の例であり、そ
の矩形に従った形状に制御信号配線部材21を形成した
もので、形状が相違するだけで、図5(a)、図5
(b)に示す例の場合と同様な効果を得ることができ
る。
The example shown in FIGS. 5A and 5B has a structure in which the control signal wiring members 21 are integrally connected at the outer peripheral portion. ,
The effect that this outer peripheral portion can stabilize the shape of the control signal wiring component can be obtained. In the example shown in FIG. 5 (c), the control signal wiring member 21 is formed only on a part of the outer peripheral portion. It is also possible to form a part of the control signal wiring component and to have a structure in which only the insulating member of the control signal wiring component is integrally connected at the outer peripheral portion. Further, as in the case described above, the effect of stabilizing the shape of the control signal wiring component can be realized. Further, the example shown in FIG. 5D is an example in which the external shape of the semiconductor device described with reference to FIG. 2 is configured to be a rectangle, and the control signal wiring member 21 is formed in a shape according to the rectangle. 5 (a) and FIG.
The same effect as in the case of the example shown in (b) can be obtained.

【0046】集合端子22は、制御信号配線部材と同一
の材料により形成してもよいし、配線の太さを変える、
材質を変える等として、別部品を接合して制御信号配線
部材と一体化してもよい。
The collective terminal 22 may be formed of the same material as the control signal wiring member, or the thickness of the wiring may be changed.
By changing the material or the like, another component may be joined and integrated with the control signal wiring member.

【0047】これらの制御信号配線部材21、22は、
エッチングやワイヤー加工等で作製したり、薄い金属プ
レートを打抜いて一括で作製したり、いくつかの部品を
接合して作成することができる。
The control signal wiring members 21 and 22 are
It can be made by etching, wire processing, etc., punched out of a thin metal plate and made all at once, or can be made by joining several parts.

【0048】また、前述した制御信号配線部品を構成す
る絶縁部材23は、有機材料で形成する場合、配線部材
との一体成形を行うことが最も簡単で、かつ、任意の形
状のものを比較的簡単に成形することができるという利
点がある。
In the case where the insulating member 23 constituting the above-mentioned control signal wiring component is formed of an organic material, it is simplest to integrally mold it with the wiring member, and it is relatively easy to form an arbitrary shape. There is an advantage that it can be easily formed.

【0049】樹脂系材料に必要な特性としては、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。熱機械特性としては、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。
As a characteristic required for the resin-based material, it is desirable that the tracking resistance (CTI value) is 400 V or more, more preferably 600 V or more. In addition, it is preferable to use a UL94V-0 level flame retardant. As the thermomechanical properties, it is preferable to use a material system having high mechanical strength and fracture toughness, and a material system whose thermal expansion coefficient can be adjusted to another mounting material and an optimum value determined in consideration of the mounting form. .

【0050】具体的な材料としては、エポキシ系、フェ
ノール系、ポリエステル系等の熱硬化性樹脂、または、
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(PP
S)、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。また、硬化
剤、触媒、顔料、添加剤も必要に応じて特性改善/保持
のために使用することができる。さらに、これらの材料
に各種のフィラー材(充填剤)を複合化したものを用い
ることもできる。例えば、結晶性または非結晶性シリカ
粉末、アルミナ粉等の低熱膨張の無機材料粉末を複合化
させたり、異方性のある材料(繊維状、板状等)を充填
剤として配向させて複合化させることができる。これに
より、樹脂と前記粉末との複合材料の熱膨張係数を自在
に調整することができるので、制御信号配線部品自身、
及び、これを実装したパッケージの温度サイクルに対す
る信頼性を向上させることができる。
Specific materials include epoxy-based, phenol-based, polyester-based thermosetting resins, or
It is preferable to use a silicone-based or fluorine-based elastomer. In addition, polyphenylene sulfide (PP
S), an engineering plastic thermoplastic resin such as an aromatic polyamide and a thermoplastic polyimide can also be used. In addition, curing agents, catalysts, pigments, and additives can be used as needed for improving / retaining properties. Furthermore, those obtained by compounding various filler materials (fillers) with these materials can also be used. For example, compounding a low thermal expansion inorganic material powder such as crystalline or non-crystalline silica powder, alumina powder, or compounding by orienting an anisotropic material (fibrous, plate-like, etc.) as a filler. Can be done. Thereby, since the thermal expansion coefficient of the composite material of the resin and the powder can be freely adjusted, the control signal wiring component itself,
Further, it is possible to improve the reliability of the package on which the package is mounted with respect to the temperature cycle.

【0051】一般に、前述した無機質の充填剤は、樹脂
組成物全体の60%程度以上の体積で含有するのが好ま
しく、特に、7重量%〜9重量%の範囲に設定するのが
好ましい。さらに、無機質充填剤の高充填化を行うこと
により吸水量の低減と樹脂強度の向上を図ることも可能
である。さらに、エポキシ樹脂組成物には、前記添加剤
以外に、シリコーンオイル及びシリコーンゴム、合成ゴ
ム等のゴム成分を配合して低応力化を図ったり、耐湿信
頼性の向上を目的としてハイドロタルサイト等のイオン
トラップ剤を配合してもよい。
In general, the above-mentioned inorganic filler is preferably contained in a volume of about 60% or more of the whole resin composition, and particularly preferably in the range of 7% by weight to 9% by weight. Further, by increasing the amount of the inorganic filler, it is possible to reduce the amount of water absorption and improve the resin strength. Further, in addition to the additives, the epoxy resin composition may contain a rubber component such as a silicone oil, a silicone rubber, or a synthetic rubber to reduce stress, or to improve hydro-resisting reliability for the purpose of improving moisture resistance reliability. May be blended.

【0052】樹脂部品の製法としては、ポッティング、
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よい。
特に、ポッティングを用いて一体成形を行うためには、
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。流れ性、低温硬化性、脱泡性、低チクソ
性、型を用いて成形する場合の型材との離型性等の作業
性をよくすることや、低熱膨脹、含有不純物イオンの低
いことなどの要求に対して、最適な樹脂または複合樹脂
を選ぶことができる。また、シリコーンゴム、シリコー
ン変性樹脂を用いて低応力化を図り、耐熱衝撃性を向上
させることも可能である。
As a method of manufacturing a resin part, potting,
Injection molding, transfer molding, compression molding, powder sintering molding and other methods can be used,
The optimum method may be selected according to the material and the mounting method.
In particular, in order to perform integral molding using potting,
It is preferable to use an elastomer made of silicone, urethane, polystyrene, polybutadiene or the like and a copolymer thereof, or a thermosetting material such as epoxy or phenol resin. To improve workability such as flowability, low-temperature curing property, defoaming property, low thixotropy, mold release property when molding using a mold, low thermal expansion, low content of impurity ions, etc. The most suitable resin or composite resin can be selected for the requirements. It is also possible to reduce the stress by using silicone rubber or silicone-modified resin to improve the thermal shock resistance.

【0053】制御信号配線部品を構成する絶縁部材23
の材料として、熱可塑性樹脂を用いることももちろん可
能で、材料としては、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリ
アミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
ケトン(PEEK)、PPO、PPS、液晶ポリマ−等
を使用することができる。但し、これらの材料は、加熱
して溶融させて注入することが必要であり、取り扱う際
には注意が必要である。
Insulating member 23 constituting control signal wiring component
Of course, it is also possible to use a thermoplastic resin as a material, and as the material, use thermoplastic polyimide, aromatic polyamide, polyamideimide resin, polyetheretherketone (PEEK), PPO, PPS, liquid crystal polymer and the like. be able to. However, these materials need to be heated and melted and injected, and care must be taken when handling them.

【0054】絶縁部材23の材料として、熱硬化性樹脂
の他に、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂のような
活性エネルギ線で硬化させる活性エネルギ線硬化型樹脂
を用いることができ、半導体装置の用途、プロセス条件
等によって使用することができる。活性エネルギ線硬化
型樹脂の代表的な組成物としては、アクリル酸基、アリ
ル基、イタコン酸基、共役2重結合等の不飽和基が導入
されたアルキッド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、
ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができ
る。
As a material for the insulating member 23, besides a thermosetting resin, an active energy ray-curable resin that is cured with an active energy ray such as an ultraviolet curable resin or an electron beam curable resin can be used. It can be used depending on the use of the device, process conditions, and the like. A typical composition of the active energy ray-curable resin includes an alkyd resin having an unsaturated group such as an acrylic acid group, an allyl group, an itaconic acid group and a conjugated double bond, an acrylic resin, a urethane resin,
Examples thereof include a polyurethane resin and an epoxy resin.

【0055】図2により説明した本発明の実施形態によ
る半導体装置において、共通電極に内蔵する配線材と絶
縁材とを薄く細くして、共通電極に設ける溝を細くする
ことは、全体の電極面積、電極体積に占める溝の面積、
溝の体積を小さくして熱抵抗を低減することができるの
で好ましい。本発明の実施形態は、1つの溝の中に、例
えば、個別に被覆したゲートリード線を多数配線するこ
とがないので共通電極に設ける溝を細くすることができ
る。また、本発明の実施形態は、配線の形成にワイヤボ
ンデイングを用いることもないので、ワイヤボンデイン
グのための空間領域を確保する必要もなく、そのための
溝を不要とすることができ、溝幅による規制を受けるこ
となくチップ間を詰めて高密度に半導体チップを実装す
ることができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention described with reference to FIG. 2, it is necessary to reduce the thickness of the wiring material and the insulating material incorporated in the common electrode and the thickness of the groove provided in the common electrode to reduce the entire electrode area. , The area of the groove in the electrode volume,
This is preferable because the volume of the groove can be reduced to reduce the thermal resistance. In the embodiment of the present invention, for example, since a large number of individually covered gate lead wires are not provided in one groove, the groove provided in the common electrode can be narrowed. Further, according to the embodiment of the present invention, since wire bonding is not used for forming the wiring, it is not necessary to secure a space area for wire bonding, and a groove for the wire bonding can be made unnecessary. The semiconductor chips can be mounted at high density by filling the gaps between the chips without restriction.

【0056】さらに、本発明の実施形態は、共通電極内
に制御電極配線を行う内蔵型制御電極配線となるので、
主回路配線(主回路電流、電圧)からの影響を受けにく
くすることができるという効果も得ることができる。す
なわち、主回路配線には、大電流が流れ、また、電圧も
数千V変化するため、主回路配線から磁気的または静電
的な誘導でノイズが制御電極配線に飛び込む可能性があ
る。このノイズは、制御電極配線の電流を変化させるこ
とになり、特定のチップだけに電流が集中してしまいそ
のチップを破壊してしまうことがあるという問題を生じ
させる。前述した本発明の実施形態の半導体装置の構造
は、主回路に対して制御電極配線網が直角に配置されて
いること、及び、電位が一定となるエミッタ電極の中に
制御電極配線網が埋め込まれていることになるので、エ
ミッタ電極がシールド効果を発揮し、これにより、コレ
クタ電極の電位変化による制御電極配線への電気的な影
響を防止することができる。
Further, according to the embodiment of the present invention, since the control electrode wiring is a built-in control electrode wiring in the common electrode,
The effect of being less affected by the main circuit wiring (main circuit current and voltage) can also be obtained. That is, since a large current flows through the main circuit wiring and the voltage changes by several thousand volts, noise may jump into the control electrode wiring by magnetic or electrostatic induction from the main circuit wiring. This noise changes the current of the control electrode wiring, and causes a problem that the current is concentrated only on a specific chip and the chip may be destroyed. The structure of the semiconductor device according to the above-described embodiment of the present invention is such that the control electrode wiring network is disposed at right angles to the main circuit, and the control electrode wiring network is embedded in the emitter electrode having a constant potential. As a result, the emitter electrode exerts a shielding effect, thereby preventing an electrical influence on the control electrode wiring due to a potential change of the collector electrode.

【0057】図6〜図8は制御信号配線を形成する部分
の詳細な構造の例を説明する図であり、いずれも共通電
極に形成した制御信号配線部材に平行な断面図である。
図6において、25は接合層、26は押し付け力、27
は絶縁部材、28、33は引き出しピン、31は半田
層、32は補助枠である。
FIGS. 6 to 8 are diagrams illustrating an example of a detailed structure of a portion where a control signal wiring is formed, and are all cross-sectional views parallel to a control signal wiring member formed on a common electrode.
In FIG. 6, 25 is a bonding layer, 26 is a pressing force, 27
Is an insulating member, 28 and 33 are extraction pins, 31 is a solder layer, and 32 is an auxiliary frame.

【0058】図6に示す例は、IGBTチップ1と共通
電極板7、8との間に中間電極板5、6が挿入されてい
る例である。この例において、中間電極板5、6には、
予めAuめっきが施されており、IGBTチップ1のエ
ミッタ側のAl電極及びコレクタ側のAu電極がそれぞ
れ中間電極板5、6とAuを主成分とする接合層25に
より接着されている。長さが調整された引き出しピン1
1は、絶縁用部材突起12を介して半導体チップに対し
て垂直に保たれ、さらに、共通電極7の溝18に内蔵さ
れた制御信号配線部材21に押し付けられている。絶縁
部材23は、すでに説明したように耐熱性の弾性を有す
る樹脂により形成されており、引き出しピン11が押し
付けられることにより弾性変形し、その復元力が引き出
しピン11を介して半導体チップ上の制御電極4のパッ
ドへの押し付け力26を付与している。これにより、引
き出しピン11の先端と制御電極4との接触状態を良好
に保つことができる。
FIG. 6 shows an example in which intermediate electrode plates 5 and 6 are inserted between IGBT chip 1 and common electrode plates 7 and 8. In this example, the intermediate electrode plates 5 and 6 include:
Au plating is applied in advance, and the Al electrode on the emitter side and the Au electrode on the collector side of the IGBT chip 1 are bonded to the intermediate electrode plates 5 and 6 by the bonding layer 25 mainly composed of Au. Drawer pin 1 with adjusted length
Numeral 1 is kept perpendicular to the semiconductor chip via the insulating member projections 12 and further pressed against a control signal wiring member 21 built in the groove 18 of the common electrode 7. The insulating member 23 is formed of a resin having heat resistance and elasticity as described above, and is elastically deformed when the pull-out pin 11 is pressed, and the restoring force is controlled on the semiconductor chip via the pull-out pin 11. The pressing force 26 of the electrode 4 against the pad is applied. This makes it possible to maintain a good contact state between the tip of the extraction pin 11 and the control electrode 4.

【0059】図7に示す例は、引き出しピン11に半導
体チップ上の制御電極への押し付け力を付与する別の構
造例である。この例において、制御信号配線部材21
は、リン青銅、洋白、ベリリウム銅等の降伏点が高く、
疲れ強さが大で疲れ変形を起こしにくい金属材料を用い
て作製される。絶縁部材23は、硬質の耐熱性樹脂が用
いられ、引き出しピンの位置に対応する部分だけ絶縁部
材23が取り除かれている。これにより、制御信号配線
材21は、引き出しピン11の位置でたわむように構成
されている。この部分に引き出しピン11が押し付けら
れると、配線がたわんで復元力が発生する。図7に示す
例は、この引き出しピン11を下向きに押す押し付け力
26を利用して制御電極4への引き出しピン11の接触
を保持する構造とされている。
The example shown in FIG. 7 is another structural example in which a pulling force is applied to the lead pin 11 against a control electrode on a semiconductor chip. In this example, the control signal wiring member 21
Has a high yield point such as phosphor bronze, nickel silver, beryllium copper,
It is manufactured using a metal material that has high fatigue strength and is unlikely to cause fatigue deformation. As the insulating member 23, a hard heat-resistant resin is used, and the insulating member 23 is removed only at a portion corresponding to the position of the drawer pin. Thus, the control signal wiring member 21 is configured to bend at the position of the extraction pin 11. When the drawer pin 11 is pressed against this portion, the wiring is bent and a restoring force is generated. The example shown in FIG. 7 has a structure in which the contact of the extraction pin 11 with the control electrode 4 is maintained by using a pressing force 26 that presses the extraction pin 11 downward.

【0060】そして、図7に示す例は、半導体チップ1
とコレクタ側の中間電極板5とが半田層31により接合
されているが、半導体チップ1とエミッタ側の中間電極
板6とは接合されていない。従って、この例の場合、半
導体チップ1または中間電極板5とエミッタ側の中間電
極板6との相対位置は、テフロンやシリコーン等の耐熱
性樹脂による補助枠32を用いて固定することにより決
められる。これにより、引き出しピン11と半導体チッ
プ1との相対位置は常に変わらずに保持することができ
る。
The example shown in FIG.
The semiconductor chip 1 and the emitter-side intermediate electrode plate 6 are not joined together, while the semiconductor chip 1 and the emitter-side intermediate electrode plate 6 are joined together. Therefore, in this example, the relative position between the semiconductor chip 1 or the intermediate electrode plate 5 and the intermediate electrode plate 6 on the emitter side is determined by fixing using the auxiliary frame 32 made of a heat-resistant resin such as Teflon or silicone. . Thus, the relative position between the extraction pin 11 and the semiconductor chip 1 can be maintained without change.

【0061】前述したような図7に示す例のように補助
枠32を用いる場合でも、補助枠32の外形寸法は、精
度を必要としないので補助枠32の厚さを薄くしたり、
加工を簡略化することができるので部品コストの低減を
図ることができる。補助枠32は、半導体チップ1の終
端部の絶縁保護強化や機械的保護の役割も兼ねることが
できる。絶縁保護強化のみが目的の場合、補助枠32
は、より寸法精度の緩い補助枠32に類似した構造の部
材や、平板状の部材を利用することができる。また、補
助枠32に代って、シリコーン、ポリイミド等の接着剤
により半導体チップ終端部上及び側面を覆うようにする
ことも有効である。
Even when the auxiliary frame 32 is used as in the example shown in FIG. 7 described above, since the external dimensions of the auxiliary frame 32 do not require precision, the thickness of the auxiliary frame 32 can be reduced.
Since the processing can be simplified, the cost of parts can be reduced. The auxiliary frame 32 can also have a role of strengthening insulation protection and mechanical protection of the terminal portion of the semiconductor chip 1. If the purpose is only insulation reinforcement, the auxiliary frame 32
For example, a member having a structure similar to the auxiliary frame 32 having a looser dimensional accuracy or a plate-shaped member can be used. It is also effective to cover the end and side surfaces of the semiconductor chip with an adhesive such as silicone or polyimide instead of the auxiliary frame 32.

【0062】図8に示す例は、引き出しピン11自体に
弾性を付与する方法により半導体チップ上の制御電極へ
の押し付け力を付与する別の構造例である。この例にお
いて、半導体チップ1上の制御電極4から配線を引き出
すための引き出しピン11には、小型のスプリングが内
蔵されており、上下方向のバネ性を有する。引き出しピ
ン11の長さは、半導体チップ1をパッケージに組み込
んだ際の制御電極4と制御電極配線部材21との間の距
離(ばらつきも含む)より少し長くなるように予め調整
されて作製される。従って、図8に示す例は、この引き
出しピン11が絶縁用部材の突起部分12を介して半導
体チップに対して垂直に保持され、さらに共通電極7の
溝18に内蔵された制御信号配線部材21に押し付けら
れることにより、ピン11自身が制御電極4のパッドへ
の押し付け力26を発生し、ピン11と制御電極4との
接触状態を良好に保つことができる構造となる。
The example shown in FIG. 8 is another structural example in which a pressing force is applied to a control electrode on a semiconductor chip by a method of imparting elasticity to the extraction pin 11 itself. In this example, a small spring is built in the lead pin 11 for drawing a wiring from the control electrode 4 on the semiconductor chip 1 and has a vertical spring property. The length of the lead-out pin 11 is adjusted in advance so as to be slightly longer than the distance (including variation) between the control electrode 4 and the control electrode wiring member 21 when the semiconductor chip 1 is incorporated in a package. . Therefore, in the example shown in FIG. 8, the pull-out pin 11 is held vertically to the semiconductor chip via the projecting portion 12 of the insulating member, and the control signal wiring member 21 embedded in the groove 18 of the common electrode 7. Is pressed against the pad 11, the pin 11 itself generates a pressing force 26 of the control electrode 4 against the pad, so that the contact state between the pin 11 and the control electrode 4 can be kept good.

【0063】また、図8に示す例は、半導体チップ1の
エミッタ側のAl電極と予めAgめっきを施したエミッ
タ側の中間電極板6との間は、Agを主成分とする接着
層25により接合される。半導体チップ1のコレクタ側
は、表面にAg電極が形成されており、予めNiめっき
を施したコレクタ側の中間電極板5と半田層31を介し
て接合されている。
In the example shown in FIG. 8, between the Al electrode on the emitter side of the semiconductor chip 1 and the intermediate electrode plate 6 on the emitter side previously plated with Ag, an adhesive layer 25 mainly composed of Ag is used. Joined. On the collector side of the semiconductor chip 1, an Ag electrode is formed on the surface, and is joined via a solder layer 31 to the intermediate electrode plate 5 on the collector side, which has been previously plated with Ni.

【0064】半導体装置は、パッケージが非常に大型化
してくると、パッケージ内に形成される各半導体チップ
までの制御信号配線の抵抗値ばらつきが大きくなる。そ
して、並列に接続された非常に多くの半導体チップの動
作を均一化するためには、各半導体チップまでの制御信
号配線の抵抗値を半導体チップ毎に個別に配置される抵
抗器の抵抗値の1/10以下とすることが好ましい。前
述した本発明の実施形態は、制御信号配線を前述したよ
うな構成とすることにより、ゲート入力端子から各半導
体チップまでのゲート抵抗のばらつきを10%以下とす
ることでき、回路設計の精度を緩和して回路を安価に作
製することができる。
In a semiconductor device, when the size of the package becomes very large, the resistance value variation of the control signal wiring to each semiconductor chip formed in the package becomes large. In order to equalize the operation of a very large number of semiconductor chips connected in parallel, the resistance value of the control signal wiring to each semiconductor chip must be reduced by the resistance value of the resistor individually arranged for each semiconductor chip. It is preferable to set it to 1/10 or less. In the above-described embodiment of the present invention, the control signal wiring is configured as described above, so that the variation of the gate resistance from the gate input terminal to each semiconductor chip can be made 10% or less, and the accuracy of circuit design can be improved. The circuit can be manufactured inexpensively by relaxation.

【0065】前述した本発明の実施形態におけるように
第1及び第2の共通電極板と半導体チップとの間に中間
電極を介在させることは必ずしも必須ではないが、例え
ば、半導体チップと共通電極板との熱膨張差に基づく発
生応力等の低減が必要な場合に、両部材の中間の熱膨張
係数、あるいは、半導体チップにより近い熱膨張係数を
持ち、かつ熱伝導性、導電性に優れる材料からなる中間
電極を介装することが好ましい。このような材料として
は、タングステン(W)やモリブデン(Mo)等の単体
金属、または、それらを主たる構成材料とするCu−
W、Ag−W、Cu−Mo、Ag−Mo、Cu−FeN
i等の複合材料または合金、さらに、金属とセラミック
スやカーボンとの複合材料、例えば、Cu/SiC、C
u/C、Al/SiC、Al/AlN等を使用すること
ができる。一方、共通電極としては、電気伝導性で熱伝
導性の良い銅やアルミニウム、またはそれらを含む前述
のような合金または複合材料を使用することができる。
It is not essential that an intermediate electrode is interposed between the first and second common electrode plates and the semiconductor chip as in the above-described embodiment of the present invention. When it is necessary to reduce the generated stress based on the difference in thermal expansion between the two materials, a material with an intermediate thermal expansion coefficient between the two members, or a material having a thermal expansion coefficient closer to that of the semiconductor chip, and having excellent thermal conductivity and conductivity Preferably, an intermediate electrode is provided. As such a material, a simple metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), or Cu-
W, Ag-W, Cu-Mo, Ag-Mo, Cu-FeN
i or other composite material or alloy, and further, a composite material of metal and ceramics or carbon, for example, Cu / SiC, C
u / C, Al / SiC, Al / AlN, etc. can be used. On the other hand, as the common electrode, copper or aluminum having good electrical conductivity and thermal conductivity, or an alloy or a composite material containing them, as described above, can be used.

【0066】エミッタ側中間電極に設ける制御配線引き
出し部分は、前述で説明したように、中間電極の中央に
貫通穴を形成して設けるのが最も簡単であるが、半導体
チップ側に形成する制御電極パッドの位置、形状、数に
よっては、貫通穴の位置を偏心させたり、貫通穴を電極
端部に切欠き形状、矩型状に形成したり、複数個の穴を
形成してもよい。中間電極の外形形状は、丸型、角型、
いずれでもよいが、エミッタ側に設置する中間電極につ
いては、チップ終端部に形成された耐圧構造部分への接
触を避けられる構造が好ましい。また、制御電極部分と
の接触も避けることができる構造が必要で、半導体チッ
プに接する面の形状は、リング状の他、くし歯状、一本
歯状、さいの目状等のエミッタ電極のパッドの位置、形
状、数に合わせたものを用いるのがよい。一方、コレク
タ側は、平面状でできるだけコレクタ電極と広くコンタ
クトできる構造が好ましい。さらに、これらの中間電極
は、前述で説明した本発明の実施形態の場合のように半
導体チップ毎に個別の中間電極を配置してもよいし、一
枚の大型の中間電極板を用いてもよい。
As described above, it is simplest to form the through-hole in the center of the intermediate electrode to provide the control wiring lead-out portion provided on the emitter-side intermediate electrode. Depending on the position, shape, and number of pads, the position of the through hole may be decentered, the through hole may be formed in a notch shape or a rectangular shape at the end of the electrode, or a plurality of holes may be formed. The outer shape of the intermediate electrode is round, square,
Any structure may be used, but it is preferable that the intermediate electrode provided on the emitter side has a structure capable of avoiding contact with the withstand voltage structure formed at the end of the chip. In addition, a structure that can avoid contact with the control electrode part is required, and the shape of the surface in contact with the semiconductor chip is not only a ring shape, but also a comb-like shape, a single-tooth shape, a dice-like shape, etc. of the emitter electrode pad. It is preferable to use one that matches the position, shape, and number. On the other hand, it is preferable that the collector side has a structure that is planar and can contact the collector electrode as widely as possible. Furthermore, as for these intermediate electrodes, individual intermediate electrodes may be arranged for each semiconductor chip as in the embodiment of the present invention described above, or a single large intermediate electrode plate may be used. Good.

【0067】前述した本発明の実施形態は、半導体チッ
プの主面に形成する制御電極のパッドの位置は、いずれ
もチップの中央部分に形成されているが、パッドの位置
は、半導体チップの中央に限定する必要はなくチップの
角部分でもよく、また、パッドは1つに限らず2箇所以
上であってもよい。半導体チップの第1主面の制御電極
のパッド及びチップ終端部以外は、第1主電極(エミッ
タ電極)の接続部となっており、AlやAlSiの電極
が形成されている。さらに、チップの第1主面には、制
御電極の他に過電流検出用の電極等が形成されていても
よい。半導体チップの第1主面の制御電極やエミッタ電
極の領域以外は、例えば、ポリイミドのパッシベーショ
ン膜によって被覆されるのが望ましい。
In the above-described embodiment of the present invention, the positions of the control electrode pads formed on the main surface of the semiconductor chip are all formed at the center of the chip. The number of pads may be two or more, not limited to one. Except for the pad of the control electrode on the first main surface of the semiconductor chip and the terminal end of the chip, it is a connection portion of the first main electrode (emitter electrode), and an electrode of Al or AlSi is formed. Further, an electrode or the like for detecting an overcurrent may be formed on the first main surface of the chip in addition to the control electrode. It is desirable that the region other than the region of the control electrode and the emitter electrode on the first main surface of the semiconductor chip is covered with, for example, a passivation film of polyimide.

【0068】共通電極板、あるいは、パッケージの外形
は、丸型の他、4角形の半導体装置も当然可能であり、
この場合、絶縁性の外筒も4角形がよい。4角形の半導
体装置は、チップ自体が角型の場合で、搭載される半導
体チップ数が少ない場合、円形より全体をコンパクトに
できるので好ましい。しかし、搭載される半導体チップ
の数が非常に多くなるとパッケージの外形が丸型であっ
てもパッケージの面積ロスが小さくなるため、パッケー
ジング材料の製造コスト等の他の要因から形状を選択す
ればよい。
The outer shape of the common electrode plate or the package can be a round semiconductor device in addition to a round semiconductor device.
In this case, the insulating outer cylinder is also preferably square. A quadrangular semiconductor device is preferable when the chip itself is square and the number of mounted semiconductor chips is small because the whole can be made more compact than a circle. However, if the number of semiconductor chips to be mounted is very large, even if the package has a round shape, the area loss of the package will be small, so if the shape is selected from other factors such as the manufacturing cost of the packaging material, Good.

【0069】前述で説明したような多数の半導体チップ
を並列接続した平型の半導体装置は、内蔵された半導体
チップ及び中間電極、共通電極間の界面に接合されてい
ない部分がある場合、共通電極板の外部に露出した2面
から挟んで加圧し、前述の部材間の接触を良くした状態
で使用することが好ましく、この場合には、丸型のパッ
ケージの方が均一に加圧しやすく好ましい。
The flat semiconductor device in which a large number of semiconductor chips are connected in parallel as described above has a problem in that, when there is an unbonded portion at the interface between the built-in semiconductor chip, the intermediate electrode, and the common electrode, It is preferable to press the two members exposed from the outside of the plate and pressurize the plate so that the above-mentioned members are in good contact with each other. In this case, a round package is more preferable because it can be pressed uniformly.

【0070】一般に、IGBT素子の耐電圧を高くする
と素子の損失が増大し、動作中の発熱が大きくなるた
め、あまり電流密度を上げることができない。従って、
特に高耐圧で大電流の半導体装置を必要とする場合、並
列に接続するチップ数を非常に多くする必要がある。前
述で説明した本発明の実施形態は、特に、このような要
求に対して好適でパッケージ内部の配線処理がコンパク
トになり、熱抵抗も下げることができる。
Generally, when the withstand voltage of the IGBT element is increased, the loss of the element increases, and the heat generation during operation increases, so that the current density cannot be increased much. Therefore,
In particular, when a semiconductor device with a high withstand voltage and a large current is required, the number of chips connected in parallel needs to be very large. The embodiment of the present invention described above is particularly suitable for such a requirement, and the wiring processing inside the package can be made compact and the thermal resistance can be reduced.

【0071】一方、実装工数、コストの低減を図るに
は、できるだけ搭載チップ数を少なくすること、すなわ
ち、半導体チップのサイズが半導体チップのコストの許
す範囲内でできるだけ大きいほうがが望ましい。逆導通
型の平型半導体装置の場合、FWD素子とIGBT素子
とを同一のサイズに設計すると配置を自由に選択できる
ので、半導体チップの数量配分比の自由度が増し、高密
度配置と相俟っていろいろな定格の素子を簡単に提供す
ることができる。本発明の実施形態による実装構造は、
基本的に制御電極の有無にかかわらずチップの種類を変
えても柔軟に対応できる構造であるため、前述したよう
な変更に比較的簡単に対応することができる。但し、I
GBTとFWDとのパッケージ内での配列は、発熱箇所
を平均化するために同じ種類のチップができるだけ偏ら
ない配置が好ましい。
On the other hand, in order to reduce the number of mounting steps and costs, it is desirable to reduce the number of mounted chips as much as possible, that is, it is desirable that the size of the semiconductor chip be as large as possible within the range of the cost of the semiconductor chip. In the case of a reverse conduction type flat semiconductor device, if the FWD element and the IGBT element are designed to have the same size, the arrangement can be freely selected. Therefore, the degree of freedom of the number distribution ratio of the semiconductor chips is increased, which is combined with the high-density arrangement. Thus, elements having various ratings can be easily provided. The mounting structure according to the embodiment of the present invention includes:
Basically, it has a structure that can flexibly cope with a change in the type of chip irrespective of the presence or absence of the control electrode, so that it is possible to relatively easily cope with the above-described change. Where I
In the arrangement of the GBT and the FWD in the package, it is preferable to arrange the chips of the same type as evenly as possible in order to equalize the heat generation points.

【0072】前述で説明した本発明の実施形態における
実装構造は、もちろん、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に
も用いることができ、また、それ以外に、例えば、ダイ
オードチップのみを多数個前述の方法で平型パッケージ
に位置決めして実装して、大容量化を図るために適用す
ることもできる。
The mounting structure according to the embodiment of the present invention described above is, of course, an IGBT not including a diode.
It can also be used for flat semiconductor devices consisting only of switching semiconductors, etc. In addition, for example, a large number of diode chips alone can be positioned and mounted in a flat package by the above-described method to increase the capacity. It can also be applied to achieve

【0073】前述した本発明の実施形態は、制御電極付
き半導体素子としてIGBTを用いるものとして説明し
たが、本発明は、少なくとも第1主面に第1の主電極、
第2主面に第2の主電極を有する半導体素子全般に適用
することができ、IGBT以外の絶縁ゲート形トランジ
スタ(MOSトランジスタ)や、IGCT(InsulatedGa
te Controlled Thyristor)等の絶縁ゲート形サイリス
タ(MOS制御サイリスタ)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適用すること
ができる。
In the above-described embodiment of the present invention, an IGBT is used as a semiconductor device with a control electrode. However, the present invention provides at least a first main electrode on at least a first main surface.
The present invention can be applied to all semiconductor devices having a second main electrode on a second main surface, and includes an insulated gate transistor (MOS transistor) other than an IGBT and an IGCT (Insulated Ga transistor).
The present invention can be similarly applied to a semiconductor element with a control electrode such as an insulated gate thyristor (MOS controlled thyristor) such as a te Controlled Thyristor) and a diode.

【0074】前述した本発明の実施形態による平型半導
体装置は、非常に多くの半導体チップを高密度に実装で
きるため、この平型半導体装置を用いることにより、電
力変換器の容積及びコストを大幅に削減した大容量の電
力変換器をが実現することができる。
Since the flat semiconductor device according to the above-described embodiment of the present invention can mount an extremely large number of semiconductor chips at high density, the use of the flat semiconductor device greatly increases the volume and cost of the power converter. Thus, a large-capacity power converter can be realized.

【0075】図9、図10は本発明による平型半導体装
置を主変換素子として使用した電力用変換器の回路構成
例を示す図である。これらの構成例は、平型半導体装置
に含まれる半導体チップとして、IGBTチップとダイ
オードチップとがパッケージされたものを使用してい
る。図9、図10において、76はIGBT、77はダ
イオード、78はスナバ回路である。
FIGS. 9 and 10 are diagrams showing an example of a circuit configuration of a power converter using the flat semiconductor device according to the present invention as a main conversion element. In these configuration examples, a package in which an IGBT chip and a diode chip are packaged is used as a semiconductor chip included in the flat semiconductor device. 9 and 10, 76 is an IGBT, 77 is a diode, and 78 is a snubber circuit.

【0076】図9に示す例は、3相構成の電力変換器の
1ブリッジ分の回路構成を示しており、主変換素子とな
るIGBT76とダイオード77とが逆並列に配置さ
れ、これらがn個直列に接続されて1つのアームを構成
している。IGBT76とダイオード77とは、前述で
説明した本発明の実施形態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である。図9に示す回路例
のように逆導通型IGBTによる平型半導体装置を使用
する場合、図におけるIGBT76とダイオード77と
がまとめて1つのパッケージに収められたものとなる。
そして、図示回路例は、IGBT76とダイオード77
との逆並列回路にスナバ回路78が接続され、また、回
路全体に対して、限流回路と平滑コンデンサとが設けら
れて構成されている。図9に示す3相ブリッジを4多重
して構成した自励式電力変換器の構成を図10に示して
いる。
The example shown in FIG. 9 shows a circuit configuration for one bridge of a power converter having a three-phase configuration. An IGBT 76 serving as a main conversion element and a diode 77 are arranged in anti-parallel. One arm is constituted by being connected in series. The IGBT 76 and the diode 77 are flat semiconductor devices in which a number of semiconductor chips according to the embodiment of the present invention described above are mounted in parallel. When a flat semiconductor device using a reverse conducting IGBT is used as in the circuit example shown in FIG. 9, the IGBT 76 and the diode 77 in the figure are collectively housed in one package.
In the illustrated circuit example, the IGBT 76 and the diode 77
A snubber circuit 78 is connected to the anti-parallel circuit, and a current limiting circuit and a smoothing capacitor are provided for the entire circuit. FIG. 10 shows a configuration of a self-excited power converter in which the three-phase bridge shown in FIG. 9 is configured by multiplexing four.

【0077】本発明の実施形態による平型半導体装置
は、その複数個を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される。前述した図9に
示す電力変換器の1つのアームは、このようなスタック
構造に平型半導体装置を実装したものを使用して構成す
ることができる。
The flat semiconductor device according to the embodiment of the present invention is mounted in a so-called stack structure in which a plurality of the flat semiconductor devices are connected in series with a water-cooled electrode interposed therebetween so as to make surface contact with the outside of the main electrode plate. Pressurized. One arm of the power converter shown in FIG. 9 described above can be configured by using a flat semiconductor device mounted on such a stack structure.

【0078】本発明の実施形態による平型半導体装置
は、前述した例に限らず電力系統に用いられる自励式大
容量電力変換器やミル用電力変換器として用いられる大
容量の電力変換器に使用して特に好適であり、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、車両等の電力変換器に
も用いることができる。
The flat type semiconductor device according to the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and is used for a self-excited large-capacity power converter used in a power system and a large-capacity power converter used as a mill power converter. It is also particularly suitable for use in variable-speed pumped-storage power generation, substation facilities in buildings, substation facilities for railways, sodium-sulfur (NaS) battery systems, and power converters for vehicles and the like.

【0079】前述した本発明の実施形態によれば、複数
個の半導体チップを並置した平型の半導体装置におい
て、各半導体チップの動作制御を行うために必須である
制御信号の配線を形成するための部材が、同時に半導体
チップ上の制御電極との位置を常に整合し、かつ、パッ
ケージ内での各半導体チップの位置決めをする機能を備
えるセルフアライメント構造となっているため、これに
より、パッケージを構成する異なる部材間での熱膨張差
等に起因する相互の位置ずれ、部材間のストレス等に起
因する問題の発生を防ぎ、さらに、半導体チップ間を詰
めて実装密度を向上させることができる。
According to the above-described embodiment of the present invention, in a flat semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are juxtaposed, a wiring for a control signal which is indispensable for controlling the operation of each semiconductor chip is formed. Is a self-aligned structure having the function of always aligning the position of the control electrode on the semiconductor chip at the same time and positioning each semiconductor chip in the package. In addition, it is possible to prevent the occurrence of a problem caused by a mutual displacement between different members due to a difference in thermal expansion or the like, a problem caused by stress between the members, etc., and further, it is possible to improve a mounting density by reducing the space between semiconductor chips.

【0080】また、本発明の実施形態による平型半導体
装置は、一体型の制御信号配線部品を共通電極内に内蔵
する構造を持つため、制御信号の配線処理が非常に簡素
化することができ、非常に多くの半導体チップの実装を
必要とする場合にも対応が可能で、組み立て作業性やパ
ッケージとしての信頼性も飛躍的に向上させることがで
きる。さらに、本発明の実施形態によれば、パッケージ
を薄型でコンパクトにすることができるため、熱抵抗も
下げることができ、また、制御信号配線が主回路配線か
らの影響を受けにくい構造とされているので、ゲート配
線へのノイズの影響を低減することができる。
Further, the flat type semiconductor device according to the embodiment of the present invention has a structure in which an integrated control signal wiring component is built in the common electrode, so that control signal wiring processing can be greatly simplified. In addition, it is possible to cope with a case where a very large number of semiconductor chips need to be mounted, and it is possible to dramatically improve the assembling workability and the reliability as a package. Further, according to the embodiment of the present invention, since the package can be made thin and compact, the thermal resistance can be reduced, and the control signal wiring is configured to be hardly affected by the main circuit wiring. Therefore, the influence of noise on the gate wiring can be reduced.

【0081】本発明の実施形態により、超多チップの並
列接続が可能な平型半導体装置を実現することができる
ので、定格電圧3.5kV、定格電流1kA以上、さら
に、定格電圧5kV、定格電流3kA以上という大容量
の半導体装置が実現することができる。さらに、これら
の半導体装置を用いた大容量の電力変換器は、素子信頼
性を確保しながら、変換器容積、コストを大幅に低減す
ることができ、また、電力変換器をコンパクトに構成す
ることができ、これにより、直流配線のインダクタンス
を大幅に低減でき、素子の電圧利用率を向上させること
ができる。
According to the embodiment of the present invention, it is possible to realize a flat semiconductor device capable of connecting super-multiple chips in parallel, so that the rated voltage is 3.5 kV and the rated current is 1 kA or more. A large-capacity semiconductor device of 3 kA or more can be realized. Furthermore, large-capacity power converters using these semiconductor devices can significantly reduce the converter volume and cost while ensuring element reliability, and make the power converter compact. As a result, the inductance of the DC wiring can be significantly reduced, and the voltage utilization of the element can be improved.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、平
型半導体装置の実装コストの低減を図ると同時に、素子
の実装密度を向上させ、半導体装置の小型化、組立作業
性の向上、チップリペア性の向上、信頼性の向上等を図
り、しかも、超多チップの位置決めを、精度良く、簡便
に行うことができる。また、この平型半導体装置を使用
して大容量のシステムに使用して好適な信頼性の高い、
安価で大容量な電力変換器を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the mounting cost of a flat type semiconductor device is reduced, the mounting density of elements is increased, the size of the semiconductor device is reduced, and the workability of assembly is improved. It is possible to improve chip repairability and reliability, and to position the super-multiple chips accurately and easily. In addition, using this flat type semiconductor device, high reliability suitable for use in a large capacity system,
An inexpensive and large-capacity power converter can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による平型半導体装置を構
成する制御信号配線部品の第1の構造例を説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a first structural example of a control signal wiring component included in a flat semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態による平型半導体装置の構
造を説明する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a flat semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図3】制御信号配線部品の構造を詳細に説明する拡大
図である。
FIG. 3 is an enlarged view illustrating the structure of a control signal wiring component in detail.

【図4】本発明の一実施形態による平型半導体装置を構
成する制御信号配線部品の第2の構造例を説明する図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating a second structural example of a control signal wiring component included in the flat semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図5】制御信号配線部品を構成する制御信号配線部材
とこれに接続した半導体装置の外部に導出するための集
合端子との代表的な形状の例を説明する図である。
FIG. 5 is a view for explaining an example of a typical shape of a control signal wiring member constituting a control signal wiring component and a collective terminal connected to the control signal wiring member and led out of a semiconductor device.

【図6】制御信号配線を形成する部分の詳細な構造例
(その1)を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for describing a detailed structural example (part 1) of a portion where a control signal wiring is formed.

【図7】制御信号配線を形成する部分の詳細な構造例
(その2)を説明する図である。
FIG. 7 is a view for explaining a detailed structural example (part 2) of a portion for forming a control signal wiring;

【図8】制御信号配線を形成する部分の詳細な構造例
(その3)を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed structure example (part 3) of a portion where a control signal wiring is formed.

【図9】本発明による平型半導体装置を主変換素子とし
て使用した電力用変換器の回路構成例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration example of a power converter using a flat semiconductor device according to the present invention as a main conversion element.

【図10】示す3相ブリッジを4多重した自励式変換器
の回路構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a self-excited converter in which four three-phase bridges are multiplexed.

【図11】従来技術による多チップ並列型加圧接触構造
の平型半導体装置のパッケージ構造を示す断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a package structure of a flat semiconductor device having a multi-chip parallel type pressure contact structure according to the related art.

【図12】従来技術従来技術による多チップ並列型加圧
接触構造の平型半導体装置のパッケージ構造の他の例を
示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another example of a package structure of a flat semiconductor device having a multi-chip parallel type pressure contact structure according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 半導体チップ 3 平型半導体装置 4 ゲート電極部(制御用電極) 5、6、15 中間電極 7、8 共通電極板 9 絶縁外筒 10 金属板 11 引き出しピン 12、17 絶縁部材突起 13 穴 14 貫通穴 16 非貫通穴 18、19 溝 20 制御信号配線部品 21 制御信号配線部材 22 集合端子 23 絶縁部材 24 外部導出端子 25 接合層 26 押し付け力 31 半田層 32 補助枠 61 電極用基板 62 半田層 63、64 コンタクト端子体 65 スリット 66 位置決めガイド 67 配線台 68 配線網 69 ワイヤボンディング 70 チップフレーム 71 外部フレーム 72 プローブ 73 ソケット 74 ゲートリード線 75 溝 76 IGBT 77 ダイオード 78 スナバ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Semiconductor chip 3 Flat semiconductor device 4 Gate electrode part (control electrode) 5, 6, 15 Intermediate electrode 7, 8 Common electrode plate 9 Insulated outer cylinder 10 Metal plate 11 Leader pin 12, 17 Insulating member protrusion 13 Hole Reference Signs List 14 through hole 16 non-through hole 18, 19 groove 20 control signal wiring component 21 control signal wiring member 22 collective terminal 23 insulating member 24 external lead-out terminal 25 bonding layer 26 pressing force 31 solder layer 32 auxiliary frame 61 electrode substrate 62 solder layer 63, 64 Contact terminal body 65 Slit 66 Positioning guide 67 Wiring board 68 Wiring network 69 Wire bonding 70 Chip frame 71 External frame 72 Probe 73 Socket 74 Gate lead wire 75 Groove 76 IGBT 77 Diode 78 Snubber circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢畠 守 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) 5F047 JA01 JA03 JA05 JA06 JA10 JA11 JA12 JA14 JA15 JB00 JB03 JB11 JC00  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mamoru Sawahata 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 5F047 JA01 JA03 JA05 JA06 JA10 JA11 JA12 JA14 JA15 JB00 JB03 JB11 JC00

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 両面に露出する一対の共通電極板の間を
絶縁性の外筒により外部絶縁した平型パッケージの中
に、第1主面に第1の主電極と制御電極、第2主面に第
2の主電極を有する複数個の半導体チップを並置して組
み込んだ平型半導体装置において、前記平型パッケージ
の外部からの制御信号を前記複数個の半導体チップのそ
れぞれに伝え、かつ、前記複数個の半導体チップのパッ
ケージ内での位置を一括して決定する機能を有する配線
部材と絶縁材とが一体に成形された制御信号配線部品を
備えることを特徴とする平型半導体装置。
A first main electrode and a control electrode on a first main surface, and a first main electrode and a control electrode on a second main surface in a flat package in which a pair of common electrode plates exposed on both surfaces are externally insulated by an insulating outer cylinder. In a flat semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips having a second main electrode are juxtaposed and incorporated, a control signal from outside the flat package is transmitted to each of the plurality of semiconductor chips, and A flat semiconductor device comprising a control signal wiring component in which a wiring member having a function of collectively determining the positions of individual semiconductor chips in a package and an insulating material are integrally formed.
【請求項2】 両面に露出する一対の共通電極板の間を
絶縁性の外筒により外部絶縁した平型パッケージの中
に、第1主面に第1の主電極と制御電極、第2主面に第
2の主電極を有する複数個の半導体チップを並置して組
み込み、前記複数個の半導体チップのそれぞれの主電極
とこれに対向する共通電極板との間の少なくとも第1主
電極側に導電及び放熱を兼ねた中間電極を介装した平型
半導体装置において、前記平型パッケージの外部からの
制御信号を前記複数個の半導体チップのそれぞれに伝
え、かつ、前記複数個の半導体チップのパッケージ内で
の位置を一括して決定する機能を有する配線部材と絶縁
材とが一体に成形された制御信号配線部品を備えること
を特徴とする平型半導体装置。
2. A flat package in which a pair of common electrode plates exposed on both sides are externally insulated by an insulating outer cylinder, a first main electrode and a control electrode on a first main surface, and a second main surface on a second main surface. A plurality of semiconductor chips having a second main electrode are juxtaposed and incorporated, and conductive and conductive layers are provided on at least the first main electrode side between each main electrode of the plurality of semiconductor chips and a common electrode plate opposed thereto. In a flat semiconductor device having an intermediate electrode also serving as a heat radiator, a control signal from the outside of the flat package is transmitted to each of the plurality of semiconductor chips, and within the package of the plurality of semiconductor chips. A flat semiconductor device comprising a control signal wiring component in which a wiring member having a function of collectively determining the position and an insulating material are integrally formed.
【請求項3】 前記半導体チップまたは中間電極の位置
決めのために、前記制御信号配線部品の絶縁材に一体に
成形された突起が設けられていることを特徴とする請求
項1または2記載の平型半導体装置。
3. The flat panel according to claim 1, wherein a projection integrally formed on an insulating material of the control signal wiring component is provided for positioning the semiconductor chip or the intermediate electrode. Type semiconductor device.
【請求項4】 前記制御信号配線と絶縁材とが一体に成
形された前記制御信号配線部品の絶縁材が、前記配線部
材に平行な方向に低熱膨張のフィラー材を配向させた樹
脂、ガラスまたはセラミックの複合材であることを特徴
とする請求項1、2または3記載の平型半導体装置。
4. The control signal wiring component, wherein the control signal wiring and the insulating material are integrally formed, the insulating material of the control signal wiring component is made of resin, glass, or a resin having a low thermal expansion filler material oriented in a direction parallel to the wiring member. 4. The flat semiconductor device according to claim 1, wherein the flat semiconductor device is a ceramic composite material.
【請求項5】 前記制御信号配線部品の絶縁材が複数に
分割され、分割された絶縁材のそれぞれが信号配線材と
一体化されていることを特徴とする請求項1ないし4の
うちいずれか1記載の平型半導体装置。
5. The control signal wiring component according to claim 1, wherein the insulating material is divided into a plurality of parts, and each of the divided insulating materials is integrated with the signal wiring material. 2. The flat semiconductor device according to 1.
【請求項6】 前記制御信号配線部品に用いる配線部材
が板状の弾性金属体により構成され、前記配線部材が前
記制御信号配線から半導体チップ表面に形成された第1
主面の制御電極との接続用の引出し電極に加圧力を与え
ることにより、前記半導体チップ上の制御電極とのコン
タクトを保持する機能を有することを特徴とする請求項
1ないし5のうちいずれか1記載の平型半導体装置。
6. A first wiring member used for the control signal wiring component is formed of a plate-like elastic metal body, and the wiring member is formed on the surface of the semiconductor chip from the control signal wiring.
6. A function for holding a contact with a control electrode on the semiconductor chip by applying a pressing force to an extraction electrode for connection with the control electrode on the main surface. 2. The flat semiconductor device according to 1.
【請求項7】 前記制御信号配線部品にの絶縁材が弾性
を有し、絶縁材が前記制御信号配線から半導体チップ表
面に形成された第1主面の制御電極との接続用の引出し
電極に加圧力を与えることにより、前記半導体チップ上
の制御電極とのコンタクトを保持する機能を有すること
を特徴とする請求項1ないし5のうちいずれか1記載の
平型半導体装置。
7. An insulating material for the control signal wiring component has elasticity, and the insulating material serves as a lead electrode for connection with the control electrode on the first main surface formed on the surface of the semiconductor chip from the control signal wiring. 6. The flat semiconductor device according to claim 1, wherein the flat semiconductor device has a function of holding a contact with a control electrode on the semiconductor chip by applying a pressing force.
【請求項8】 前記制御信号配線部品の配線部材と各半
導体チップの制御電極とを接続する引出し電極が、スプ
リングを有するピンであることを特徴とする請求項1な
いし7のうちいずれか1記載の平型半導体装置。
8. The lead electrode for connecting a wiring member of the control signal wiring component to a control electrode of each semiconductor chip is a pin having a spring. Flat semiconductor device.
【請求項9】 前記制御信号配線部品が、前記複数個の
半導体チップの第1主面側に対向する共通電極板に形成
された溝の内部に収納されていることを特徴とする請求
項1ないし7のうちいずれか1記載の平型半導体装置。
9. The control signal wiring component is housed in a groove formed in a common electrode plate facing the first main surface side of the plurality of semiconductor chips. 8. The flat type semiconductor device according to any one of items 1 to 7.
【請求項10】前記複数個の半導体チップのそれぞれの
主電極のうち、少なくとも一方がこれに対向する中間電
極板と接合されていることを特徴とする請求項2ないし
9のうちいずれか1記載の平型半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 2, wherein at least one of the main electrodes of the plurality of semiconductor chips is joined to an intermediate electrode plate facing the main electrode. Flat semiconductor device.
【請求項11】 交流を直流に、あるいは、直流を交流
に変換する電力変換器において、請求項1ないし10の
うちいずれか1記載の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。
11. A power converter for converting alternating current into direct current or direct current into alternating current, wherein the flat semiconductor device according to claim 1 is used as a main conversion element. Power converter.
JP2000041584A 2000-02-18 2000-02-18 Flat semiconductor device and power converter using it Pending JP2001230373A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000041584A JP2001230373A (en) 2000-02-18 2000-02-18 Flat semiconductor device and power converter using it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000041584A JP2001230373A (en) 2000-02-18 2000-02-18 Flat semiconductor device and power converter using it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001230373A true JP2001230373A (en) 2001-08-24

Family

ID=18564803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000041584A Pending JP2001230373A (en) 2000-02-18 2000-02-18 Flat semiconductor device and power converter using it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001230373A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012043149A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power semiconductor module and method for manufacturing same
CN107464791A (en) * 2017-08-11 2017-12-12 东莞市阿甘半导体有限公司 Common electrode semiconductor package
US10147699B2 (en) 2015-05-26 2018-12-04 Mitsubishi Electric Corporation Pressure contact type semiconductor apparatus
CN113330580A (en) * 2019-01-23 2021-08-31 三菱电机株式会社 Pressure-bonded semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012043149A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power semiconductor module and method for manufacturing same
JP2012074648A (en) * 2010-09-30 2012-04-12 Hitachi Automotive Systems Ltd Power semiconductor module and method of manufacturing the same
US8847374B2 (en) 2010-09-30 2014-09-30 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power semiconductor module and manufacturing method thereof
US10147699B2 (en) 2015-05-26 2018-12-04 Mitsubishi Electric Corporation Pressure contact type semiconductor apparatus
CN107464791A (en) * 2017-08-11 2017-12-12 东莞市阿甘半导体有限公司 Common electrode semiconductor package
CN113330580A (en) * 2019-01-23 2021-08-31 三菱电机株式会社 Pressure-bonded semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7608917B2 (en) Power semiconductor module
US6181007B1 (en) Semiconductor device
JP4669650B2 (en) Power semiconductor module
JP2008060529A (en) Power electronic package having two sheets of substrate mounting a plurality of electronic components
EP1009026A2 (en) Power semiconductor module
JP2004528724A (en) High power semiconductor module
EP1703554A2 (en) Power semiconductor module
US6452261B1 (en) Flat semiconductor device and power converter employing the same
US11037856B2 (en) Semiconductor chip package comprising a leadframe connected to a substrate and a semiconductor chip, and a method for fabricating the same
CN104620372A (en) Semiconductor device
US20030122261A1 (en) Power semiconductor submodule, and a power semiconductor module
US20150162287A1 (en) Electronic Device
US5874774A (en) Flat package semiconductor device
US20240040755A1 (en) Power module having at least one power unit
JP2009070934A (en) Power semiconductor module, and manufacturing method thereof
JP2001230373A (en) Flat semiconductor device and power converter using it
EP1115151A1 (en) Flat semiconductor device, method for manufacturing the same, and converter comprising the same
US20130001758A1 (en) Power Semiconductor Package
CN1254443A (en) Flat semiconductor device and power converter employing the same
JP2019004016A (en) Power semiconductor module
US9379050B2 (en) Electronic device
US20020145188A1 (en) Flat semiconductor device and power converter employing the same
JP2000058693A (en) Flat semiconductor device, manufacture thereof and converter using the same
JP2002289772A (en) High heat resistant semiconductor device and power converter using it
JP2013128065A (en) Wiring body with wiring sheet, semiconductor device, and method for manufacturing the semiconductor device