JP2003023137A - 電力用半導体モジュール - Google Patents
電力用半導体モジュールInfo
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- JP2003023137A JP2003023137A JP2001207195A JP2001207195A JP2003023137A JP 2003023137 A JP2003023137 A JP 2003023137A JP 2001207195 A JP2001207195 A JP 2001207195A JP 2001207195 A JP2001207195 A JP 2001207195A JP 2003023137 A JP2003023137 A JP 2003023137A
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- terminal metal
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の電力用半導体モジュールにおいては，
外部接続用端子金具が該モジュール周辺部の枠体に固着
されていたため，半導体チップ固着部の銅回路と外部接
続用端子金具との接続部が弱点部位で，長いボンディン
グワイヤで接続したり，銅回路に突き合わせて端子金具
をはんだ付けしていた。この部位の接続を改良し安定し
た接合品質に管理できることが課題であった。 【解決手段】 外部接続用端子金具を銅回路上の電力用
半導体チップに近い任意の位置に接合して形成すること
によって，半導体チップ固着部銅回路と端子金具との突
き合わせはんだ付けを排除した。
外部接続用端子金具が該モジュール周辺部の枠体に固着
されていたため，半導体チップ固着部の銅回路と外部接
続用端子金具との接続部が弱点部位で，長いボンディン
グワイヤで接続したり，銅回路に突き合わせて端子金具
をはんだ付けしていた。この部位の接続を改良し安定し
た接合品質に管理できることが課題であった。 【解決手段】 外部接続用端子金具を銅回路上の電力用
半導体チップに近い任意の位置に接合して形成すること
によって，半導体チップ固着部銅回路と端子金具との突
き合わせはんだ付けを排除した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，サイリスタなどの
電力用半導体チップを複数個接続して，それぞれに接続
された外部端子の導出形成の改良に関する。
電力用半導体チップを複数個接続して，それぞれに接続
された外部端子の導出形成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体モジュールを図３の構造断
面図と図４の外観斜視図に示す。ここで１の金属ベース
の表面に絶縁層２を介して銅回路３が形成されている回
路基板に電力用半導体チップ４が固着されている。外部
接続用の端子金具１０は支持枠体２０にインサート成形
されて，支持枠体２０は金属ベース１の周縁を囲んで固
着されている。上記チップ４の端子金具１０への接続は
ボンディングワイヤ５や銅回路を介したハンダ付け６で
接続されていた。これらが充填材１２で充填されてい
る。ここで端子金具１０の構造について述べると，金属
ベース１の上に，２の絶縁層を介して固着されている３
の銅回路と端子金具１０とが突き合わせ部で半田付けさ
れて構成されているが，この部分の工作に精度を必要と
し，接続不安定の原因を孕んでいると同時に工数が掛か
っている。
面図と図４の外観斜視図に示す。ここで１の金属ベース
の表面に絶縁層２を介して銅回路３が形成されている回
路基板に電力用半導体チップ４が固着されている。外部
接続用の端子金具１０は支持枠体２０にインサート成形
されて，支持枠体２０は金属ベース１の周縁を囲んで固
着されている。上記チップ４の端子金具１０への接続は
ボンディングワイヤ５や銅回路を介したハンダ付け６で
接続されていた。これらが充填材１２で充填されてい
る。ここで端子金具１０の構造について述べると，金属
ベース１の上に，２の絶縁層を介して固着されている３
の銅回路と端子金具１０とが突き合わせ部で半田付けさ
れて構成されているが，この部分の工作に精度を必要と
し，接続不安定の原因を孕んでいると同時に工数が掛か
っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように端子金具
１０は金属ベース１の周縁部に嵌着された支持枠体２０
に固着され形成されているので，半導体チップ４の搭載
位置によっては端子金具１０と半導体チップ４との接続
部においてボンディングワイヤ５が長くなってしまい電
力ロスで発熱の原因となって信頼性低下を孕んでいた。
これに対処して複数本のボンでディングワイヤを並列接
続しているので工数や材料のコストが高くなっていた。
銅回路３と端子金具１０とが突き合わせハンダ付け接続
された部分６では接続信頼性が低下する危険性を孕んで
いたので接続に関して改良することが課題であった。半
導体チップと端子金具との距離を短くして金属ベース１
の底面積を小型にした半導体モジュールを実現すること
が本発明の目的である。
１０は金属ベース１の周縁部に嵌着された支持枠体２０
に固着され形成されているので，半導体チップ４の搭載
位置によっては端子金具１０と半導体チップ４との接続
部においてボンディングワイヤ５が長くなってしまい電
力ロスで発熱の原因となって信頼性低下を孕んでいた。
これに対処して複数本のボンでディングワイヤを並列接
続しているので工数や材料のコストが高くなっていた。
銅回路３と端子金具１０とが突き合わせハンダ付け接続
された部分６では接続信頼性が低下する危険性を孕んで
いたので接続に関して改良することが課題であった。半
導体チップと端子金具との距離を短くして金属ベース１
の底面積を小型にした半導体モジュールを実現すること
が本発明の目的である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め，金属ベースに絶縁層を介して銅回路を形成した回路
基板上の銅回路表面に複数個の電力用半導体チップを固
着し，該チップ間を銅回路で電気接続し，また金属片で
該チップの上面から銅回路に接続し，銅回路上の該チッ
プの近い位置に端子金具が固着され外部に導出される。
回路基板の銅回路および電力用半導体チップを覆う充填
材によって充填されて電力用半導体モジュールが形成さ
れる。該端子金具は接続用として外部に露出される部位
以外の大部分は充填材で固着補強されていて該モジュー
ルの周辺近傍に限定されずに，上記銅回路上の該チップ
に近い任意の位置から上記充填材上に導出され形成され
ている。このため，長いボンディングワイヤ接続が不要
となって最短金属片で接続されるから銅回路を形成する
金属ベースが小型にできる。銅回路への端子金具の固着
手段は電気溶接，ロウ付け，超音波接合などでおこなわ
れ端子金具の材質やサイズに最適の工法が選ばれる。
め，金属ベースに絶縁層を介して銅回路を形成した回路
基板上の銅回路表面に複数個の電力用半導体チップを固
着し，該チップ間を銅回路で電気接続し，また金属片で
該チップの上面から銅回路に接続し，銅回路上の該チッ
プの近い位置に端子金具が固着され外部に導出される。
回路基板の銅回路および電力用半導体チップを覆う充填
材によって充填されて電力用半導体モジュールが形成さ
れる。該端子金具は接続用として外部に露出される部位
以外の大部分は充填材で固着補強されていて該モジュー
ルの周辺近傍に限定されずに，上記銅回路上の該チップ
に近い任意の位置から上記充填材上に導出され形成され
ている。このため，長いボンディングワイヤ接続が不要
となって最短金属片で接続されるから銅回路を形成する
金属ベースが小型にできる。銅回路への端子金具の固着
手段は電気溶接，ロウ付け，超音波接合などでおこなわ
れ端子金具の材質やサイズに最適の工法が選ばれる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明による実施の形態を図１と
図２によって説明する。図１に構造断面図を，図２に外
観斜視図を示す。金属ベース１の表面に絶縁層２を介し
て銅回路３が形成されている回路基板に電力用半導体チ
ップ４や抵抗器などのチップ部品７が固着され，半導体
チップ間は金属片８で電気接続されたり銅回路３で電気
接続されている。端子金具１０が銅回路３に半導体チッ
プ４に近い位置で固着され外部接続用として導出され
る。金属ベース１の部品搭載側全体を充填材１２で覆っ
て電力用半導体モジュールが形成される。充填材１２は
例えばエポキシ樹脂などの充填用絶縁物である。
図２によって説明する。図１に構造断面図を，図２に外
観斜視図を示す。金属ベース１の表面に絶縁層２を介し
て銅回路３が形成されている回路基板に電力用半導体チ
ップ４や抵抗器などのチップ部品７が固着され，半導体
チップ間は金属片８で電気接続されたり銅回路３で電気
接続されている。端子金具１０が銅回路３に半導体チッ
プ４に近い位置で固着され外部接続用として導出され
る。金属ベース１の部品搭載側全体を充填材１２で覆っ
て電力用半導体モジュールが形成される。充填材１２は
例えばエポキシ樹脂などの充填用絶縁物である。
【０００６】金属ベース１は厚さ約５ｍｍ，幅約６０ｍ
ｍ，長さ約８０ｍｍの銅板で，窒化アルミニウムなどか
らできた絶縁層２を介して銅回路３が０．２ｍｍの厚
さ，幅寸法は約１乃至１６ｍｍに形成されている。該銅
回路上に電力用半導体チップ４や抵抗器などのチップ部
品７がハンダ付けによって固着される部位の近くにＬ型
の端子金具１０の水平部が先ず超音波接合によって固着
され，その後で電力用半導体チップ４や抵抗器などのチ
ップ部品７がハンダ付けによって銅回路３に固着され
る。超音波接合によれば薄い銅板の端子金具を電気溶接
の場合のような穴あき発生がなく固着できて作業性が良
い。たとえば厚さ約０．３ｍｍ，幅４ｍｍの銅条を長さ
３０ｍｍのうち先端部４ｍｍだけＬ型に折り曲げて水平
部として，この部位と前記銅回路３を重ねて金属ベース
ごと挟み込む治具に超音波振動を与える。例えば一実施
例は３８キロヘルツ，１キロワットの高周波電力をホー
ンが結合された超音波振動子に印加し，ホーンの超音波
振動を接合しようとする部位に治具で圧接して伝え、約
０．２秒で上記銅条が銅回路３に固着した。このように
接合工程のプロセス管理がロウ付けより再現性のある方
法で，確実にできるので均一な接合品質が得られる利点
がある。さらにロウ付けのようなフラックス洗浄の工程
も不要で作業時間が短かく処理廃水の管理も不要な利点
がある。
ｍ，長さ約８０ｍｍの銅板で，窒化アルミニウムなどか
らできた絶縁層２を介して銅回路３が０．２ｍｍの厚
さ，幅寸法は約１乃至１６ｍｍに形成されている。該銅
回路上に電力用半導体チップ４や抵抗器などのチップ部
品７がハンダ付けによって固着される部位の近くにＬ型
の端子金具１０の水平部が先ず超音波接合によって固着
され，その後で電力用半導体チップ４や抵抗器などのチ
ップ部品７がハンダ付けによって銅回路３に固着され
る。超音波接合によれば薄い銅板の端子金具を電気溶接
の場合のような穴あき発生がなく固着できて作業性が良
い。たとえば厚さ約０．３ｍｍ，幅４ｍｍの銅条を長さ
３０ｍｍのうち先端部４ｍｍだけＬ型に折り曲げて水平
部として，この部位と前記銅回路３を重ねて金属ベース
ごと挟み込む治具に超音波振動を与える。例えば一実施
例は３８キロヘルツ，１キロワットの高周波電力をホー
ンが結合された超音波振動子に印加し，ホーンの超音波
振動を接合しようとする部位に治具で圧接して伝え、約
０．２秒で上記銅条が銅回路３に固着した。このように
接合工程のプロセス管理がロウ付けより再現性のある方
法で，確実にできるので均一な接合品質が得られる利点
がある。さらにロウ付けのようなフラックス洗浄の工程
も不要で作業時間が短かく処理廃水の管理も不要な利点
がある。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば，金属ベースに固着する
支持枠体が不要となったので，端子金具をインサート成
形する工程が削除できた。同時に端子金具と銅回路との
突き合わせハンダ付けする必要が無くなった。半導体チ
ップ間の接続に金属片を用いて短距離で銅回路につない
だり，チップ近傍の銅回路に端子金具を形成するのでボ
ンディングワイヤの長くなることに起因していた電力ロ
ス発生も無くなったので発熱量が減って温度上昇による
信頼性低下の原因を排除することが出来た。半導体チッ
プと端子金具の距離を最短距離に設計出来るので銅回路
の引き回しにより生じた金属ベースの余分な面積が削減
できて電力用半導体モジュール全体が小型化可能となっ
た。これに加えて端子金具インサート樹脂成型工程が削
除できたのでコストが大幅に削減でき省資源にも寄与で
きたので工業的価値が大きい。
支持枠体が不要となったので，端子金具をインサート成
形する工程が削除できた。同時に端子金具と銅回路との
突き合わせハンダ付けする必要が無くなった。半導体チ
ップ間の接続に金属片を用いて短距離で銅回路につない
だり，チップ近傍の銅回路に端子金具を形成するのでボ
ンディングワイヤの長くなることに起因していた電力ロ
ス発生も無くなったので発熱量が減って温度上昇による
信頼性低下の原因を排除することが出来た。半導体チッ
プと端子金具の距離を最短距離に設計出来るので銅回路
の引き回しにより生じた金属ベースの余分な面積が削減
できて電力用半導体モジュール全体が小型化可能となっ
た。これに加えて端子金具インサート樹脂成型工程が削
除できたのでコストが大幅に削減でき省資源にも寄与で
きたので工業的価値が大きい。
【図１】 本発明による一実施形態を示す半導体モジュ
ールの構造断面図。
ールの構造断面図。
【図２】 本発明による一実施形態を示す半導体モジュ
ールの外観斜視図。
ールの外観斜視図。
【図３】 従来の半導体モジュールの構造断面図。
【図４】 従来の半導体モジュールの外観斜視図。
１ 金属ベース
２ 絶縁層
３ 銅回路
４ 電力用半導体チップ
５ ボンディングワイヤ
６ ハンダ付け部位
７ チップ部品
８ 金属片
１０ 端子金属
１２ 充填材
Claims (2)
- 【請求項１】 金属ベースに絶縁層を介して銅回路を形
成した回路基板上の銅回路表面に複数個の電力用半導体
チップを固着し，該チップ間を電気接続し，さらに外部
に接続するための端子金具を該チップに接続し，回路基
板の銅回路および該チップを覆う充填材によって充填さ
れている電力用半導体モジュールにおいて，上記端子金
具が，該モジュールの周辺近傍に限定されずに，上記銅
回路上の該チップに近い任意の位置に固着され，上記充
填材上に導出され形成されていることを特徴とする電力
用半導体モジュール。 - 【請求項２】 電力用半導体チップ間の電気接続には，
金属片と回路基板の銅回路を用いて接続されている請求
項１記載の電力用半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207195A JP2003023137A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 電力用半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207195A JP2003023137A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 電力用半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003023137A true JP2003023137A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19043211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001207195A Pending JP2003023137A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 電力用半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003023137A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012726A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2007243157A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 半導体モジュール及びこれを備える半導体装置、並びに、半導体モジュールの製造方法 |
| JP2016027677A (ja) * | 2012-05-29 | 2016-02-18 | 日本精工株式会社 | 半導体モジュール |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07249734A (ja) * | 1994-03-09 | 1995-09-26 | Toshiba Corp | 大電力用半導体装置 |
| JP2000049281A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP2000049280A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Toshiba Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| JP2000156439A (ja) * | 1998-11-20 | 2000-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュール |
| JP2000174201A (ja) * | 1998-12-07 | 2000-06-23 | Toshiba Corp | マルチチップモジュール型半導体装置 |
| JP2000349231A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Hitachi Ltd | パワー半導体モジュール |
-
2001
- 2001-07-09 JP JP2001207195A patent/JP2003023137A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH07249734A (ja) * | 1994-03-09 | 1995-09-26 | Toshiba Corp | 大電力用半導体装置 |
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| JP2007243157A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 半導体モジュール及びこれを備える半導体装置、並びに、半導体モジュールの製造方法 |
| JP2016027677A (ja) * | 2012-05-29 | 2016-02-18 | 日本精工株式会社 | 半導体モジュール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080529 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20100802 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |