JP2003158231A - 半導体装置、半導体装置の配線方法 - Google Patents
半導体装置、半導体装置の配線方法Info
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Abstract
置の寄生インダクタンスを低減させることである。 【解決手段】ドレイン電極配線導体24は、平板状の形
状で、ケース21の外周部の1辺22aにインサートさ
れ、辺22aに沿って延出している。ソース電極配線導
体25も平板状の形状で、辺22aと辺22cにインサ
ートされ、ドレイン電極配線導体24と平行に辺22a
に沿って延出している。ドレイン電極配線導体24とソ
ース電極配線導体25は、それぞれ半導体素子23a〜
23cのドレイン電極及びソース電極とワイヤボンディ
ングされる。
Description
が樹脂等のケースに封入された半導体装置及び半導体装
置の配線方法に関する。
の大容量化、スイッチング周波数の高周波数化により、
パワーモジュール内部の回路インダクタンスの低減が重
要な課題となっている。
えば、特開2001−102519号公報に、半導体素
子の第1の電極と接続される第1電極パターンと、半導
体素子の第2電極と接続される第2電極パターンとが形
成されたパワー半導体モジュールにおいて、第2電極パ
ターンの上部に、第1電極パターンと接続される第1電
極配線導体と、第2電極パターンと接続される第2電極
配線導体とを設けることで、回路の寄生インダクタンス
を減らすことが提案されている。
の向上、低コスト化を実現するために樹脂等のケースに
外部接続端子を有する配線導体をインサート成形するこ
とが考えられている。図5は、複数のMOSトランジス
タ15が内蔵された半導体モジュール11の内部構造を
示している。
スを接続するための配線導体と、外部接続端子14と半
導体素子15のドレインを接続するための配線導体とが
樹脂ケース12にインサートされている。
519号公報に記載の発明においては、構造が複雑とな
り、組み付け工数が増大するという欠点がある。図5に
示す半導体モジュール11においては、外部接続端子1
4と外部接続端子13とが別の辺に設けられ、それぞれ
の辺に設けられたボンディング用のパッドを介して半導
体素子15と接続される構造となっている。
では、ドレイン電流が流れる電流通路とソース電流が流
れる電流通路を平行に配置することができないので、回
路の寄生インダクタンスを低減させることが困難であ
る。本発明の課題は、組み付け工数を増大させることな
く、寄生インダクタンスを低減させることである。
素子がケースに封入された半導体装置であって、半導体
素子の主電流が流れ、それぞれ一端に外部接続端子を有
する第1及び第2の配線導体を、両者が平行に延出し、
かつ第1及び第2の配線導体に流れる電流の向きがお互
いに逆向きになるようにケースにインサートした。
の配線導体とを平行に延出させ、両者を流れる電流の方
向を逆にすることで、第1及び第2の配線導体による寄
生インダクタンスを減らすことができる。上記の発明に
おいて、前記第1の配線導体の第1の外部接続端子を、
樹脂ケースの外周部の第1の辺の端部近傍から前記樹脂
ケースの外部に露出させ、前記第2の配線導体の第2の
外部接続端子を、前記第1の辺と異なる外周部の辺から
前記樹脂ケースの外部に露出させても良い。
体と第2の配線導体の樹脂ケースにインサートされた部
分が平行に延出し、かつ平行に延出する部分を流れる電
流の方向を逆向きにできる。これにより、例えば、第1
の外部接続端子から流入する電流が、樹脂ケースにイン
サートされた第1の配線導体を通り、半導体素子の第1
の電極に流入する。さらに、半導体素子の第2の電極か
ら、第1の配線導体と平行に延出する第2の配線導体を
通って第2の外部接続端子から外部に出力される。従っ
て、第1の配線導体を流れる電流の方向と、第2の配線
導体を流れる電流の方向が逆向きとなり、第1及び第2
の配線導体の寄生インダクタンスを減らすことができ
る。
1の電極と接続される前記第1の配線導体の第1の接続
部を前記ケースの第1の辺に設け、前記半導体素子の第
2の電極と接続される前記第2の配線導体の第2の接続
部を前記第1の辺と異なる辺に設けるようにしても良
い。
び第2の電極とのワイヤボンディングの位置を任意に設
定でき、部品配置の自由度が増える。上記の発明におい
て、前記第1の外部接続端子を前記ケースの外周の一辺
に設け、前記第2の外部接続端子を前記ケースの外周以
外の部分に設けても良い。
を樹脂ケース等の外周以外の位置に設けることができる
ので、半導体装置と接続される外部回路の配線の自由度
が増える。上記の発明において、前記第1の配線導体と
前記第2の配線導体の延出する面を、前記ケースの底面
と平行に、かつ両者の延出する面が対向するようにして
も良い。
体と第2の配線導体とによる寄生インダクタンスをさら
に減らすことができる。上記の発明において、前記第1
の配線導体と第2の配線導体が平行に延出する面を、前
記ケースの底面に対して立設させても良い。
寄生インダクタンスを減らし、小型化を実現できる。
を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施
の形態のパワー半導体モジュール(半導体装置)21の
内部構造を示す図である。
ル(以下、半導体モジュールという)21は、MOSト
ランジスタからなる6個の半導体素子23a〜23cが
内蔵され、半導体素子23a〜23cのドレイン電極と
接続されるドレイン電極配線導体24と、ソース電極と
接続されるソース電極配線導体25とが樹脂等からなる
ケース22と一体にインサート成形されている。
ス電極とは、半導体素子23a〜23cのドレイン、ソ
ース、または、それらのワイヤボンディング用の接続領
域、あるいは半導体素子23a〜23cと直接接続され
た導体層またはワイヤ、金属板等により接続された導体
層に設けられたワイヤボンディング用の接続領域などを
指している。
の外周部の1辺22aにインサートされており、一端が
辺22aの右端部近傍の上部から外部に延出(露出)し
て外部接続端子24aを形成している。また、ドレイン
電極配線導体24の他端は、平板状の形状で、ケース2
2の外周部の辺22aに沿って延出している。辺22a
に沿って延出するドレイン電極配線導体24は、ケース
22の段部の下段で露出し接続部24bを形成してい
る。接続部24bは、半導体素子23a〜23cのドレ
イン電極と接続されている基板の導体層26とワイヤボ
ンディングにより接続される。
辺22a及び辺22cにインサートされており、一端が
ケース22の辺22cの左端部近傍で外部に延出して外
部接続端子25aを形成している。ソース電極配線導体
25の他端は、平板状の形状で、ドレイン電極配線導体
24と平行に延出している。また、ソース電極配線導体
25は、辺22aの段部の上段で露出し、半導体素子2
3a〜23cのソース電極と接続される接続部25bを
形成している。
イン電極配線導体24の接続部24bは、上段のソース
電極配線導体25の接続部25bの端面より右側、つま
り半導体素子23a〜23cとの距離が短くなる位置に
設けられている。従って、半導体素子23a〜23cの
ドレイン電極及びソース電極とのワイヤボンディング
を、半導体素子23a〜23cの上方から見てワイヤが
重なる位置で行う場合でも、先に下段の接続部24bと
ドレイン電極とをワイヤボンディングした後、当該ボン
ディングワイヤを跨ぐように上段の接続部25bとソー
ス電極とのワイヤボンディングをすることができるた
め、下部のワイヤが上部のワイヤのボンディング作業の
妨げにならない。
導体25と下段のドレイン電極配線導体24の露出して
いない部分は、樹脂等のケース22により確実に絶縁さ
れている。ここで、上記のような構成の半導体モジュー
ル21の内部を流れる電流の方向について説明する。
端子24aからソース電極配線導体25の外部接続端子
25aの方向に電流が流れるとすると、外部接続端子2
4aから流入する電流は、ケース22の下側の段部に沿
って延出する接続部24bを通り、さらに、基板の導体
層26を通り半導体素子23a〜23cのドレイン電極
に流入する。ドレイン電極に流入した電流は、半導体素
子23a〜23cのソース電極から、ドレイン電極配線
導体24の接続部24bと平行に延出するソース電極配
線導体25の接続部25bを通り、外部接続端子25a
から外部に出力される。
部接続端子24aから流入する電流は、辺22aと平行
に延出するドレイン電極配線導体24の接続部24b
を、図1の下方向に流れ半導体素子23a〜23cのド
レイン電極に流入する。そして、半導体素子23a〜2
3cのソース電極から流れ出す電流は、ソース電極配線
導体25の接続部25bを、図1の上方向に流れ、外部
接続端子25aから外部に流出する。
線導体24とソース電極配線導体25をケース22にイ
ンサートし、ドレイン電極配線導体24の外部接続端子
24aを辺22aの端部近傍に設け、ドレイン電極配線
導体24とソース電極配線導体25とをケース22の辺
22aに平行に延出させることで、ドレイン電極配線導
体24を流れる電流の方向と、ソース電極配線導体25
を流れる電流の方向を逆向きにすることができる。
流れる電流とソース電極配線導体25に流れる電流とに
より発生する磁束が互いに打ち消されるので、半導体モ
ジュール22内部の寄生インダクタンスを減らすことが
できる。本実施の形態においては、下段の接続部24b
とドレイン電極とを接続し、上段の接続部25bとソー
ス電極とを接続したが、これに限られるものではなく、
下段の接続部とソース電極、上段の接続部とドレイン電
極とをそれぞれ接続するようにしてもよい。
の半導体モジュール31の内部構造を示す図である。第
2の実施の形態は、ドレイン電極配線導体34が、ケー
ス32の外周部の辺32aと手前側の辺32cにインサ
ートされ、ソース電極配線導体35が、ケース32の外
周部の辺32bと辺32aにインサートされている。
ス32の1辺32aの右端部近傍の上部から外部に延出
して外部接続端子34aを形成している。ドレイン電極
配線導体34の他端は、平板状の形状で、辺32aに沿
って延出して中間部34bを形成し、さらに辺32aと
手前側の辺32cとの交わる隅の部分で略90°曲げら
れて辺32cに沿って延出し、ケース32cの段部で露
出して接続部34cを形成している。上記の接続部34
cは、半導体素子23a〜23cのドレイン電極と接続
された基板の導体層36とワイヤにより接続される。
続部34cは、後述するソース電極配線導体35の外部
接続端子35aの設けられる辺32bと対向する辺32
cに設けられている。ソース電極配線導体35の一端
は、ケース32の辺32bの略中央部の上部から外部に
延出して外部接続端子35aを形成している。また、ソ
ース電極配線導体35の他端は、平板状または四角柱状
の形状で、ドレイン電極配線導体34の中間部34bの
上方に平行に延出して半導体素子23a〜23cのソー
ス電極と接続される接続部35bを形成している。
ール31内部を流れる電流について説明する。今、ドレ
イン電極配線導体34の外部接続端子34aからソース
電極配線導体35の外部接続端子35aの方向に電流が
流れるとすると、外部接続端子34aから流れ込んだ電
流は、ケース32の段部の下段に沿って延出するドレイ
ン電極配線導体34の接続部34cから導体層36に流
入する。導体層36に流入した電流は、半導体素子23
a〜23cのドレイン電極に流入し、半導体素子23a
〜23cのソース電極からソース電極配線導体35の接
続部35bを通り、外部接続端子35aから出力され
る。
4aから流入する電流は、辺32aと平行に延出するド
レイン電極配線導体34の中間部34bを、図2の下方
向に流れ、90°曲がった接続部34cから半導体素子
23a〜23cのドレイン電極に流入する。半導体素子
23a〜23cのドレイン電極に流入した電流は、ソー
ス電極を通り、ドレイン電極配線導体34と平行に延出
するソース電極配線導体35の接続部35bを、図2の
上方向に流れ、外部接続端子35aから外部に流出す
る。
線導体34の外部接続端子34aをケース32の辺32
aの右端部近傍から外部に延出させ、ソース電極配線導
体35の外部接続端子35aを、辺32aの左側の辺3
2bから外部に延出させ、さらに、ドレイン電極配線導
体34とソース電極配線導体35とを平行に延出させる
ことで、辺32aにおいて、ドレイン電極配線導体34
を流れる電流と、ソース電極配線導体35を流れる電流
の向きを逆にすることができる。
ソース電極配線導体35に流れる電流により発生する磁
束が相殺されるので、半導体モジュール31内部の寄生
インダクタンスを減少させることができる。また、ドレ
イン電極配線導体34の接続部34cを、ソース電極配
線導体35の接続部35bの設けられている辺32aと
は異なる辺32cに設けることで、接続部34cと導体
36(半導体素子23a〜23cのドレインと接続され
ている)との間のワイヤボンディングと、接続部35b
と半導体素子23a〜23cのソース電極との間のワイ
ヤボンディングを離れた位置で行うことができ、ボンデ
ィング作業の制約を少なくできる。
モジュールの内部構造を示す図である。第3の実施の形
態も、ドレイン電極配線導体44とソース電極配線導体
45は、インサート成形によりケース42と一体に構成
されている。
外周部の辺42aにインサートされており、一端がケー
ス42の1辺42aの上部から外部に延出して外部接続
端子44aを形成している。ドレイン電極配線導体44
の他端は、平板状の形状で、辺42aに沿って延出し、
ケース42の段部で露出して接続部44bを形成してい
る。上記の接続部44bは、半導体素子23a〜23c
のドレイン電極と接続された基板の導体層46とワイヤ
等により接続される。
外周部の辺42aにインサートされ、一端が、ケース4
2の底面と平行に、辺42aと直交する方向に延出し、
さらに底面に対して鉛直上方向に外部に延出して外部接
続端子45aを形成している。なお、外部接続端子45
aは、ワイヤボンディング時には底面に対して鉛直上方
に形成されており、ワイヤボンディング後にワイヤボン
ディング部上方に折り曲げられるため、実際には外部接
続端子45aがワイヤボンディング作業の妨げとなるこ
とはない。
または四角柱状の形状で、ドレイン電極配線導体44の
上方に平行に延出して半導体素子23a〜23cのソー
ス電極と接続される接続部45bを形成している。この
第3の実施の形態も、前述した第1の実施の形態と同様
に、外部接続端子44aから流入する電流が、辺42a
と平行に延出するドレイン電極配線導体44の接続部4
4bを、図3の下方向に流れ、半導体素子23a〜23
cのドレイン電極に流入する。そして、半導体素子23
a〜23cのソース電極から流出する電流が、ソース電
極配線導体45の接続部45bを、図3の上方向に流
れ、外部接続端子45aから外部に流出する。
配線導体44を流れる電流とソース電極配線導体45を
流れる電流の向きが逆向きとなるので、電流により発生
する磁束が相殺される。これにより、半導体モジュール
41内部の寄生インダクタンスを減らすことができる。
さらに、第3の実施の形態では、外部接続端子45aの
位置が、ケース42の外周部に限定されないので、外部
回路の接続部の配置に合わせて外部接続端子45aの位
置を変更することができる。更に、半導体モジュール4
1を小型にすることもできる。
端子45aを外周部の辺に配置し、ドレイン側の外部接
続端子44aを外周以外の位置に配置しても良い。ある
いは、ワイヤボンディングの妨げとならないようにスペ
ースが確保できる場合には、両方の外部接続端子をケー
ス42の外周部以外の位置に配置することもできる。
の半導体モジュールの内部構造を示す図である。第4の
実施の形態も、ドレイン電極配線導体54とソース電極
配線導体55は、インサート成形によりケース52と一
体に構成されている。
外周部の辺52aと52cにインサートされており、一
端が辺52aの右端部近傍の上部から外部に延出して外
部接続端子54aを形成している。ドレイン電極配線導
体54の他端は、辺52a及び52cに沿って延出し、
辺52aに沿う部分では板状であり、ケース52の底面
に対して垂直に立設されている一方、辺52cに沿う部
分では断面が略L字状の形状になっている。そして、辺
52cの段部でL字状の下部が露出して接続部54cを
形成している。上記の接続部54cは、半導体素子23
a〜23cのドレイン電極と接続された基板の導体層5
6とワイヤ等により接続される。
外周部の辺52aと辺52bにインサートされ、一端は
辺52bの略中央の上部の位置で外部に延出して外部接
続端子55aを形成している。ソース電極配線導体55
の他端は、断面が略L字状の形状でケース52の底面に
対して垂直に立設し、ドレイン電極配線導体54と平行
に延出し、段部で露出して接続部55bを形成してい
る。当該接続部55bは、半導体素子23a〜23cの
ソース電極と接続される。
の内部を流れる電流は、基本的には前述した第2の実施
の形態と同様である。すなわち、ドレイン電極配線導体
54の外部接続端子54aから流入する電流は、ケース
52の辺52a及び辺52cに沿って延出するドレイン
電極配線導体54の接続部54cを通り導体層56に流
れ込む。導体層56に流入した電流は、半導体素子23
a〜23cのドレイン電極に流入し、半導体素子23a
〜23cのソース電極から、ケース52の側面及び底面
に沿って延出するソース電極配線導体55の接続部55
bを通り、外部接続端子55aから外部に流出する。
ン電極配線導体54には、図4の下方向に電流が流れ、
ドレイン電極配線導体54と平行に延出するソース電極
配線導体55には、ドレイン電極配線導体54に流れる
電流とは逆向きの電流(図4の上方向に流れる電流)が
流れる。
流れる電流と、ソース電極配線導体55を流れる電流に
より発生する磁束が互いに打ち消されるので、半導体モ
ジュール51内部の寄生インダクタンスを減少させるこ
とができる。また、ドレイン電極配線導体54と導体層
56との間のワイヤボンディングと、ソース電極配線導
体55と半導体素子23a〜23cとの間のワイヤボン
ディングを、ケース52の異なる辺で行うことができる
のでボンディング作業の制約条件が少なくなる。また、
ドレイン電極配線導体54とソース電極配線導体55の
対向する面が、ケース52の底面に対して垂直な方向と
なっているので、ドレイン電極配線導体54及びソース
電極配線導体55のケース52の底面積に占める割合を
少なくできる。
以下のように構成することもできる。 (a)ドレイン電極配線導体24,34,44及び54
の外部接続端子24a、34a、44a及び54aと、
ソース電極配線導体25,35,45及び55の外部接
続端子25a、35a、45a及び55aは、ケースの
右側または左側の隣接する辺に限らず相対する辺に設け
ても良い。その場合も、ドレイン電極配線導体24,3
4,44及び54とソース電極配線導体25,35,4
5及び55が平行となるように延出させれば良い。 (b)ドレイン電極配線導体24,34,44及び54
と、ソース電極配線導体25,35,45及び55の配
置は、実施の形態のものに限らず、両者の配置を逆にし
ても良い。 (c)本発明は、MOSトランジスタに限らず、バイポ
ーラトランジスタ、サイリスタ、GTO、IGBT等の
他のスイッチング素子を用いる半導体モジュールにも適
用できる。 (d)各端子は必ずしもケース辺の上面から突出させる
必要はなく、例えばケース外側側面から側方に延出させ
てもよいし、更に上方へ曲げてもよい。或いは、ケース
内側側面から側方に延出させてもよく、更に上方へ曲げ
てもよい。 (e)第1の実施の形態又は第3の実施の形態のよう
に、階段状の接続部を設けている場合には、必ずしも上
部ワイヤと下部ワイヤを重ねる必要はなく、一方を横に
ずらして重ならないようにしてもよい。この場合にはワ
イヤボンディングの順序の自由度が上がる。
の配線導体とを平行に延出させ、両者の電流の方向を逆
にすることで、第1及び第2の配線導体による寄生イン
ダクタンスを減らすことができる。
造を示す図である。
造を示す図である。
造を示す図である。
造を示す図である。
ある。
線導体 24a、34a、44a、54a ドレイン電極配線
導体の外部接続端子 24b、34c、44b、54c ドレイン電極配線
導体の接続部 25,35,45,55 ソース電極配線導
体 25a、35a、45a、55a ソース電極配線導
体の外部接続端子 25b、35b、45b、55b ソース電極配線導
体の接続部
Claims (8)
- 【請求項1】複数の半導体素子がケースに封入された半
導体装置であって、 半導体素子の主電流が流れ、それぞれ一端に外部接続端
子を有する第1及び第2の配線導体を、両者が平行に延
出し、かつ第1及び第2の配線導体に流れる電流の向き
がお互いに逆向きになるようにケースにインサートした
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記第1の配線導体の第1の外部接続端子
を、樹脂ケースの外周部の第1の辺の端部近傍から前記
樹脂ケースの外部に露出させ、前記第2の配線導体の第
2の外部接続端子を、前記第1の辺と異なる辺から前記
樹脂ケースの外部に露出させた請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】前記半導体素子の第1の電極と接続される
前記第1の配線導体の第1の接続部を前記ケースの第1
の辺に設け、前記半導体素子の第2の電極と接続される
前記第2の配線導体の第2の接続部を前記第1の辺と異
なる辺に設けた請求項1または2記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記第1の外部接続端子を前記ケースの外
周部の一辺に設け、前記第2の外部接続端子を前記ケー
スの外周以外の部分に設けた請求項1,2または3記載
の半導体装置。 - 【請求項5】前記第1の配線導体と前記第2の配線導体
の平行に延出する面を、前記ケースの底面と平行に、か
つ両者の延出する面が対向するようにした請求項1,
2,3または4記載の半導体装置。 - 【請求項6】前記第1の配線導体と第2の配線導体が平
行に延出する面を、前記ケースの底面に対して立設させ
た請求項1,2,3または4記載の半導体装置。 - 【請求項7】複数の半導体素子がケースに封入された半
導体装置の配線方法であって、 半導体素子の主電流が流れ、一端に外部接続端子を有す
る第1の配線導体と第2の配線導体とを、両者が平行に
延出し、かつ第1及び第2の配線導体に流れる電流の向
きがお互いに逆向きになるようにケースにインサート
し、前記第1の配線導体と前記半導体素子の第1の電極
とを接続し、前記第2の配線導体と前記半導体素子の第
2の電極とを接続することを特徴とする半導体装置の配
線方法。 - 【請求項8】前記第1の外部接続端子を、樹脂ケースの
第1の辺の端部近傍から前記樹脂ケースの外部に露出さ
せ、前記第2の外部接続端子を、前記第1の辺と異なる
辺から前記樹脂ケースの外部に露出させた請求項7記載
の半導体装置の配線方法。
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