JP2004241734A - Semiconductor module - Google Patents

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JP2004241734A JP2003031878A JP2003031878A JP2004241734A JP 2004241734 A JP2004241734 A JP 2004241734A JP 2003031878 A JP2003031878 A JP 2003031878A JP 2003031878 A JP2003031878 A JP 2003031878A JP 2004241734 A JP2004241734 A JP 2004241734A
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Naoki Kato
直毅 加藤
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    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a semiconductor module compact and reduce inductance in the module as much as possible. <P>SOLUTION: Conductor patterns 2a and 2b are formed on the surface of an insulation circuit board 1. A semiconductor chip 3 is provided in a manner that a drain formed on its bottom is in contact with the conductor pattern 2a and a source formed on its upper surface is in contact with a heat spreader 5. A semiconductor chip 4 is provided in a manner that a source formed on its upper surface is in contact with the conductor pattern 2b and a source formed on its bottom is in contact with a heat spreader 6. A U electrode 23 is in contact with the heat spreaders 5 and 6. Furthermore, a P electrode 21 is in contact with the conductor pattern 2a and an N electrode 22 is in contact with the conductor pattern 2b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールに係わり、特に、大電流を流すパワー半導体モジュールに係わる。
【0002】
【従来の技術】
1以上の半導体素子を含む半導体モジュールは、様々な分野において広く使用されている。そして、大電流を流すパワー半導体モジュールは、例えば、インバータ回路や電力変換回路等として実用化されている。
【0003】
図4は、既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。なお、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。ここで、図5に示すインバータ回路は、U相用回路111、V相回路112、W相回路113を備え、不図示の制御回路からの指示に従って3相交流を生成する。また、U相用回路111、V相回路112、W相回路113は、それぞれ、互いに直列的に接続された1組のトランジスタ(上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタ)を含むように構成されている。そして、図4には、U相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。
【0004】
図4において、半導体チップ101、102は、絶縁回路基板103の上面に取り付けられている。ここで、半導体チップ101、102には、それぞれ、図5に示す上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタが形成されている。そして、P電極と半導体チップ101との間、半導体チップ101とU電極との間、U電極と半導体チップ102との間、および半導体チップ102とN電極との間は、それぞれ、ボンディングワイヤ104、105、106、107により接続されている。ここで、この半導体モジュールの主電流は、図4において矢印で示すように流れる。
【0005】
ところで、パワー半導体モジュールは、スイッチング周波数の高速化に伴い、モジュール内の寄生インダクタンスを低減させることが重要になってきている。そして、従来より、モジュール内で主電流が流れる経路を工夫することによってそのようなインダクタンスを低減させる技術が知られている。この場合、モジュールは、互いに平行に形成された経路を主電流が互いに逆方向に流れるように設計され、それらの互いに平行に形成された経路で発生する磁束の変化が打ち消しあうことで相互インダクタンスの抑制が図られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
【0006】
図4に示すパワー半導体モジュールでは、ボンディングワイヤ104およびボンディングワイヤ107が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。また、ボンディングワイヤ105およびボンディングワイヤ106が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−74886号公報(図1、図2、および明細書の段落0016〜0019)
【0008】
【特許文献2】
特開2001−7140号公報(図1、および明細書の段落0051〜0056)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにして電流経路を工夫しても、ボンディングワイヤにおけるインダクタンスの抑制には限界がある。
本発明の目的は、半導体モジュール内のインダクタンスを可能な限り小さくすることである。また、本発明の他の目的は、半導体モジュールの小型化を図ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体モジュールは、同一の表面に第1の導体パターンおよび第2の導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記第1の導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、上記第2の導体パターンに接触するように設けられた第2の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流入力領域が上記第1の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第1の半導体チップ、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流出力領域が上記第2の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第2の半導体チップ、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に電気的に接続する第3の電極、を有する。
【0011】
上記半導体モジュールにおいて、第1の電極から入力される電流は、第1の導体パターン、第1の半導体チップを介して第3の電極に導かれ、その第3の電極から外部に出力される。一方、第3の電極から入力される電流は、第2の半導体チップ、第2の導体パターンを介して第2の電極に導かれ、その第2の電極から外部に出力される。ここで、第1の電極および第2の電極は、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように設けられている。また、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップは、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように絶縁回路基板に取り付けられている。すなわち、この半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しない。よって、ボンディングワイヤの配線インダクタンスは発生しない。また、第1の電極から第3の電極へ至る電流経路と、第3の電極から第2の電極は至る電流経路とでは、互いに逆方向に電流が流れるので、相互インダクタンスが相殺される。
【0012】
上記半導体モジュールにおいて、上記第3の電極は、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に接触するように配置されるようにしてもよい。この構成によれば、各半導体チップの上部に第3の電極が位置するので、絶縁回路基板上に第3の電極を設けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。
【0013】
また、上記半導体モジュールにおいて、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域は、それぞれ、導電性のヒートスプレッダを介して上記第3の電極に接続されるようにしてもよい。この構成においては、放熱効果が向上するだけでなく、第3の電極に加わる力が第1および第2の半導体チップに伝わりにくくなる。
【0014】
本発明の他の態様の半導体モジュールは、表面に導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてそれら主電流入力領域および主電流出力領域のうちの一方が上記導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた半導体チップ、上記半導体チップの主電流入力領域および主電流出力領域のうちの他方に電気的に接続する第2の電極、を有する。そして、上記第1の電極および上記第2の電極が、互いに平行に、且つ、上記絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。
【0015】
この半導体モジュールにおいても、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが発生しない。また、各電極が絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているので、モジュールの小型化が図れる。また、各電極に流れる電流は逆方向なので、相互インダクタンスが相殺される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。ここで、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。そして、図1においては、図5に示すU相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。また、図2(a)および図2(b)は、それぞれ、図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【0017】
絶縁回路基板1は、図5に示すインバータ回路を形成するための回路基板であって、その表面に導体パターンが形成されている。ここでは、互いに電気的に絶縁された導体パターン(第1の導体パターン)2a、導体パターン(第2の導体パターン)2b、導体パターン2cが形成されている。また、図3にのみ記載しているが、導体パターン2dも形成されている。
【0018】
絶縁回路基板1の上面には、半導体チップ(第1の半導体チップ)3、および半導体チップ(第2の半導体チップ)4が取り付けられている。ここで、半導体チップ3、4の表面には、それぞれ、図3に示すように、ソースパッド(主電流出力領域)11、ゲートパッド12、センスパッド13が形成されている。尚、センスパッド13は、半導体チップ3、4が備える各種センサ(例えば、温度センサ等)の出力を外部に引き出すための電極パッドである。一方、半導体チップ3、4の裏面には、それぞれ、ドレイン電極(主電流入力領域)14が形成されている。
【0019】
半導体チップ3は、ソースパッド11が形成されている面を上に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ3は、その裏面に形成されているドレイン電極14が導体パターン2aに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。一方、半導体チップ4は、ソースパッド11が形成されている面を下に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ4は、ソースパッド11が導体パターン2bに接触し、ゲートパッド12が導体パターン2cに接触し、センスパッド13が導体パターン2dに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。この場合、導体パターン2a〜2dと、半導体チップ3、4の対応するパッドまたは電極とは、例えば、半田付けにより互いに接触している。
【0020】
なお、「接触」とは、基本的には、ろう接等によって金属どうしを互いに接触させることをいうが、金属どうしを直接的に圧接することにより接触させることも含むものとする。また、「ろう接」に用いる溶加材は、実施例では「半田」が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、銀ろう等であってもよい。
【0021】
P電極(第1の電極)21は、導体パターン2aに接触するように設けられている。一方、N電極(第2の電極)22は、導体パターン2bに接触するように設けられている。なお、P電極21およびN電極22は、例えば、当該半導体モジュールのケースにその一部が埋め込まれるようにして固定されており、そのケースを勘合してモジュールを組み立てたときに対応する導体パターン2a、2bに圧接されるように配置されている。また、P電極21およびN電極22は、それぞれ、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように設けられている。
【0022】
半導体チップ3、4の上部には、それぞれ、ヒートスプレッダ5、6が取り付けられる。このとき、ヒートスプレッダ5は、半導体チップ3のソースパッド11に半田付けにより接触するように取り付けられる。一方、ヒートスプレッダ6は、半導体チップ4のドレイン電極14に半田付けにより接触するように取り付けられる。なお、ヒートスプレッダ5、6は、電気伝導度および熱伝導度の双方が高い金属で形成されている。
【0023】
U電極(第3の電極)23は、半田付けにより、ヒートスプレッダ5、6の双方に接触するように取り付けられる。ここで、U電極23は、P電極21およびN電極22と同様に、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。また、U電極23は、外部から加わる力が半導体チップ3、4に伝わりにくくするために、遊び部23aが設けられている。
【0024】
ゲート電極24は、ボンディングワイヤを介して半導体チップ3のゲートパッド12に接続されている。また、ゲート電極25は、ボンディングワイヤを介して導体パターン2cに接続されている。なお、図面を見やすくするために図示してないが、半導体チップ3のセンスパッド13および導体パターン2dは、それぞれ、ボンディングワイヤを介して不図示のセンス電極に接続される。
【0025】
上記構成の半導体モジュールは、以下のように動作する。すなわち、半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタは、ゲート電極24を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。また、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタは、ゲート電極25を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。
【0026】
半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、P電極21から入力される電流は、導体パターン2a、半導体チップ3のドレイン電極14、半導体チップ3(上アーム用トランジスタ)、半導体チップ3のソースパッド11、ヒートスプレッダ5を介してU電極23に導かれ、そのU電極23から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Aが指し示す方向に流れる。一方、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、U電極23から入力される電流は、ヒートスプレッダ6、半導体チップ4のドレイン電極14、半導体チップ4(下アーム用トランジスタ)、半導体チップ4のソースパッド11、導体パターン2bを介してN電極22に導かれ、そのN電極22から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Bが指し示す方向に流れる。
【0027】
このように、実施形態の半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、従来技術において問題になっていたボンディングワイヤの配線インダクタンスを排除できる。なお、ゲート電極24と半導体チップ3のゲートパッド12との間、及びゲート電極25と導体パターン2cとの間は、それぞれボンディングワイヤにより接続されているが、この経路を介して流れるゲート制御信号の電流は小さく、この経路で発生するインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。同様に、半導体チップ3、4のセンスパッド13と不図示の電極とを接続する経路についても、そのインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。
【0028】
また、半導体チップ3を介して電流が流れる経路と半導体チップ4を介して電流が流れる経路とが互いに平行になっており、且つ、それらの経路を介して互いに反対方向に電流が流れるので、相互インダクタンスは相殺される。
さらに、U電極23が半導体チップ3、4の上部に設けられる構成なので、絶縁回路基板1上にU電極23を取り付けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。また、P電極21、N電極22、U電極23が絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているが、このこともモジュールの小型化に寄与する。
【0029】
なお、図1および図2に示す実施例では、半導体チップ3、4とU電極23と間にヒートスプレッダ5、6が設けられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明では、ヒートスプレッダ5、6は必須の部品ではなく、U電極23は、半田などにより半導体チップ3、4に直接的に接触するようにしてもよい。なお、ヒートスプレッダ5、6は、放熱作用を向上させるだけでなく、U電極23に加わる力を半導体チップ3、4に伝わりにくくする作用、およびU電極23と導体パターン2a、2bとの間の耐圧を確保する(絶縁距離を確保する)作用も奏している。従って、これらの問題が生じない場合、或いはこれらの問題が別の方策により解決される場合は、ヒートスプレッダ5、6を設ける必要はない。
【0030】
また、上述の実施形態では、各半導体チップ上にMOSトランジスタが形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、各半導体チップ上には、MOSトランジスタ以外の半導体素子(例えば、IGBT)が形成されていてもよい。
【0031】
さらに、上述の実施形態では、半導体モジュール内にインバータ回路が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、本発明による効果は、1つの半導体チップを内蔵する半導体モジュールにおいても得られる。すなわち、例えば、図2(a)に示す半導体チップ3に注目した場合であっても、主電流は、相互インダクタンスを相殺するように流れる。また、この場合も、絶縁回路基板1上にU電極23を配置するためのエリアを確保する必要がない。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが排除される。また、互いに平行な経路を介して互いに逆方向に主電流が流れるような構成なので、相互インダクタンスが相殺される。さらに、絶縁回路基板上に電極を取り付けるためのエリアが少ないので、モジュールの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。
【図2】図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【図3】半導体チップの取付け方法を示す図である。
【図4】既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。
【図5】半導体モジュール内に形成される回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 絶縁回路基板
2a〜2c 導体パターン
3、4 半導体チップ
5、6 ヒートスプレッダ
11 ソースパッド
14 ドレイン電極
21 P電極
22 N電極
23 U電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor module, and more particularly, to a power semiconductor module that flows a large current.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor modules including one or more semiconductor elements are widely used in various fields. A power semiconductor module for flowing a large current has been put to practical use, for example, as an inverter circuit or a power conversion circuit.
[0003]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an example of an existing semiconductor module. Note that, for example, an inverter circuit shown in FIG. 5 is formed in this semiconductor module. Here, the inverter circuit shown in FIG. 5 includes a U-phase circuit 111, a V-phase circuit 112, and a W-phase circuit 113, and generates a three-phase AC according to an instruction from a control circuit (not shown). The U-phase circuit 111, the V-phase circuit 112, and the W-phase circuit 113 are each configured to include a pair of transistors (an upper-arm transistor and a lower-arm transistor) connected in series to each other. I have. FIG. 4 illustrates one of the U-phase circuit 111, the V-phase circuit 112, and the W-phase circuit 113 (for example, the U-phase circuit 111).
[0004]
4, the semiconductor chips 101 and 102 are mounted on the upper surface of the insulating circuit board 103. Here, upper-arm transistors and lower-arm transistors shown in FIG. 5 are formed on the semiconductor chips 101 and 102, respectively. Bonding wires 104 are provided between the P electrode and the semiconductor chip 101, between the semiconductor chip 101 and the U electrode, between the U electrode and the semiconductor chip 102, and between the semiconductor chip 102 and the N electrode. They are connected by 105, 106 and 107. Here, the main current of the semiconductor module flows as shown by an arrow in FIG.
[0005]
By the way, in the power semiconductor module, it is important to reduce the parasitic inductance in the module as the switching frequency increases. Conventionally, there has been known a technique for reducing such inductance by devising a path through which a main current flows in a module. In this case, the module is designed so that main currents flow in mutually opposite directions in paths formed in parallel with each other, and changes in magnetic flux generated in the paths formed in parallel with each other cancel each other out, so that the mutual inductance is reduced. Suppression is achieved (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0006]
In the power semiconductor module shown in FIG. 4, bonding wires 104 and bonding wires 107 are formed in parallel or substantially parallel to each other, and currents flowing in opposite directions flow through these bonding wires. Further, the bonding wires 105 and the bonding wires 106 are formed parallel or substantially parallel to each other, and currents in opposite directions flow through these bonding wires.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-74886 (FIGS. 1, 2 and paragraphs 0016 to 0019 of the specification)
[0008]
[Patent Document 2]
JP 2001-7140 A (FIG. 1 and paragraphs 0051 to 0056 of the specification)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the current path is devised as described above, there is a limit in suppressing the inductance of the bonding wire.
It is an object of the present invention to minimize the inductance in a semiconductor module. Another object of the present invention is to reduce the size of a semiconductor module.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor module of the present invention includes an insulated circuit board having a first conductor pattern and a second conductor pattern formed on the same surface, a first electrode provided to contact the first conductor pattern, A second electrode provided in contact with the second conductor pattern, a main current input area on one surface and a main current output area on the other surface, and the main current input area is the first conductor; A first semiconductor chip mounted on the insulated circuit board so as to be in contact with the pattern; a main current input region on one surface and a main current output region on the other surface; The second semiconductor chip, the main current output area of the first semiconductor chip, and the main current input area of the second semiconductor chip mounted on the insulated circuit board so as to contact the conductive pattern of A third electrode, which connects.
[0011]
In the semiconductor module, a current input from the first electrode is guided to the third electrode via the first conductor pattern and the first semiconductor chip, and is output to the outside from the third electrode. On the other hand, a current input from the third electrode is guided to the second electrode via the second semiconductor chip and the second conductor pattern, and is output from the second electrode to the outside. Here, the first electrode and the second electrode are provided so as to be in contact with the first conductor pattern and the second conductor pattern, respectively. Further, the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are mounted on the insulated circuit board so as to contact the first conductor pattern and the second conductor pattern, respectively. That is, in this semiconductor module, there is no bonding wire in the path where the main current flows. Therefore, no wiring inductance of the bonding wire occurs. Further, currents flow in opposite directions in the current path from the first electrode to the third electrode and in the current path from the third electrode to the second electrode, so that the mutual inductance is canceled.
[0012]
In the semiconductor module, the third electrode may be arranged to be in contact with a main current output region of the first semiconductor chip and a main current input region of the second semiconductor chip. According to this configuration, since the third electrode is located above each semiconductor chip, it is not necessary to secure an area for providing the third electrode on the insulated circuit board, and the module can be downsized.
[0013]
In the semiconductor module, a main current output region of the first semiconductor chip and a main current input region of the second semiconductor chip are respectively connected to the third electrode via a conductive heat spreader. You may do so. In this configuration, not only the heat radiation effect is improved, but also the force applied to the third electrode is less likely to be transmitted to the first and second semiconductor chips.
[0014]
A semiconductor module according to another aspect of the present invention includes an insulated circuit board having a conductor pattern formed on a surface thereof, a first electrode provided to be in contact with the conductor pattern, and a main current input region provided on one surface. A semiconductor chip mounted on the insulated circuit board such that one of the main current input area and the main current output area is in contact with the conductor pattern, and a main current of the semiconductor chip is provided. A second electrode electrically connected to the other of the input region and the main current output region. The first electrode and the second electrode are formed so as to extend in parallel with each other and in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the insulated circuit board.
[0015]
Also in this semiconductor module, since there is no bonding wire in the path where the main current flows, no wiring inductance of the bonding wire occurs. Further, since each electrode is formed so as to extend in a vertical direction or a substantially vertical direction with respect to the insulated circuit board, the size of the module can be reduced. In addition, since the current flowing through each electrode is in the opposite direction, the mutual inductance is canceled.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor module according to an embodiment of the present invention. Here, for example, an inverter circuit shown in FIG. 5 is formed in this semiconductor module. FIG. 1 illustrates one of the U-phase circuit 111, the V-phase circuit 112, and the W-phase circuit 113 (for example, the U-phase circuit 111) illustrated in FIG. 2A and 2B are views of the semiconductor module shown in FIG. 1 as viewed from the side.
[0017]
The insulated circuit board 1 is a circuit board for forming the inverter circuit shown in FIG. 5, and has a conductor pattern formed on the surface thereof. Here, a conductor pattern (first conductor pattern) 2a, a conductor pattern (second conductor pattern) 2b, and a conductor pattern 2c that are electrically insulated from each other are formed. Although only shown in FIG. 3, the conductor pattern 2d is also formed.
[0018]
A semiconductor chip (first semiconductor chip) 3 and a semiconductor chip (second semiconductor chip) 4 are mounted on the upper surface of the insulated circuit board 1. Here, source pads (main current output regions) 11, gate pads 12, and sense pads 13 are formed on the surfaces of the semiconductor chips 3, 4, respectively, as shown in FIG. The sense pad 13 is an electrode pad for extracting outputs of various sensors (for example, temperature sensors, etc.) included in the semiconductor chips 3 and 4 to the outside. On the other hand, drain electrodes (main current input regions) 14 are formed on the back surfaces of the semiconductor chips 3 and 4, respectively.
[0019]
The semiconductor chip 3 is attached to the insulated circuit board 1 with the surface on which the source pads 11 are formed facing upward. At this time, the semiconductor chip 3 is attached to the insulated circuit board 1 such that the drain electrode 14 formed on the back surface thereof contacts the conductor pattern 2a. On the other hand, the semiconductor chip 4 is attached to the insulated circuit board 1 with the surface on which the source pads 11 are formed facing downward. At this time, the semiconductor chip 4 is attached to the insulated circuit board 1 such that the source pad 11 contacts the conductor pattern 2b, the gate pad 12 contacts the conductor pattern 2c, and the sense pad 13 contacts the conductor pattern 2d. In this case, the conductor patterns 2a to 2d and the corresponding pads or electrodes of the semiconductor chips 3, 4 are in contact with each other by, for example, soldering.
[0020]
Note that “contact” basically means that metals are brought into contact with each other by brazing or the like, but it also includes that the metals are brought into contact by directly pressing each other. Further, as a filler material used for “brazing”, “solder” is used in the embodiment, but is not limited to this, and for example, silver brazing or the like may be used.
[0021]
The P electrode (first electrode) 21 is provided so as to contact the conductor pattern 2a. On the other hand, the N electrode (second electrode) 22 is provided to be in contact with the conductor pattern 2b. The P electrode 21 and the N electrode 22 are fixed, for example, such that a part thereof is embedded in the case of the semiconductor module, and correspond to the conductor pattern 2a when the module is assembled by fitting the case. , 2b. The P electrode 21 and the N electrode 22 are provided so as to extend in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the insulated circuit board 1, respectively.
[0022]
Heat spreaders 5, 6 are attached to the upper portions of the semiconductor chips 3, 4, respectively. At this time, the heat spreader 5 is attached so as to contact the source pad 11 of the semiconductor chip 3 by soldering. On the other hand, the heat spreader 6 is attached so as to contact the drain electrode 14 of the semiconductor chip 4 by soldering. The heat spreaders 5 and 6 are formed of a metal having both high electrical conductivity and high thermal conductivity.
[0023]
The U electrode (third electrode) 23 is attached by soldering so as to contact both the heat spreaders 5 and 6. Here, the U electrode 23 is formed so as to extend in a direction perpendicular to or substantially perpendicular to the insulated circuit board 1 like the P electrode 21 and the N electrode 22. The U electrode 23 is provided with a play portion 23a in order to make it difficult for the force applied from the outside to be transmitted to the semiconductor chips 3 and 4.
[0024]
The gate electrode 24 is connected to the gate pad 12 of the semiconductor chip 3 via a bonding wire. The gate electrode 25 is connected to the conductor pattern 2c via a bonding wire. Although not shown for the sake of clarity, the sense pads 13 and the conductor patterns 2d of the semiconductor chip 3 are connected to sense electrodes (not shown) via bonding wires.
[0025]
The semiconductor module having the above configuration operates as follows. That is, the upper arm transistor formed on the semiconductor chip 3 is driven by a gate control signal provided via the gate electrode 24. The lower arm transistor formed on the semiconductor chip 4 is driven by a gate control signal provided via the gate electrode 25.
[0026]
When the upper arm transistor formed on the semiconductor chip 3 is controlled to be turned on, the current input from the P electrode 21 is applied to the conductor pattern 2a, the drain electrode 14 of the semiconductor chip 3, and the semiconductor chip 3 (for the upper arm). Transistor), the source pad 11 of the semiconductor chip 3, and the heat spreader 5, are guided to the U electrode 23, and output from the U electrode 23. That is, this current flows in the direction indicated by arrow A in FIG. On the other hand, when the transistor for the lower arm formed on the semiconductor chip 4 is controlled to be turned on, the current input from the U electrode 23 is supplied to the heat spreader 6, the drain electrode 14 of the semiconductor chip 4, and the semiconductor chip 4 (the lower arm). Transistor), the source pad 11 of the semiconductor chip 4, and the N-electrode 22 via the conductor pattern 2 b, and output from the N-electrode 22. That is, this current flows in the direction indicated by arrow B in FIG.
[0027]
As described above, in the semiconductor module of the embodiment, since the bonding wire is not used in the path where the main current flows, the wiring inductance of the bonding wire, which has been a problem in the related art, can be eliminated. The connection between the gate electrode 24 and the gate pad 12 of the semiconductor chip 3 and the connection between the gate electrode 25 and the conductor pattern 2c are respectively made by bonding wires. Since the current is small and the effect of the inductance generated in this path is small, it is not worth eliminating the inductance of the bonding wire. Similarly, the path connecting the sense pads 13 of the semiconductor chips 3 and 4 to the electrodes (not shown) has little effect on the inductance, and therefore, it is not worth eliminating the inductance of the bonding wire.
[0028]
In addition, the path through which the current flows through the semiconductor chip 3 and the path through which the current flows through the semiconductor chip 4 are parallel to each other, and the currents flow in opposite directions through these paths. The inductance cancels out.
Further, since the U electrode 23 is provided above the semiconductor chips 3 and 4, there is no need to secure an area for mounting the U electrode 23 on the insulated circuit board 1, and the module can be downsized. Further, the P electrode 21, the N electrode 22, and the U electrode 23 are formed so as to extend in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the insulated circuit board 1, which also contributes to downsizing of the module.
[0029]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the heat spreaders 5, 6 are provided between the semiconductor chips 3, 4 and the U electrode 23, but the present invention is not limited to this configuration. That is, in the present invention, the heat spreaders 5 and 6 are not indispensable components, and the U electrodes 23 may directly contact the semiconductor chips 3 and 4 by soldering or the like. The heat spreaders 5 and 6 not only improve the heat radiation effect, but also make the force applied to the U electrode 23 difficult to be transmitted to the semiconductor chips 3 and 4, and the withstand voltage between the U electrode 23 and the conductor patterns 2a and 2b. (Securing the insulation distance). Therefore, when these problems do not occur, or when these problems are solved by another measure, it is not necessary to provide the heat spreaders 5, 6.
[0030]
Further, in the above embodiment, the MOS transistor is formed on each semiconductor chip, but the present invention is not limited to this. That is, a semiconductor element (for example, IGBT) other than the MOS transistor may be formed on each semiconductor chip.
[0031]
Furthermore, in the above embodiment, the inverter circuit is formed in the semiconductor module, but the present invention is not limited to this.
Further, the effect of the present invention can be obtained in a semiconductor module incorporating one semiconductor chip. That is, for example, even when attention is paid to the semiconductor chip 3 shown in FIG. 2A, the main current flows so as to cancel the mutual inductance. Also in this case, it is not necessary to secure an area for disposing the U electrode 23 on the insulated circuit board 1.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the bonding wire is not used in the path where the main current flows, the wiring inductance of the bonding wire is eliminated. In addition, since the configuration is such that main currents flow in opposite directions via paths parallel to each other, mutual inductance is canceled. Furthermore, since the area for mounting the electrodes on the insulated circuit board is small, the size of the module can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the semiconductor module shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of attaching a semiconductor chip.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an example of an existing semiconductor module.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit formed in a semiconductor module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulated circuit board 2a-2c Conductor pattern 3, 4 Semiconductor chip 5, 6 Heat spreader 11 Source pad 14 Drain electrode 21 P electrode 22 N electrode 23 U electrode

Claims (4)

同一の表面に第1の導体パターンおよび第2の導体パターンが形成された絶縁回路基板と、
上記第1の導体パターンに接触するように設けられた第1の電極と、
上記第2の導体パターンに接触するように設けられた第2の電極と、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、その主電流入力領域が上記第1の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第1の半導体チップと、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、その主電流出力領域が上記第2の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第2の半導体チップと、
上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に電気的に接続する第3の電極、
を有する半導体モジュール。
An insulated circuit board having a first conductor pattern and a second conductor pattern formed on the same surface;
A first electrode provided so as to contact the first conductor pattern;
A second electrode provided to contact the second conductor pattern;
A first semiconductor having a main current input region on one surface and a main current output region on the other surface, the first semiconductor being attached to the insulated circuit board such that the main current input region contacts the first conductor pattern; Chips and
A second semiconductor attached to the insulated circuit board such that a main current input area is provided on one surface and a main current output area is provided on the other surface, and the main current output area is in contact with the second conductor pattern; Chips and
A third electrode electrically connected to the main current output region of the first semiconductor chip and the main current input region of the second semiconductor chip;
A semiconductor module having:
請求項1に記載の半導体モジュールであって、
上記第3の電極は、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に接触するように配置される。
The semiconductor module according to claim 1, wherein:
The third electrode is arranged so as to be in contact with a main current output region of the first semiconductor chip and a main current input region of the second semiconductor chip.
請求項1に記載の半導体モジュールであって、
上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域は、それぞれ、導電性のヒートスプレッダを介して上記第3の電極に接続される。
The semiconductor module according to claim 1, wherein:
The main current output area of the first semiconductor chip and the main current input area of the second semiconductor chip are respectively connected to the third electrode via a conductive heat spreader.
表面に導体パターンが形成された絶縁回路基板と、
上記導体パターンに接触するように設けられた第1の電極と、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、それら主電流入力領域および主電流出力領域のうちの一方が上記導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた半導体チップと、
上記半導体チップの主電流入力領域および主電流出力領域のうちの他方に電気的に接続する第2の電極、を有し、
上記第1の電極および上記第2の電極が、互いに平行に、且つ、上記絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
An insulated circuit board having a conductor pattern formed on its surface,
A first electrode provided to contact the conductor pattern;
A main current input area is provided on one surface and a main current output area is provided on the other surface, and the main current input area and the main current output area are attached to the insulated circuit board such that one of the main current input area and the main current output area contacts the conductor pattern. Semiconductor chip,
A second electrode electrically connected to the other of the main current input region and the main current output region of the semiconductor chip;
A semiconductor module, wherein the first electrode and the second electrode are formed so as to extend in parallel to each other and in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the insulated circuit board.
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