JP2007305911A - Semiconductor package and semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体パッケージ及び半導体モジュールに関し、特に電力用半導体素子を備え、インバータやコンバータ等の電力制御機器を構築する半導体パッケージ及びこの半導体パッケージを複数個備える半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor package and a semiconductor module, and more particularly to a semiconductor package including a power semiconductor element and constructing a power control device such as an inverter and a converter, and a semiconductor module including a plurality of the semiconductor packages.
電力用半導体素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)、MOS−FET等の半導体素子が多用されている。通常、電力用半導体素子は板状に形成されており、表面に表面側電力端子及び制御端子を具備しており、裏面に裏面側電力端子を具備している。なお、電力用半導体素子がIBGT素子である場合には、表面側電力端子はエミッタ電極、裏面側電力端子はコレクタ電極、制御端子はゲート電極と称されている。 As power semiconductor elements, semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), IEGTs (Injection Enhanced Gate Transistors), and MOS-FETs are frequently used. Usually, the power semiconductor element is formed in a plate shape, has a front surface side power terminal and a control terminal on the front surface, and has a back surface side power terminal on the back surface. When the power semiconductor element is an IBGT element, the front-side power terminal is called an emitter electrode, the back-side power terminal is called a collector electrode, and the control terminal is called a gate electrode.
このような電力用半導体素子を基板に実装してパッケージ化する場合には、半導体素子の裏面側電力端子ははんだ接合により基板表面側の電極に接続され、半導体素子の表面側電力端子及び制御端子はアルミニウムワイヤを用いたワイヤボンディングにより基板表面側の電極に接続される(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。ところが、ワイヤボンディングは、ワイヤを1本ずつボンディングするためボンディング時間が長いこと、ワイヤがループ形状を描くためワイヤ長が長くなり配線インダクタンスが大きくなること、振動に弱く切断や隣接間ショートが生じる可能性が高いこと等、技術的な課題を残している。 When such a power semiconductor element is mounted on a substrate and packaged, the power terminal on the back surface side of the semiconductor element is connected to the electrode on the surface side of the substrate by solder bonding, and the power terminal and control terminal on the front surface side of the semiconductor element. Is connected to the electrode on the substrate surface side by wire bonding using an aluminum wire (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, in wire bonding, the wires are bonded one by one, so the bonding time is long, the wire is drawn in a loop shape, the wire length is long and the wiring inductance is increased, and it is susceptible to vibration, and cutting and short-circuiting between adjacent parts can occur. Technical issues such as high performance remain.
このため、半導体素子の表面側電力端子にワイヤに代えてアルミニウム薄板をボンディングする方法、平板やリードをはんだ接合し電極として引き出す方法が採用される傾向にある。特に、半導体素子の表面側電力端子にはんだ接合が可能な材質を選定し、表面側電極端子に平板やリードをはんだ接合により接続する方法は、最近注目されている技術である。ただし、制御端子からの引出配線には、ワイヤボンディングによりボンディングされたワイヤが使用されている。 For this reason, there is a tendency to employ a method of bonding an aluminum thin plate instead of a wire to the surface side power terminal of the semiconductor element, or a method of soldering a flat plate or a lead and pulling it out as an electrode. In particular, a method of selecting a material that can be solder-bonded to the surface-side power terminal of the semiconductor element, and connecting a flat plate or a lead to the surface-side electrode terminal by solder-bonding is a recently attracting attention. However, a wire bonded by wire bonding is used for the lead-out wiring from the control terminal.
このような半導体パッケージを複数個備える半導体モジュールでは、複数の半導体パッケージが、放熱板であるベース基板上に一列に並べて設けられている。このとき、半導体パッケージの基板裏面がベース基板上に接合される。この半導体モジュールがインバータやコンバータ等の電力制御機器に搭載される。
しかしながら、前述の半導体モジュールでは、各半導体パッケージの片面だけがベース基板に接触している状態であり、放熱性が十分でない。また、各半導体パッケージの基板裏面がベース基板上に接合されて設けられるため、ベース基板に対する半導体パッケージの設置面積が大きくなり、半導体モジュールが大型化する。これらを防止するためには、各半導体パッケージを一列に並べて設け、それらの半導体パッケージを表裏面からバスバー等の一対の導電部材により挟持し、それをベース基板上に設けるようにすればよい。 However, in the above-described semiconductor module, only one surface of each semiconductor package is in contact with the base substrate, and heat dissipation is not sufficient. In addition, since the back surface of each semiconductor package is bonded to the base substrate, the installation area of the semiconductor package with respect to the base substrate is increased, and the semiconductor module is increased in size. In order to prevent these, the respective semiconductor packages are provided in a line, and the semiconductor packages may be sandwiched between a pair of conductive members such as bus bars from the front and back surfaces and provided on the base substrate.
ただし、一対の導電部材は、熱伝導性を有しており、放熱部材としても機能するため、電流の供給に応じて熱膨張及び収縮する。加えて、導電部材のベース基板側の端部が固定端であり、その反対側の端部が自由端となるため、導電部材の自由端の熱膨張及び収縮に応じた挙動は、導電部材の固定端の熱膨張及び収縮に応じた挙動に比べて大きくなる。このような一対の導電部材の熱膨張及び収縮によって、半導体パッケージに対して外力が加わるため、半導体パッケージが破損してしまう場合がある。特に、電力用半導体素子の各端子の接続部分が破損してしまう。 However, the pair of conductive members has thermal conductivity and functions also as a heat radiating member, so that it expands and contracts in response to current supply. In addition, since the end on the base substrate side of the conductive member is a fixed end and the opposite end is a free end, the behavior according to the thermal expansion and contraction of the free end of the conductive member is It becomes larger than the behavior corresponding to the thermal expansion and contraction of the fixed end. Due to the thermal expansion and contraction of the pair of conductive members, an external force is applied to the semiconductor package, and the semiconductor package may be damaged. In particular, the connection portion of each terminal of the power semiconductor element is damaged.
ここで、各導電部材の熱膨張及び収縮を考慮して半導体モジュールを設計することにより、半導体パッケージの破損をある程度抑えることは可能である。ところが、電流が一対の導電部材に流れ始める初期段階では、各導電部材内に温度差が発生するため、各導電部材は部分的に熱膨張する。この熱膨張を考慮して半導体モジュールを設計することは困難である。 Here, it is possible to suppress damage to the semiconductor package to some extent by designing the semiconductor module in consideration of thermal expansion and contraction of each conductive member. However, in the initial stage where current starts to flow through the pair of conductive members, a temperature difference is generated in each conductive member, so that each conductive member partially expands thermally. It is difficult to design a semiconductor module in consideration of this thermal expansion.
また、各半導体パッケージが一列に並べて設けられるため、各半導体パッケージの整列方向の長さが長くなる。これに応じて、一対の導電部材の長さも長くなり、ベース基板も大きくなるため、半導体モジュールが大型化してしまう。したがって、放熱性を向上させながら半導体モジュールの小型化を実現することは困難である。 In addition, since the semiconductor packages are provided in a line, the length of the semiconductor packages in the alignment direction is increased. Accordingly, the length of the pair of conductive members is increased and the base substrate is also increased, so that the semiconductor module is increased in size. Therefore, it is difficult to reduce the size of the semiconductor module while improving heat dissipation.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、破損を防止して部品信頼性を向上させることができる半導体パッケージ及び半導体モジュールを提供することである。また、別の目的は、放熱性を向上させながら小型化を実現することができる半導体パッケージ及び半導体モジュールを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor package and a semiconductor module that can prevent damage and improve component reliability. Another object is to provide a semiconductor package and a semiconductor module that can be miniaturized while improving heat dissipation.
本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、半導体パッケージにおいて、板状に形成され、主面にそれぞれ設けられた第1電力端子及び制御端子を有し、主面に対向する裏面に設けられた第2電力端子を有する半導体素子と、半導体素子の主面に対向させて設けられ、半導体素子の主面に向けて突起して第1電力端子に接合された第1電力電極を有する第1電極板と、半導体素子の裏面に対向させて設けられ、第2電力端子に接合された第2電力電極を有する第2電極板と、半導体素子と第1電極板との間に設けられ、第1電力電極が通過する開口部を有し、制御端子に接合された制御電極を有する絶縁基板とを備え、第1電力電極は、制御電極の平面方向の周囲を囲むように形成されていることである。 A first feature according to an embodiment of the present invention is that a semiconductor package is formed in a plate shape, and has a first power terminal and a control terminal provided on the main surface, and provided on the back surface facing the main surface. A semiconductor element having a second power terminal, and a first power electrode provided facing the main surface of the semiconductor element, projecting toward the main surface of the semiconductor element, and joined to the first power terminal. A first electrode plate, a second electrode plate provided opposite to the back surface of the semiconductor element and having a second power electrode joined to a second power terminal; and provided between the semiconductor element and the first electrode plate; And an insulating substrate having a control electrode joined to a control terminal. The first power electrode is formed so as to surround the periphery of the control electrode in the planar direction. That is.
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、半導体パッケージにおいて、板状に形成され、主面にそれぞれ設けられた第1電力端子及び制御端子を有し、主面に対向する裏面に設けられた第2電力端子を有する半導体素子と、半導体素子の主面に対向させて設けられ、半導体素子の主面に向けて突起して第1電力端子に接合された第1電力電極を有する第1電極板と、半導体素子の裏面に対向させて設けられ、第2電力端子に接合された第2電力電極、平面方向の一方向に突出するように形成された第1突出部及びその第1突出部に対向する位置に設けられ第1突出部と嵌合する形状に形成された第1引込部を有する第2電極板と、半導体素子と第1電極板との間に設けられ、第1電力電極が通過する開口部を有し、制御端子に接合された制御電極、第1突出部と同じ直線上に位置付けられ第1突出部と同一形状に形成された第2突出部及びその第2突出部に対向する位置に設けられ第2突出部と嵌合する形状に形成された第2引込部を有する絶縁基板と、第1突出部と第2突出部との間に設けられ、第2電極板と絶縁基板との間の離間距離を一定に保持する第1スペーサと、第2電極板の第2引込部を挟むように第2電極板と絶縁基板との間にそれぞれ設けられ、第2電極板と絶縁基板との間の離間距離を一定に保持する第2スペーサ及び第3スペーサとを備えることである。 A second feature according to the embodiment of the present invention is that a semiconductor package is formed in a plate shape, has a first power terminal and a control terminal provided on the main surface, and is provided on the back surface facing the main surface. A semiconductor element having a second power terminal, and a first power electrode provided facing the main surface of the semiconductor element, projecting toward the main surface of the semiconductor element, and joined to the first power terminal. A first electrode plate, a second power electrode provided facing the back surface of the semiconductor element and joined to the second power terminal; a first protrusion formed to protrude in one direction in the plane direction; A first electrode plate provided between the semiconductor element and the first electrode plate, the second electrode plate having a first lead-in portion formed in a shape fitted to the first protrusion and provided at a position facing the protrusion; Control that has an opening through which the power electrode passes and is joined to the control terminal A pole, a second protrusion that is positioned on the same straight line as the first protrusion and is formed in the same shape as the first protrusion, and a shape that is provided at a position facing the second protrusion and that fits with the second protrusion An insulating substrate having a second lead-in portion formed between the first protruding portion and the second protruding portion, and a first separation distance between the second electrode plate and the insulating substrate is kept constant. The spacer is provided between the second electrode plate and the insulating substrate so as to sandwich the second lead-in part of the second electrode plate, and the separation distance between the second electrode plate and the insulating substrate is kept constant. A second spacer and a third spacer.
本発明の実施の形態に係る第3の特徴は、半導体モジュールにおいて、前述の第1の特徴又は第2の特徴に係る複数の半導体パッケージと、複数の半導体パッケージを挟持するようにそれぞれ設けられた第1導電部材及び第2導電部材とを備えることである。 A third feature according to the embodiment of the present invention is provided in the semiconductor module so as to sandwich the plurality of semiconductor packages according to the first feature or the second feature described above and the plurality of semiconductor packages, respectively. A first conductive member and a second conductive member.
本発明によれば、破損を防止して部品信頼性を向上させることができる。また、放熱性を向上させながら小型化を実現することができる。 According to the present invention, damage can be prevented and component reliability can be improved. Further, it is possible to reduce the size while improving the heat dissipation.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について図1ないし図4を参照して説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1ないし図3に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ10Aは、IGBT素子等の電力用半導体素子20と、この半導体素子20の表面である主面21a側に設けられた第1電極板30と、半導体素子20の主面21aと対向する裏面21b側に設けられた第2電極板40と、第1電極板30と半導体素子20との間に設けられた絶縁基板50とを積層することにより構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor package 10 </ b> A according to the first embodiment of the present invention includes a
半導体素子20は、板状小片の半導体チップ21にIGBTが搭載されたIGBT素子である。この半導体素子20は、その外周縁が第1電極板30、第2電極板40及び絶縁基板50の各外周縁より内側になるように形成されている。半導体素子20の主面21aには、エミッタ電極である第1電力端子22及びゲート電極である制御端子23が設けられている。第1電力端子22は、制御端子23の平面方向の周囲を囲むように、例えば制御端子23の3辺だけを囲むように設けられている。制御端子23の周囲には、はんだ流れによるショートを防止するためのソルダーレジスト膜24が印刷により形成されている。また、半導体チップ21の裏面21bには、コレクタ電極である第2電力端子25が設けられている。
The
ここで、ソルダーレジスト膜24の開口形状は、はんだ接合に用いるはんだ量やはんだの種類(はんだボールの形状やはんだシートの形状)に応じて決定される。はんだ接合にはんだボールを用いる場合には、ソルダーレジスト膜24の開口形状は例えば円形に設定される。
Here, the opening shape of the
第1電極板30は、例えば銅材等の導電性材料により板状に形成された基板本体31を備えている。銅材は価格、電気伝導性、熱伝導性の点から優れているため用いられるが、これに限るものではない(なお、他の導電性材料については後述する)。基板本体31の半導体素子20側の面31aには、半導体素子20の主面21aに向けて突起し、半導体素子20の第1電力端子22に接合される第1電力電極32が形成されている(図3参照)。この第1電力電極32は、第1電力端子22の形状と略同様にして制御端子23の平面方向の周囲を囲むように形成されている。また、第1電力電極32は、制御端子23に対向する位置に設けられた凹部33を有している。
The
第2電極板40は、例えば銅材等の導電性材料により板状に形成された基板本体41を備えている。この基板本体41の半導体素子20側の面である第2電力電極41aが半導体素子20の第2電力端子25に接合され、第2電極板40は第2電力端子25と電気的に接続されている。なお、基板本体41の材料は基板本体31と同一材料でも異なる材料であってもよい。
The
絶縁基板50は、ガラスエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等により板状に形成された基板本体51を備えている。基板本体51には、第1電極板30の第1電力電極32が通過する開口部52が設けられている。この開口部52は、第1電力電極32と同一平面形状かつ若干大きめの相似形状に形成された貫通開口であり、第1電極板30の第1電力電極32は開口部52に嵌合する。このような形状の開口部52により、基板本体51には、開口部52の中央に向かって突出する配線部51aが形成されている。
The insulating
また、基板本体51には、第1電極板30及び第2電極板40の各外周縁よりも外側に突出する引出部51bが形成されている。基板本体51の第1電極板30側の面には、第1電極板30を固定するための固定パッド51cが設けられている(図2参照)。この固定パッド51cは例えば4つ設けられており、それらの固定パッド51cは例えば基板本体51の4つの角にそれぞれ位置付けられている。一方、基板本体51の第2電極板40側の面には、接合パッド51dが設けられている(図3参照)。この接合パッド51dは例えば4つ設けられており、それらの接合パッド51dは半導体素子20の外周縁より外側に、例えば基板本体51の4つの角にそれぞれ位置付けられている。
The
また、基板本体51の第2電極板40側の面には、接続パッド等の制御電極53が半導体素子20の制御端子23に対向させて設けられている。加えて、基板本体51の第2電極板40側の面には、制御電極53に接続された配線54が設けられている。なお、制御電極53及び配線54は、配線部51a上に配設されている。また、配線54に接続された外部接続端子55は、引出部51bに位置付けられて設けられている。
In addition, a
ここで、接合パッド51d、制御電極53及び外部接続端子55の接続部以外は、はんだ流れを防止するためソルダーレジスト膜(図示せず)により被覆されている。レジストの材質や種類は特に限定されない。ソルダーレジスト膜の開口形状は、はんだ接合に用いるはんだ量やはんだの種類(はんだボールの形状やはんだシートの形状)に応じて決定される。はんだ接合にはんだボールを用いる場合には、ソルダーレジスト膜の開口形状は例えば円形に設定される。
Here, portions other than the connection portions of the
次いで、第1電極板30の第1電力電極32について詳しく説明する。
Next, the
図3及び図4に示すように、第1電力電極32は、半導体素子20の主面21aに向かって突起する突起部である。第1電極電極32の略中央には、凹部33が形成されている。この凹部33は制御電極53を収容する収容部であり、制御電極53と共に配線部51aも収容する。また、凹部33は、その底面33aに形成された貫通孔33bを有している。この貫通孔33bは、凹部33に侵入した洗浄液を排出するための孔であり、例えば2つ設けられている。これにより、はんだ接合後の洗浄工程(例えば超音波洗浄等)により凹部33に侵入した洗浄液が各貫通孔33bから排出される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
次に、半導体素子20、第1電極板30、第2電極板40及び絶縁基板50の相互間の電気的接続構造並びに接合構造について説明する。
Next, an electrical connection structure and a junction structure among the
半導体素子20の第1電力端子22と第1電極板30の第1電力電極32とは、はんだ接合により接合されている。また、半導体素子20の制御端子23と絶縁基板50上の制御電極53とは、はんだボール60(図2参照)によるはんだ接合により接合されている。さらに、半導体素子20の第2電力端子25と第2電極板40の第2電力電極41aとは、はんだ接合により接合されている。はんだ接合としては、例えばはんだボールやはんだシート等を使用するはんだ接合を用いる。
The
第1電極板30と絶縁基板50の固定パッド51cとは、はんだ接合により接合されており、第1電極板30は絶縁基板50に固定されている。また、固定パッド51cは、はんだに対して濡れ性が高い材料により形成されており、絶縁基板50の製作プロセスを増加させないために、制御電極53と同一材料により同一製作工程において製作されている。
The
第2電極板40と絶縁基板50との間には、それらの間の離間距離を一定に保持するスペーサ61が設けられている。このスペーサ61は例えば4つ設けられており、それらのスペーサ61は各接合パッド51dにそれぞれ対向させて半導体素子20の外周縁より外側に、例えば基板本体51の4つの角にそれぞれ位置付けられている。各スペーサ61は、はんだ接合又は接着剤により各接合パッド51d上にそれぞれ固定されている。なお、接着剤を用いる場合には、各接合パッド51dを設けなくてもよい。スペーサ61としては、例えば、表面実装部品(チップ部品)、はんだ被覆ボール及び金属片等を用いる。表面実装部品は、例えば角柱状に形成されており、導電性を有する抵抗やコンデンサ等の部品である。また、はんだ被覆ボールは、金属製の芯材の表面、又はプラスチック等の非金属材の芯材の表面に金属材を被覆した部材の表面にはんだをコーティングすることにより形成されている。また、金属片は、例えば、金属を円板状ないし角柱状に形成した部材である。
A
以上説明したように、第1の実施の形態に係る半導体パッケージ10Aによれば、絶縁基板50の制御電極53の平面方向の周囲を囲むように第1電極板30の第1電力電極32を形成することによって、絶縁基板50の制御電極53と半導体素子10Aの制御端子23との接続部分が第1電力電極32により囲まれ、その接続部分の周辺部の機械的な強度が増加するので、その接続部分から外力によって半導体素子10Aが破損することを防止することができ、その結果として、半導体パッケージ10Aの部品信頼性を向上させることができる。特に、複数の半導体パッケージ10Aを一列に並べて設け、それらの半導体パッケージ10Aを表裏面からバスバー等の一対の導電部材により挟持し、それを放熱板であるベース基板に設けた場合でも、各導電部材の熱膨張及び収縮に応じて加えられる外力によって半導体素子10Aが破損することを防止することができる。
As described above, according to the
また、第1電力電極32が制御電極53を収容する凹部33を有していることから、第1電力電極32により制御電極53の平面方向の周囲を容易に囲むことができ、加えて、通常の加工技術により第1電力電極32に凹部33を簡単に形成することができる。
In addition, since the
さらに、凹部33は、その底面33aに形成された貫通孔33bを有していることから、はんだ接合にフラックスを用いた場合、はんだ付け後の洗浄工程(例えば超音波洗浄等)により凹部33に侵入した洗浄液が貫通孔33bから容易に排出されるので、残留洗浄液による耐圧不良等の各種不良を防止することができる。
Furthermore, since the
また、半導体素子20の制御端子23と絶縁基板50の制御電極53とを対向する位置に設けることによって、それらをはんだ接合によって接続することが可能になり、ワイヤボンディングによる接合が不要となる。これにより、ワイヤボンディングのためのボンディングスペースを確保する必要がなくなり、さらに、ボンディングワイヤによるショート防止のための離間距離を確保する必要がなくなるので、半導体パッケージ10Aの小型化を実現することができる。また、ワイヤボンディングを行うためのワイヤボンダの設備が不要になるので、製造設備投資並びに生産設備のスペースを削減することができる。
Further, by providing the
さらに、絶縁基板50は、半導体素子20、第1電極板30及び第2電極板40の各外周縁よりも外側に突出する引出部51bと、制御電極53に接続されて引出部51b上に設けられた外部接続端子55とを有することから、ワイヤボンディングを用いることなく、制御配線をパッケージ外に引き出すことができる。
Furthermore, the insulating
また、第2電極板40と絶縁基板50との間に半導体素子20の外周縁よりも外側に位置付けてスペーサ61を設けることによって、第2電極板40と絶縁基板50との間が一定に保持されるため、外力による半導体素子20の破損を確実に防止することができ、その結果として、半導体パッケージ10Aの部品信頼性を向上させることができる。加えて、半導体パッケージ10Aの製造工程や半導体モジュールの製造工程において外力が加わる場合でも、その外力による半導体素子20の破損を防止することができる。その結果として、半導体パッケージ10Aや半導体モジュールを製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
Further, by providing a
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図5及び図6を参照して説明する。本発明の第2の実施の形態では、第1の実施の形態に係る半導体パッケージ10Aを備える半導体モジュール11Aの一例について説明する。なお、第2の実施の形態においては、第1の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する(他の実施の形態も同様である)。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment of the present invention, an example of a
図5及び図6に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る半導体モジュール11Aは、第1の実施の形態に係る複数の電力用半導体パッケージ10Aと、複数の整流用半導体パッケージ12Aと、各半導体パッケージ10A、12Aを挟持するように設けられた第1導電部材71及び第2導電部材72と、それらの第1導電部材71及び第2導電部材72が絶縁シートや絶縁板等の絶縁体73を介して設けられた放熱板74とを備えている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
各半導体パッケージ10A、12Aは、交互に同一直線上に並べて設けられている。これらの半導体パッケージ10A、12Aは、はんだ接合により第1導電部材71及び第2導電部材72に接合されている。はんだ接合としては、例えば拡散接合を用いる。
The semiconductor packages 10A and 12A are alternately arranged on the same straight line. These semiconductor packages 10A and 12A are bonded to the first
半導体パッケージ12Aは、ダイオード素子等の整流用半導体素子12aと、その整流用半導体素子12aを挟むようにそれぞれ設けられた第1電極板12b及び第2電極板12cと、第1電極板12bと第2電極板12cとの間の離間距離を一定に保持するスペーサ62とを備えている。このスペーサ62は例えば4つ設けられており、それらのスペーサ62は整流用半導体素子12aの外周縁より外側に、例えば第1電極板12bの4つの角にそれぞれ位置付けられている。
The
第1導電部材71及び第2導電部材72は、導電性を有しており、各半導体パッケージ10A、12Aの共通の電極部材としてそれぞれ機能し、さらに、熱伝導性を有しており、放熱部材としてもそれぞれ機能する。ここで、第1導電部材71は半導体パッケージ10Aの第1電極板30(図1参照)と接続されており、エミッタ電極ブロックとして機能する。また、第2導電部材72は半導体パッケージ10Aの第2電極板40(図1参照)と接続されており、コレクタ電極ブロックとして機能する。
The first
以上説明したように、第2の実施の形態に係る半導体モジュール11Aによれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、機械的な強度が高い半導体パッケージ10Aを用いることにより、半導体モジュール11Aの部品信頼性を向上させることができる。加えて、第1導電部材71及び第2導電部材72により半導体パッケージ10Aを挟み込むことによって、放熱性の向上を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor module 11 </ b> A according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In particular, by using the
また、半導体パッケージ10Aと導電部材71、72とをはんだによる拡散接合により接合することによって、はんだの溶融を防止し、はんだによる溶融接合を用いた場合の凝固収縮に起因する半導体パッケージ10Aの破損、特に半導体素子20の破損を防止することができる。その結果として、半導体モジュール11Aを製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
Further, by joining the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図7及び図8を参照して説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の第3の実施の形態は、基本的に第1の実施の形態と同じであり、第3の実施の形態では、第1の実施の形態と異なる部分について説明する。 The third embodiment of the present invention is basically the same as the first embodiment. In the third embodiment, parts different from the first embodiment will be described.
図7及び図8に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る半導体パッケージ10Bにおいて、第2電極板40の基板本体41には、平面方向の一方向に突出するように形成された第1突出部81a及びその第1突出部81aと嵌合する形状に形成された第1引込部(引っ込み部)82aが設けられている。この第1引込部82aは、第1突出部81aに対向する位置に設けられている。第1突出部81a及び第1引込部82aは、基板本体51の引出部51bが位置する1辺に交差する基板本体41の2辺にそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the
また、絶縁基板50の基板本体51には、第1突出部81aと同一形状に形成された第2突出部81b及びその第2突出部81bと嵌合する形状に形成された第2引込部82bが設けられている。第2突出部81bは、第1突出部81aと同じ直線上に位置付けられている。第2引込部82bは、第1引込部82aと同じ直線上に位置付けられており、第2突出部81bに対向する位置に設けられている。第2突出部81b及び第2引込部82bは、基板本体51における引出部51bが位置する1辺に交差する2辺にそれぞれ設けられている。
Further, the substrate
また、第1電極板30の基板本体31には、第1突出部81aと同一形状に形成された第3突出部81c及びその第3突出部81cと嵌合する形状に形成された第3引込部82cが設けられている。第3突出部81cは、第2突出部81bと同じ直線上に位置付けられている。第3引込部82cは、第2引込部82bと同じ直線上に位置付けられており、第3突出部81cに対向する位置に設けられている。第3突出部81c及び第3引込部82cは、基板本体51の引出部51bが位置する1辺に交差する基板本体31の2辺にそれぞれ設けられている。
The
スペーサ61は、第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cとして第2電極板40と絶縁基板50との間に設けられている。これらの第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cは、半導体素子20の外周縁より外側に位置付けられ、絶縁基板50上の配線54を避けて設けられている。すなわち、第1スペーサ61aは、第2電極板40の第1突出部81aと絶縁基板50の第2突出部81bとの間に位置付けられて設けられている。また、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cは、第2電極板40の第1引込部82aを挟むようにそれぞれ位置付けられて設けられている。
The
第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cは、角柱状に形成されている。なお、第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cとしては、例えば表面実装部品(チップ部品)や、円板状ないし角柱状に形成した金属片等を用いる。表面実装部品は、導電性を有する抵抗やコンデンサ等の部品である。
The
以上説明したように、第3の実施の形態に係る半導体パッケージ10Bによれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、複数の半導体パッケージ10Bを一列に並べて設け、それらの半導体パッケージ10Bを表裏面からバスバー等の一対の導電部材により挟持し、それを放熱板であるベース基板に設けた場合でも、隣接する半導体パッケージ10Bの各々の突出部81a、81b、81cと引込部82a、82b、82cとが嵌合するので、第1の実施の形態に係る複数の半導体パッケージ10Aを一列に並べて設けた場合に比べ、各半導体パッケージ10Bの整列方向の長さが短くなる。これにより、各導電部材の長さを短くすることが可能になり、ベース板に対する各導電部材の設置面積が小さくなるので、ベース板を小さくすることができ、その結果として、半導体モジュールの小型化を実現することができる。
As described above, according to the
さらに、スペーサ61を第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cとして3つ設けることによって、絶縁基板50が3点支持されるので、絶縁基板50と各スペーサ61a、61b、61cとの間のはんだ層の厚さ又は接着層の厚さの均一性を向上させることができる。
Furthermore, by providing three
また、第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cが、角柱状に形成された表面実装用の素子であることから、第2電極板40及び絶縁基板50の少なくとも一方に第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cをマウントすればよく、第1スペーサ61a、第2スペーサ61b及び第3スペーサ61cを希望する位置に容易に設けることができる。
In addition, since the
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態について図9を参照して説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の第4の実施の形態は、基本的に第2の実施の形態と同じであり、第4の実施の形態では、第2の実施の形態と異なる部分について説明する。 The fourth embodiment of the present invention is basically the same as the second embodiment. In the fourth embodiment, parts different from the second embodiment will be described.
図9に示すように、本発明の第4の実施の形態に係る半導体モジュール11Bでは、第3の実施の形態に係る半導体パッケージ10Bが、半導体パッケージ10Aに替えて設けられており、半導体パッケージ12Bが半導体パッケージ12Aに替えて設けられている。
As shown in FIG. 9, in the
半導体パッケージ12Bの第1電極板12bには、平面方向の一方向に突出するように形成された第4突出部81d及びその第4突出部81dと嵌合する形状に形成された第4引込部82dが設けられている。この第4引込部82dは、第4突出部81dに対向する位置に設けられている。
The
半導体パッケージ12Bの第2電極板12cには、第4突出部81dと同一形状に形成された第5突出部81e及びその第5突出部81eと嵌合する形状に形成された第5引込部82eが設けられている。第5突出部81eは、第4突出部81dと同じ直線上に位置付けられている。第5引込部82eは、第4引込部82dと同じ直線上に位置付けられており、第5突出部81eに対向する位置に設けられている。
The
半導体パッケージ12Bのスペーサ62は、第1スペーサ62a、第2スペーサ62b及び第3スペーサ62cとして第1電極板12bと第2電極板12cとの間に設けられている。これらの第1スペーサ62a、第2スペーサ62b及び第3スペーサ62cは整流用半導体素子12aの外周縁より外側に位置付けられて設けられている。すなわち、第1スペーサ62aは、第1電極板12bの第4突出部81dと第2電極板12cの第5突出部81eとの間に位置付けられて設けられている。また、第2スペーサ62b及び第3スペーサ62cは、第1電極板12bの第4引込部82dを挟むようにそれぞれ位置付けられて設けられている。
The
以上説明したように、第4の実施の形態に係る半導体モジュール11Bによれば、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、機械的な強度が高い半導体パッケージ10Bを用いることにより、半導体モジュール11Bの部品信頼性を向上させることができる。加えて、第1導電部材71及び第2導電部材72により半導体パッケージ10Bを挟み込むことによって、放熱性の向上を実現することができる。
As described above, according to the
さらに、半導体モジュール11Bに半導体パッケージ10Bを用いることによって、隣接する半導体パッケージ10Bの突出部81a、81b、81cと半導体パッケージ12Bの引込部82d、82eとが嵌合するので、第2の実施の形態に係る半導体モジュール11A(図6参照)に比べ、各半導体パッケージ10B、12Bの整列方向の長さが短くなる。これにより、各導電部材71、72の長さを短くすることが可能になり、放熱板74に対する各導電部材71、72の設置面積が小さくなるので、放熱板74も小さくすることができ、その結果として、半導体モジュール11Bの小型化を実現することができる。
Furthermore, by using the
(他の実施の形態)
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前述の第1及び第3の実施の形態においては、第1電極板30及び第2電極板40の材質は銅材としているが、これに限るものではなく、導電性材料であればよく、成形性、比重及び熱膨張率等の観点から、アルミニウム、モリブデン、銅モリブデン合金及び銅タングステン合金等であっても良い。さらに、第1電極板30及び第2電極板40の材質は各種材料のクラッド材であっても良く、はんだ接合の濡れ性を向上させるために表面を別材料でめっきしても良い。
For example, in the first and third embodiments described above, the material of the
また、前述の第1及び第3の実施の形態においては、第1電極板30の第1電力電極32をプレスコイニング加工により形成しているが、これに限るものではなく、例えば、第1電極板30の材料、すなわち第1電力電極32の材料として焼結材料を用いる場合には、焼結により形成するようにしても良い。また、同種ないし異種材料からなる突起部(凸部)と平板部とをロウ付け等により組み立てることによって第1電極板30を形成するようにしてもよい。
In the first and third embodiments described above, the
また、前述の第1及び第3の実施の形態においては、はんだ接合に用いるはんだ材料は、通常のSn−Pb共晶はんだ、鉛フリーはんだ、Pbリッチ高温はんだ等、どのようなはんだ材料であっても良い。また、第2電力端子25及び第2電極板40の間と、第1電力端子22及び第1電極板30の間に供給されるはんだとしては、所定寸法に切断されたはんだシート、印刷法により印刷されたはんだペースト、めっき若しくは蒸着により成膜されたはんだ等を使用することができる。さらに、制御端子23と制御電極53との間に供給されるはんだとしては、はんだボール、印刷法により印刷されたはんだペースト、ディスペンスにより供給されたはんだペースト等を使用することができるが、はんだボールの使用が最も簡便であり好適である。
In the first and third embodiments described above, the solder material used for solder bonding is any solder material such as ordinary Sn-Pb eutectic solder, lead-free solder, Pb-rich high-temperature solder, and the like. May be. In addition, the solder supplied between the
また、前述の第1及び第3の実施の形態においては、第1電極板30との固定をはんだ接合により行う場合、絶縁基板50として両面板を用いているが、これに限るものではなく、例えば、第1電極板30との固定を接着又は機械的な固定のみで行う場合には、絶縁基板50として片面板を用いるようにしてもよい。さらに、絶縁基板50としては、フレキシブル基板やベンダブル基板等を用いることが可能であり、特に、耐熱性が要求される場合には、BTレジン・ポリイミド・テフロン(登録商標)基板等を用いることが可能である。
Further, in the first and third embodiments described above, when the fixing to the
また、前述の第1及び第3の実施の形態においては、絶縁基板50に開口部52として貫通孔を設けているが、これに限るものではなく、例えば、開口部52として切欠部を設けるようにしてもよい。
In the first and third embodiments described above, the through hole is provided as the
また、前述の第1及び第3の実施の形態においては、はんだ接合として溶融接合を用いているが、これに限るものではなく、例えば拡散接合を用いるようにしてもよい。この場合には、はんだの溶融を防止し、はんだ層の厚さを制御することが可能になるので、半導体パッケージ10A、10Bが備える第1電極板30と第2電極板40との平行度を保つことができ、さらに、半導体パッケージ10A、10Bの厚さも一定にすることができる。その結果として、複数の半導体パッケージ10A、10Bを組み合わせてモジュール化する場合にも、各半導体パッケージ10A、10Bが備える第1電極板30と第2電極板40との平行度の不均一や各半導体パッケージ10A、10Bの厚さの不均一等に依存する不具合を生じさせずに半導体モジュールを製造することができる。
In the first and third embodiments described above, melt bonding is used as the solder bonding, but the present invention is not limited to this, and for example, diffusion bonding may be used. In this case, the melting of the solder can be prevented and the thickness of the solder layer can be controlled. Therefore, the parallelism between the
また、前述の第3の実施の形態においては、第1電極板30に第3突出部81c及び第3引込部82cを設けているが、これに限るものではなく、第1電極板30は、その外周縁が絶縁基板50の外周縁と同じ又はその外周縁より内側になるように形成されていればよく、例えば、第1電極板30に第3突出部81c及び第3引込部82cを設けず、第1電極板30を長方形状に形成するようにしてもよい。
In the third embodiment described above, the
最後に、前述の第2及び第4の実施の形態においては、はんだ接合として拡散接合を用いているが、これに限るものではなく、例えば溶融接合を用いるようにしてもよい。 Finally, in the above-described second and fourth embodiments, diffusion bonding is used as solder bonding, but the present invention is not limited to this, and for example, fusion bonding may be used.
10A,10B…半導体パッケージ、11A,11B…半導体モジュール、20…半導体素子、21a…主面、21b…裏面、22…第1電力端子、23…制御端子、25…第2電力端子、30…第1電極板、32…第1電力電極、33…凹部、33a…底面、33b…貫通孔、40…第2電極板、41a…第2電力電極、50…絶縁基板、51b…引出部、52…開口部、53…制御電極、55…外部接続端子、61a…第1スペーサ、61b…第2スペーサ、61c…第3スペーサ、71…第1導電部材、72…第2導電部材、81a…第1突出部、81b…第2突出部、82a…第1引込部、82b…第2引込部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体素子の前記主面に対向させて設けられ、前記半導体素子の前記主面に向けて突起して前記第1電力端子に接合された第1電力電極を有する第1電極板と、
前記半導体素子の前記裏面に対向させて設けられ、前記第2電力端子に接合された第2電力電極を有する第2電極板と、
前記半導体素子と前記第1電極板との間に設けられ、前記第1電力電極が通過する開口部を有し、前記制御端子に接合された制御電極を有する絶縁基板と、
を備え、
前記第1電力電極は、前記制御電極の平面方向の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする半導体パッケージ。 A semiconductor element having a first power terminal and a control terminal formed in a plate shape and provided on the main surface, and a second power terminal provided on the back surface facing the main surface;
A first electrode plate having a first power electrode provided facing the main surface of the semiconductor element, protruding toward the main surface of the semiconductor element and joined to the first power terminal;
A second electrode plate provided opposite to the back surface of the semiconductor element and having a second power electrode joined to the second power terminal;
An insulating substrate provided between the semiconductor element and the first electrode plate, having an opening through which the first power electrode passes, and having a control electrode joined to the control terminal;
With
The first power electrode is formed so as to surround a periphery of the control electrode in a planar direction.
前記半導体素子の前記主面に対向させて設けられ、前記半導体素子の前記主面に向けて突起して前記第1電力端子に接合された第1電力電極を有する第1電極板と、
前記半導体素子の前記裏面に対向させて設けられ、前記第2電力端子に接合された第2電力電極、平面方向の一方向に突出するように形成された第1突出部及びその第1突出部に対向する位置に設けられ前記第1突出部と嵌合する形状に形成された第1引込部を有する第2電極板と、
前記半導体素子と前記第1電極板との間に設けられ、前記第1電力電極が通過する開口部を有し、前記制御端子に接合された制御電極、前記第1突出部と同じ直線上に位置付けられ前記第1突出部と同一形状に形成された第2突出部及びその第2突出部に対向する位置に設けられ前記第2突出部と嵌合する形状に形成された第2引込部を有する絶縁基板と、
前記第1突出部と前記第2突出部との間に設けられ、前記第2電極板と前記絶縁基板との間の離間距離を一定に保持する第1スペーサと、
前記第2電極板の前記第1引込部を挟むように前記第2電極板と前記絶縁基板との間にそれぞれ設けられ、前記第2電極板と前記絶縁基板との間の離間距離を一定に保持する第2スペーサ及び第3スペーサと、
を備えることを特徴とする半導体パッケージ。 A semiconductor element having a first power terminal and a control terminal formed in a plate shape and provided on the main surface, and a second power terminal provided on the back surface facing the main surface;
A first electrode plate having a first power electrode provided facing the main surface of the semiconductor element, protruding toward the main surface of the semiconductor element and joined to the first power terminal;
A second power electrode provided opposite to the back surface of the semiconductor element and joined to the second power terminal; a first protrusion formed to protrude in one direction in a planar direction; and the first protrusion A second electrode plate having a first lead-in portion formed in a shape fitted to the first protrusion and provided at a position opposite to the first projection,
A control electrode provided between the semiconductor element and the first electrode plate and having an opening through which the first power electrode passes, and on the same straight line as the first protrusion, the control electrode joined to the control terminal A second projecting portion that is positioned and formed in the same shape as the first projecting portion, and a second lead-in portion that is provided at a position facing the second projecting portion and is formed in a shape that fits with the second projecting portion. Having an insulating substrate;
A first spacer that is provided between the first protrusion and the second protrusion, and that maintains a constant distance between the second electrode plate and the insulating substrate;
The second electrode plate is provided between the second electrode plate and the insulating substrate so as to sandwich the first lead-in portion of the second electrode plate, and the separation distance between the second electrode plate and the insulating substrate is constant. A second spacer and a third spacer to hold;
A semiconductor package comprising:
前記半導体素子、前記第1電極板及び前記第2電極板の各外周縁よりも外側に突出する引出部と、
前記制御端子に接続されて前記引出部上に設けられた外部接続端子と、
を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一に記載の半導体パッケージ。 The insulating substrate is
A lead-out portion protruding outward from each outer peripheral edge of the semiconductor element, the first electrode plate, and the second electrode plate;
An external connection terminal connected to the control terminal and provided on the drawer portion;
The semiconductor package according to claim 1, further comprising:
前記複数の半導体パッケージを挟持するようにそれぞれ設けられた第1導電部材及び第2導電部材と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール。
A plurality of semiconductor packages according to any one of claims 1 to 6;
A first conductive member and a second conductive member respectively provided to sandwich the plurality of semiconductor packages;
A semiconductor module comprising:
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Cited By (2)
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JP2009081308A (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | Semiconductor package and method for manufacturing the same |
WO2013038749A1 (en) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | 住友電気工業株式会社 | Electrode terminal with wiring sheet, wiring structure body, semiconductor device, and method of manufacturing said semiconductor device |
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2006
- 2006-05-15 JP JP2006135137A patent/JP2007305911A/en active Pending
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