JP2016195223A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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逸人 仲野
Hayato Nakano
逸人 仲野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of preventing unintended turn-on of an SiC semiconductor element.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor chip that consists of an SiC semiconductor, and that has a source electrode and a gate electrode on a front face thereof; and a capacitor chip provided on the front face of the semiconductor chip, and that electrically connects between the source electrode and the gate electrode.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、半導体装置、特にパワー半導体チップを備えるパワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a power semiconductor module including a power semiconductor chip and a manufacturing method thereof.

パワー半導体モジュールの一例として、スイッチング素子とそれに逆並列に接続された還流ダイオードとを一つのアームとして、上アーム及び下アームにより構成されたブリッジ回路に用いられるパワー半導体モジュールがある。このようなブリッジ回路において、スイッチング素子が例えばMOSFETである場合に、一方のアームのMOSFETが高速にターンオンし、そのドレイン−ソース間が高い電圧変化率(dV/dt)で変化すると、他方のアームのMOSFETのゲート−ソース間の寄生容量に変位電流が生じ、ゲート−ソース間電圧が増加する。このゲート−ソース間電圧がゲート閾値電圧を超えると、他方のアームのMOSFETが意図せずターンオンする。そして、上下アームに貫通電流が流れて短絡状態となり、MOSFETの破壊や短寿命化や信頼性の低下を招くおそれがある。意図しないターンオンは、特にスイッチングスピードが速いユニポーラデバイス、例えはMOSFET等で生じ易い。   As an example of a power semiconductor module, there is a power semiconductor module used in a bridge circuit constituted by an upper arm and a lower arm, with a switching element and a free wheel diode connected in reverse parallel thereto as one arm. In such a bridge circuit, when the switching element is, for example, a MOSFET, when the MOSFET of one arm turns on at high speed and changes between its drain and source at a high voltage change rate (dV / dt), the other arm Displacement current is generated in the parasitic capacitance between the gate and source of the MOSFET, and the gate-source voltage increases. When the gate-source voltage exceeds the gate threshold voltage, the MOSFET of the other arm is turned on unintentionally. Then, a through current flows through the upper and lower arms, resulting in a short circuit state, which may cause destruction of the MOSFET, shortening its life, and reducing reliability. Unintended turn-on is likely to occur particularly in a unipolar device having a high switching speed, such as a MOSFET.

意図しないターンオンを抑制するために、ゲート駆動回路のゲート抵抗を大きくし、インピーダンスを低減させてゲート・ソース間の電圧上昇を抑えることが行われている。しかしながら、ゲート抵抗を増大させると、また、スイッチングスピードに制約を生じる。
意図しないターンオンを防止する別の手法として、IGBTのゲート−エミッタ間にキャパシタを接続し、ノイズの発生又はゲート−エミッタ間電圧の変動を抑制した半導体装置がある(特許文献1)。
In order to suppress unintended turn-on, the gate resistance of the gate driving circuit is increased to reduce the impedance and suppress the voltage rise between the gate and the source. However, increasing the gate resistance also limits the switching speed.
As another method for preventing unintended turn-on, there is a semiconductor device in which a capacitor is connected between the gate and emitter of an IGBT to suppress the generation of noise or fluctuation of the gate-emitter voltage (Patent Document 1).

特開2004−14547号公報JP 2004-14547 A

特許文献1に記載された半導体装置は、一つの実施形態ではIGBTのゲート電極層の上に絶縁膜を設け、その上を覆うようにエミッタ電極層を延在させて設けている。これによりゲート電極層と絶縁膜とエミッタ電極層の延在部とからなるMIM(Metal−Insulator−Metal)型のキャパシタを形成している。このMIM型のキャパシタは、半導体素子を製造する過程でゲート電極、その上に絶縁膜、その上を覆うようにエミッタ電極を順次に形成することにより得られる。また、別の実施形態では、IGBTが搭載される積層基板とは別のベース基板にコンデンサを搭載している。   In one embodiment, the semiconductor device described in Patent Literature 1 is provided with an insulating film provided on a gate electrode layer of an IGBT and an emitter electrode layer extending so as to cover the insulating film. Thus, an MIM (Metal-Insulator-Metal) type capacitor including a gate electrode layer, an insulating film, and an extension portion of the emitter electrode layer is formed. This MIM type capacitor is obtained by sequentially forming a gate electrode, an insulating film thereon, and an emitter electrode so as to cover the gate electrode in the process of manufacturing a semiconductor element. In another embodiment, the capacitor is mounted on a base substrate different from the multilayer substrate on which the IGBT is mounted.

しかしながら、ベース基板にコンデンサを搭載するのでは、積層基板と別のベース基板との間の配線のインダクタンスが大きいために、コンデンサの効果が得られにくくなるため、誤ったターンオンを防止できない場合がある。また、MIM型のキャパシタを形成する工程は、半導体素子がSiC半導体よりなる場合は、所定容量を有し得る絶縁膜を高品質で形成するのが難しい。また、SiCの結晶品質が従来から格段に改善された現在でも、依然としてその工程が結晶品質の悪化を招くおそれがあり、ひいてはSiC半導体素子の特性劣化又は歩留り低下の要因になる。さらに、SiC半導体素子の製造プロセスは、特に半導体素子がMOS構造である場合において、マスク枚数が多いなどで既に煩雑であるため、上述したMIM型のキャパシタを、フォトマスクを用いて誘電膜の選択的な堆積で形成することを容易ではない。   However, if a capacitor is mounted on the base substrate, the inductance of the wiring between the multilayer substrate and another base substrate is large, so that it is difficult to obtain the effect of the capacitor, and it may not be possible to prevent erroneous turn-on. . Further, in the process of forming the MIM type capacitor, it is difficult to form an insulating film having a predetermined capacity with high quality when the semiconductor element is made of a SiC semiconductor. In addition, even when the crystal quality of SiC has been greatly improved from the past, the process may still cause deterioration of the crystal quality, which in turn causes deterioration of the characteristics of the SiC semiconductor element or the yield. Furthermore, since the manufacturing process of the SiC semiconductor device is already complicated due to the large number of masks, especially when the semiconductor device has a MOS structure, the above-described MIM type capacitor can be selected using a photomask. It is not easy to form by typical deposition.

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、SiC半導体素子の特性劣化や配線部材との干渉を回避し、意図しないターンオンを抑制することのできる半導体装置及びその有利な製造方法を提供することを目的とする。   The present invention advantageously solves the above problem, and provides a semiconductor device capable of avoiding undesired turn-on by avoiding characteristic deterioration of SiC semiconductor elements and interference with wiring members, and an advantageous manufacturing method thereof. The purpose is to provide.

本発明の一側面は、SiC半導体よりなり、おもて面にソース電極及びゲート電極を有する半導体チップと、前記半導体チップのおもて面に設けられ、前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続するキャパシタチップと、を備えた半導体装置である。
本発明の別の一側面は、SiC半導体よりなる半導体チップのおもて面にあるソース電極とゲート電極との間に絶縁性樹脂を配置する工程と、前記半導体チップのおもて面に配置された前記絶縁性樹脂の上にキャパシタチップを配置して、前記キャパシタチップで前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
本発明のさらに別の一側面は、プリント基板と、前記プリント基板のスルーホールに挿入された複数の導電ポストとで構成される組立体を用意する工程と、前記組立体の前記導電ポストの少なくとも一つに、キャパシタチップを仮止めする工程と、SiC半導体よりなる半導体チップのおもて面にあるソース電極及びゲート電極に、複数の前記導電ポストの端部を接続すると同時に、前記キャパシタチップで前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
One aspect of the present invention is a semiconductor chip made of a SiC semiconductor and having a source electrode and a gate electrode on the front surface, and provided on the front surface of the semiconductor chip, between the source electrode and the gate electrode. And a capacitor chip that electrically connects the two.
Another aspect of the present invention is a step of disposing an insulating resin between a source electrode and a gate electrode on the front surface of a semiconductor chip made of a SiC semiconductor, and disposing on the front surface of the semiconductor chip. A step of disposing a capacitor chip on the insulating resin and electrically connecting the source electrode and the gate electrode with the capacitor chip.
Still another aspect of the present invention provides a process of preparing an assembly including a printed circuit board and a plurality of conductive posts inserted in through holes of the printed circuit board, and at least the conductive posts of the assembly. First, the step of temporarily fixing the capacitor chip, and simultaneously connecting the ends of the plurality of conductive posts to the source electrode and the gate electrode on the front surface of the semiconductor chip made of SiC semiconductor, And a step of electrically connecting the source electrode and the gate electrode.

本発明の半導体装置によれば、SiC半導体素子の特性劣化や配線部材との干渉を回避しつつ、意図しないターンオンを抑制することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, unintended turn-on can be suppressed while avoiding deterioration of the characteristics of the SiC semiconductor element and interference with the wiring member.

本発明の一実施形態のパワー半導体モジュールの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the power semiconductor module of one Embodiment of this invention. 図1のII−II線における平面図である。It is a top view in the II-II line of FIG. 図1のIII−III線における平面図である。It is a top view in the III-III line of FIG. 半導体チップの平面図である。It is a top view of a semiconductor chip. 半導体チップ及びその近傍の断面図である。It is sectional drawing of a semiconductor chip and its vicinity. パワー半導体モジュールの回路図である。It is a circuit diagram of a power semiconductor module. ゲート抵抗Rgと内蔵コンデンサ容量Cgsとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between gate resistance Rg and built-in capacitor capacity Cgs. 変形例の半導体チップ及びその近傍の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor chip of a modification, and its vicinity. 変形例の半導体チップの平面図である。It is a top view of the semiconductor chip of a modification. 変形例の半導体チップの平面図である。It is a top view of the semiconductor chip of a modification. ゲート抵抗とスイッチング損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between gate resistance and switching loss. スイッチング周波数とトータル損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a switching frequency and total loss. 本発明の一実施形態の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of one Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of another embodiment of this invention.

以下、本発明の半導体装置の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。なお、本出願の記載に用いられている「電気的かつ機械的に接続されている」という用語は、対象物同士が直接接合により接続されている場合に限られず、はんだや金属焼結材などの導電性の接合材を介して対象物同士が接続されている場合も含むものとする。   Embodiments of a semiconductor device of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Note that the term “electrically and mechanically connected” used in the description of the present application is not limited to the case where the objects are connected to each other by direct bonding, such as solder or a sintered metal material. The case where the objects are connected to each other through the conductive bonding material is also included.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1のパワー半導体モジュール10の模式的な断面図である。図2は、図1のパワー半導体モジュール10のII−IIの位置における平面図である。図1は、図2におけるI−I断面図に相当する。図3は、図1のパワー半導体モジュール10のIII−IIIの位置における平面図である。パワー半導体モジュール10は、上アーム及び下アームを含む2in1モジュールの例であり、図1〜図3では、この2in1モジュールの片アームを示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor module 10 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the power semiconductor module 10 of FIG. 1 at the position II-II. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II in FIG. FIG. 3 is a plan view of the power semiconductor module 10 of FIG. 1 at the position III-III. The power semiconductor module 10 is an example of a 2-in-1 module including an upper arm and a lower arm, and FIGS. 1 to 3 show one arm of the 2-in-1 module.

図1〜図3に示すように、パワー半導体モジュール10は、半導体チップ12及びコンデンサチップ16を備えている。パワー半導体モジュール10は、さらに、積層基板11、半導体チップ13、プリント基板14、第1導電ポスト15A、第2導電ポスト15C及び絶縁性樹脂17を備えている。
積層基板11は、絶縁板11aと、絶縁板11aの主面(図では上面)に設けられた回路板11bと、絶縁板11aの裏面(図では下面)に設けられた金属板11cとで構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the power semiconductor module 10 includes a semiconductor chip 12 and a capacitor chip 16. The power semiconductor module 10 further includes a laminated substrate 11, a semiconductor chip 13, a printed board 14, a first conductive post 15 </ b> A, a second conductive post 15 </ b> C, and an insulating resin 17.
The multilayer substrate 11 includes an insulating plate 11a, a circuit board 11b provided on the main surface (upper surface in the drawing) of the insulating plate 11a, and a metal plate 11c provided on the back surface (lower surface in the drawing) of the insulating plate 11a. Has been.

図2に図1のII−II線の位置における平面図を示す。図1は、図2のI−I線で切断した断面図に相当する。図2において回路板11bは、絶縁板11aの主面上に選択的に形成されていて、第1領域11b1、第2領域11b2、第3領域11b3及び第4領域11b4を含んでいる。
回路板11bの第1領域11b1には、半導体チップ12及び半導体チップ13が並べて設けられている。また第1領域11b1の隅部に、外部端子であるドレイン端子19Aが設けられている。
FIG. 2 shows a plan view at the position of line II-II in FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II in FIG. In FIG. 2, the circuit board 11b is selectively formed on the main surface of the insulating plate 11a, and includes a first area 11b1, a second area 11b2, a third area 11b3, and a fourth area 11b4.
The semiconductor chip 12 and the semiconductor chip 13 are provided side by side in the first region 11b1 of the circuit board 11b. A drain terminal 19A, which is an external terminal, is provided at the corner of the first region 11b1.

図1及び図2において、スイッチング素子である半導体チップ12は縦型のパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の例である。また、半導体チップ13は半導体チップ12と逆並列に接続されるダイオードの例である
半導体チップ12のおもて面には、出力用電極であるソース電極12a、及び制御電極であるゲート電極12bが備えられている。このソース電極12aとゲート電極12bとの間を電気的に接続するコンデンサチップ16が、半導体チップ12のおもて面に設けられている。このコンデンサチップ16については、後で詳述する。
また、半導体チップ12の裏面には、入力用電極であるドレイン電極(図示せず)が備えられている。このドレイン電極と回路板11bの第1領域11b1とが、導電性の接合材であるはんだ20により電気的かつ機械的に接続されている。
1 and 2, a semiconductor chip 12 as a switching element is an example of a vertical power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The semiconductor chip 13 is an example of a diode connected in reverse parallel to the semiconductor chip 12. On the front surface of the semiconductor chip 12, a source electrode 12a as an output electrode and a gate electrode 12b as a control electrode are provided. Is provided. A capacitor chip 16 that electrically connects the source electrode 12 a and the gate electrode 12 b is provided on the front surface of the semiconductor chip 12. The capacitor chip 16 will be described in detail later.
Further, a drain electrode (not shown) that is an input electrode is provided on the back surface of the semiconductor chip 12. The drain electrode and the first region 11b1 of the circuit board 11b are electrically and mechanically connected by a solder 20 that is a conductive bonding material.

また、半導体チップ13のおもて面にはアノード電極13aが、裏面にはカソード電極(図示せず)が備えられている。このカソード電極と回路板11bの第1領域11b1とが、はんだ20により電気的かつ機械的に接続されている。   Further, an anode electrode 13a is provided on the front surface of the semiconductor chip 13, and a cathode electrode (not shown) is provided on the back surface. The cathode electrode and the first region 11b1 of the circuit board 11b are electrically and mechanically connected by the solder 20.

回路板11bの第1領域11b1とドレイン端子19Aとは、はんだ等の導電性接合材、超音波接合又は溶接などにより電気的かつ機械的に接続されている。
回路板11bの第2領域11b2及び第4領域11b4には、外部端子であるソース端子19Bが、第3領域11b3には、外部端子であるゲート端子19Cが、それぞれ導電性接合材、超音波接合又は溶接などによって電気的かつ機械的に接続されている。
The first region 11b1 of the circuit board 11b and the drain terminal 19A are electrically and mechanically connected by a conductive bonding material such as solder, ultrasonic bonding or welding.
A source terminal 19B as an external terminal is provided in the second region 11b2 and the fourth region 11b4 of the circuit board 11b, and a gate terminal 19C as an external terminal is provided in the third region 11b3. Alternatively, they are electrically and mechanically connected by welding or the like.

プリント基板14は、図1に示すように半導体チップ12のおもて面、半導体チップ13のおもて面、及び積層基板11の回路板11bに対向して設けられている。プリント基板14は、絶縁層14aと、この絶縁層14aの少なくとも一方の面に配置された金属層14bとを有している。
図3に図1のIII−III線の位置における平面図を示す。図3において金属層14bは、絶縁層14aの一方の面上に選択的に形成されていて、第1領域14b1及び第2領域14b2を含んでいる。
金属層14bの第1領域14b1には、ソース端子19Bが電気的かつ機械的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the printed circuit board 14 is provided to face the front surface of the semiconductor chip 12, the front surface of the semiconductor chip 13, and the circuit board 11 b of the multilayer substrate 11. The printed circuit board 14 includes an insulating layer 14a and a metal layer 14b disposed on at least one surface of the insulating layer 14a.
FIG. 3 shows a plan view at the position of line III-III in FIG. In FIG. 3, the metal layer 14b is selectively formed on one surface of the insulating layer 14a and includes a first region 14b1 and a second region 14b2.
A source terminal 19B is electrically and mechanically connected to the first region 14b1 of the metal layer 14b.

金属層14bの第1領域14b1は、半導体チップ12のソース電極12a及び半導体チップ13のアノード電極と、ソース端子19Bとを電気的に接続するための領域である。金属層14bの第2領域14b2は、半導体チップ12のゲート電極12bと、回路板11bの第3領域11b3とを電気的に接続するための領域である。   The first region 14b1 of the metal layer 14b is a region for electrically connecting the source electrode 12a of the semiconductor chip 12 and the anode electrode of the semiconductor chip 13 to the source terminal 19B. The second region 14b2 of the metal layer 14b is a region for electrically connecting the gate electrode 12b of the semiconductor chip 12 and the third region 11b3 of the circuit board 11b.

プリント基板14の金属層14bと、半導体チップ12のおもて面電極、半導体チップ13のおもて面電極、又は積層基板11の回路板11bとの間には、複数の導電ポスト15A〜15Dが設けられている。本明細書では、導電ポスト15A〜15Dの総称として、導電ポスト15と呼称する。導電ポスト15は、その一方が半導体チップ12のおもて面電極、半導体チップ13のおもて面電極又は積層基板11の回路板11bに、はんだ20により電気的かつ機械的に接続されている。そして、導電ポスト15の他方は、プリント基板14の絶縁層14aを貫いて、プリント基板14の金属層14bに、はんだやロウ付け、又はカシメにより電気的かつ機械的に接続されている。   Between the metal layer 14b of the printed circuit board 14 and the front surface electrode of the semiconductor chip 12, the front surface electrode of the semiconductor chip 13, or the circuit board 11b of the multilayer substrate 11, a plurality of conductive posts 15A to 15D are provided. Is provided. In this specification, the conductive posts 15 </ b> A to 15 </ b> D are collectively referred to as the conductive posts 15. One of the conductive posts 15 is electrically and mechanically connected by solder 20 to the front surface electrode of the semiconductor chip 12, the front surface electrode of the semiconductor chip 13, or the circuit board 11 b of the laminated substrate 11. . The other of the conductive posts 15 penetrates through the insulating layer 14a of the printed board 14 and is electrically and mechanically connected to the metal layer 14b of the printed board 14 by soldering, brazing, or caulking.

第1導電ポスト15Aは、金属層14bの第1領域14b1と、半導体チップ12のソース電極とを電気的に接続している。導電ポスト15Bは、金属層14bの第1領域14b1と、半導体チップ13のアノード電極とを電気的に接続している。第2導電ポスト15Cは、金属層14bの第2領域14b2と、半導体チップ12のゲート電極とを電気的に接続している。導電ポスト15Dは、金属層14bの第2領域14b2と、積層基板11の回路板11bの第3領域11b3とを電気的に接続している。   The first conductive post 15A electrically connects the first region 14b1 of the metal layer 14b and the source electrode of the semiconductor chip 12. The conductive post 15B electrically connects the first region 14b1 of the metal layer 14b and the anode electrode of the semiconductor chip 13. The second conductive post 15C electrically connects the second region 14b2 of the metal layer 14b and the gate electrode of the semiconductor chip 12. The conductive post 15D electrically connects the second region 14b2 of the metal layer 14b and the third region 11b3 of the circuit board 11b of the multilayer substrate 11.

上述の構成により、半導体チップ12のソース電極と、半導体チップ13のアノード電極と、ソース端子19Bとが電気的に接続されている。また、半導体チップ12のゲート電極と、ゲート端子19Cとが電気的に接続されている。   With the configuration described above, the source electrode of the semiconductor chip 12, the anode electrode of the semiconductor chip 13, and the source terminal 19B are electrically connected. Further, the gate electrode of the semiconductor chip 12 and the gate terminal 19C are electrically connected.

導電ポスト15及びプリント基板14は、半導体チップ12又は13のおもて面に配置された電極と、外部端子(ソース端子19Bやゲート端子19C)とを電気的に接続する配線部材の機能を有している。なお、配線部材は、導電ポスト15とプリント基板14との組み合わせに限定されず、例えば、ボンディングワイヤを用いることができる。もっとも、導電ポスト15を用いた配線部材は、ボンディングワイヤに比べて、半導体チップ12の狭いゲート電極にコンデンサチップを接合するのが容易である。   The conductive post 15 and the printed board 14 have a function of a wiring member that electrically connects an electrode disposed on the front surface of the semiconductor chip 12 or 13 and an external terminal (source terminal 19B or gate terminal 19C). doing. Note that the wiring member is not limited to the combination of the conductive post 15 and the printed board 14, and for example, a bonding wire can be used. However, the wiring member using the conductive posts 15 is easier to bond the capacitor chip to the narrow gate electrode of the semiconductor chip 12 than the bonding wire.

図4に半導体チップ12の平面図を示し、図5に、図4の半導体チップ12及びその近傍の断面図を示す。半導体チップ12のおもて面には、ソース電極12aとゲート電極12bとが配置されている。ソース電極12aには、2本の第1導電ポスト15Aの一方がはんだ20により接合されている。また、ゲート電極12bには、1本の第2導電ポスト15Cの一方がはんだ20により接合されている。そして、コンデンサチップ16の端子の一方がソース電極12aに、はんだ20により電気的かつ機械的に接続され、端子の他方がゲート電極12bに、はんだ20により電気的かつ機械的に接続されている。   FIG. 4 shows a plan view of the semiconductor chip 12, and FIG. 5 shows a cross-sectional view of the semiconductor chip 12 in FIG. 4 and the vicinity thereof. A source electrode 12 a and a gate electrode 12 b are disposed on the front surface of the semiconductor chip 12. One of the two first conductive posts 15 </ b> A is joined to the source electrode 12 a by solder 20. Further, one second conductive post 15C is joined to the gate electrode 12b by solder 20. One of the terminals of the capacitor chip 16 is electrically and mechanically connected to the source electrode 12 a by the solder 20, and the other terminal is electrically and mechanically connected to the gate electrode 12 b by the solder 20.

半導体チップ12面内の電流ばらつきを抑制するために、コンデンサチップ16は、ソース電極12aの長手方向中心とゲート電極12bの長手方向中心とを繋ぐように配置される。また、2個の第1導電ポスト15Aにおける電流のアンバランスを抑制するために、2本の第1導電ポスト15Aは、コンデンサチップ16から等距離で対称な位置に配置される。第1導電ポスト15Aは、2本の例に限定されず、1本であってもよいし、また3本又はそれ以上であってもよい。   In order to suppress current variation in the surface of the semiconductor chip 12, the capacitor chip 16 is disposed so as to connect the longitudinal center of the source electrode 12a and the longitudinal center of the gate electrode 12b. Further, in order to suppress current imbalance in the two first conductive posts 15 </ b> A, the two first conductive posts 15 </ b> A are disposed at symmetrical positions at equal distances from the capacitor chip 16. The first conductive posts 15A are not limited to two examples, and may be one, or may be three or more.

コンデンサチップ16は、ソース電極12aとゲート電極12bとを電気的に接続するキャパシタとして機能する。なお、コンデンサチップ16のはんだ接合の前に、半導体チップ12のおもて面のソース電極12aとゲート電極12bとの間には、例えばポリイミド樹脂を塗布することにより、絶縁性樹脂17を配置している。絶縁性樹脂17は、コンデンサチップ16と半導体チップ12のおもて面との間に形成され、コンデンサチップ16の側面に接触する。また、コンデンサチップ16の2つの端子間の側面全体には、はんだとの濡れ性を低下させるコーティング処理がなされている。これらにより、コンデンサチップ16を接合するソース電極12a側のはんだ20と、ゲート電極12b側のはんだ20とが互いに接触して、電極同士が短絡することを効果的に防止できる。なお、絶縁性樹脂17を配置しなくても、はんだ量を適切に調整することにより、ソース電極12a側のはんだ20と、ゲート電極12b側のはんだ20とが互いに接触して短絡することを防止することもできる。   The capacitor chip 16 functions as a capacitor that electrically connects the source electrode 12a and the gate electrode 12b. Before the capacitor chip 16 is soldered, the insulating resin 17 is disposed between the source electrode 12a and the gate electrode 12b on the front surface of the semiconductor chip 12 by, for example, applying a polyimide resin. ing. The insulating resin 17 is formed between the capacitor chip 16 and the front surface of the semiconductor chip 12 and contacts the side surface of the capacitor chip 16. Further, the entire side surface between the two terminals of the capacitor chip 16 is subjected to a coating process that reduces wettability with solder. Accordingly, it is possible to effectively prevent the solder 20 on the source electrode 12a side and the solder 20 on the gate electrode 12b side that join the capacitor chip 16 from contacting each other and short-circuiting the electrodes. Even if the insulating resin 17 is not disposed, the solder 20 on the source electrode 12a side and the solder 20 on the gate electrode 12b side are prevented from coming into contact with each other and short-circuiting by appropriately adjusting the amount of solder. You can also

上アーム及び下アームを備える本実施形態のパワー半導体モジュール10の回路図を図6に示す。図1及び図2は、図6に示すA領域の構造を示している。図6を用いて、スイッチング素子が意図せずターンオンする現象を説明する。スイッチング素子である半導体チップ12がターンオフした際に、ターンオフ時のスイッチングdv/dtにより、ゲート電流がゲートインダクタンスLgを介して振動する。この電流の振動でゲート電圧が閾値以上になると、半導体チップ12に意図しないターンオンが生じる。また、上アームの半導体チップ12が高速にターンオンし、そのドレイン電圧が高い電圧変化率(dV/dt)で変化すると、下アームの半導体チップ13(ダイオードチップ)が逆回復し、下アームの半導体チップ12のゲート電圧が急激に上昇する。このゲート電圧は、上述の電圧上昇率(dV/dt)と下アームの半導体チップ12の帰還容量を乗算した値である。下アームの半導体チップ12のゲート電圧が閾値を超えると、この下アームの半導体チップ12に意図しないターンオンが発生する。   FIG. 6 shows a circuit diagram of the power semiconductor module 10 according to this embodiment including the upper arm and the lower arm. 1 and 2 show the structure of the region A shown in FIG. A phenomenon in which the switching element is turned on unintentionally will be described with reference to FIG. When the semiconductor chip 12 which is a switching element is turned off, the gate current oscillates through the gate inductance Lg due to switching dv / dt at the time of turn-off. When the gate voltage becomes equal to or higher than the threshold due to the oscillation of the current, unintended turn-on occurs in the semiconductor chip 12. When the upper arm semiconductor chip 12 is turned on at high speed and the drain voltage changes at a high voltage change rate (dV / dt), the lower arm semiconductor chip 13 (diode chip) is reversely recovered, and the lower arm semiconductor chip is recovered. The gate voltage of the chip 12 increases rapidly. This gate voltage is a value obtained by multiplying the above-mentioned voltage increase rate (dV / dt) by the feedback capacitance of the semiconductor chip 12 of the lower arm. When the gate voltage of the lower-arm semiconductor chip 12 exceeds a threshold value, an unintended turn-on occurs in the lower-arm semiconductor chip 12.

本実施形態のパワー半導体モジュール10は、電流バイパス効果を有するコンデンサチップ16をソース電極12aとゲート電極12bとの間に接続している。これにより、電流の振動又は高い電圧変化率によるゲート電圧の変動を抑制して意図しないターンオンを抑制することができる。また、ゲート抵抗を高めることなく意図しないターンオンを抑制することができるので、ゲート抵抗を低くすることができ、半導体チップ12のスイッチング速度を高めることができる。このことは、スイッチング速度が速いSiCよりなるMOSFETにおいて特にメリットが大きい。   In the power semiconductor module 10 of this embodiment, a capacitor chip 16 having a current bypass effect is connected between a source electrode 12a and a gate electrode 12b. As a result, it is possible to suppress unintended turn-on by suppressing fluctuations in the gate voltage due to current oscillation or a high voltage change rate. In addition, since unintended turn-on can be suppressed without increasing the gate resistance, the gate resistance can be lowered and the switching speed of the semiconductor chip 12 can be increased. This is particularly advantageous for MOSFETs made of SiC having a high switching speed.

また、コンデンサチップ16の端子の一方をソース電極12aに、他方をゲート電極12bに電気的かつ機械的に接続することにより、コンデンサチップとゲート電極12bとの間の配線距離をほぼゼロとすることができる。したがって、ゲート配線のインダクタンスLgを極力小さくすることができ、意図しないターンオンを一層防止することができる。また、ゲート配線のインダクタンスLgが小さいほど、内蔵コンデンサ容量Cgsを小さくしても意図しないターンオンを防止することができるので、小型で小さな容量のコンデンサチップ16で意図しないターンオンを防止することができる。このコンデンサチップ16の小型化は、半導体チップ12上へのコンデンサチップ16の実装を容易にする。   Further, by electrically and mechanically connecting one terminal of the capacitor chip 16 to the source electrode 12a and the other terminal to the gate electrode 12b, the wiring distance between the capacitor chip and the gate electrode 12b is made substantially zero. Can do. Therefore, the inductance Lg of the gate wiring can be reduced as much as possible, and unintended turn-on can be further prevented. Also, as the inductance Lg of the gate wiring is smaller, unintended turn-on can be prevented even if the built-in capacitor capacitance Cgs is reduced. Therefore, unintended turn-on can be prevented with the small and small capacitor chip 16. The downsizing of the capacitor chip 16 facilitates the mounting of the capacitor chip 16 on the semiconductor chip 12.

図7に示すグラフは、意図しないターンオンを防止し得るゲート抵抗Rgと内蔵コンデンサ容量Cgsとの関係を示すグラフである。図7においては、比較例としてパワー半導体モジュールのその他の箇所にコンデンサチップを設けた場合を示す。本発明例のゲート配線のインダクタンスLgは2.51nH、比較例のゲート配線のインダクタンスLgは5.12nHであった。図7から分かるように、本発明例は、比較例よりも低ゲート抵抗、低コンデンサ容量で意図しないターンオンを防止することができた。   The graph shown in FIG. 7 is a graph showing the relationship between the gate resistance Rg and the built-in capacitor capacitance Cgs that can prevent unintended turn-on. FIG. 7 shows a case where a capacitor chip is provided in another part of the power semiconductor module as a comparative example. The inductance Lg of the gate wiring of the example of the present invention was 2.51 nH, and the inductance Lg of the gate wiring of the comparative example was 5.12 nH. As can be seen from FIG. 7, the inventive example was able to prevent unintended turn-on with a lower gate resistance and a lower capacitor capacity than the comparative example.

コンデンサチップ16は、200℃程度の耐熱温度を有していれば、半導体チップ12が動作時に発熱しても影響を受けることはない。   As long as the capacitor chip 16 has a heat resistant temperature of about 200 ° C., the semiconductor chip 12 is not affected even if the semiconductor chip 12 generates heat during operation.

本実施の形態のコンデンサチップ16は、例えば、長さ1mm、幅0.5mm、高さ0.5mmのサイズで、容量が2.2nFのものを用いる。また、SiCよりなる半導体チップ12は、例えば、おもて面が一辺3.0mm程度の正方形である。このサイズの半導体チップ12において、ソース電極12a及びゲート電極12bのサイズの一例は、ソース電極12aは長辺が2.5mm、短辺が1.5mmの長方形であり、ゲート電極12bは一辺が0.64mmの正方形である。また、第1導電ポスト15A及び第2導電ポスト15Cの直径の一例は0.45mmであり、長さの一例は0.8mmである。図4及び図5は、上記のコンデンサチップ16及び半導体チップ12を、本発明に適用した場合について図示している。   For example, a capacitor chip 16 having a length of 1 mm, a width of 0.5 mm, and a height of 0.5 mm and a capacitance of 2.2 nF is used as the capacitor chip 16 of the present embodiment. Further, the semiconductor chip 12 made of SiC is, for example, a square whose front surface is about 3.0 mm on a side. In the semiconductor chip 12 of this size, as an example of the size of the source electrode 12a and the gate electrode 12b, the source electrode 12a is a rectangle having a long side of 2.5 mm and a short side of 1.5 mm, and the gate electrode 12b has a side of 0. .64 mm square. An example of the diameter of the first conductive post 15A and the second conductive post 15C is 0.45 mm, and an example of the length is 0.8 mm. 4 and 5 illustrate the case where the capacitor chip 16 and the semiconductor chip 12 are applied to the present invention.

これらの図に示すように、コンデンサチップ16は、上記サイズのSiCよりなる半導体チップ12のおもて面上で、第1導電ポスト15A、第2導電ポスト15C及びプリント基板14と干渉することなく配置することができる。そして、コンデンサチップ16の端子の一方をソース電極12aに、他方をゲート電極12bにそれぞれ接合することができる。   As shown in these drawings, the capacitor chip 16 does not interfere with the first conductive post 15A, the second conductive post 15C, and the printed circuit board 14 on the front surface of the semiconductor chip 12 made of SiC of the above size. Can be arranged. One of the terminals of the capacitor chip 16 can be joined to the source electrode 12a and the other can be joined to the gate electrode 12b.

半導体チップ12のおもて面内でゲート電極12bが占める面積は相対的に小さい。この小さなゲート電極12bに、第2導電ポスト15Cばかりでなくコンデンサチップ16の端子の一方を接合する必要がある。このゲート電極12bにコンデンサチップ16の端子の一方を容易に接合するための工夫をすることは好ましい。   The area occupied by the gate electrode 12b in the front surface of the semiconductor chip 12 is relatively small. It is necessary to join not only the second conductive post 15C but also one of the terminals of the capacitor chip 16 to the small gate electrode 12b. It is preferable to devise to easily join one of the terminals of the capacitor chip 16 to the gate electrode 12b.

例えば、はんだ20のペーストが塗布されたゲート電極12bに先にコンデンサチップ16の一端を接合し、その後に第2導電ポスト15Cを接合することは好ましい。また、接合前にコンデンサチップ16を第2導電ポスト15Cに固着させて仮止めしておき、コンデンサチップ16を第2導電ポスト15Cと同時に接合することも好ましい。また、接合前にコンデンサチップ16を第1導電ポスト15Aと第2導電ポスト15Cとで挟持し、この挟持された状態でコンデンサチップ16を第2導電ポスト15Cと同時に接合することも好ましい。   For example, it is preferable to join one end of the capacitor chip 16 to the gate electrode 12b to which the solder 20 paste is applied, and then join the second conductive post 15C. Further, it is also preferable that the capacitor chip 16 is fixed to the second conductive post 15C and temporarily fixed before bonding, and the capacitor chip 16 is bonded simultaneously with the second conductive post 15C. It is also preferable that the capacitor chip 16 is sandwiched between the first conductive post 15A and the second conductive post 15C before joining, and the capacitor chip 16 is joined simultaneously with the second conductive post 15C in this sandwiched state.

また、変形例として図8に示すように、第2導電ポスト15Cにおけるゲート電極12bに接合する側の先端の直径を、プリント基板14に接続する側の直径よりも小さくした、先細り形状とすることは好ましい。また、第2導電ポスト15Cは、先細り形状とする代わりに、プリント基板14に接続する端部からゲート電極12bに接続する端部までにわたって、小さな径とすることも好ましい。なお、第2導電ポスト15Cには主電流は流れず、外部からのゲート信号が伝わるだけなので、先細り形状や全体を小さな径にしても、電気的特性には影響はない。   As a modification, as shown in FIG. 8, the diameter of the tip of the second conductive post 15 </ b> C on the side to be joined to the gate electrode 12 b is made smaller than the diameter on the side to be connected to the printed circuit board 14. Is preferred. Further, the second conductive post 15C preferably has a small diameter from the end connected to the printed circuit board 14 to the end connected to the gate electrode 12b, instead of being tapered. Since the main current does not flow through the second conductive post 15C and only a gate signal is transmitted from the outside, even if the tapered shape or the entire diameter is small, the electrical characteristics are not affected.

また、別の変形例として図9に示すように、ゲート電極12bの平面形状を、ソース電極12aに向けて延びる方向の一辺が長い長方形にして面積を拡大したりすることもできる。また、SiCよりなる半導体チップ12のチップ面積を一辺3mmより大きくすれば、ゲート電極の面積も現状よりも相対的に大きくすることができる。この場合、コンデンサチップ16の一端をゲート電極12bに接合するのが容易となる。   As another modified example, as shown in FIG. 9, the area of the gate electrode 12b can be enlarged by making the planar shape of the gate electrode 12b a rectangle with one side extending in the direction extending toward the source electrode 12a. Further, if the chip area of the semiconductor chip 12 made of SiC is made larger than 3 mm on a side, the area of the gate electrode can be made relatively larger than the current state. In this case, it becomes easy to join one end of the capacitor chip 16 to the gate electrode 12b.

先に述べたように、配線部材は、プリント基板14と導電ポスト15との組み合わせに限定されず、例えば、ボンディングワイヤを用いることができる。配線部材がボンディングワイヤである場合は、図4に示したゲート電極12bにコンデンサチップ16の一端を接合した後に、当該ゲート電極12bにボンディングワイヤ装置にワイヤボンディングをするのは難しい。そこで、図10に示すように、配線部材がボンディングワイヤ18である場合は、ゲート電極12bの平面形状を、ソース電極12aに向けて延びる方向の一辺よりもそれに直交する一辺が長い長方形にして、ボンディンワイヤとコンデンサチップ16が干渉しないようにすることが好ましい。   As described above, the wiring member is not limited to the combination of the printed board 14 and the conductive post 15, and for example, a bonding wire can be used. When the wiring member is a bonding wire, it is difficult to wire bond the bonding electrode device to the gate electrode 12b after bonding one end of the capacitor chip 16 to the gate electrode 12b shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 10, when the wiring member is the bonding wire 18, the planar shape of the gate electrode 12b is a rectangle whose one side orthogonal to the one side extending in the direction extending toward the source electrode 12a is longer, It is preferable that the bondin wire and the capacitor chip 16 do not interfere with each other.

一方、図9又は図10に示したように、ゲート電極12bの面積を図4よりも拡大した場合は、半導体チップ12の活性面積が減少するためにオン抵抗が増大する。そこで、コンデンサチップ16を接合したことによるスイッチング損失の減少量と、活性面積減少によるオン抵抗の増大についての比較を行った。
例えば、一辺3mmのSiC半導体チップ12のゲート電極12bを、一辺0.64mm、面積0.4mmから拡大して面積0.8mmへ2倍にした場合、当該半導体チップの活性面積は5.67mmから5.26mmへ減少し、オン抵抗は約7%増加する。
On the other hand, as shown in FIG. 9 or 10, when the area of the gate electrode 12 b is enlarged as compared with FIG. 4, the active area of the semiconductor chip 12 decreases and the on-resistance increases. Therefore, a comparison was made between the amount of reduction in switching loss due to bonding of the capacitor chip 16 and the increase in on-resistance due to reduction in the active area.
For example, the gate electrode 12b of the SiC semiconductor chip 12 of the side 3 mm, one side 0.64 mm, when doubled to an area 0.8 mm 2 on an enlarged scale from the area 0.4 mm 2, the active area of the semiconductor chip 5. It decreased from 67 mm 2 to 5.26 mm 2, the on-resistance is increased by about 7%.

図11にゲート抵抗とスイッチング損失との関係をグラフで示す。ここで示すように、一辺3mmのSiC半導体チップ12のおもて面のソース電極12aとゲート電極12bとにコンデンサチップ16を接合すると、コンデンサチップ16を接合しない場合に比べてスイッチング損失を約50%低減させることができる。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between gate resistance and switching loss. As shown here, when the capacitor chip 16 is joined to the source electrode 12a and the gate electrode 12b on the front surface of the SiC semiconductor chip 12 having a side of 3 mm, the switching loss is reduced by about 50 compared to the case where the capacitor chip 16 is not joined. % Can be reduced.

これらのデータから、トータル損失を推計した結果を図12に示す。図12から、トータル損失は、スイッチング周波数20kHzでは約5%減少し、周波数100kHzでは25%減少することが分かる。
このように、ある程度ゲート電極12bの面積を拡大させたとしても、本実施の形態で示したコンデンサチップ16を接合したことによる効果の方が大きいため、特にスイッチング周波数が高い領域において、トータル損失を低減させることができる。SiC半導体チップは、Si半導体チップに比べて高周波でスイッチングすることができるので、本実施の形態の効果が大きい。
The result of estimating the total loss from these data is shown in FIG. From FIG. 12, it can be seen that the total loss decreases by about 5% at the switching frequency of 20 kHz and decreases by 25% at the frequency of 100 kHz.
Thus, even if the area of the gate electrode 12b is increased to some extent, the effect obtained by bonding the capacitor chip 16 shown in the present embodiment is larger, so that the total loss is reduced particularly in a region where the switching frequency is high. Can be reduced. Since the SiC semiconductor chip can be switched at a higher frequency than the Si semiconductor chip, the effect of the present embodiment is great.

次に、図1に示すパワー半導体モジュール10における、コンデンサチップ16以外の部材をより具体的に説明する。
積層基板11は、その絶縁板11aが、例えば窒化アルミニウムや窒化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスよりなる。絶縁性セラミックスは、絶縁性樹脂に比べて熱伝導性が高いことから本実施形態のパワー半導体モジュールに用いて有利である。回路板11b及び金属板11cは、例えば銅やアルミニウムなどの導電性の金属よりなる。積層基板11は、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板やAMB(Active Metal Blazing)基板等を用いることができる。
Next, members other than the capacitor chip 16 in the power semiconductor module 10 shown in FIG. 1 will be described more specifically.
In the multilayer substrate 11, the insulating plate 11a is made of an insulating ceramic such as aluminum nitride, silicon nitride, or aluminum oxide. Insulating ceramics is advantageous for use in the power semiconductor module of the present embodiment because it has higher thermal conductivity than insulating resin. The circuit board 11b and the metal plate 11c are made of a conductive metal such as copper or aluminum. For example, a DCB (Direct Copper Bonding) substrate or an AMB (Active Metal Blazing) substrate can be used as the multilayer substrate 11.

半導体チップ12は、本実施形態ではおもて面にソース電極及びゲート電極を有し,裏面にドレイン電極を有している縦型のパワーMOSFETの例である。半導体チップ12は縦型のものに限られず、半導体チップ12のおもて面にのみ複数種類の電極が配置された横型の半導体チップであってもよい。   In the present embodiment, the semiconductor chip 12 is an example of a vertical power MOSFET having a source electrode and a gate electrode on the front surface and a drain electrode on the back surface. The semiconductor chip 12 is not limited to a vertical type, and may be a horizontal type semiconductor chip in which a plurality of types of electrodes are arranged only on the front surface of the semiconductor chip 12.

半導体チップ12は、パワーMOSFETに限られず、他のスイッチング素子、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)とすることができる。半導体チップ12がIGBTの場合では、裏面の電極はコレクタ電極であり、おもて面の電極はエミッタ電極及びゲート電極である。半導体チップ12がIGBTである場合、コンデンサチップ16は、エミッタ電極とゲート電極とを接続してIGBTのおもて面に設けられる。
すなわち、本出願の明細書及び特許請求の範囲において、「ドレイン電極」とは半導体チップ12の陽極側の電極の総称であり、「ソース電極」とは半導体チップ12の陰極側の電極の総称である。
The semiconductor chip 12 is not limited to a power MOSFET, but can be another switching element, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). When the semiconductor chip 12 is an IGBT, the back electrode is a collector electrode, and the front electrode is an emitter electrode and a gate electrode. When the semiconductor chip 12 is an IGBT, the capacitor chip 16 is provided on the front surface of the IGBT by connecting the emitter electrode and the gate electrode.
That is, in the specification and claims of this application, “drain electrode” is a generic term for the anode side electrode of the semiconductor chip 12, and “source electrode” is a generic term for the cathode side electrode of the semiconductor chip 12. is there.

半導体チップ12は、炭化ケイ素(SiC)半導体よりなるものである。SiCからなる半導体チップ(例えばSiC−MOSFET、SiC−IGBT)は、シリコンからなる半導体チップに比べて高耐圧で、かつ高周波でのスイッチングが可能であるため、特に有効である。さらに、本実施形態を適用すれば、特許文献1に記載の技術を用いなくても、効率よくスイッチング損失が低減できるとともに、複雑な製造プロセスも不要となるため、製造コストも低減することができる。   The semiconductor chip 12 is made of a silicon carbide (SiC) semiconductor. A semiconductor chip made of SiC (for example, SiC-MOSFET, SiC-IGBT) is particularly effective because it has a higher breakdown voltage and can be switched at a higher frequency than a semiconductor chip made of silicon. Furthermore, if this embodiment is applied, the switching loss can be efficiently reduced without using the technique described in Patent Document 1, and the manufacturing cost can be reduced because a complicated manufacturing process is not required. .

配線部材は、プリント基板14と導電ポスト15との組み合わせよりなることにより、半導体チップ12の発熱の繰り返しによる熱サイクルに対する信頼性が高いパワー半導体モジュール10とすることができる。また、配線部材にボンディングワイヤを用いた場合に比べてパワー半導体モジュール10を薄型化できる。また、本実施形態においては、導電ポスト15は、半導体チップ12のおもて面の電極の面積が小さくても確実に接続できるため、特に有効である。また、リードに比べて半導体チップ12に加わる応力が小さいので信頼性が高く、接合材の厚さを薄くできるので電気伝導、熱伝導に有利である。もっとも、配線部材はプリント基板14と導電ポスト15との組み合わせに限定されず、ボンディングワイヤ18でもよい。   By forming the wiring member by a combination of the printed circuit board 14 and the conductive post 15, the power semiconductor module 10 having high reliability with respect to a heat cycle caused by repeated heat generation of the semiconductor chip 12 can be obtained. Also, the power semiconductor module 10 can be made thinner than when a bonding wire is used as the wiring member. In this embodiment, the conductive post 15 is particularly effective because it can be reliably connected even if the area of the electrode on the front surface of the semiconductor chip 12 is small. In addition, since the stress applied to the semiconductor chip 12 is smaller than that of the lead, the reliability is high, and the thickness of the bonding material can be reduced, which is advantageous for electric conduction and heat conduction. However, the wiring member is not limited to the combination of the printed circuit board 14 and the conductive post 15, and may be a bonding wire 18.

プリント基板14は、絶縁層14aの面のうち積層基板11より遠い側に金属層14bの第1領域14b1及び第2領域14b2が配置されている。もっとも、図1及び図3に示した例に限られず、第1領域14b1と第2領域14b2をそれぞれ絶縁層14aの両面に配置することもできる。   In the printed board 14, the first region 14 b 1 and the second region 14 b 2 of the metal layer 14 b are arranged on the side of the insulating layer 14 a farther from the multilayer substrate 11. However, the present invention is not limited to the example shown in FIGS. 1 and 3, and the first region 14b1 and the second region 14b2 can be disposed on both surfaces of the insulating layer 14a.

プリント基板14の金属層14bや導電ポスト15は、導電性のよい金属、例えば銅やアルミよりなる。また、プリント基板14の金属層14bや導電ポスト15は、必要に応じてNiなどのめっきを表面に施すことができる。プリント基板14は、絶縁層14aがガラスエポキシ材などからなるリジッド基板でもよく、また、絶縁層14aがポリイミド材などからなるフレキシブル基板でもよい。   The metal layer 14b and the conductive post 15 of the printed board 14 are made of a metal having good conductivity, such as copper or aluminum. Further, the metal layer 14b and the conductive post 15 of the printed circuit board 14 can be plated with Ni or the like as necessary. The printed board 14 may be a rigid board whose insulating layer 14a is made of a glass epoxy material or the like, and may be a flexible board whose insulating layer 14a is made of a polyimide material or the like.

導電ポスト15は、円柱形状、直方体形状等の形状とすることができるが特に限定されない。導電ポスト15の底面の大きさは、半導体チップ12及び半導体チップ13のおもて面の電極よりも小さい。更に、一つの半導体チップ12又は半導体チップ13に対する導電ポスト15の設置数は任意であり、一つのおもて面電極に複数個の導電ポスト15を接合することも可能である。   The conductive post 15 can have a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape, but is not particularly limited. The size of the bottom surface of the conductive post 15 is smaller than the electrodes on the front surfaces of the semiconductor chip 12 and the semiconductor chip 13. Furthermore, the number of conductive posts 15 installed on one semiconductor chip 12 or semiconductor chip 13 is arbitrary, and a plurality of conductive posts 15 can be bonded to one front surface electrode.

プリント基板14と導電ポスト15とは、パワー半導体モジュール10の組み立てに当たって、あらかじめ一体化した組立体とすることができる。一体化された組立体の配線部材を用いることにより、ボンディングワイヤ18に比べてパワー半導体モジュール10の製造工程を簡素化することができる。   In assembling the power semiconductor module 10, the printed circuit board 14 and the conductive post 15 can be an integrated assembly in advance. By using the wiring member of the integrated assembly, the manufacturing process of the power semiconductor module 10 can be simplified as compared with the bonding wire 18.

パワー半導体モジュール10の各部材である積層基板11、半導体チップ12、13、プリント基板14、導電ポスト15は、図示しない絶縁性の熱硬化性樹脂よりなる封止材により封止されている。また、外部端子(ドレイン端子19A、ソース端子19B、ゲート端子19C)は、封止材から突出するように配置される。   The laminated substrate 11, semiconductor chips 12 and 13, the printed circuit board 14, and the conductive posts 15, which are members of the power semiconductor module 10, are sealed with a sealing material made of an insulating thermosetting resin (not shown). The external terminals (drain terminal 19A, source terminal 19B, gate terminal 19C) are arranged so as to protrude from the sealing material.

次に、パワー半導体モジュール10の一実施形態の製造方法について説明する。
まず、半導体チップ12のおもて面電極であるソース電極12aとゲート電極12bとの間に、絶縁性樹脂17を配置する工程を行う。この工程は、具体的には図13に示すように、ソース電極12aとゲート電極12bとの間に、ポリイミド樹脂である絶縁性樹脂17を塗布することである。
次に、コンデンサチップ16を絶縁性樹脂17の上に配置し、コンデンサチップ16の端子の一方をソース電極12aに、他方をゲート電極12bに、はんだで接合する。この際、導電ポスト15と半導体チップ12のおもて面電極の間も、同時にはんだで接合してもよい。この工程により、図5で示した構成を実現することができる。
塗布された絶縁性樹脂17はコンデンサチップ16の側面に付着し、コンデンサチップ16の一端と他端がはんだにより導通することを防止する。絶縁性樹脂17はポリイミド樹脂に限られず、例えばエポキシ樹脂等を用いることもできる。もっとも、耐熱性が高いポリイミド樹脂を用いることは好ましい。
Next, the manufacturing method of one embodiment of the power semiconductor module 10 will be described.
First, a step of disposing the insulating resin 17 between the source electrode 12a and the gate electrode 12b which are front surface electrodes of the semiconductor chip 12 is performed. Specifically, as shown in FIG. 13, this step is to apply an insulating resin 17 that is a polyimide resin between the source electrode 12a and the gate electrode 12b.
Next, the capacitor chip 16 is disposed on the insulating resin 17, and one of the terminals of the capacitor chip 16 is joined to the source electrode 12a and the other to the gate electrode 12b by soldering. At this time, the conductive post 15 and the front surface electrode of the semiconductor chip 12 may be simultaneously joined with solder. By this step, the configuration shown in FIG. 5 can be realized.
The applied insulating resin 17 adheres to the side surface of the capacitor chip 16 and prevents one end and the other end of the capacitor chip 16 from being electrically connected by solder. The insulating resin 17 is not limited to a polyimide resin, and for example, an epoxy resin can be used. However, it is preferable to use a polyimide resin having high heat resistance.

次に、パワー半導体モジュール10の別の実施形態の製造方法について説明する。
まず、プリント基板14のスルーホールに複数の導電ポスト15を挿入して、プリント基板14と複数の導電ポスト15とが一体化した組立体を用意する。
次に、図14に示すように、組立体の中の第2導電ポスト15Cに、コンデンサチップ16を樹脂接着剤21等で仮止めする。
次に、この仮止め状態を維持したままで、複数の導電ポスト15及びコンデンサチップ16を、半導体チップ12に位置合わせして当接させる。そして、コンデンサチップ16及び第2導電ポスト15Cを同時にゲート電極12bにはんだで接合し、さらにコンデンサチップ16及び第1導電ポスト15Aを同時にソース電極12aにはんだで接合する。コンデンサチップ16及び第2導電ポスト15Cを同時接合することにより、小面積のゲート電極12bに第2導電ポスト15Cばかりでなくコンデンサチップ16の端子を容易に接合できる。また、導電ポスト15の位置を基準に、コンデンサチップ16の位置合わせを同時に行うことができることから、コンデンサチップ16独自の位置合わせが不要となり、製造コストを低減できる。なお、この実施形態においても、図14に示すように、半導体チップ12のおもて面電極であるソース電極12aとゲート電極12bとの間に、絶縁性樹脂17を配置することが好ましい。
Next, a manufacturing method of another embodiment of the power semiconductor module 10 will be described.
First, a plurality of conductive posts 15 are inserted into the through holes of the printed circuit board 14 to prepare an assembly in which the printed circuit board 14 and the plurality of conductive posts 15 are integrated.
Next, as shown in FIG. 14, the capacitor chip 16 is temporarily fixed to the second conductive post 15C in the assembly with a resin adhesive 21 or the like.
Next, the plurality of conductive posts 15 and the capacitor chip 16 are aligned and brought into contact with the semiconductor chip 12 while maintaining the temporarily fixed state. The capacitor chip 16 and the second conductive post 15C are simultaneously bonded to the gate electrode 12b by solder, and the capacitor chip 16 and the first conductive post 15A are simultaneously bonded to the source electrode 12a by solder. By simultaneously bonding the capacitor chip 16 and the second conductive post 15C, not only the second conductive post 15C but also the terminal of the capacitor chip 16 can be easily bonded to the small-area gate electrode 12b. Further, since the capacitor chip 16 can be aligned at the same time with the position of the conductive post 15 as a reference, the unique alignment of the capacitor chip 16 becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. In this embodiment as well, as shown in FIG. 14, it is preferable to dispose an insulating resin 17 between the source electrode 12a and the gate electrode 12b which are front surface electrodes of the semiconductor chip 12.

次に、パワー半導体モジュール10のさらに別の実施形態の製造方法について説明する。
まず、プリント基板14のスルーホールに複数の導電ポスト15を挿入して、プリント基板14と複数の導電ポスト15とが一体化した組立体を用意する。
次に、図15及び図16に示すように、組立体の中の第1導電ポスト15Aと第2導電ポスト15Cとの間に、コンデンサチップ16を挟み込むことで仮止めする。
次に、この仮止め状態を維持したままで、複数の導電ポスト15及びコンデンサチップ16を、半導体チップ12に位置合わせして当接させる。そして、コンデンサチップ16及び第2導電ポスト15Cを同時にゲート電極12bにはんだで接合し、さらにコンデンサチップ16及び第1導電ポスト15Aを同時にソース電極12aにはんだで接合する。コンデンサチップ16を第1導電ポスト15Aと第2導電ポスト15Cで挟み込むことにより、樹脂接着剤21が不要になるため、製造コストを低減することができる。さらに、導電ポスト15の位置を基準に、コンデンサチップ16の位置合わせを同時に行うことができることから、コンデンサチップ16独自の位置合わせが不要となり、製造コストを低減できる。なお、この実施形態においても、図15及び図16に示すように、半導体チップ12のおもて面電極であるソース電極12aとゲート電極12bとの間に、絶縁性樹脂17を配置することが好ましい。
Next, a manufacturing method of still another embodiment of the power semiconductor module 10 will be described.
First, a plurality of conductive posts 15 are inserted into the through holes of the printed circuit board 14 to prepare an assembly in which the printed circuit board 14 and the plurality of conductive posts 15 are integrated.
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, the capacitor chip 16 is sandwiched between the first conductive posts 15A and the second conductive posts 15C in the assembly to temporarily fix them.
Next, the plurality of conductive posts 15 and the capacitor chip 16 are aligned and brought into contact with the semiconductor chip 12 while maintaining the temporarily fixed state. The capacitor chip 16 and the second conductive post 15C are simultaneously bonded to the gate electrode 12b by solder, and the capacitor chip 16 and the first conductive post 15A are simultaneously bonded to the source electrode 12a by solder. By sandwiching the capacitor chip 16 between the first conductive post 15 </ b> A and the second conductive post 15 </ b> C, the resin adhesive 21 becomes unnecessary, and thus the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the capacitor chip 16 can be aligned at the same time with the position of the conductive post 15 as a reference, the unique alignment of the capacitor chip 16 becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. Also in this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the insulating resin 17 may be disposed between the source electrode 12 a and the gate electrode 12 b which are the front surface electrodes of the semiconductor chip 12. preferable.

以上、本発明の半導体装置を図面及び実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明の半導体装置は、実施形態及び図面の記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能である。   Although the semiconductor device of the present invention has been specifically described with reference to the drawings and embodiments, the semiconductor device of the present invention is not limited to the description of the embodiments and drawings, and does not depart from the spirit of the present invention. Many variations in range are possible.

10 パワー半導体モジュール
11 積層基板
12,13 半導体チップ
12a ソース電極
12b ゲート電極
14 プリント基板
15 導電ポスト
15A 第1導電ポスト
15C 第2導電ポスト
16 コンデンサチップ
17 絶縁性樹脂
18 ボンディングワイヤ
19A ドレイン端子
19B ソース端子
19C ゲート端子
20 はんだ
21 樹脂接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power semiconductor module 11 Laminated substrate 12, 13 Semiconductor chip 12a Source electrode 12b Gate electrode 14 Printed circuit board 15 Conductive post 15A 1st conductive post 15C 2nd conductive post 16 Capacitor chip 17 Insulating resin 18 Bonding wire 19A Drain terminal 19B Source terminal 19C Gate terminal 20 Solder 21 Resin adhesive

Claims (6)

SiC半導体よりなり、おもて面にソース電極及びゲート電極を有する半導体チップと、
前記半導体チップのおもて面に設けられ、前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続するキャパシタチップと、
を備えた半導体装置。
A semiconductor chip made of a SiC semiconductor and having a source electrode and a gate electrode on the front surface;
A capacitor chip provided on the front surface of the semiconductor chip and electrically connecting the source electrode and the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
前記半導体チップのおもて面において、前記ソース電極と前記ゲート電極との間に配置された絶縁性樹脂をさらに備え、
前記絶縁性樹脂の上に前記キャパシタチップが配置された請求項1記載の半導体装置。
In the front surface of the semiconductor chip, further comprising an insulating resin disposed between the source electrode and the gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor chip is disposed on the insulating resin.
前記半導体チップのおもて面に対向して設けられたプリント基板と、
前記半導体チップのソース電極と、前記プリント基板との間を電気的に接続する第1導電ポストと、
前記半導体チップのゲート電極と、前記プリント基板との間を電気的に接続する第2導電ポストと、
を更に備えた請求項1記載の半導体装置。
A printed circuit board provided to face the front surface of the semiconductor chip;
A first conductive post electrically connecting the source electrode of the semiconductor chip and the printed circuit board;
A second conductive post for electrically connecting the gate electrode of the semiconductor chip and the printed circuit board;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
SiC半導体よりなる半導体チップのおもて面にあるソース電極とゲート電極との間に、絶縁性樹脂を配置する工程と、
前記半導体チップのおもて面に配置された前記絶縁性樹脂の上にキャパシタチップを配置して、前記キャパシタチップで前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
Disposing an insulating resin between the source electrode and the gate electrode on the front surface of the semiconductor chip made of SiC semiconductor;
Disposing a capacitor chip on the insulating resin disposed on the front surface of the semiconductor chip and electrically connecting the source electrode and the gate electrode with the capacitor chip;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
プリント基板と、前記プリント基板のスルーホールに挿入された複数の導電ポストとで構成される組立体を用意する工程と、
前記組立体の前記導電ポストの少なくとも一つに、キャパシタチップを仮止めする工程と、
SiC半導体よりなる半導体チップのおもて面にあるソース電極及びゲート電極に、複数の前記導電ポストの端部を接続すると同時に、前記キャパシタチップで前記ソース電極と前記ゲート電極との間を電気的に接続する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
Preparing an assembly composed of a printed circuit board and a plurality of conductive posts inserted into through holes of the printed circuit board;
Temporarily fixing a capacitor chip to at least one of the conductive posts of the assembly;
The ends of the plurality of conductive posts are connected to the source electrode and the gate electrode on the front surface of the semiconductor chip made of SiC semiconductor, and at the same time, the capacitor chip electrically connects the source electrode and the gate electrode. Connecting to
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
複数の前記導電ポストが、前記ソース電極に接続される第1導電ポストと、前記ゲート電極に接続される第2導電ポストで構成され、
前記第1導電ポストと前記第2導電ポストで前記キャパシタチップを挟み込むことで、前記キャパシタチップを仮止めする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
A plurality of the conductive posts are composed of a first conductive post connected to the source electrode and a second conductive post connected to the gate electrode,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the capacitor chip is temporarily fixed by sandwiching the capacitor chip between the first conductive post and the second conductive post.
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