JP2018207078A - Power semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a small power semiconductor device in which the number of wirings directly connected to a semiconductor chip is reduced to ensure the protecting effect of the surface of a semiconductor chip and improvement effect of the electrical stability.SOLUTION: A power semiconductor device includes a conductive base plate 1, a lower metal plate 3 thereon, a power semiconductor chip 4 thereon, an upper metal plate 6 thereon, a support member 7 thereon, a conductive cover plate 8 thereon, a conductive member 9, and a signal terminal 10. The conductive member 9 and the signal terminal 10 are disposed so as to penetrate through the supporting member 7 from the upper metal plate 6 side to the conductive cover plate 8 side. The signal terminal 10 passes through both the support member 7 and the upper metal plate 6.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は電力用半導体装置に関し、特に圧力接触型の電力用半導体コアモジュールを備える電力用半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device including a pressure contact type power semiconductor core module.

近年、環境負荷の低減および高出力化の観点から、制御端子と制御回路基板との電気的接続がはんだの代わりに弾性力を用いた圧力接触によりなされた、様々な電力用半導体装置が提案されている。たとえば特表2004−528724号公報(特許文献1)には、複数の半導体チップと、その真上のカバープレートとが、バネ状の接触要素により電気的に接続された高出力半導体モジュールが開示されている。特表2004−528724号公報の高出力半導体モジュールでは、予備テストされた複数個のサブモジュールが1つのモジュールハウジング要素内に並列に配置される。半導体チップであるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のゲート電極が、ボンディングワイヤを介して、半導体チップの側方に配置されたゲートランナーに接続される。これにより、複数の半導体チップのそれぞれが、1本の共有のゲート信号導体に集められる。   In recent years, various power semiconductor devices have been proposed in which electrical connection between a control terminal and a control circuit board is made by pressure contact using elastic force instead of solder from the viewpoint of reducing environmental load and increasing output. ing. For example, Japanese translations of PCT publication No. 2004-528724 (patent document 1) discloses a high-power semiconductor module in which a plurality of semiconductor chips and a cover plate directly above them are electrically connected by spring-like contact elements. ing. In the high-power semiconductor module disclosed in JP-T-2004-528724, a plurality of pre-tested submodules are arranged in parallel in one module housing element. A gate electrode of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) which is a semiconductor chip is connected to a gate runner disposed on the side of the semiconductor chip via a bonding wire. Thereby, each of the plurality of semiconductor chips is collected on one common gate signal conductor.

しかしこのような構造においては、半導体チップのゲート電極は、ボンディングワイヤを介して、半導体チップの平面視における外側に配置されたゲートランナーに接続される。このためボンディングワイヤおよびゲートランナーの配置される領域分だけ、高出力半導体モジュール全体の平面積が増加する。したがってこのような構成は、高出力半導体モジュール全体の小型化には適さないと考えられる。   However, in such a structure, the gate electrode of the semiconductor chip is connected to a gate runner disposed outside in a plan view of the semiconductor chip via a bonding wire. For this reason, the plane area of the entire high-power semiconductor module is increased by the area where the bonding wires and the gate runner are arranged. Therefore, it is considered that such a configuration is not suitable for downsizing the entire high-power semiconductor module.

一方、たとえば特開平11−3995号公報(特許文献2)の半導体装置においては、半導体チップのゲート電極が、半導体チップの真上に延びるコンタクトプローブを介してゲート端子に接続された構成を有している。このため半導体チップからゲート端子への接続経路が半導体チップの平面視における外側に配置されることはなく、半導体装置の小型化がなされている。   On the other hand, for example, the semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-3395 (Patent Document 2) has a configuration in which the gate electrode of the semiconductor chip is connected to the gate terminal via a contact probe extending directly above the semiconductor chip. ing. For this reason, the connection path from the semiconductor chip to the gate terminal is not arranged outside in the plan view of the semiconductor chip, and the semiconductor device is downsized.

特表2004−528724号公報JP-T-2004-528724 特開平11−3995号公報JP-A-11-3395

しかし特開平11−3995号公報の半導体装置においては、複数のコンタクトプローブの先端が直接半導体チップの表面に接触するため、これが半導体チップの表面を損傷する恐れがある。つまり、半導体チップの表面の損傷を減らす観点から、ゲート電極に繋がるコンタクトプローブ以外の配線については、当該半導体チップの表面以外の導電性材料の部材に接続されることが好ましい。   However, in the semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-3395, the tips of a plurality of contact probes directly contact the surface of the semiconductor chip, which may damage the surface of the semiconductor chip. That is, from the viewpoint of reducing the damage on the surface of the semiconductor chip, the wiring other than the contact probe connected to the gate electrode is preferably connected to a member of a conductive material other than the surface of the semiconductor chip.

また特開平11−3995号公報のように複数のコンタクトプローブが直接半導体チップの表面に接続されそこから電気信号を出力する構成は、半導体チップの表面上のうちコンタクトプローブを接触させ外部との通電が可能な範囲を狭めることとなる。このためコンタクトプローブによる電気信号の入出力の電気的安定性に乏しくなる可能性がある。   Also, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-3395, a configuration in which a plurality of contact probes are directly connected to the surface of a semiconductor chip and an electric signal is output therefrom is such that the contact probes are brought into contact with each other on the surface of the semiconductor chip and externally energized. This will narrow the possible range. For this reason, there is a possibility that the electrical stability of the input / output of the electric signal by the contact probe is poor.

本発明は以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体チップに直接接続される配線の数を減少させ半導体チップの表面の保護効果および電気的安定性向上効果が確保され、かつ小型化された電力用半導体装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to reduce the number of wirings directly connected to the semiconductor chip, to ensure the protective effect of the surface of the semiconductor chip and the electrical stability improving effect, and It is an object to provide a miniaturized power semiconductor device.

本発明の電力用半導体装置は、導電性ベースプレートと、その上の下側金属板と、その上の電力用半導体チップと、その上の上側金属板と、その上の支持部材と、その上の導電性カバープレートと、導電性部材および信号端子とを備える。導電性部材および信号端子は支持部材内を上側金属板側から導電性カバープレート側まで貫通するように配置される。信号端子は支持部材および上側金属板の双方を貫通する。   The power semiconductor device of the present invention includes a conductive base plate, a lower metal plate thereon, a power semiconductor chip thereon, an upper metal plate thereon, a supporting member thereon, A conductive cover plate, a conductive member, and a signal terminal are provided. The conductive member and the signal terminal are disposed so as to penetrate through the support member from the upper metal plate side to the conductive cover plate side. The signal terminal penetrates both the support member and the upper metal plate.

本発明によれば、導電性部材が上側金属板に接するように配置されるため、電力用半導体チップの表面に直接接触する導電性部材の数を減らすことにより、半導体チップの表面の保護効果および電気的安定性向上効果が得られる。また信号端子は半導体チップ上の部材を貫通するように真上へ延びるため、電力用半導体装置が小型化される。   According to the present invention, since the conductive member is disposed so as to contact the upper metal plate, the number of the conductive members that directly contact the surface of the power semiconductor chip is reduced, thereby protecting the surface of the semiconductor chip and An effect of improving electrical stability is obtained. In addition, since the signal terminal extends right above the member on the semiconductor chip, the power semiconductor device is reduced in size.

本発明に係る電力用半導体装置の一部の領域の概略平面図である。It is a schematic plan view of a partial region of the power semiconductor device according to the present invention. 実施の形態1の第1例に係る、図1中のA−A線に沿う、1つの自己消弧型半導体素子領域の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one self-extinguishing semiconductor element region along the line AA in FIG. 1 according to a first example of the first embodiment. 図2中のIII−III線に沿う、自己消弧型半導体素子の部分の構成を示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing a configuration of a part of a self-extinguishing semiconductor element along the line III-III in FIG. 2. 図2中のIV−IV線に沿う、上側金属板の部分の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the part of an upper metal plate which follows the IV-IV line in FIG. 図2中のV−V線に沿う、実施の形態1の第1例に係る支持部材の構成を示す概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view illustrating a configuration of a support member according to a first example of the first embodiment, taken along line VV in FIG. 2. 実施の形態1の第2例に係る、図1中のA−A線に沿う、1つの自己消弧型半導体素子領域の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one self-extinguishing semiconductor element region along the line AA in FIG. 1 according to a second example of the first embodiment. 実施の形態1の第3例に係る、図1中のA−A線に沿う、1つの自己消弧型半導体素子領域の概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of one self-extinguishing semiconductor element region along the line AA in FIG. 1 according to a third example of the first embodiment. 図2中のVIII−VIII線に沿う、エミッタ用基板の平面視における態様を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the aspect in the planar view of the board | substrate for emitters along the VIII-VIII line in FIG. 図2中のIX−IX線に沿う、ゲート用基板の平面視における態様を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the aspect in the planar view of the board | substrate for gates along the IX-IX line in FIG. 実施の形態1の第4例に係る、図1中のA−A線に沿う、1つの自己消弧型半導体素子の領域の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a region of one self-extinguishing semiconductor element along the line AA in FIG. 1 according to a fourth example of the first embodiment. 図10中のXI−XI線に沿う、実施の形態1の第4例に係る支持部材の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the supporting member which concerns on the 4th example of Embodiment 1 along the XI-XI line in FIG. 実施の形態1の第5例に係る支持部材の構成を示す概略平面図である。6 is a schematic plan view showing a configuration of a support member according to a fifth example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る支持部材の構成を示す概略平面図である。6 is a schematic plan view showing a configuration of a support member according to Embodiment 2. FIG. 図13中のXIV−XIV線に沿う、実施の形態2の自己消弧型半導体素子領域に含まれる一の信号端子の領域の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the area | region of one signal terminal contained in the self-extinguishing type semiconductor element area | region of Embodiment 2 along the XIV-XIV line | wire in FIG. 図13中のXV−XV線に沿う、実施の形態2の自己消弧型半導体素子領域に含まれる他の信号端子の領域の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the area | region of the other signal terminal contained in the self-extinguishing type | mold semiconductor element area | region of Embodiment 2 along the XV-XV line | wire in FIG. 実施の形態3に係る、図1中のA−A線に沿う、1つの自己消弧型半導体素子の領域の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a region of one self-extinguishing semiconductor element along the AA line in FIG. 1 according to the third embodiment. 図16中の点線で囲まれた領域XVII内の信号端子の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the signal terminal in the area | region XVII enclosed with the dotted line in FIG.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態1.
まず本実施の形態の第1例の電力用半導体装置の構成について、図1〜図9(図6,図7を除く)を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1の電力用半導体装置101の概略平面図において、X方向は図の左右方向に相当し、Y方向は図の上下方向に相当し、Z方向は図の紙面に垂直な方向に相当する。図1は電力用半導体装置101の一部の領域の平面態様を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
First, the configuration of the power semiconductor device of the first example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9 (excluding FIGS. 6 and 7). For convenience of explanation, an X direction, a Y direction, and a Z direction are introduced. In the schematic plan view of the power semiconductor device 101 in FIG. 1, the X direction corresponds to the left-right direction in the drawing, the Y direction corresponds to the up-down direction in the drawing, and the Z direction corresponds to a direction perpendicular to the drawing sheet. FIG. 1 shows a plan view of a partial region of the power semiconductor device 101.

図1を参照して、本発明に係る電力用半導体装置101は、電力用半導体コアモジュール102を有している。電力用半導体装置101においては、たとえば4つの電力用半導体コアモジュール102A,102B,102C,102Dが集まった構成を電力用半導体コアモジュール102の1つの単位とした平面態様を有している。電力用半導体コアモジュール102Aは、電力用半導体コアモジュール102において図1のX方向負側およびY方向正側(左上側)に配置される。電力用半導体コアモジュール102Bは、電力用半導体コアモジュール102において図1のX方向正側およびY方向正側(右上側)に配置される。電力用半導体コアモジュール102Cは、電力用半導体コアモジュール102において図1のX方向負側およびY方向負側(左下側)に配置される。電力用半導体コアモジュール102Dは、電力用半導体コアモジュール102において図1のX方向正側およびY方向負側(右下側)に配置される。なお当該電力用半導体装置101は、図1が示す平面態様の4つの電力用半導体コアモジュール102A〜102Dが集まった1つの単位が、互いに間隔をあけて、X方向およびY方向の双方に複数ずつ、互いに間隔をあけて行列状に配置されるよう繰り返された構成を有することが好ましい。   Referring to FIG. 1, a power semiconductor device 101 according to the present invention has a power semiconductor core module 102. The power semiconductor device 101 has a planar form in which a configuration in which, for example, four power semiconductor core modules 102A, 102B, 102C, and 102D are gathered as one unit of the power semiconductor core module 102 is provided. The power semiconductor core module 102A is disposed on the X direction negative side and the Y direction positive side (upper left side) of FIG. 1 in the power semiconductor core module 102. The power semiconductor core module 102B is disposed on the X direction positive side and the Y direction positive side (upper right side) of FIG. 1 in the power semiconductor core module 102. The power semiconductor core module 102 </ b> C is disposed on the X direction negative side and the Y direction negative side (lower left side) of FIG. 1 in the power semiconductor core module 102. The power semiconductor core module 102D is arranged on the positive side in the X direction and the negative side in the Y direction (lower right side) in FIG. 1 in the power semiconductor core module 102. The power semiconductor device 101 includes a plurality of units each including four power semiconductor core modules 102A to 102D in the planar form shown in FIG. 1 in both the X direction and the Y direction at intervals. It is preferable to have a repeated configuration so as to be arranged in a matrix at intervals.

電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれは、複数の自己消弧型半導体素子領域MTと、複数のダイオード領域DIとを有している。すなわち図1に示すように、電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれは、たとえば5つの自己消弧型半導体素子領域MTと、4つのダイオード領域DIとを有している。電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれにおいて、自己消弧型半導体素子領域MTは、電力用半導体コアモジュール102の単位全体の最外部を囲むように配置されている。すなわち電力用半導体コアモジュール102Aにおいては図1の左側および上側に、電力用半導体コアモジュール102Bにおいては右側および上側に、電力用半導体コアモジュール102Cにおいては左側および下側に、電力用半導体コアモジュール102Dにおいては右側および下側に、自己消弧型半導体素子領域MTが配置される。一方、電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれにおいて、ダイオード領域DIは、自己消弧型半導体素子領域MTに囲まれるよう、その内側に集まるように4つずつ配置されている。   Each of the power semiconductor core modules 102A to 102D has a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT and a plurality of diode regions DI. That is, as shown in FIG. 1, each of the power semiconductor core modules 102A to 102D has, for example, five self-extinguishing semiconductor element regions MT and four diode regions DI. In each of the power semiconductor core modules 102 </ b> A to 102 </ b> D, the self-extinguishing semiconductor element region MT is disposed so as to surround the outermost part of the entire unit of the power semiconductor core module 102. That is, in the power semiconductor core module 102A, on the left and upper sides of FIG. 1, in the power semiconductor core module 102B, on the right and upper sides, in the power semiconductor core module 102C, on the left and lower sides, the power semiconductor core module 102D. In FIG. 2, self-extinguishing type semiconductor element regions MT are arranged on the right side and the lower side. On the other hand, in each of the power semiconductor core modules 102A to 102D, four diode regions DI are arranged so as to be gathered inside so as to be surrounded by the self-extinguishing semiconductor element region MT.

図1が示す電力用半導体装置101および電力用半導体コアモジュール102の平面態様は一例であり、これに限られない。たとえば図1においては4つの電力用半導体コアモジュール102A〜102Dが行列状に配置されている。しかしこれに限らず、電力用半導体装置101において電力用半導体コアモジュールの配置される数は2以上の任意である。また図1において電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれは四角形状の平面形状を有し、これらが行列状に並んだ電力用半導体装置101も四角形状の平面形状を有している。ただしこれに限らず、たとえば電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれは円形または楕円形の平面形状を有していてもよい。さらに自己消弧型半導体素子領域MTおよびダイオード領域DIについても、図1においては矩形状を有するが、円形または楕円形の平面形状を有してもよい。さらに図1においては電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれは、5つの自己消弧型半導体素子領域MTと、4つのダイオード領域DIとの合計9つがX方向、Y方向のそれぞれに3列ずつ行列状に並ぶように配置される。しかしこれに限らず、電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれに配置される自己消弧型半導体素子領域MTおよびダイオード領域DIの数は任意である。   The planar form of the power semiconductor device 101 and the power semiconductor core module 102 shown in FIG. 1 is an example, and is not limited to this. For example, in FIG. 1, four power semiconductor core modules 102A to 102D are arranged in a matrix. However, the present invention is not limited to this, and the number of power semiconductor core modules arranged in the power semiconductor device 101 is arbitrary two or more. In FIG. 1, each of the power semiconductor core modules 102A to 102D has a square planar shape, and the power semiconductor device 101 in which these are arranged in a matrix also has a square planar shape. However, the present invention is not limited to this. For example, each of the power semiconductor core modules 102A to 102D may have a circular or elliptical planar shape. Further, the self-extinguishing semiconductor element region MT and the diode region DI also have a rectangular shape in FIG. 1, but may have a circular or elliptical planar shape. Furthermore, in FIG. 1, each of the power semiconductor core modules 102A to 102D has a total of nine rows of five self-extinguishing semiconductor element regions MT and four diode regions DI, three in each of the X and Y directions. They are arranged in a matrix. However, the present invention is not limited to this, and the number of self-extinguishing semiconductor element regions MT and diode regions DI arranged in each of the power semiconductor core modules 102A to 102D is arbitrary.

なお自己消弧型半導体素子領域MTには、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)およびIGBTなどの半導体素子が搭載されている。またダイオード領域DIにはたとえばSBD(Schottky Barrier Diode)およびPNダイオードが搭載されている。   In the self-extinguishing semiconductor element region MT, semiconductor elements such as MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and IGBT are mounted. In the diode region DI, for example, an SBD (Schottky Barrier Diode) and a PN diode are mounted.

図2は、本実施の形態の第1例に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域MT1の断面態様を示している。図2を参照して、本実施の形態の第1例の自己消弧型半導体素子領域MT1は、ベースプレート1と、下側金属板3と、電力用半導体チップ4と、上側金属板6と、支持部材7と、カバープレート8と、導電性部材9と、信号端子10とを主に備えている。   FIG. 2 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region MT1 as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the first example of the present embodiment. Referring to FIG. 2, self-extinguishing semiconductor element region MT1 of the first example of the present embodiment includes base plate 1, lower metal plate 3, power semiconductor chip 4, upper metal plate 6, A support member 7, a cover plate 8, a conductive member 9, and a signal terminal 10 are mainly provided.

ベースプレート1は、自己消弧型半導体素子領域MT1全体の土台となるZ方向最下部に配置された平板形状の部材である。ベースプレート1は、たとえばモリブデンなどの熱膨張率が比較的低い導電性材料により形成されることが好ましい。ただしこれに限らず、銅、SUS、アルミニウムからなる群から選択されるいずれかなどの一般公知の金属材料であってもよい。このようにベースプレート1を導電性材料により構成すれば、電力用半導体チップ4のZ方向下部に接している下側金属板3からの接続端子を電力用半導体コアモジュール102の外部に取り出す配線を不要とすることができる。   The base plate 1 is a flat plate-like member that is disposed at the bottom in the Z direction that serves as the foundation of the entire self-extinguishing semiconductor element region MT1. Base plate 1 is preferably formed of a conductive material having a relatively low coefficient of thermal expansion, such as molybdenum. However, the present invention is not limited thereto, and may be a generally known metal material such as one selected from the group consisting of copper, SUS, and aluminum. If the base plate 1 is made of a conductive material in this way, there is no need for wiring for taking out the connection terminal from the lower metal plate 3 in contact with the lower part of the power semiconductor chip 4 in the Z direction to the outside of the power semiconductor core module 102. It can be.

下側金属板3は、ベースプレート1の上に、すなわちベースプレート1のZ方向上側の主表面に接するように配置される部材である。下側金属板3は、図2においては概ね平板形状を有しているが、これに限らず、たとえば角柱形状を有するものであってもよい。ここで平板形状とは、XY平面に沿うように矩形の主表面が配置され、それに交差するZ方向の厚みがX方向およびY方向の寸法よりも小さい直方体状をいうこととする。またここで角柱形状とは、XY平面に沿うように矩形の主表面が配置され、それに交差するZ方向の厚みがX方向およびY方向の寸法よりも大きい直方体状をいうこととする。   The lower metal plate 3 is a member disposed on the base plate 1, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of the base plate 1. The lower metal plate 3 has a substantially flat plate shape in FIG. 2, but is not limited thereto, and may have, for example, a prismatic shape. Here, the flat plate shape means a rectangular parallelepiped shape in which a rectangular main surface is arranged along the XY plane, and the thickness in the Z direction intersecting the main surface is smaller than the dimensions in the X direction and the Y direction. Here, the prismatic shape means a rectangular parallelepiped shape in which a rectangular main surface is arranged along the XY plane, and the thickness in the Z direction intersecting the main surface is larger than the dimensions in the X direction and the Y direction.

電力用半導体チップ4は、下側金属板3の上に、すなわち下側金属板3のZ方向上側の主表面に接するように配置される部材である。電力用半導体チップ4は自己消弧型半導体素子としての半導体チップであり、たとえばシリコンにより形成されている。電力用半導体チップ4には上記のようにMOSFETおよびIGBTなどの半導体素子が搭載されている。   The power semiconductor chip 4 is a member disposed on the lower metal plate 3, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of the lower metal plate 3. The power semiconductor chip 4 is a semiconductor chip as a self-extinguishing semiconductor element, and is made of, for example, silicon. As described above, semiconductor elements such as MOSFETs and IGBTs are mounted on the power semiconductor chip 4.

図3は図2中のIII−III線に沿うように、電力用4の平面視における態様を示している。図3を参照して、電力用半導体チップ4は、矩形、特に正方形の平面形状を有するチップの上に、すなわち当該チップのZ方向上側の主表面に接するように、電極4Eが配置され、さらにその内側にゲートパッド4Pが形成されている。電極4Eおよびゲートパッド4Pを介して、電力用半導体チップ4に搭載されるMOSFETなどから電気信号を入出力することが可能な構成を有している。電極4Eおよびゲートパッド4Pはアルミニウムまたは銅などの一般公知の金属材料からなる薄膜であることが好ましい。   FIG. 3 shows an aspect in plan view of the power 4 along the line III-III in FIG. Referring to FIG. 3, power semiconductor chip 4 has electrode 4 </ b> E disposed on a chip having a rectangular shape, particularly a square planar shape, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of the chip. A gate pad 4P is formed inside thereof. An electric signal can be input and output from a MOSFET or the like mounted on the power semiconductor chip 4 via the electrode 4E and the gate pad 4P. The electrode 4E and the gate pad 4P are preferably thin films made of a generally known metal material such as aluminum or copper.

再度図2を参照して、上側金属板6は、電力用半導体チップ4の上に、すなわち電力用半導体チップ4のZ方向上側の主表面に接するように配置される部材である。したがって上側金属板6は、そのZ方向下側の主表面が電極4Eと接触するように配置される。上側金属板6は、図2においては概ね平板形状を有しているが、これに限らず、たとえば角柱形状を有するものであってもよい。下側金属板3および上側金属板6は、銅などの金属材料により形成されることが好ましい。   Referring to FIG. 2 again, upper metal plate 6 is a member disposed on power semiconductor chip 4, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of power semiconductor chip 4. Therefore, upper metal plate 6 is arranged such that the main surface on the lower side in the Z direction is in contact with electrode 4E. The upper metal plate 6 has a generally flat plate shape in FIG. 2, but is not limited thereto, and may have, for example, a prismatic shape. The lower metal plate 3 and the upper metal plate 6 are preferably formed of a metal material such as copper.

図4は図2中のIV−IV線に沿うように、上側金属板6の平面視における態様を示している。図2および図4を参照して、上側金属板6は、その一方の主表面すなわちZ方向下側の主表面からその他方の主表面すなわちZ方向上側の主表面までこれを貫通する貫通孔11が形成されている。図4においては貫通孔11は円形(または楕円形)の平面形状を有するように形成されているが、これに限らず、たとえば貫通孔11は矩形(正方形)の平面形状を有していてもよい。この貫通孔11は、その内部を後述する信号端子10が貫通するための孔部である。したがって貫通孔11の平面視におけるサイズは、信号端子10が挿入可能なサイズである。また貫通孔11の壁面、すなわちZ方向に沿って延びる孔部としての貫通孔11内部の壁面には絶縁被覆膜12が形成されている。この絶縁被覆膜12は、信号端子10と上側金属板6との短絡を抑制するために設けられている。   FIG. 4 shows an aspect in plan view of the upper metal plate 6 along the line IV-IV in FIG. Referring to FIGS. 2 and 4, the upper metal plate 6 has a through hole 11 penetrating therethrough from one main surface, ie, the main surface on the lower side in the Z direction, to the other main surface, ie, the main surface on the upper side in the Z direction. Is formed. In FIG. 4, the through hole 11 is formed to have a circular (or elliptical) planar shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the through hole 11 may have a rectangular (square) planar shape. Good. The through hole 11 is a hole through which a signal terminal 10 to be described later passes. Therefore, the size of the through hole 11 in a plan view is a size in which the signal terminal 10 can be inserted. An insulating coating film 12 is formed on the wall surface of the through-hole 11, that is, the wall surface inside the through-hole 11 as a hole extending along the Z direction. The insulating coating film 12 is provided to suppress a short circuit between the signal terminal 10 and the upper metal plate 6.

絶縁被覆膜12は、電気的な絶縁性が高く、かつ貫通孔11の壁面への供給の容易性を考慮し、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド系樹脂からなる群から選択されるいずれか1つが用いられることが好ましい。また絶縁被覆膜12の厚みは、5μm以上2mm以下であることが好ましいがこれに限られない。   The insulating coating film 12 is one selected from the group consisting of a silicone resin, an epoxy resin, and an imide resin in consideration of easy electrical supply and easy supply to the wall surface of the through hole 11. Preferably one is used. The thickness of the insulating coating film 12 is preferably 5 μm or more and 2 mm or less, but is not limited thereto.

再度図2を参照して、支持部材7は、上側金属板6の上に、すなわち上側金属板6のZ方向上側の主表面に接するように配置される、たとえば平板形状の部材である。ただし支持部材7は角柱形状であっても円柱形状であってもよい。   Referring to FIG. 2 again, support member 7 is, for example, a flat plate-shaped member disposed on upper metal plate 6, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of upper metal plate 6. However, the support member 7 may have a prismatic shape or a cylindrical shape.

支持部材7は、銅、アルミニウム、モリブデンからなる群から選択されるいずれか1つの金属材料からなることが好ましい。ただし支持部材7としてはこれに限らず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂成型物、セラミックからなる群から選択されるいずれか1つの絶縁性材料からなっていてもよい。支持部材7として金属を用いることにより、上側金属板6との一体成型も可能となり、低コスト化が可能となる。また支持部材7として熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂成型物を用いることにより、低コスト化が可能になる。さらに支持部材7としてセラミック板加工物を用いることにより、温度に対する寸法精度が、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂成型物より優れているために、電力用半導体チップ4に対する導電性部材9及び信号端子10の位置精度が向上する。   The support member 7 is preferably made of any one metal material selected from the group consisting of copper, aluminum, and molybdenum. However, the support member 7 is not limited to this, and may be made of any one insulating material selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin molding, and ceramic. By using a metal as the support member 7, it is possible to integrally mold with the upper metal plate 6 and to reduce the cost. Further, by using a thermosetting resin or a thermoplastic resin molding as the support member 7, the cost can be reduced. Furthermore, since the dimensional accuracy with respect to temperature is superior to the thermosetting resin and the thermoplastic resin molding by using a ceramic plate processed product as the support member 7, the conductive member 9 and the signal terminal for the power semiconductor chip 4 are used. The positional accuracy of 10 is improved.

図5は図2中のV−V線に沿うように、本実施の形態の第1例における支持部材7の平面視における態様を示している。図5を参照して、支持部材7は、上側金属板6と同様に、その一方の主表面すなわちZ方向下側の主表面からその他方の主表面すなわちZ方向上側の主表面までこれを貫通する貫通孔11が形成されている。この貫通孔11も、その内部を後述する信号端子10が貫通するための孔部である。したがって貫通孔11は、上側金属板6のZ方向下側の主表面から支持部材7のZ方向上側の主表面まで、上側金属板6および支持部材7の双方を貫通するように延びている。   FIG. 5 shows an aspect in plan view of the support member 7 in the first example of the present embodiment along the line VV in FIG. Referring to FIG. 5, like the upper metal plate 6, the support member 7 penetrates from one main surface thereof, ie, the main surface on the lower side in the Z direction, to the other main surface, ie, the main surface on the upper side in the Z direction. A through-hole 11 is formed. This through-hole 11 is also a hole for allowing a signal terminal 10 to be described later to penetrate therethrough. Accordingly, the through hole 11 extends from the main surface on the lower side in the Z direction of the upper metal plate 6 to the main surface on the upper side in the Z direction of the support member 7 so as to penetrate both the upper metal plate 6 and the support member 7.

支持部材7が金属材料からなる場合、支持部材7の貫通孔11内を貫通する信号端子10と支持部材7との短絡を抑制する観点から、図5に示すように、支持部材7の貫通孔11の壁面、すなわちZ方向に沿って延びる孔部としての貫通孔11内部の壁面には絶縁被覆膜12が形成されている。この絶縁被覆膜12により、支持部材7と信号端子10とは互いに電気的に絶縁されている。この絶縁被覆膜12は、上側金属板6の貫通孔11の内壁面の絶縁被覆膜12と同様である。一方、支持部材7が熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂成型物、セラミックからなる群から選択されるいずれか1つの絶縁性材料からなる場合、図5とは異なり、支持部材7の貫通孔11内部の壁面には絶縁被覆膜12が形成されなくてもよい。つまり絶縁被覆膜12は、支持部材7および上側金属板6の双方を貫通する孔部である貫通孔11の壁面に配置されている。   When the support member 7 is made of a metal material, as shown in FIG. 5, the through hole of the support member 7 is used from the viewpoint of suppressing a short circuit between the signal terminal 10 passing through the through hole 11 of the support member 7 and the support member 7. An insulating coating film 12 is formed on the wall surface of 11, that is, the wall surface inside the through hole 11 as a hole extending along the Z direction. With this insulating coating film 12, the support member 7 and the signal terminal 10 are electrically insulated from each other. This insulating coating film 12 is the same as the insulating coating film 12 on the inner wall surface of the through hole 11 of the upper metal plate 6. On the other hand, when the support member 7 is made of any one insulating material selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin molding, and ceramic, unlike FIG. 5, the inside of the through hole 11 of the support member 7 The insulating coating film 12 may not be formed on the wall surface. That is, the insulating coating film 12 is disposed on the wall surface of the through hole 11 that is a hole that penetrates both the support member 7 and the upper metal plate 6.

再度図2を参照して、ここでは下側金属板3および上側金属板6のZ方向に関する寸法すなわち厚みが、電力用半導体チップ4に比べて非常に大きく示されている。しかしこれに限らず、たとえば下側金属板3および上側金属板6が電力用半導体チップ4と同じ厚みであってもよく、電力用半導体チップ4より薄くてもよい。また図2においては下側金属板3、上側金属板6および支持部材7の厚みが等しくなっているが、これに限らず、たとえば下側金属板3および上側金属板6よりも支持部材7が厚くなっても薄くなってもよい。また下側金属板3は上側金属板6よりも厚くてもよいが薄くてもよい。   Referring again to FIG. 2, here, the dimensions, that is, the thicknesses of the lower metal plate 3 and the upper metal plate 6 in the Z direction are much larger than those of the power semiconductor chip 4. However, the present invention is not limited to this. For example, the lower metal plate 3 and the upper metal plate 6 may have the same thickness as the power semiconductor chip 4 or may be thinner than the power semiconductor chip 4. In FIG. 2, the lower metal plate 3, the upper metal plate 6, and the support member 7 have the same thickness. However, the present invention is not limited to this, and for example, the support member 7 is more than the lower metal plate 3 and the upper metal plate 6. It can be thicker or thinner. The lower metal plate 3 may be thicker or thinner than the upper metal plate 6.

また図2においては上側金属板6よりも下側金属板3が平面視において大きく、かつ上側金属板6よりも支持部材7が平面視において大きく形成されている。しかしこれに限らず、たとえば下側金属板3、上側金属板6および支持部材7のサイズがすべて等しくてもよいし、下側金属板3が上側金属板6より小さくなってもよく、上側金属板6が支持部材7より大きくなってもよい。さらに、図2においては下側金属板3が支持部材7よりも平面視において大きいが、逆に支持部材7が下側金属板3よりも大きくなってもよい。   In FIG. 2, the lower metal plate 3 is larger than the upper metal plate 6 in plan view, and the support member 7 is larger than the upper metal plate 6 in plan view. However, the present invention is not limited to this. For example, the sizes of the lower metal plate 3, the upper metal plate 6, and the support member 7 may all be equal, or the lower metal plate 3 may be smaller than the upper metal plate 6, The plate 6 may be larger than the support member 7. Further, in FIG. 2, the lower metal plate 3 is larger than the support member 7 in plan view, but conversely, the support member 7 may be larger than the lower metal plate 3.

カバープレート8は、支持部材7の上、すなわち支持部材7のZ方向上側の主表面に接するように配置される部材である。カバープレート8は、自己消弧型半導体素子領域MT1全体のZ方向最上部に配置された平板形状の部材である。カバープレート8は、絶縁性の材料により形成されることが好ましい。   The cover plate 8 is a member disposed on the support member 7, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of the support member 7. The cover plate 8 is a flat plate-like member disposed at the top in the Z direction of the entire self-extinguishing semiconductor element region MT1. The cover plate 8 is preferably formed of an insulating material.

図6は、本実施の形態の第2例に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域の断面態様を示している。また図7は、本実施の形態の第3例に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域の断面態様を示している。図6を参照して、ここに図示される自己消弧型半導体素子領域は、図2に示す自己消弧型半導体素子領域と基本的に同様である。しかし図6の自己消弧型半導体素子領域は、図2の自己消弧型半導体素子領域に対し、後述するエミッタ用基板21と電気的に接続された導電材15を有する点において異なっている。導電材15は、カバープレート8の上、すなわちカバープレート8のZ方向上側の主表面に接するように配置される。導電材15は、導電性材料からなる平板状の部材である。   FIG. 6 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the second example of the present embodiment. FIG. 7 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the third example of the present embodiment. Referring to FIG. 6, the self-extinguishing type semiconductor device region shown here is basically the same as the self-extinguishing type semiconductor device region shown in FIG. However, the self-extinguishing semiconductor element region of FIG. 6 is different from the self-extinguishing semiconductor element region of FIG. 2 in that it has a conductive material 15 electrically connected to an emitter substrate 21 described later. The conductive material 15 is disposed on the cover plate 8, that is, in contact with the main surface on the upper side in the Z direction of the cover plate 8. The conductive material 15 is a flat member made of a conductive material.

図7は図6の自己消弧型半導体素子領域がZ方向に2つ以上積層、すなわち多段積層されている点において図6と異なっているが他は基本的に図6と同様である。図7を参照して、電力用半導体コアモジュール102A〜102Dが複数(たとえば2つ)の自己消弧型半導体素子領域MT1の積層により構成される場合には、個々の自己消弧型半導体素子領域MT1のカバープレート8の最上面に図6のような導電材15が配置されることが好ましい。このようにすれば、積層された個々の自己消弧型半導体素子領域MT1同士を容易に電気的に接続することができる。   FIG. 7 is basically the same as FIG. 6 except that two or more self-extinguishing semiconductor element regions in FIG. 6 are stacked in the Z direction, that is, multi-layered. Referring to FIG. 7, when power semiconductor core modules 102 </ b> A to 102 </ b> D are configured by stacking a plurality of (for example, two) self-extinguishing semiconductor element regions MT <b> 1, individual self-extinguishing semiconductor element regions are provided. A conductive material 15 as shown in FIG. 6 is preferably disposed on the uppermost surface of the cover plate 8 of MT1. In this way, the stacked self-extinguishing semiconductor element regions MT1 can be easily electrically connected to each other.

導電性部材9は、支持部材7内を上側金属板6側すなわちZ方向最下部の主表面からカバープレート8側すなわちZ方向最上部の主表面まで貫通するように配置される部材である。言い換えれば導電性部材9は、Z方向に関して上側金属板6と、カバープレート8との間に配置されている。すなわち図2および図5を参照して、支持部材7にはそのZ方向最下部の主表面からZ方向最上部の主表面までこれを貫通するように複数の円筒形の孔部が互いに間隔をあけて形成されている。当該円筒形の孔部のそれぞれの内部を挿通するように導電性部材9が配置される。したがって自己消弧型半導体素子領域MT1において導電性部材9は複数設置される。図5に示すように、たとえば支持部材7にはX方向およびY方向のそれぞれに7列ずつの円筒形の孔部が形成される(中央を除く)がこれに限られず、当該孔部の形成される列の数は任意である。   The conductive member 9 is a member arranged so as to penetrate through the support member 7 from the upper metal plate 6 side, that is, the main surface at the bottom in the Z direction, to the cover plate 8 side, that is, the main surface at the top in the Z direction. In other words, the conductive member 9 is disposed between the upper metal plate 6 and the cover plate 8 in the Z direction. 2 and 5, the support member 7 has a plurality of cylindrical holes spaced from each other so as to penetrate from the main surface at the bottom in the Z direction to the main surface at the top in the Z direction. Open and formed. The conductive member 9 is disposed so as to pass through the inside of each of the cylindrical holes. Therefore, a plurality of conductive members 9 are installed in the self-extinguishing semiconductor element region MT1. As shown in FIG. 5, for example, the support member 7 is formed with seven rows of cylindrical holes (except for the center) in each of the X direction and the Y direction, but is not limited thereto. The number of columns to be played is arbitrary.

信号端子10は、支持部材7内を上側金属板6側すなわちZ方向最下部の主表面からカバープレート8側すなわちZ方向最上部の主表面まで貫通するように配置される部材である。言い換えれば導電性部材9は、Z方向に関して上側金属板6と、カバープレート8との間に配置されている。この点においては信号端子10は導電性部材9と同様である。ただし信号端子10は支持部材7および上側金属板6の双方を貫通している。すなわち信号端子10は、上記のように支持部材7および上側金属板6の双方に形成された貫通孔11の内部を挿通するように配置されている。このため信号端子10は、支持部材7のZ方向最上部から、上側金属板6のZ方向最下部まで延びている。信号端子10は、互いに平面的に重なるように繋がった支持部材7の貫通孔11内および上側金属板6の貫通孔11内の双方を貫通している。この点においては信号端子10は、支持部材7のみを貫通する導電性部材9と異なっている。   The signal terminal 10 is a member arranged so as to penetrate through the support member 7 from the upper metal plate 6 side, that is, the main surface at the bottom in the Z direction, to the cover plate 8 side, that is, the main surface at the top in the Z direction. In other words, the conductive member 9 is disposed between the upper metal plate 6 and the cover plate 8 in the Z direction. In this respect, the signal terminal 10 is the same as the conductive member 9. However, the signal terminal 10 penetrates both the support member 7 and the upper metal plate 6. That is, the signal terminal 10 is disposed so as to pass through the through hole 11 formed in both the support member 7 and the upper metal plate 6 as described above. For this reason, the signal terminal 10 extends from the uppermost portion in the Z direction of the support member 7 to the lowermost portion in the Z direction of the upper metal plate 6. The signal terminal 10 passes through both the inside of the through hole 11 of the support member 7 and the inside of the through hole 11 of the upper metal plate 6 connected so as to overlap each other in a planar manner. In this respect, the signal terminal 10 is different from the conductive member 9 penetrating only the support member 7.

支持部材7および上側金属板6の双方に貫通孔11が形成されその内部を信号端子10が貫通する構成であることにより、電力用半導体装置101の製造時において、貫通孔11は信号端子10の配置場所および延在方向のガイドとして用いることができる。このため信号端子10の位置決めを容易に行なうことができる。   Since the through hole 11 is formed in both the support member 7 and the upper metal plate 6 and the signal terminal 10 penetrates the inside of the through hole 11, the through hole 11 is formed in the signal terminal 10 when the power semiconductor device 101 is manufactured. It can be used as a guide for placement location and extension direction. For this reason, the signal terminal 10 can be easily positioned.

導電性部材9および信号端子10を構成する材料は特に限定されず、任意の導電性材料とすることができる。また導電性部材9および信号端子10の形状は特に限定されず、弾性を有する形状であれば、バネ形状および棒形状など様々な形状とすることができる。図2においては一例としてバネ形状を有する導電性部材9および信号端子10が示されている。導電性部材9および信号端子10としてコイルバネまたは輪バネを用いた場合、導電性部材9および信号端子10の、そのZ方向上側および下側に接する部材(電力用半導体チップ4、カバープレート8など)に対して接触する圧力を均一にすることができる。その結果、導電性部材9および信号端子10は、これらが接触する部材との間の電気信号の入出力を電気的に安定させることができる。   The material which comprises the electroconductive member 9 and the signal terminal 10 is not specifically limited, It can be set as arbitrary electroconductive materials. In addition, the shapes of the conductive member 9 and the signal terminal 10 are not particularly limited, and can be various shapes such as a spring shape and a rod shape as long as they have elasticity. In FIG. 2, a conductive member 9 and a signal terminal 10 having a spring shape are shown as an example. When coil springs or ring springs are used as the conductive member 9 and the signal terminal 10, members that contact the upper side and the lower side of the conductive member 9 and the signal terminal 10 (power semiconductor chip 4, cover plate 8, etc.) Can be made uniform. As a result, the conductive member 9 and the signal terminal 10 can electrically stabilize the input / output of an electric signal between the conductive member 9 and the signal terminal 10.

再度図2を参照して、これらの他、自己消弧型半導体素子領域MT1には、エミッタ用基板21およびゲート用基板22が配置されている。エミッタ用基板21は、カバープレート8の下、すなわちカバープレート8のZ方向下側の主表面に接するように配置される平板状の部材である。すなわちエミッタ用基板21は、支持部材7とカバープレート8との間に配置されており、支持部材7およびカバープレート8と同様にXY平面に沿う主表面を有し、支持部材7およびカバープレート8と平面的に重なる領域を含むように配置されている。   Referring to FIG. 2 again, in addition to these, an emitter substrate 21 and a gate substrate 22 are disposed in the self-extinguishing semiconductor element region MT1. The emitter substrate 21 is a flat plate-like member that is disposed under the cover plate 8, that is, in contact with the main surface of the cover plate 8 on the lower side in the Z direction. That is, the emitter substrate 21 is disposed between the support member 7 and the cover plate 8, and has a main surface along the XY plane, like the support member 7 and the cover plate 8, and the support member 7 and the cover plate 8. It is arranged so as to include a region that overlaps with the plane.

図8は図2中のVIII−VIII線に沿うように、エミッタ用基板21の平面視における態様を示している。図8を参照して、エミッタ用基板21は電力用半導体コアモジュール102A〜102Dのそれぞれの平面視における全体と重なるように、XY平面に沿って拡がる、電力用半導体チップ4などよりも平面サイズの大きな部材である。図8においては一例として電力用半導体コアモジュール102Dに含まれるエミッタ用基板21を示しているが、他の電力用半導体コアモジュール102A〜102Cにも同様のエミッタ用基板21が配置される。エミッタ用基板21は、その全体がエミッタ端子に電気的に接続される導電性材料により構成された、平面視においてプレート状の部材である。   FIG. 8 shows an aspect in plan view of the emitter substrate 21 along the line VIII-VIII in FIG. Referring to FIG. 8, emitter substrate 21 has a plane size larger than that of power semiconductor chip 4 or the like that extends along the XY plane so as to overlap the entire power semiconductor core modules 102A to 102D in plan view. It is a big member. In FIG. 8, the emitter substrate 21 included in the power semiconductor core module 102D is shown as an example, but the same emitter substrate 21 is also disposed in the other power semiconductor core modules 102A to 102C. The emitter substrate 21 is a plate-like member in plan view, which is made of a conductive material that is electrically connected to the emitter terminal as a whole.

エミッタ用基板21は、その下側の主表面から上側の主表面までこれを貫通するエミッタ用基板ホール21Hを有している。エミッタ用基板ホール21Hは、電力用半導体コアモジュール102Dに含まれる複数の自己消弧型半導体素子領域MT1のそれぞれにおいて、支持部材7の貫通孔11および上側金属板6の貫通孔11の双方と平面的に重なるように配置されることが好ましい。従ってエミッタ用基板ホール21Hは貫通孔11と同様にたとえば円形の平面形状を有している。図8においては代表として自己消弧型半導体素子領域MT1に含まれる支持部材7(図1に示すようにX方向、Y方向のそれぞれに3列ずつ配置される)を点線の矩形状で示している。支持部材7は自己消弧型半導体素子領域MTと同数だけ配置されるため、図8においては図1の自己消弧型半導体素子領域MTと同様の位置に配置されている。   The emitter substrate 21 has an emitter substrate hole 21H penetrating therethrough from the lower main surface to the upper main surface. The emitter substrate hole 21H is planar with both the through hole 11 of the support member 7 and the through hole 11 of the upper metal plate 6 in each of the plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT1 included in the power semiconductor core module 102D. It is preferable to arrange so that it may overlap. Therefore, the emitter substrate hole 21H has, for example, a circular plane shape, like the through hole 11. In FIG. 8, the support members 7 included in the self-extinguishing semiconductor element region MT1 (represented by three rows in each of the X direction and the Y direction as shown in FIG. 1) are represented by dotted rectangles. Yes. Since the support members 7 are arranged in the same number as the self-extinguishing semiconductor element regions MT, in FIG. 8, they are arranged at the same positions as the self-extinguishing semiconductor element regions MT of FIG.

電力用半導体コアモジュール102Dに含まれる複数(5つ)の自己消弧型半導体素子領域MTのうち図の右上の自己消弧型半導体素子領域MTの支持部材7としての支持部材7Aに隣接する領域からは、エミッタ用基板21の端子としてのエミッタ用基板端子21Tが、図8のX方向右方に延びている。これは図2におけるカバープレート8よりも右方にエミッタ用基板21が延びたエミッタ用基板端子21Tに相当する。エミッタ用基板端子21Tからは電力用半導体装置101の外部への電気信号の入出力が可能となっている。   Of a plurality (five) of self-extinguishing semiconductor element regions MT included in the power semiconductor core module 102D, a region adjacent to the supporting member 7A as the supporting member 7 of the self-extinguishing semiconductor element region MT in the upper right of the figure. The emitter substrate terminal 21T as a terminal of the emitter substrate 21 extends rightward in the X direction in FIG. This corresponds to the emitter substrate terminal 21T in which the emitter substrate 21 extends to the right of the cover plate 8 in FIG. An electrical signal can be input / output to / from the power semiconductor device 101 from the emitter substrate terminal 21T.

導電性部材9のZ方向下側の端部は上側金属板6の最上面と接しているが、上側金属板6の最下面は電力用半導体チップ4に含まれる半導体素子のエミッタ(電極4E)に接続されている。このため導電性部材9のZ方向下側の端部は電力用半導体チップ4に含まれる半導体素子のエミッタ(電極4E)に接続されている。支持部材7内をZ方向に延びるように貫通する導電性部材9は、そのZ方向最上部が導電性のエミッタ用基板21と接触することでこれと電気的に接続され、そのZ方向最下部が上側金属板6と接触することでこれと電気的に接続されている。したがって複数の導電性部材9のそれぞれは、上下方向に延在した状態で、上側金属板6(電力用半導体チップ4に含まれる半導体素子のゲート)と、エミッタ用基板21との双方に当接している。   The lower end of the conductive member 9 in the Z direction is in contact with the uppermost surface of the upper metal plate 6, but the lowermost surface of the upper metal plate 6 is the emitter (electrode 4 E) of the semiconductor element included in the power semiconductor chip 4. It is connected to the. Therefore, the lower end portion of the conductive member 9 in the Z direction is connected to the emitter (electrode 4E) of the semiconductor element included in the power semiconductor chip 4. The conductive member 9 penetrating through the support member 7 so as to extend in the Z direction is electrically connected to the uppermost portion in the Z direction in contact with the conductive emitter substrate 21. Is electrically connected to the upper metal plate 6 by being in contact therewith. Accordingly, each of the plurality of conductive members 9 is in contact with both the upper metal plate 6 (the gate of the semiconductor element included in the power semiconductor chip 4) and the emitter substrate 21 in a state of extending in the vertical direction. ing.

ゲート用基板22は、カバープレート8の主表面に沿うように、XY平面に沿う主表面を有し、カバープレート8の内部に部分的に埋もれるように配置されている、平板状の部材である。ゲート用基板22の大部分は上記のようにXY平面に沿う主表面を有する領域であるが、その他にゲート用基板信号配線部22Lと、ゲート用基板端子22Tとを含んでいる。ゲート用基板信号配線部22Lは信号端子10のZ方向最上部から、エミッタ用基板21のエミッタ用基板ホール21Hを貫通してカバープレート8の内部までZ方向に延びる部分であり、ゲート用基板22のXY平面に延びる領域と機械的および電気的に接続されている。これに対してゲート用基板端子22Tは、カバープレート8内に埋もれたカバープレート8の主表面に沿うゲート用基板22の領域から、カバープレート8の外側に露出した領域である。このためゲート用基板端子22Tは、エミッタ用基板端子21Tと同様に図8のX方向右方に延びている。なおゲート用基板端子22Tもゲート用基板22のXY平面に延びる領域と機械的および電気的に接続されている。   The gate substrate 22 is a flat plate-like member that has a main surface along the XY plane so as to be along the main surface of the cover plate 8 and is partially buried in the cover plate 8. . Most of the gate substrate 22 is a region having a main surface along the XY plane as described above, but additionally includes a gate substrate signal wiring portion 22L and a gate substrate terminal 22T. The gate substrate signal wiring portion 22L extends from the top in the Z direction of the signal terminal 10 to the inside of the cover plate 8 through the emitter substrate hole 21H of the emitter substrate 21, and extends in the Z direction. It is mechanically and electrically connected to a region extending in the XY plane. On the other hand, the gate substrate terminal 22T is a region exposed to the outside of the cover plate 8 from the region of the gate substrate 22 along the main surface of the cover plate 8 buried in the cover plate 8. For this reason, the gate substrate terminal 22T extends rightward in the X direction in FIG. 8 in the same manner as the emitter substrate terminal 21T. The gate substrate terminal 22T is also mechanically and electrically connected to a region extending in the XY plane of the gate substrate 22.

図9は図2中のIX−IX線に沿うように、ゲート用基板22の平面視における態様を示している。図9を参照して、ゲート用基板22は、ゲート用基板信号配線部22Lおよびゲート用基板端子22Tを含め、その全体がゲート端子に電気的に接続される導電性材料により構成されている。ゲート用基板22はたとえば平面視においては電力用半導体コアモジュール102(102D)を構成する複数の自己消弧型半導体素子領域MT1の支持部材7を貫通する信号端子10同士を繋ぐように接続された、図9に示すような直線状(折れ線状)の平面形状であってもよい。あるいは図示しないがゲート用基板22もエミッタ用基板21と同様にプレート状であってもよい。そしてそのゲート用基板22の一部がカバープレート8からはみ出ることにより、電力用半導体コアモジュール102と平面的に重なる領域からはみ出たゲート用基板端子22Tが形成される。   FIG. 9 shows an aspect in plan view of the gate substrate 22 along the line IX-IX in FIG. Referring to FIG. 9, the gate substrate 22 includes the gate substrate signal wiring portion 22 </ b> L and the gate substrate terminal 22 </ b> T, and is entirely made of a conductive material that is electrically connected to the gate terminal. The gate substrate 22 is connected so as to connect the signal terminals 10 penetrating through the support members 7 of the plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT1 constituting the power semiconductor core module 102 (102D) in plan view, for example. A linear (polygonal) planar shape as shown in FIG. Alternatively, although not shown, the gate substrate 22 may be plate-like as the emitter substrate 21 is. Then, a part of the gate substrate 22 protrudes from the cover plate 8, thereby forming a gate substrate terminal 22 </ b> T that protrudes from a region overlapping the power semiconductor core module 102 in a plane.

ただし、仮にゲート用基板端子22Tが、エミッタ用基板端子21Tと同様に図の右上の支持部材7Aに隣接する領域から延びる場合、ゲート用基板22Tがエミッタ用基板端子21Tと短絡する恐れがある。ゲート用基板端子22Tとエミッタ用基板端子21Tとが互いに近接するためである。したがってこれを回避する観点からは、図9中に点線で示すように、たとえば支持部材7Aに隣接する他の支持部材7Bに隣接する領域からゲート用基板端子22Tが延びるように構成されてもよい。他の支持部材7Bに隣接する領域からゲート用基板端子22Tが延びる場合には、図2の断面図にはゲート用基板端子22Tは現れない。以上のように延びるゲート用基板端子22Tからは電力用半導体装置101の外部への電気信号の入出力が可能となっている。   However, if the gate substrate terminal 22T extends from a region adjacent to the support member 7A on the upper right side of the figure, like the emitter substrate terminal 21T, the gate substrate 22T may be short-circuited with the emitter substrate terminal 21T. This is because the gate substrate terminal 22T and the emitter substrate terminal 21T are close to each other. Therefore, from the viewpoint of avoiding this, as indicated by a dotted line in FIG. 9, for example, the gate substrate terminal 22T may extend from a region adjacent to the other support member 7B adjacent to the support member 7A. . When the gate substrate terminal 22T extends from a region adjacent to the other support member 7B, the gate substrate terminal 22T does not appear in the cross-sectional view of FIG. From the gate substrate terminal 22T extending as described above, an electric signal can be input and output to the outside of the power semiconductor device 101.

信号端子10のZ方向下側の端部は、電力用半導体チップ4に含まれる半導体素子のゲート(ゲートパッド4P)に直接接続されている。支持部材7内をZ方向に延びるように貫通する信号端子10は、そのZ方向最上部がゲート用基板信号配線部22Lと接触することでこれと電気的に接続され、そのZ方向最下部が電力用半導体チップ4のゲート(ゲートパッド4P)と接触することでこれと電気的に接続されている。したがって信号端子10は、上下方向に延在した状態で、電力用半導体チップ4のゲートパッド4Pと、ゲート用基板22との双方に当接している。   The lower end of the signal terminal 10 in the Z direction is directly connected to the gate (gate pad 4P) of the semiconductor element included in the power semiconductor chip 4. The signal terminal 10 penetrating through the support member 7 so as to extend in the Z direction is electrically connected to the Z-direction uppermost portion in contact with the gate substrate signal wiring portion 22L. By being in contact with the gate (gate pad 4P) of the power semiconductor chip 4, it is electrically connected thereto. Therefore, the signal terminal 10 is in contact with both the gate pad 4P of the power semiconductor chip 4 and the gate substrate 22 in a state of extending in the vertical direction.

以上の各部材を有する電力用半導体装置101の各自己消弧型半導体素子領域MTは、樹脂ケース13の内部に収納されている。すなわち樹脂ケース13の本体部分は、ベースプレート1とカバープレート8とを繋ぐように配置されている。   Each self-extinguishing semiconductor element region MT of the power semiconductor device 101 having the above-described members is housed in the resin case 13. That is, the main body portion of the resin case 13 is disposed so as to connect the base plate 1 and the cover plate 8.

以上に示す電力用半導体装置101、すなわち電力用半導体コアモジュール102の内部(樹脂ケース13の内部)には、各部材間の電気的な絶縁を目的とするガスが封入されてもよい。ガスの種類としては、六フッ化硫黄(SF6)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、乾燥空気からなる群から選択されるいずれか1種が用いられることが好ましい。特に六フッ化硫黄のガスは絶縁性能が良いため、高い絶縁性能が要求される場合は六フッ化硫黄のガスを使用するのが望ましい。また、電力用半導体コアモジュール102の樹脂ケース13の内部の電気的な絶縁を目的として、ガスの代わりに封止樹脂が封入されてもよい。封止樹脂の種類としては、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂などが使用できる。 Gas for the purpose of electrical insulation between the respective members may be enclosed in the power semiconductor device 101 described above, that is, in the power semiconductor core module 102 (inside the resin case 13). As a kind of gas, it is preferable to use any one selected from the group consisting of sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and dry air. In particular, since sulfur hexafluoride gas has good insulation performance, it is desirable to use sulfur hexafluoride gas when high insulation performance is required. Further, for the purpose of electrical insulation inside the resin case 13 of the power semiconductor core module 102, a sealing resin may be enclosed instead of the gas. As the kind of the sealing resin, silicone gel or epoxy resin can be used.

次に、本実施の形態の第1例の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、信号端子10は支持部材7および上側金属板6の双方を貫通しており、上側金属板6は電力用半導体チップ4の上に配置される。これにより、信号端子10は電力用半導体チップ4のゲートパッド4Pと直接電気的に接続される。これに対し、導電性部材9は支持部材7内を上側金属板6側からカバープレート8側まで貫通しており、上側金属板6は電力用半導体チップ4の上に配置される。したがって導電性部材9が上側金属板6の最上面と接することにより導電性部材9は電力用半導体チップ4のエミッタ電極4Eと電気的に接続される。
Next, the effect of the 1st example of this Embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, the signal terminal 10 penetrates both the support member 7 and the upper metal plate 6, and the upper metal plate 6 is disposed on the power semiconductor chip 4. Thereby, the signal terminal 10 is directly electrically connected to the gate pad 4P of the power semiconductor chip 4. In contrast, the conductive member 9 passes through the support member 7 from the upper metal plate 6 side to the cover plate 8 side, and the upper metal plate 6 is disposed on the power semiconductor chip 4. Therefore, when the conductive member 9 is in contact with the uppermost surface of the upper metal plate 6, the conductive member 9 is electrically connected to the emitter electrode 4 </ b> E of the power semiconductor chip 4.

このような構成を有することにより、本実施の形態においては、電極4Eおよびゲートパッド4Pを含む電力用半導体チップ4の表面上に接する端子が1本の信号端子10とされる。エミッタ用基板21に接続される導電性部材9は直接電力用半導体チップ4には接続されず、上側金属板6に接続されることにより、上側金属板6を介して電力用半導体チップ4と電気的に接続されている。このため、電力用半導体チップ4の表面上に接する端子の数を減少させることができ、電力用半導体チップ4の表面の保護効果を高めることができる。また導電性部材9は広い上側金属板6の主表面の任意の位置に接続可能であり、複数の導電性部材9間に必要な距離を保つことができる。このため、たとえば導電性部材9が電力用半導体チップ4の狭い電極上に接続される場合に比べて、電力用半導体チップ4と電気的に安定するように接続させることができる。   By having such a configuration, in this embodiment, a terminal in contact with the surface of the power semiconductor chip 4 including the electrode 4E and the gate pad 4P serves as one signal terminal 10. The conductive member 9 connected to the emitter substrate 21 is not directly connected to the power semiconductor chip 4, but is connected to the upper metal plate 6, thereby being electrically connected to the power semiconductor chip 4 via the upper metal plate 6. Connected. For this reason, the number of terminals in contact with the surface of the power semiconductor chip 4 can be reduced, and the protective effect of the surface of the power semiconductor chip 4 can be enhanced. Further, the conductive member 9 can be connected to any position on the main surface of the wide upper metal plate 6, and a necessary distance can be maintained between the plurality of conductive members 9. For this reason, compared with the case where the electroconductive member 9 is connected on the narrow electrode of the semiconductor chip 4 for electric power, for example, it can be connected so that it may be electrically stabilized with the semiconductor chip 4 for electric power.

また本実施の形態においては、電力用半導体チップ4のゲートパッド4Pから真上に延びる信号端子10によりゲートの電気信号が取り出される。このため、たとえば半導体チップのゲート電極が、当該半導体チップの平面視における外側に配置されたゲートランナーに、ボンディングワイヤを介して接続される場合に比べて、電力用半導体装置101全体の平面積を削減し、電力用半導体装置101を小型化することができる。   Further, in the present embodiment, an electrical signal of the gate is taken out by the signal terminal 10 extending right above the gate pad 4P of the power semiconductor chip 4. For this reason, for example, compared with the case where the gate electrode of the semiconductor chip is connected to the gate runner arranged outside in the plan view of the semiconductor chip via the bonding wire, the plane area of the entire power semiconductor device 101 is reduced. Thus, the power semiconductor device 101 can be reduced in size.

また信号端子10は、支持部材7および上側金属板6の双方の貫通孔11内に挿通されるため、その位置が貫通孔11によりガイドされる。したがって信号端子10の位置決めを容易に行なうことができる。   Further, since the signal terminal 10 is inserted into the through holes 11 of both the support member 7 and the upper metal plate 6, the position thereof is guided by the through holes 11. Therefore, the signal terminal 10 can be easily positioned.

また再度図5を参照して、本実施の形態の第1例においては、支持部材7において、複数の導電性部材9が、平面視において信号端子10に関して対称に配置される。すなわち支持部材7を平面視したときに信号端子10がその中央に配置され、その周囲に複数の導電性部材9が、信号端子10に対して互いに線対称および点対称の位置関係となるように配置されている。このように信号端子10を取り囲むように複数の導電性部材9が均等に配置されている。一方、信号端子10はカバープレート8内のゲート用基板22と接触し電気的に接続され、導電性部材9はカバープレート8のZ方向下側の主表面に接するエミッタ用基板21と接触し電気的に接続される。このため信号端子10がその弾性力によりゲート用基板22を保持する力、および導電性部材9がその弾性力によりエミッタ用基板21を保持する力が均一となる。このことからも、信号端子10とゲート用基板22との接続、および導電性部材9とエミッタ用基板21との接続の電気的安定性を向上させることができる。   Referring again to FIG. 5, in the first example of the present embodiment, in support member 7, a plurality of conductive members 9 are arranged symmetrically with respect to signal terminal 10 in plan view. That is, when the support member 7 is viewed in plan, the signal terminal 10 is arranged at the center thereof, and the plurality of conductive members 9 are arranged in a line-symmetrical and point-symmetrical positional relationship with respect to the signal terminal 10. Has been placed. In this way, the plurality of conductive members 9 are evenly arranged so as to surround the signal terminal 10. On the other hand, the signal terminal 10 is in contact with and electrically connected to the gate substrate 22 in the cover plate 8, and the conductive member 9 is in contact with the emitter substrate 21 in contact with the main surface on the lower side of the cover plate 8 in the Z direction. Connected. Therefore, the force that the signal terminal 10 holds the gate substrate 22 by the elastic force and the force that the conductive member 9 holds the emitter substrate 21 by the elastic force become uniform. Also from this, the electrical stability of the connection between the signal terminal 10 and the gate substrate 22 and the connection between the conductive member 9 and the emitter substrate 21 can be improved.

次に、図10は、本実施の形態の第4例に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域MT2の断面態様を示している。また図11は図10中のXI−XI線に沿うように、本実施の形態の第4例における支持部材7の平面視における態様を示している。図10および図11を参照して、本実施の形態の第4例の自己消弧型半導体素子領域MT2は、基本的に自己消弧型半導体素子領域MT1と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし自己消弧型半導体素子領域MT2においては、信号端子10と複数の導電性部材9との位置関係が自己消弧型半導体素子領域MT1とは異なっている。具体的には、自己消弧型半導体素子領域MT2においては、信号端子10は導電性部材9のX方向に複数列(ここでは7列)並ぶうちの最もX方向右側の列に配置されており、これをX方向左側およびY方向上下側から囲むように複数の導電性部材9が配置されている。つまり自己消弧型半導体素子領域MT2においては、信号端子10のX方向右側には導電性部材9が配置されていない。この点において自己消弧型半導体素子領域MT2は、信号端子10がX方向およびY方向に関して複数の導電性部材9の中央部に配置される自己消弧型半導体素子領域MT1と異なっている。なお図11に示すように、信号端子10はX方向に関しては複数列並ぶ導電性部材9の最もX方向右側の列に配置されるが、Y方向に関しては自己消弧型半導体素子領域MT1と同様に複数列並ぶ導電性部材9の中央の列に配置される。   Next, FIG. 10 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region MT2 as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the fourth example of the present embodiment. ing. Moreover, FIG. 11 has shown the aspect in planar view of the supporting member 7 in the 4th example of this Embodiment so that the XI-XI line in FIG. 10 may be met. Referring to FIG. 10 and FIG. 11, the self-extinguishing semiconductor element region MT2 of the fourth example of the present embodiment has basically the same configuration as the self-extinguishing semiconductor element region MT1, and therefore the same The same reference numerals are given to the constituent elements, and the description thereof will not be repeated. However, in the self-extinguishing semiconductor element region MT2, the positional relationship between the signal terminal 10 and the plurality of conductive members 9 is different from that in the self-extinguishing semiconductor element region MT1. Specifically, in the self-extinguishing semiconductor element region MT2, the signal terminals 10 are arranged in the rightmost column in the X direction among a plurality of columns (here, seven columns) arranged in the X direction of the conductive member 9. A plurality of conductive members 9 are arranged so as to surround this from the left side in the X direction and the upper and lower sides in the Y direction. That is, the conductive member 9 is not disposed on the right side in the X direction of the signal terminal 10 in the self-extinguishing semiconductor element region MT2. In this respect, the self-extinguishing semiconductor element region MT2 is different from the self-extinguishing semiconductor element region MT1 in which the signal terminal 10 is disposed at the center of the plurality of conductive members 9 in the X direction and the Y direction. As shown in FIG. 11, the signal terminals 10 are arranged in the rightmost column in the X direction of the conductive members 9 arranged in a plurality of columns in the X direction, but the same as the self-extinguishing semiconductor element region MT1 in the Y direction. Are arranged in the central row of the conductive members 9 arranged in a plurality of rows.

図10および図11に示すように、信号端子10は平面視において導電性部材9の行列状の配置の中央部(逆に言えば導電性部材9が平面視において信号端子10に関して対称)となるように配置されなくてもよい。信号端子10の導電性部材9に対する位置は、自己消弧型半導体素子領域MTの構造などを考慮して適宜決定することができる。図示されないが、たとえば複数並ぶ導電性部材9の最もX方向左側の列に信号端子10が配置されてもよいし、複数並ぶ導電性部材9の最もY方向手前側または奥側の列に信号端子10が配置されてもよい。   As shown in FIGS. 10 and 11, the signal terminal 10 is a central portion of the matrix-like arrangement of the conductive members 9 in plan view (in other words, the conductive members 9 are symmetrical with respect to the signal terminal 10 in plan view). It does not need to be arranged in this way. The position of the signal terminal 10 with respect to the conductive member 9 can be appropriately determined in consideration of the structure of the self-extinguishing semiconductor element region MT. Although not shown, for example, the signal terminals 10 may be disposed in the leftmost column in the X direction of the plurality of conductive members 9 arranged, or the signal terminals may be arranged in the row in the front or back side in the Y direction of the plurality of conductive members 9 arranged. 10 may be arranged.

図12は、本実施の形態の第5例に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域MT2の断面態様を示している。図12を参照して、本実施の形態の第5例の自己消弧型半導体素子領域の支持部材7は、基本的に図5の支持部材7と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図12においては貫通孔11が矩形(正方形)の平面形状を有しており、この点において貫通孔11が円形の平面形状を有する図5の支持部材7とは異なっている。このように貫通孔11の平面形状は任意である。なお図12の構成の場合、支持部材7の貫通孔11が矩形状であることに伴い、その真下の上側金属板6の貫通孔11も同様に矩形状となる。   FIG. 12 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region MT2 as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the fifth example of the present embodiment. Referring to FIG. 12, support member 7 in the self-extinguishing semiconductor element region of the fifth example of the present embodiment basically has the same configuration as support member 7 in FIG. Are denoted by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated. However, in FIG. 12, the through hole 11 has a rectangular (square) planar shape, and in this respect, the through hole 11 is different from the support member 7 of FIG. 5 having a circular planar shape. Thus, the planar shape of the through hole 11 is arbitrary. In the case of the configuration of FIG. 12, the through hole 11 of the upper metal plate 6 immediately below the through hole 11 of the support member 7 has a rectangular shape as well.

実施の形態2.
本実施の形態の電力用半導体装置の構成について、図13〜図15を用いて説明する。図13は本実施の形態における支持部材7の平面視における態様を示している。図14は図13のXIV−XIV線に沿うように、本実施の形態の一の信号端子10Aを含む部分の断面態様を示している。図15は図13のXV−XV線に沿うように、本実施の形態の他の信号端子10Bを含む部分の断面態様を示している。
Embodiment 2. FIG.
The structure of the power semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows an aspect in plan view of the support member 7 in the present embodiment. FIG. 14 shows a cross-sectional aspect of a portion including the signal terminal 10A of the present embodiment along the line XIV-XIV in FIG. FIG. 15 shows a cross-sectional aspect of a portion including another signal terminal 10B of the present embodiment along the XV-XV line of FIG.

図13〜図15を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置101(図1参照)においては、電力用半導体コアモジュール102に複数含まれる自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域MT3が配置されている。自己消弧型半導体素子領域MT3は、基本的に自己消弧型半導体素子領域MT1と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし自己消弧型半導体素子領域MT3においては、2つの信号端子10としての一の信号端子10Aおよび他の信号端子10Bを有している。このように本実施の形態の自己消弧型半導体素子領域MT3は、信号端子10を複数有している点において、単一の信号端子10のみを有する実施の形態1の自己消弧型半導体素子領域MT1,MT2とは異なっている。   Referring to FIGS. 13 to 15, in power semiconductor device 101 (see FIG. 1) of the present embodiment, as one of self-extinguishing semiconductor element regions MT included in a plurality of power semiconductor core modules 102. The self-extinguishing semiconductor element region MT3 is disposed. Since the self-extinguishing semiconductor element region MT3 basically has the same configuration as the self-extinguishing semiconductor element region MT1, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. However, the self-extinguishing semiconductor element region MT3 has one signal terminal 10A and the other signal terminal 10B as the two signal terminals 10. As described above, the self-extinguishing semiconductor element region MT3 according to the present embodiment has only a single signal terminal 10 in that it has a plurality of signal terminals 10. This is different from the regions MT1 and MT2.

図13および図14を参照して、自己消弧型半導体素子領域MT3における一の信号端子10Aは、そのZ方向下側の端部が、自己消弧型半導体素子としての電力用半導体チップ4のゲートパッド4Pに直接接続されている。また一の信号端子10Aは、そのZ方向上側の端部が、ゲート用基板信号配線部22Lと接続されている。したがって一の信号端子10Aは、実施の形態1の信号端子10と同様に、上下方向に延在した状態で、電力用半導体チップ4のゲートパッド4Pと、ゲート用基板22との双方に当接している。また図13および図15を参照して、自己消弧型半導体素子領域MT3における他の信号端子10Bは、そのZ方向最上部がエミッタ用基板21と接触することでこれと電気的に接続され、そのZ方向最下部が電力用半導体チップ4のエミッタパッド4EPに直接接続されている。したがって他の信号端子10Bは、電力用半導体チップ4のエミッタパッド4EPと、エミッタ用基板21との双方に当接している。   Referring to FIGS. 13 and 14, one signal terminal 10A in self-extinguishing semiconductor element region MT3 has a lower end in the Z direction of power semiconductor chip 4 as a self-extinguishing semiconductor element. It is directly connected to the gate pad 4P. One signal terminal 10A has its upper end in the Z direction connected to the gate substrate signal wiring portion 22L. Accordingly, one signal terminal 10A is in contact with both the gate pad 4P of the power semiconductor chip 4 and the gate substrate 22 in a state of extending in the vertical direction, like the signal terminal 10 of the first embodiment. ing. Referring to FIGS. 13 and 15, the other signal terminal 10B in the self-extinguishing semiconductor element region MT3 is electrically connected to the top of the Z direction in contact with the emitter substrate 21, The lowermost portion in the Z direction is directly connected to the emitter pad 4EP of the power semiconductor chip 4. Therefore, the other signal terminal 10B is in contact with both the emitter pad 4EP of the power semiconductor chip 4 and the emitter substrate 21.

すなわち本実施の形態においては、図15に示すように、エミッタ端子をエミッタ用基板21側へ取り出す部材として、導電性部材9に加え、他の信号端子10Bが併用されている。このように信号端子10を用いてエミッタ端子を取り出すことを可能としてもよい。自己消弧型半導体素子領域MTを実施の形態1の自己消弧型半導体素子領域MT1,MT2のように1つのみの信号端子10を有する構成とするか、本実施の形態の自己消弧型半導体素子領域MT3のように複数の信号端子10を有する構成とするかは、自己消弧型半導体素子領域MTの構造により適宜決めることができる。   That is, in this embodiment, as shown in FIG. 15, in addition to the conductive member 9, another signal terminal 10B is used in combination as a member for taking out the emitter terminal to the emitter substrate 21 side. In this way, the emitter terminal may be extracted using the signal terminal 10. The self-extinguishing type semiconductor element region MT is configured to have only one signal terminal 10 like the self-extinguishing type semiconductor element regions MT1 and MT2 in the first embodiment, or the self-extinguishing type in this embodiment. Whether to have a plurality of signal terminals 10 as in the semiconductor element region MT3 can be determined as appropriate depending on the structure of the self-extinguishing semiconductor element region MT.

このように本実施の形態においては複数(2つ)の信号端子10を有するため、これを挿通させる貫通孔11も、上側金属板6および支持部材7の双方に複数(2つ)形成されている。当該貫通孔11は3つ以上形成されてもよい。   As described above, since the present embodiment has a plurality (two) of signal terminals 10, a plurality (two) of through holes 11 through which the signal terminals 10 are inserted are formed in both the upper metal plate 6 and the support member 7. Yes. Three or more through holes 11 may be formed.

図14および図15においては信号端子10A,10Bはともに支持部材7において複数の導電性部材9の行列状の配置の外縁部すなわちX方向右側に配置されている。しかしこれに限らず、たとえば一の信号端子10Aは複数の導電性部材9の行列状の配置の中央部に、他の信号端子10Bは当該行列状の配置の外縁部に配置されてもよいし、その逆でもよい。もしくは信号端子10A,10Bともに互いに間隔をあけて複数の導電性部材9の行列状の配置の比較的中央寄りの位置に配置されてもよい。これらの信号端子10Aの配置は自己消弧型半導体素子領域MTの構造により適宜決めることができる。   14 and 15, the signal terminals 10 </ b> A and 10 </ b> B are both arranged on the outer edge of the matrix arrangement of the plurality of conductive members 9 on the support member 7, that is, on the right side in the X direction. However, the present invention is not limited to this. For example, one signal terminal 10A may be arranged at the center of the matrix arrangement of the plurality of conductive members 9, and the other signal terminal 10B may be arranged at the outer edge of the matrix arrangement. Or vice versa. Alternatively, the signal terminals 10 </ b> A and 10 </ b> B may be arranged at positions relatively closer to the center of the matrix arrangement of the plurality of conductive members 9 with a space therebetween. The arrangement of these signal terminals 10A can be appropriately determined depending on the structure of the self-extinguishing semiconductor element region MT.

本実施の形態の作用効果は実施の形態1の第1例の作用効果と同様であるため、その説明を繰り返さない。   Since the effect of this Embodiment is the same as the effect of the 1st example of Embodiment 1, the description is not repeated.

実施の形態3.
図16は、本実施の形態に係る、図1中に複数並ぶ自己消弧型半導体素子領域MTの1つとしての自己消弧型半導体素子領域MT4の断面態様を示している。また図17は図16中の点線で囲まれた領域XVII内に配置される信号端子の態様を示している。図16および図17を参照して、本実施の形態の自己消弧型半導体素子領域MT4は、基本的に自己消弧型半導体素子領域MT1と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし自己消弧型半導体素子領域MT4においては、信号端子10の代わりに、絶縁被覆膜付き信号端子17が配置されている点において、自己消弧型半導体素子領域MT1と異なっている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 16 shows a cross-sectional aspect of a self-extinguishing semiconductor element region MT4 as one of a plurality of self-extinguishing semiconductor element regions MT arranged in FIG. 1 according to the present embodiment. FIG. 17 shows a mode of signal terminals arranged in a region XVII surrounded by a dotted line in FIG. Referring to FIGS. 16 and 17, self-extinguishing semiconductor element region MT4 of the present embodiment basically has the same configuration as self-extinguishing semiconductor element region MT1, and therefore the same components are The same reference numerals are given and the description thereof is not repeated. However, the self-extinguishing type semiconductor element region MT4 is different from the self-extinguishing type semiconductor element region MT1 in that a signal terminal 17 with an insulating coating film is arranged instead of the signal terminal 10.

図17に示すように、絶縁被覆膜付き信号端子17においては、実施の形態1などと同様の導電性材料の信号端子10の表面が、絶縁被覆膜12により被覆された構成を有している。つまり絶縁被覆膜付き信号端子17は、信号端子10の表面が絶縁被覆膜12により覆われた構成を有している。ここでの絶縁被覆膜12は、実施の形態1などにおいて信号端子10が挿通する貫通孔11の内壁面を覆う絶縁被覆膜12と同様に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド系樹脂からなる群から選択されるいずれか1つが用いられることが好ましい。   As shown in FIG. 17, the signal terminal 17 with the insulating coating film has a configuration in which the surface of the signal terminal 10 made of the same conductive material as that of the first embodiment is covered with the insulating coating film 12. ing. That is, the signal terminal 17 with the insulating coating film has a configuration in which the surface of the signal terminal 10 is covered with the insulating coating film 12. The insulating coating film 12 here is made of a silicone resin, an epoxy resin, or an imide resin, similarly to the insulating coating film 12 covering the inner wall surface of the through hole 11 through which the signal terminal 10 is inserted in the first embodiment. Any one selected from the group is preferably used.

本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態においては絶縁被覆膜12が、信号端子10の表面を覆うように形成されている。この場合、あらかじめ信号端子10の表面が絶縁被覆膜12で覆われるため、上側金属板6および支持部材7の貫通孔11の内壁面に絶縁被覆膜12を設ける必要がなくなり、製造工程を簡素化することができる。   The effect of this Embodiment is demonstrated. In the present embodiment, the insulating coating film 12 is formed so as to cover the surface of the signal terminal 10. In this case, since the surface of the signal terminal 10 is covered with the insulating coating film 12 in advance, it is not necessary to provide the insulating coating film 12 on the inner wall surface of the through hole 11 of the upper metal plate 6 and the support member 7, and the manufacturing process is reduced. It can be simplified.

以上に述べた各実施の形態(に含まれる各例)に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。   You may apply so that the characteristic described in each embodiment described above (each example contained in) may be combined suitably in the range with no technical contradiction.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 ベースプレート、3 下側金属板、4 電力用半導体チップ、4E 電極、4P ゲートパッド、6 上側金属板、7 支持部材、8 カバープレート、9 導電性部材、10 信号端子、10A 一の信号端子、10B 他の信号端子、11 貫通孔、12 絶縁被覆膜、13 樹脂ケース、15 導電材、17 絶縁被覆膜付き信号端子、21 エミッタ用基板、21H エミッタ用基板ホール、21T エミッタ用基板端子、22 ゲート用基板、22L ゲート用基板信号配線部、22T ゲート用基板端子、101 電力用半導体装置、102,102A,102B,102C,102D 電力用半導体コアモジュール、DI ダイオード領域、MT,MT1,MT2,MT3,MT4 自己消弧型半導体素子領域。   1 base plate, 3 lower metal plate, 4 power semiconductor chip, 4E electrode, 4P gate pad, 6 upper metal plate, 7 support member, 8 cover plate, 9 conductive member, 10 signal terminal, 10A one signal terminal, 10B Other signal terminal, 11 Through hole, 12 Insulating coating film, 13 Resin case, 15 Conductive material, 17 Signal terminal with insulating coating film, 21 Emitter substrate, 21H Emitter substrate hole, 21T Emitter substrate terminal, 22 gate substrate, 22L gate substrate signal wiring section, 22T gate substrate terminal, 101 power semiconductor device, 102, 102A, 102B, 102C, 102D power semiconductor core module, DI diode region, MT, MT1, MT2, MT3, MT4 Self-extinguishing semiconductor element region.

Claims (7)

ベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置される下側金属板と、
前記下側金属板上に配置される電力用半導体チップと、
前記電力用半導体チップ上に配置される上側金属板と、
前記上側金属板上に配置される支持部材と、
前記支持部材上に配置されるカバープレートと、
前記支持部材内を前記上側金属板側から前記カバープレート側まで貫通するように配置される、導電性部材および信号端子とを備え、
前記信号端子は前記支持部材および前記上側金属板の双方を貫通する、電力用半導体装置。
A base plate;
A lower metal plate disposed on the base plate;
A power semiconductor chip disposed on the lower metal plate;
An upper metal plate disposed on the power semiconductor chip;
A support member disposed on the upper metal plate;
A cover plate disposed on the support member;
A conductive member and a signal terminal arranged so as to penetrate the support member from the upper metal plate side to the cover plate side;
The power semiconductor device, wherein the signal terminal penetrates both the support member and the upper metal plate.
前記支持部材と前記信号端子とは絶縁被覆膜により互いに電気的に絶縁されている、請求項1に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 1, wherein the support member and the signal terminal are electrically insulated from each other by an insulating coating film. 前記絶縁被覆膜は、前記支持部材および前記上側金属板の双方を貫通する孔部の壁面に配置される、請求項2に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating coating film is disposed on a wall surface of a hole that penetrates both the support member and the upper metal plate. 前記信号端子の表面は前記絶縁被覆膜により覆われている、請求項2に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 2, wherein a surface of the signal terminal is covered with the insulating coating film. 前記絶縁被覆膜は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド系樹脂からなる群から選択されるいずれか1つである、請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。   5. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating coating film is any one selected from the group consisting of a silicone resin, an epoxy resin, and an imide resin. 前記導電性部材は、平面視において前記信号端子に関して対称に配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive member is disposed symmetrically with respect to the signal terminal in a plan view. 前記導電性部材および前記信号端子の少なくともいずれか1つはバネ構造を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
The power semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the conductive member and the signal terminal has a spring structure.
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