JP2991010B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば絶縁ゲート形バ
イポーラトランジスタ (ＩＧＢＴ) のような半導体素子
の複数個を一つの容器内に収容した半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数個の一種あるいは複数種の半導体素
子を一つの容器内に収容してモジュール化することは、
容量の増大、配線の手数の省略などの点で広く行われて
いる。例えば、現在のＩＧＢＴモジュールと呼ばれてい
るものは、ＩＧＢＴチップの複数個とフライホイールダ
イオードチップを一つの容器内に収容し、各素子チップ
の上面上にあるエミッタおよびカソード電極のような主
電極およびゲート電極のような制御電極からそれぞれア
ルミニウムボンディングワイヤを多数本引き出すことに
より接続されている。従って、このようなＩＧＢＴモジ
ュールにおいては、冷却はチップ下面コレクタ側から行
われるのみである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＩＧＢ
Ｔモジュールではエミッタ側の接続は300 μｍ程度の直
径のアルミニウムワイヤボンディングに依存しているの
で、コレクタ側からの熱の放散は出来るが、エミッタ側
からの熱の放散は殆ど期待出来ないため電流容量が制限
される。
【０００４】特にＩＧＢＴモジュールは、最近、産業用
あるいは車両用として従来よりさらに大容量でコンパク
トなものが要求されているが、モジュールが大容量にな
ればなるほど、モジュール内に集積するＩＧＢＴチップ
の必要数が多くなり、モジュール自身の大形化が避けら
れない状況である。また、必然的にモジュール内でのボ
ンディングされるアルミニウムワイヤの数が多くなり、
数十本から数百本にもなるため、振動等に対する信頼性
が大きな問題となっている。その上、アルミニウムワイ
ヤやそれらが接続される端子の配線が長くなり、その結
果、それらの持つインダクタンスが大きくなってしま
い、大電流ターンオフ時の電圧のはね上がりが大きくな
り装置構成上不都合となっている。これに対し、エミッ
タ接続にワイヤボンディングを用いず、従来ＧＴＯサイ
リスタなどの平形半導体素子において行われているよう
に、上部エミッタ電極とエミッタ端子体とを面接触によ
り接続することが考えられている。しかしながら、複数
のＩＧＢＴチップとフライホイールダイオードを同時
に、共通の端子体により並列に加圧接触させる場合、加
圧前に共通の端子体の下面とそれぞれのチップ上面の電
極までの距離がばらついていれば、モジュール全体とし
ての均等加圧が出来なくなり、均一な通電が不可能とな
る。 本発明の目的は、容器内に収容された複数の半導
体素子の各半導体素体の一主面上の電極に対し、均等加
圧により端子体を接触させることのできる半導体装置お
よびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置は、絶縁性側壁とその側壁の
上下両端にそれぞれ外周部で結合される導電性の上下端
子板とから形成される容器中に複数個の半導体素体が収
容され、半導体素体の下面の電極板が共通の下部端子板
に固着され各半導体素体の上面の電極には共通の上部端
子板がそれぞれ個々に高さの調整された中間端子体を介
して対向し、上部端子板に対する加圧により中間端子体
が各半導体素体の上面の電極面に接触可能なものとす
る。中間端子体が所定厚さの平板部と頂面が半導体素体
電極面に接触可能の突出部となり、その突出部の高さが
調整されたことが有効である。そのような半導体装置の
製造方法は、容器の絶縁性側壁と下部端子板の外周部と
結合する工程と、下部端子板の表面に各半導体素体の下
面側の電極板を固着する工程と、固着された各半導体素
体の上部電極面の下部端子板外面からの高さを測定する
工程と、中間端子体の突出部の高さを、その測定で得た
前記上部電極面の高さから所定の値を引いた値の厚さだ
け研磨する工程と、突出部を研磨した中間端子体を各半
導体素体上に載せる工程と、絶縁性側壁と上部端子板の
外周部とを結合する工程とを含むものとする。中間端子
体の輪郭を半導体素体の輪郭と同一にし、中間端子体を
筒状治具を用いて半導体素体に位置合わせして載せるこ
とが良い方法である。
【０００６】
【作用】上部端子板と半導体素体の電極面の間に、各半
導体素体の電極面の高さに対応して高さを調整できる中
間端子体を挿入することにより、半導体素体の厚さの相
違あるいはろう付け厚さの相違を吸収して中間端子体上
面の高さが等しくなり、外部からの上部端子板への圧力
は均一に各半導体素体の電極面と中間端子の表面との界
面に加わり、各半導体素体からの放熱が、従来のように
下部端子板だけでなく上部端子板からも均等に行われる
ため、冷却効率が飛躍的に増大する。中間端子体の高さ
の調整は、中間端子体に設けた突出部を研磨することに
より容易にできる。また中間端子体の輪郭を半導体素体
の輪郭と同一にすることにより、両者の位置合わせが、
筒状治具を用いて簡単にできる。
【０００７】
【実施例】図２は本発明の一実施例のＩＧＢＴモジュー
ルの下部構造の平面図であり、容器のセラミック側壁11
の内部には、５個のＩＧＢＴチップ１と１個のフライホ
イールダイオードチップ２が収容されている。各ＩＧＢ
Ｔチップ１の上面には二つのエミッタ電極３、ダイオー
ドチップ２の上面にはカソード電極４が設けられてい
る。各チップの外側にゲート配線５がめぐらされ、各Ｉ
ＧＢＴチップのゲートパッドとアルミニウムのボンディ
ングワイヤ６によって接続され、容器側壁を貫通するゲ
ートリード７によって外部に引出されている。
【０００８】図１(a) 〜(i) はこのＩＧＢＴモジュール
の上部構造の組立工程を、図２の平面図内にＡ−Ａ線で
示す位置での断面図により示したものである。先ず、セ
ラミックからなる容器側壁11に中央に間隔片13を固着し
た導電性の下部端子板12をろう付けする〔同図(a) 〕。
下部端子板12には位置決め治具挿入用の溝14が掘られて
いる。次に、ＩＧＢＴチップ１のコレクタ電極およびダ
イオードチップ２のアノード電極を下側にして下部端子
板12の溝14に囲まれた領域に、例えば高温はんだでろう
付けする〔同図(b) 〕。このとき、ＩＧＢＴチップ１と
ダイオードチップ２との厚さの違いは200 μｍ程度あ
り、ＩＧＢＴチップ１同志の間にも厚さの違いは±15μ
ｍ程度ある。また、高温はんだ層の厚さのばらつきも±
30μｍ程度発生する。そこで、同図(c) にｈで示すチッ
プ上面の端子板12下面からの高さを、例えばレーザ測長
機などの精密測定器を利用して0.５μｍ程度の分解能に
てそれぞれのチップに対して測定する。次に位置決め用
の筒状治具15を用意し〔同図(d) 〕、これを下部端子板
12の溝14に挿入し、つづいて図２のＩＧＰＴ平面図に示
したゲートワイヤ６のボンディングを行う〔同図(e)
〕。そして治具15の内部に中間端子体81、82を入れる
〔同図(f) 〕。ＩＧＢＴチップ１用の中間端子体81に
は、図３のようにエミッタ電極３の平面形状に対応する
形状の帯状突出部83が形成され、ダイオードチップ２用
の中間端子体82には、図４のようにカソード電極４の平
面形状に対応する形状の正方形の突出部84が形成されて
いる。既に測定された図１(c) のｈのデータに基づき、
パソコンなどにて処理を行い、下部端子板12の下面から
中間端子体81あるいは82の上面までの高さＨが等しくな
るように、突出部83あるいは84の頂面を砥石研削等によ
り１μｍ程度の精度にて精密研磨を行う。中間端子体8
1、82挿入後、高さＨのチェックを行う。安全のために
中間端子体81、82の上になお残っている高さＨのばらつ
きを吸収する、無酸素銅などからなる厚さ100 μｍ程度
の緩衝板９を載せ〔同図(g) 〕、共通上部端子板16を容
器側壁に気密に結合したのち、通気孔17からチッソ・ヘ
リウムなどを封入し、封じ切る〔同図(h)(i)〕。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素体の厚さその
他のばらつきによる複数の半導体素体の上部電極面の高
さの差を、その電極面と上部端子板の間に挿入する中間
端子体の高さにより相殺することにより上部端子板を介
しての外部からの圧力により、半導体素体と上部端子板
との間に均一な加圧接触による接続が行われる。これに
より一つの容器内に収容した複数の半導体素子の両面冷
却が可能になり、電流容量が倍増した、インダクタンス
に低減した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＩＧＢＴモジュールの製造
方法の工程を(a) ないし(i) の順に示す断面図
【図２】図１の工程で製造されるＩＧＢＴモジュールの
上部構造を除いての平面図
【図３】図１の製造方法に用いられたＩＧＢＴ用中間端
子体の側面図
【図４】図１の製造方法に用いられたダイオード中間端
子体の側面図
【符号の説明】
１ ＩＧＢＴチップ ２ ダイオードチップ ３ エミッタ電極 ４ カソード電極 11 セラミック側壁 12 下部端子板 14 溝 15 位置決め治具 16 上部端子板 81 ＩＧＢＴ用中間端子体 82 ダイオード用中間端子体 83、84 突出部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁性側壁とその側壁の上下両端にそれぞ
    れ外周部で結合される導電性の上下端子板とから形成さ
    れる容器中に複数個の半導体素体が収容され、半導体素
    体の下面側の電極板が共通の下部端子板に固着され、各
    半導体素体の上面の電極に共通の上部端子板がそれぞれ
    個々に高さの調整された中間端子体を介して対向し、上
    部端子板に対する加圧により中間端子体が各半導体素体
    の上面の電極面に接触可能なことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項２】中間端子体が所定の厚さの平坦部と頂面が
    半導体素体電極面に接触可能の突出部よりなり、その突
    出部の高さが調整された請求項１記載の半導体装置およ
    びその製造方法。
  3. 【請求項３】容器の絶縁性側壁と下部端子板の外周部と
    を結合する工程と、下部端子板の表面に各半導体素体の
    下面側の電極板を固着する工程と、固着された各半導体
    素体の上部電極面の下部端子板外面からの高さを測定す
    る工程と、中間端子体の突出部の高さを、その測定で得
    た上部電極面の高さから所定の値を引いた値の厚さだけ
    研磨する工程と、突出部を研磨した中間端子体を各半導
    体素体上に載せる工程と、絶縁性側壁と上部端子板の外
    周部とを結合する工程とを含むことを特徴とする請求項
    １あるいは２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】中間端子体の輪郭を半導体素体の輪郭と同
    一にし、中間端子体を筒状治具を用いて半導体素体に位
    置合わせて載せる請求項３記載の半導体装置の製造方
    法。
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