JP3166527B2 - 加圧接触形半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、絶縁ゲート形バイポ
ーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）モジュールなどのパワー
デバイスを対象に基板の一主面に第一の主電極と制御電
極、別の主面に第二の主電極を有する半導体チップの複
数個を同一のパッケージ内に組み込んだ加圧接触形半導
体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＧＢＴは、パワースイッチングデバイ
スとしてモータＰＷＭ制御インバータの応用などに幅広
く使われている。また、このＩＧＢＴは電圧駆動型で扱
い易いなどから、市場への要求は大容量化へ向かってき
ており、半導体チップの大型化と相まってますます大容
量化が進められる傾向にあり、最近では容量の増大を図
るために複数のＩＧＢＴを同一パッケージ内に組み込ん
だモジュール構造が多く採用されるようになっている。

【０００３】ところで、ＩＧＢＴのような絶縁ゲート形
素子（ＭＯＳ制御デバイス）では半導体チップの一主面
上に主電極としてのエミッタ電極、および制御電極とし
てのゲート電極が並んで形成されている。このためＩＧ
ＢＴのチップをパッケージングして組立てる場合に、第
二主面側のコレクタは放熱体兼用の金属ベース上に直接
マウントすることができるが、第一主面側のエミッタ電
極とゲート電極は別々に外部導出端子を介して引き出す
必要がある。そこで、従来のパッケージ組立構造では、
前記の金属ベースとともにパッケージのケース上面側に
エミッタ、ゲート用の外部導出端子を装備し、エミッタ
電極と外部導出端子、およびゲート電極と外部導出端子
との間に線径３００μｍ程度のアルミ導線をワイヤボン
デングして引き出すようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の組立構造ではコレクタ側からは十分な熱放散ができ
るが、エミッタ側からの熱放散は殆ど行われないために
電流容量が大幅に制限される。また、大電流容量の素子
ではエミッタ電極に接続したボンデングワイヤの本数も
多くなり、特に複数個のＩＧＢＴを同一パッケージに組
み込んでモジュール化した構成ではワイヤ本数が数百本
にも及ぶため、内部配線インダクタンスが増大し、これ
が基でＩＧＢＴのスイッチング動作時に大きなサージが
発生するといった問題も派生する。

【０００５】一方、前記の組立構造による放熱性、配線
インダクタンスの問題解消を狙いに、在来の加圧接触形
半導体装置と同様に、ＩＧＢＴを平形パッケージ内に組
み込み、その主面に形成されたコレクタ電極、エミッタ
電極をそれぞれパッケージ側に設けた上下の電極板に面
接触させて引き出すようにすることが考えられる。しか
しながら、ＩＧＢＴはゲート電極を覆う絶縁層の上にエ
ミッタ電極にパッケージ側の電極板を圧接させると、こ
の加圧力がゲート電極にも加わってゲート電極構造を破
壊するおそれがあり、これを防ぐために、このゲート電
極部分を避けて、熱放散と電流通路を兼ね備えた集電電
極と呼ばれる部分を設けてその部分を加圧することによ
り平形素子を構成している。また、ＩＧＢＴモジュール
として、同一パッケージ内にＩＧＢＴとこれに付属する
フライホイールダイオードを一緒に組み込んだ複合デバ
イスに加圧接触式の平形パッケージを採用した場合に
は、次のような問題が派生する。すなわち、電気的特性
面から要求されるＩＧＢＴとフライホイールダイオード
とは、一般的にチップの高さ寸法（ウエハの厚さ）が異
なるため、このような高さ寸法が異なる異種の半導体チ
ップを並置して同一の平形パッケージに組み込んだ場合
にはチップの上面高さが揃わず、各半導体チップを均一
に加圧接触させることが極めて困難となる。これを防ぐ
ため、半導体チップを平形パッケージの電極板に固着す
るのにはんだシートを用いて高さ寸法の差を吸収するよ
うにしている。

【０００６】このはんだシートと半導体チップの位置合
わせ、ならびに組立時のコンタクト端子体と半導体チッ
プ上の集電電極の位置合わせが同一の耐熱性プラスチッ
クの位置決めガイドで従来行われてきた。図３に従来の
構造の要部断面図を示す。平形パッケージの電極板上の
チップ搭載台の側面を、位置決めガイド用スリットと、
その上部のはんだ逃げ代ろ用の溝と２段分の加工が施さ
れている。位置決めガイド用スリットの加工精度が極め
て重要であり、２段分の加工で高精度な加工を行うとは
高度な技術を必要とし、また加工コストの増大を招く。

【０００７】この発明は、前記の課題を解決するため
に、耐熱性プラスチックで位置決めガイドの底部に張出
部を設け、半導体チップより小さなチップ搭載台に位置
決めガイドを固定することで、２段分の加工を１段の加
工で済ませ、高度な加工技術を不用とし、容易でしかも
安価な加工で高精度な位置合わせができる構造の加圧接
触型半導体装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は前記の目的を
達成するために、第一主面に第一主電極と制御電極を、
第二主面に第二主電極をそれぞれ有する半導体チップを
複数個並置して、両面に露出する一対の共通電極板の間
に絶縁外筒を介装してなる平形パッケージに組み込んだ
半導体装置において、各半導体チップの第一主電極とこ
れに対向するパッケージ側の共通電極板との間にそれぞ
れ加圧、導電、放熱体を兼ねたコンタクト端子体を介装
し、各半導体チップと各コンタクト端子体とが対応する
ように、第二主電極と第二主電極に対向するパッケージ
側の共通電極板とに挟まれた金属基板上部に設けられ
た、上面において半導体チップとはんだ接合される半導
体チップより小さなチップ搭載台の側面に、位置決めガ
イドの底部を固定することである。この位置決めガイド
の底部にチップ搭載台の高さより低い張出部を設け、こ
の張出部で位置決めガイドをチップ搭載台に固定すると
効果的である。

【０００９】

【００１０】

【作用】上記構成のように、平形パッケージに組み込ま
れた複数個の各半導体チップごとにゲート電極以外の領
域に設けた電流通路と放熱を兼ね備えた集電電極部に対
してパッケージ側の共通電極板（エミッタ側）との間に
面接触する、平行度と同一高さを確保した各コンタクト
端子体を介して加圧接触させることにより、半導体チッ
プのゲート電極部に不当な加圧力を加えることなしに、
このエミッタ側の第一主面からもコンタクト端子体およ
びパッケージの外面に露出する共通電極板を通して放熱
が効率よく行われる。これにより、コレクタ側の第二主
面側からの放熱と合わせて放熱性が飛躍的に向上するの
で半導体装置の電流容量の増大化が図れる。また主電極
の接続にはボンデングワイヤを使用しないので内部イン
ダクタンスも小さくなる。

【００１１】一方、複数のＩＧＢＴチップおよびフライ
ホイールダイオードが、基板に対し、最終的に素子内に
組み込まれる位置決めガイドにて正確に位置決めされな
がら、はんだ接合される。ここで従来のような金属基板
上のチップ搭載台にはんだ逃げ代ろ用溝や位置決めガイ
ド用スリットなどの複数の段差加工をせず、位置決めガ
イドの底部に張出部を設けて、はんだ逃げ代ろ部とする
ことで、チップ搭載台の側面の溝形成の加工を不用と
し、位置決めガイド用スリットの加工のみとする。この
ようにすることで、位置決めガイドがチップ搭載台に高
精度に位置合わせされ、同時に素子の製造工程が簡略か
され、コストダウンにつながる。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す要部構成図
で、同図（ａ）は断面構造図、同図（ｂ）は同図（ａ）
の位置決めガイドの斜視図である。同図（ａ）におい
て、金属基板７上部のチップ搭載台８上に溶融し固化し
たはんだシート６を介して半導体チップ４が固着する。
このとき、位置決めガイド２によりチップ搭載台８、は
んだシート６、半導体チップ４は位置決めされる。この
位置決めガイド２によりコンタクト端子体１の凸部１０
が半導体チップ４の集電極５上に正確に位置合わせされ
る。金属基板７とコンタクト端子体１は共通電極板であ
るコレクタ電極板１２とエミッタ電極板１３とそれぞれ
外部力により圧接される。同図（ｂ）において、位置決
めガイド２の底面に張出部１４が設けられ、この張出部
１４はチップ搭載台８の高さより低い。この張出部１４
はチップ搭載台８に嵌め込まれ、位置決めガイド２は固
定される。また位置決めガイド２の上部にゲートワイヤ
用切り欠き３が設けられている。金属基板７とコレクタ
電極板１２とを一体構造として共通電極板としてもよ
い。

【００１３】図２はこの発明による位置決めガイドを使
用した素子の製作法を示す図である。金属基板７にチッ
プ搭載台８を設け、このチップ搭載台８の側面９に位置
決めガイド２の張出部１４の内端が接するように位置決
めガイド２を嵌め込み、チップ搭載台９に、はんだシー
ト６と半導体チップ４を位置決めガイド２で位置決めし
て置き、はんだシート６でチップ搭載台８と半導体チッ
プ４を固着したあと、位置決めガイド２にコンタクト端
子体１を挿入し、コンタクト端子体１の凸部１０と集電
極５とが正確に対応して接触するようにコンタクト端子
体１を位置決めする。また位置決めガイド２はゲートワ
イヤ引出し用切り欠き３を有している。尚、はんだシー
ト６によるチップ台８と半導体チップ４との固着はリフ
ロー炉などのはんだ付け炉により行われる。

【００１４】位置決めガイド２に張出部１４を設け、張
出部１４の厚さをチップ搭載台８の高さより薄くし、半
導体チップ４より小さいチップ搭載台８に位置決めガイ
ド２を固定することで、はんだ逃げ代部１５となる空間
ができ、従来構造のはんだ逃げ代用溝１１と同様の効果
が得られる。またチップ搭載台１２の側面に従来のよう
にはんだ逃げ代を設ける必要がなく、チップ搭載台１２
の側面加工が１段加工で済むため、精度良い加工が容易
にでき、集電電極とコンタクト端子体との位置合わせが
精度良くでき、さらに加工コストの低減が図れる。

【００１５】前記の位置決めガイド２の材質ははんだ付
けの温度である３２０°Ｃより高い３４０°Ｃ以上に耐
える耐熱性プラスチック（液晶ポリマー）などである。
また前記の構成にすることで半導体チップ４が基板７と
コンタクト端子体１を介して両面冷却できるようにな
る。また半導体チップ４はＩＧＢＴを含むＭＯＳトラン
ジスタ、ＭＯＳ制御サイリスタなどの絶縁ゲート形素子
およびフライホイールダイオードである。

【００１６】尚、図１は半導体チップが２個の場合を示
すが、さらに多数の半導体チップが配置される場合もあ
る。また、絶縁ゲート形素子とフライホイールダイオー
ドとの双方が存在する場合にはお互いが逆並列になるよ
うに配置される。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、半導体チップのゲー
ト電極に不当な加圧力を加えること無しに、複数個の半
導体チップを面接触により均一な加圧接触が達成できる
ように平形パッケージ内に組み込み、各半導体チップの
両面からの放熱を可能とし、電流容量の増加を図るほ
か、主電極からの電流の引出しにボンデングワイヤを使
用しないので内部配線インダクタンスも小さくなり、ハ
ーメチックシール構造の平形パッケージと組み合わせて
半導体装置の大幅な信頼性向上が図れる。また加えて組
立ガイドにより、素子とコンタクト端子体間の位置決め
が正確に確保され、位置ずれ等によるゲート電極部分の
加圧がなくなり、ゲート電極部分を損傷することがなく
なる。

【００１８】また従来、金属基板にチップ搭載台とはん
だ逃げ代用溝の複数段の加工が必要であったが、この発
明でははんだ逃げ代用溝の加工は不用となり、容易に精
度良い加工ができ、位置決めガイドとチップ搭載台との
位置決めが精度よくでき、従って、コンタクト端子体と
半導体チップ上の集電電極との位置合わせも高精度でで
きる。また加工工程が簡素化され、製造コストを大幅に
低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す要部構成図で、同図
（ａ）は断面構造図、同図（ｂ）は位置決めガイドの斜
視図

【図２】この発明による位置決めガイドを使用した素子
の製作法を示す図

【図３】従来の要部構成図で同図（ａ）は断面構造図、
同図（ｂ）は位置決めガイドの斜視図

【符号の説明】

１ コンタクト端子体 ２ 位置決めガイド ３ ゲートワイヤ用切り欠き ４ 半導体チップ ５ 集電電極 ６ はんだシート ７ 金属基板 ８ チップ搭載台 ９ チップ搭載台の側面 １０ コンタクト端子体の凸部 １１ はんだ逃げ代用溝 １２ コレクタ電極板 １３ エミッタ電極板 １４ 張出部 １５ はんだ逃げ代部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一主面に第一主電極と制御電極を、第二
   主面に第二主電極をそれぞれ有する半導体チップを複数
   個並置して、両面に露出する一対の共通電極板の間に絶
   縁外筒を介装してなる平形パッケージに組み込んだ半導
   体装置において、各半導体チップの第一主電極とこれに
   対向するパッケージ側の共通電極板との間にそれぞれ加
   圧、導電、放熱体を兼ねたコンタクト端子体を介装し、
   各半導体チップと各コンタクト端子体とが対応するよう
   に、第二主電極と第二主電極に対向するパッケージ側の
   共通電極板とに挟まれた金属基板上部に設けられた、上
   面において半導体チップとはんだ接合される半導体チッ
   プより小さなチップ搭載台の側面に、位置決めガイドの
   底部を固定することを特徴とする加圧接触形半導体装
   置。
2. 【請求項２】位置決めガイドの底部にチップ搭載台の高
   さより低い張出部を設け、該張出部で位置決めガイドを
   チップ搭載台に固定することを特徴とする請求項１記載
   の加圧接触形半導体装置。