JP3448159B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
電力用半導体装置Info
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は交流モータ制御用イ
ンバータ等の大電力を制御する電力変換装置等に使用さ
れるパワートランジスタモジュールを対象とした電力用
半導体装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に、電力用半導体装置はベースとな
る金属製基板にベアパワー素子を実装し、ベアパワー素
子端子と金属基板間をアルミ、金等のワイヤで接続する
ことにより作られている。 【０００３】図６に示すように、放熱ベースを兼ねた金
属板１ａの上に絶縁層１ｂを介して導電性パターン１ｃ
を有するパワー回路基板１上に、ベアパワー素子２がベ
アパワー素子放熱用ヒートシンク３を介して配置される
回路接続用ポンデイングワイヤ４によってベアパワー素
子２は導電性パターンに接続される。ドライブ回路およ
び制御回路等を構成する電子部品５や外部接続端子６は
直接導電性パターンに接続されている。封止樹脂７によ
ってケース８内は完全封入される。すなわち、金属基板
であるパワー回路基板１上にベアチップであるベアパワ
ー素子２や表面実装部品である電子部品５を実装した
後、一括リフローを行い、フラックスを洗浄し、その後
にベアパワー素子２とパワー回路基板１上の導電性パタ
ーン１ｃとをアルミワイヤ等でボンディングにより接続
するという行程を行うことにより、従来の電力用半導体
装置（パワートランジスタモジュール）は作製されてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】交流モータ制御用イン
バータ等の大電力を制御する従来の電力用半導体装置に
使用されるパワートランジスタモジュールは以下に示す
問題点がある。 （１）ベアパワー素子２を回路と接続するのに金属基板
上にボンディングワイヤ接続用の導電性パターン１ｃが
必要であるために回路が複雑になり、また回路の所用面
積が大きくなり、ひいては電力用半導体装置全体が大型
化する。 【０００５】（２）ベアパワー素子２を回路と接続する
のに表面実装行程と別にワイヤボンディング行程が必要
であるため製造行程が複雑になる。 （３）同一平面上にパワー回路とドライブ回路および制
御回路等を構成するために回路の所用面積が大きくな
り、電力用半導体装置が大形化し、装置への組み込みス
ペースが大きくなり、装置が大形化する。 【０００６】（４）ワイヤボンディング後に、パワー回
路基板１上の素子はすべて樹脂にて封止されるので、そ
の行程でワイヤボンディングワイヤの素子からはずれる
などの問題がある。本発明の目的は，製造が容易かつ、
従来のものより小形、さらに高信頼性のある電力用半導
体装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の電力用半
導体装置は、表面に回路を形成した導電性パターンを持
つ回路基板上にベアパワー素子、およびそのドライブ回
路および制御回路等を構成する電子部品を実装してパッ
ケージにした電力用半導体装置において、ベアパワー素
子を実装したパワー回路基板と、一方の面にベアパワー
素子回路接続用の導電性パターンを有し他方の面にドラ
イブ回路または制御回路等の電子回路を構成した積層基
板からなるパワー回路接続用基板とを備え、前記ベアパ
ワー素子上に前記パワー回路接続用基板を重ね合わせ、
前記ベアパワー素子の上面と前記回路基板接続用基板の
導電性パターンとを電気的に接続したことを特徴とする
ものである。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】上述した構成により、パワー回路基板をベ
アパワー素子上面にはんだ接合する構成のためワイヤボ
ンディング工程が不要となり、製造工程を簡素化するこ
とができ、品質の安定化が図れる。またパワー回路基板
上のワイヤボンディング接続用パターンが不要となり半
導体装置を小形化することができる。さらにパワー回路
接続用基板に金属基板を用いることでベアパワー素子上
面より放熱することが可能になり、良好な放熱性を確保
できる。さらにパワー回路接続用基板に積層基板を用
い、基板上面にドライブ回路および制御回路等を構成す
ることで半導体装置の小形化が図れ、据付面積が小さく
なる。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明の実施例について、図面を
用いて説明する。図１は、本発明の電力用半導体装置の
基本構成を示す断面図である。従来と同じパワー回路基
板１の絶縁層１ｂ上に作られた導電性パターン１ｃに、
ヒートシンク３ａを介してベアパワー素子２が取付けら
れている。また、他の電子部品５も導電性パターン１ｃ
に取付けられている。さらに、接続端子９の一端が、電
子部品５と同様に導電性パターン１ｃに付けられてい
る。この接続端子９の他端は、パワー回路接続用基板１
０の導電性パターン１０ｃに付けられている。なお、導
電性パターン１ｃ及び１０ｃは、それぞれの絶縁層１ｂ
及び１０ｂ上で所望のパターンを形成し、基板上の回路
素子を電気的に接続するものである。 パワー回路接続
用基板１０は、その表面に設けられた絶縁層１０ｂ上の
導電性パターン１０ｃがベアパワー素子２に対してヒー
トシンク３ｂを介して電気的に接続されている。パワー
回路基板１及びパワー回路接続用基板１０とケース８と
で電力用半導体装置の外枠を構成するものである。ケー
ス８内は従来のように樹脂にて封止することも可能であ
る。 【００１３】外部接続端子６は、パワー回路基板１の導
電性パターン１ｃに電気的に接続され、ケース８内の回
路と外部回路（図示せず）との接続を行う。次に図２，
図３を用いて、本発明による電力用半導体装置の作成行
程について説明する。 【００１４】図２ではパワー回路基板１の絶縁層１ｂ上
に設けられた導電性パターン１ｃに印刷されたソルダペ
ースト１１ａ上に、電子部品５及び外部接続端子６と、
接続端子９と、はんだ付けされたヒートシンク３ａを介
してベアパワー素子２のユニットがマウントされてい
る。 【００１５】ベアパワー素子２は、パワー回路基板１側
のヒートシンク３ａが付いている反対側の面にもヒート
シンク３ｂが付けられている。ベアパワー素子２とヒー
トシンク３ａ，３ｂとは高温はんだによりはんだ付けさ
れ、ヒートシンク３ａは導電性パターン１ｃに対して共
晶はんだにより、はんだ付けされている。 【００１６】図３ではパワー回路接続用基板１０に、ソ
ルダペースト１１ｂを印刷する。図１において、図２の
パワー回路基板１に図３のソルダペースト１１ｂの印刷
されたパワー回路接続用基板１０を重ね合せ、リフロー
炉等にてはんだ付けをすることにより相互が接合され
る。 【００１７】ソルダペースト１１ａ，１１ｂの代わり
に、図２のはんだ付けしたヒートシンク３ｂとベアパワ
ー素子２上にはんだペレットおよびはんだバンプ等を用
いてはんだ付けすることも可能である。 【００１８】この構成においては製造工程の簡素化によ
り、高い品質を得ることができるとともに、ワイヤーボ
ンディング用のパターンが不要となるため、実装面積を
小形化することができ、有利である。 【００１９】図３においてパワー回路接続用基板１０に
アルミ、銅等の金属基板を使用することにより、ベアパ
ワー素子２上部からベアパワー素子２が発生する熱を放
熱することができ、従来にくらべて高い放熱特性を確保
することが可能となり、ベアパワー素子の温度を下げる
ことができ、品質の安定化、放熱面積の増大により装置
の小形化ができる。 【００２０】図４、図５は本発明の一実施形態の構成を
示すもので、図４ではパワー回路接続用基板１０裏面に
チップ、ＩＣ等の電子部品５を実装した後、表面にソル
ダペースト１１ｂを印刷する。図５では図２のパワー回
路基板１に図４のソルダペーストの印刷されたパワー回
路接続用基板１０を重ね合せ、リフロー炉等ではんだ付
けすることにより相互が接続される。この構成において
はパワー回路基板１０の表面にドライブ回路、制御回路
等の電子回路を構成できるため、さらなる小形化が可能
となり有利である。 【００２１】 【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、パワー回路基板に実装したベアパワー素子の上面
と、パワー回路接続用基板の導電性パターンをはんだで
接続することにより、従来構造の半導体装置より製造工
程の簡素化が図れ、品質の安定化、小形化が可能とな
り、またパワー回路接続用基板をアルミ、銅等の金属基
板とすることにより、高い放熱特性が得られ、品質の安
定化、小形化が可能となる。この構成を前提として、パ
ワー回路接続基板にチップ、ＩＣ等の電子部品を実装し
た構成にすることにより、従来構造の半導体装置と比
べ、装置本体が小形、コンパクトにすることができる。
以上、本発明によれば製造工程の簡素化、放熱特性の向
上、部品の高密度化により、高品質で小形、コンパクト
な半導体装置を提供することができる。
ンバータ等の大電力を制御する電力変換装置等に使用さ
れるパワートランジスタモジュールを対象とした電力用
半導体装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に、電力用半導体装置はベースとな
る金属製基板にベアパワー素子を実装し、ベアパワー素
子端子と金属基板間をアルミ、金等のワイヤで接続する
ことにより作られている。 【０００３】図６に示すように、放熱ベースを兼ねた金
属板１ａの上に絶縁層１ｂを介して導電性パターン１ｃ
を有するパワー回路基板１上に、ベアパワー素子２がベ
アパワー素子放熱用ヒートシンク３を介して配置される
回路接続用ポンデイングワイヤ４によってベアパワー素
子２は導電性パターンに接続される。ドライブ回路およ
び制御回路等を構成する電子部品５や外部接続端子６は
直接導電性パターンに接続されている。封止樹脂７によ
ってケース８内は完全封入される。すなわち、金属基板
であるパワー回路基板１上にベアチップであるベアパワ
ー素子２や表面実装部品である電子部品５を実装した
後、一括リフローを行い、フラックスを洗浄し、その後
にベアパワー素子２とパワー回路基板１上の導電性パタ
ーン１ｃとをアルミワイヤ等でボンディングにより接続
するという行程を行うことにより、従来の電力用半導体
装置（パワートランジスタモジュール）は作製されてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】交流モータ制御用イン
バータ等の大電力を制御する従来の電力用半導体装置に
使用されるパワートランジスタモジュールは以下に示す
問題点がある。 （１）ベアパワー素子２を回路と接続するのに金属基板
上にボンディングワイヤ接続用の導電性パターン１ｃが
必要であるために回路が複雑になり、また回路の所用面
積が大きくなり、ひいては電力用半導体装置全体が大型
化する。 【０００５】（２）ベアパワー素子２を回路と接続する
のに表面実装行程と別にワイヤボンディング行程が必要
であるため製造行程が複雑になる。 （３）同一平面上にパワー回路とドライブ回路および制
御回路等を構成するために回路の所用面積が大きくな
り、電力用半導体装置が大形化し、装置への組み込みス
ペースが大きくなり、装置が大形化する。 【０００６】（４）ワイヤボンディング後に、パワー回
路基板１上の素子はすべて樹脂にて封止されるので、そ
の行程でワイヤボンディングワイヤの素子からはずれる
などの問題がある。本発明の目的は，製造が容易かつ、
従来のものより小形、さらに高信頼性のある電力用半導
体装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の電力用半
導体装置は、表面に回路を形成した導電性パターンを持
つ回路基板上にベアパワー素子、およびそのドライブ回
路および制御回路等を構成する電子部品を実装してパッ
ケージにした電力用半導体装置において、ベアパワー素
子を実装したパワー回路基板と、一方の面にベアパワー
素子回路接続用の導電性パターンを有し他方の面にドラ
イブ回路または制御回路等の電子回路を構成した積層基
板からなるパワー回路接続用基板とを備え、前記ベアパ
ワー素子上に前記パワー回路接続用基板を重ね合わせ、
前記ベアパワー素子の上面と前記回路基板接続用基板の
導電性パターンとを電気的に接続したことを特徴とする
ものである。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】上述した構成により、パワー回路基板をベ
アパワー素子上面にはんだ接合する構成のためワイヤボ
ンディング工程が不要となり、製造工程を簡素化するこ
とができ、品質の安定化が図れる。またパワー回路基板
上のワイヤボンディング接続用パターンが不要となり半
導体装置を小形化することができる。さらにパワー回路
接続用基板に金属基板を用いることでベアパワー素子上
面より放熱することが可能になり、良好な放熱性を確保
できる。さらにパワー回路接続用基板に積層基板を用
い、基板上面にドライブ回路および制御回路等を構成す
ることで半導体装置の小形化が図れ、据付面積が小さく
なる。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明の実施例について、図面を
用いて説明する。図１は、本発明の電力用半導体装置の
基本構成を示す断面図である。従来と同じパワー回路基
板１の絶縁層１ｂ上に作られた導電性パターン１ｃに、
ヒートシンク３ａを介してベアパワー素子２が取付けら
れている。また、他の電子部品５も導電性パターン１ｃ
に取付けられている。さらに、接続端子９の一端が、電
子部品５と同様に導電性パターン１ｃに付けられてい
る。この接続端子９の他端は、パワー回路接続用基板１
０の導電性パターン１０ｃに付けられている。なお、導
電性パターン１ｃ及び１０ｃは、それぞれの絶縁層１ｂ
及び１０ｂ上で所望のパターンを形成し、基板上の回路
素子を電気的に接続するものである。 パワー回路接続
用基板１０は、その表面に設けられた絶縁層１０ｂ上の
導電性パターン１０ｃがベアパワー素子２に対してヒー
トシンク３ｂを介して電気的に接続されている。パワー
回路基板１及びパワー回路接続用基板１０とケース８と
で電力用半導体装置の外枠を構成するものである。ケー
ス８内は従来のように樹脂にて封止することも可能であ
る。 【００１３】外部接続端子６は、パワー回路基板１の導
電性パターン１ｃに電気的に接続され、ケース８内の回
路と外部回路（図示せず）との接続を行う。次に図２，
図３を用いて、本発明による電力用半導体装置の作成行
程について説明する。 【００１４】図２ではパワー回路基板１の絶縁層１ｂ上
に設けられた導電性パターン１ｃに印刷されたソルダペ
ースト１１ａ上に、電子部品５及び外部接続端子６と、
接続端子９と、はんだ付けされたヒートシンク３ａを介
してベアパワー素子２のユニットがマウントされてい
る。 【００１５】ベアパワー素子２は、パワー回路基板１側
のヒートシンク３ａが付いている反対側の面にもヒート
シンク３ｂが付けられている。ベアパワー素子２とヒー
トシンク３ａ，３ｂとは高温はんだによりはんだ付けさ
れ、ヒートシンク３ａは導電性パターン１ｃに対して共
晶はんだにより、はんだ付けされている。 【００１６】図３ではパワー回路接続用基板１０に、ソ
ルダペースト１１ｂを印刷する。図１において、図２の
パワー回路基板１に図３のソルダペースト１１ｂの印刷
されたパワー回路接続用基板１０を重ね合せ、リフロー
炉等にてはんだ付けをすることにより相互が接合され
る。 【００１７】ソルダペースト１１ａ，１１ｂの代わり
に、図２のはんだ付けしたヒートシンク３ｂとベアパワ
ー素子２上にはんだペレットおよびはんだバンプ等を用
いてはんだ付けすることも可能である。 【００１８】この構成においては製造工程の簡素化によ
り、高い品質を得ることができるとともに、ワイヤーボ
ンディング用のパターンが不要となるため、実装面積を
小形化することができ、有利である。 【００１９】図３においてパワー回路接続用基板１０に
アルミ、銅等の金属基板を使用することにより、ベアパ
ワー素子２上部からベアパワー素子２が発生する熱を放
熱することができ、従来にくらべて高い放熱特性を確保
することが可能となり、ベアパワー素子の温度を下げる
ことができ、品質の安定化、放熱面積の増大により装置
の小形化ができる。 【００２０】図４、図５は本発明の一実施形態の構成を
示すもので、図４ではパワー回路接続用基板１０裏面に
チップ、ＩＣ等の電子部品５を実装した後、表面にソル
ダペースト１１ｂを印刷する。図５では図２のパワー回
路基板１に図４のソルダペーストの印刷されたパワー回
路接続用基板１０を重ね合せ、リフロー炉等ではんだ付
けすることにより相互が接続される。この構成において
はパワー回路基板１０の表面にドライブ回路、制御回路
等の電子回路を構成できるため、さらなる小形化が可能
となり有利である。 【００２１】 【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、パワー回路基板に実装したベアパワー素子の上面
と、パワー回路接続用基板の導電性パターンをはんだで
接続することにより、従来構造の半導体装置より製造工
程の簡素化が図れ、品質の安定化、小形化が可能とな
り、またパワー回路接続用基板をアルミ、銅等の金属基
板とすることにより、高い放熱特性が得られ、品質の安
定化、小形化が可能となる。この構成を前提として、パ
ワー回路接続基板にチップ、ＩＣ等の電子部品を実装し
た構成にすることにより、従来構造の半導体装置と比
べ、装置本体が小形、コンパクトにすることができる。
以上、本発明によれば製造工程の簡素化、放熱特性の向
上、部品の高密度化により、高品質で小形、コンパクト
な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による電力用半導体装置の基
本構成図。 【図２】パワー回路基板の構成図。 【図３】パワー回路接続用基板の構成図。 【図４】パワー回路接続用基板の構成図。 【図５】本発明の実施例による電力用半導体装置の構成
図。 【図６】従来の電力用半導体装置の構成図。 【符号の説明】 １はパワー回路基板、１ｃ及び１ｂは導電性パターン、
２はベアパワー素子、３ａ及び３ｂはヒートシンク、５
は電子部品、６は外部接続端子、７は封止樹脂、８はケ
ース、９は接続端子、１０はパワー回路接続用基板、１
１ａ及び１１ｂはソルダペーストである。
本構成図。 【図２】パワー回路基板の構成図。 【図３】パワー回路接続用基板の構成図。 【図４】パワー回路接続用基板の構成図。 【図５】本発明の実施例による電力用半導体装置の構成
図。 【図６】従来の電力用半導体装置の構成図。 【符号の説明】 １はパワー回路基板、１ｃ及び１ｂは導電性パターン、
２はベアパワー素子、３ａ及び３ｂはヒートシンク、５
は電子部品、６は外部接続端子、７は封止樹脂、８はケ
ース、９は接続端子、１０はパワー回路接続用基板、１
１ａ及び１１ｂはソルダペーストである。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 表面に回路を形成した導電性パターンを
持つ回路基板上にベアパワー素子、およびそのドライブ
回路および制御回路等を構成する電子部品を実装してパ
ッケージにした電力用半導体装置において、 ベアパワー素子を実装したパワー回路基板と、一方の面に ベアパワー素子回路接続用の導電性パターン
を有し他方の面にドライブ回路または制御回路等の電子
回路を構成した積層基板からなるパワー回路接続用基板
とを備え、 前記ベアパワー素子上に前記パワー回路接続用基板を重
ね合わせ、前記ベアパワー素子の上面と前記回路基板接
続用基板の導電性パターンとを電気的に接続したことを
特徴とする電力用半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15939596A JP3448159B2 (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 電力用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15939596A JP3448159B2 (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 電力用半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012812A JPH1012812A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3448159B2 true JP3448159B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=15692852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15939596A Expired - Fee Related JP3448159B2 (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 電力用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448159B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1318547B1 (de) * | 2001-12-06 | 2013-04-17 | ABB Research Ltd. | Leistungshalbleiter-Modul |
| US6677669B2 (en) * | 2002-01-18 | 2004-01-13 | International Rectifier Corporation | Semiconductor package including two semiconductor die disposed within a common clip |
| JP5233341B2 (ja) * | 2008-03-17 | 2013-07-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP5233338B2 (ja) * | 2008-03-17 | 2013-07-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP5233340B2 (ja) * | 2008-03-17 | 2013-07-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP5233337B2 (ja) * | 2008-03-17 | 2013-07-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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