JP3741002B2 - 半導体装置の実装構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを金属電極板に装着する半導体装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の実装構造として、例えば図１０に示すようなものがある。図１０の（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＫ−Ｋ部断面図である。
これは、ＭＯＳＦＥＴの半導体チップ２個を用いて形成されるインバータ回路の１相分を、１つの半導体モジュールとしたものである。半導体モジュールは、上方が開口したケース状の樹脂ベース７０に、金属電極板１ａ、１ｂおよび１ｃをモールドして形成されている。
金属電極板１ａと１ｂは高さ位置が同層で横に並べて配置され、、金属電極板１ｃは金属電極板１ａの上側に一部重ねられて、各金属電極板は互いに離間して絶縁されている。
【０００３】
半導体チップ３ａと３ｂが、それぞれ半田によって金属電極板１ａと１ｂの上面に接合されている。半導体チップ３ａ、３ｂはそれぞれ金属電極板に接合される裏面がドレイン電極とされ、上面がソース電極とゲート電極となっている。
半導体チップ３ａの上面ソース電極と金属電極板１ｂが複数本の金属ワイヤ７２ａによって接続されており、また、半導体チップ３ａの上面ゲート電極はゲート端子６ａと金属ワイヤ７３ａによって接続されている。
【０００４】
半導体チップ３ｂのソース電極と金属電極板１ｃが複数本の金属ワイヤ７２ｂによって接続されており、また、半導体チップ３ｂのゲート電極はゲート端子６ｂと金属ワイヤ７３ｂによって接続されている。
これにより、図１１に示されるように、半導体チップ３ａと３ｂが直列に接続された回路が形成される。金属電極板１ａが回路の高電源側に接続されるＰ端子になり、金属電極板１ｃが低電源側に接続されるＮ端子、金属電極板１ｂが出力のＩＮＶ端子となる。
【０００５】
半導体モジュールの金属電極板１ａ、１ｂが露出した底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート７を介してヒートシンク８が取り付けられている。これにより、半導体チップ３ａ、３ｂが動作する際に発生する熱はヒートシンク８に伝達され、放熱される。
【０００６】
このような半導体装置の実装構造を備えるインバータ回路では、小電流タイプでも２０〜３０アンペア、大電流タイプでは１００アンペア以上の主電流を半導体チップに流すので、２つの金属電極板１ａ、１ｃの自己インダクタンスによるスイッチング動作時の影響が無視できなくなる。そこで、半導体モジュールの２つの金属電極板１ａ、１ｃを所定の間隔を保って互いに平行になるように配設することにより、自己インダクタンスを低減しようとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この実装構造になる半導体装置では、その半導体モジュールにおける２つの金属電極板１ａ、１ｃが平行になっている箇所が一部のみであるため、自己インダクタンスの低減効果が充分ではなく、半導体チップのスイッチング特性が低下したり、極端な場合にはスイッチングによるターンオフ時のスパイク電圧により半導体チップが破壊される可能性もある。
この対策として、本出願人は図１２に示すように、金属電極板１ａ’と１ｂ’、１ｂ’と１ｃ’を互いに平行に重ねて配設したうえ、金属電極板１ａ’と１ｃ’の端部に形成される外部接続部２ａ、２ｃをそれぞれ各板の全幅にわたって垂直に立ち上げて、互いに対向させることにより、２つの金属電極板１ａ’と１ｃ’が重なる領域を多くして自己インダクタンスを一層低減した半導体装置の実装構造を提案した。
【０００８】
しかしこの場合、樹脂ベース７０’の材質によって、モールド成形後の冷却時に、収縮力が加わってケースの開口に連なる側壁が内側に収縮しようとする際に、半導体モジュール底面に対して垂直に立ち上げて対向させた２つの金属電極板の外部接続部がその収縮を阻害して、図１３の（ａ）から（ｂ）のように半導体モジュール底面が下に凸となるべきところが、（ｃ）のように上に凸となってしまう場合があることを見出した。
【０００９】
この場合、半導体モジュールをヒートシンクに取り付けるに当たって、通常周辺部が固定される半導体モジュールとヒートシンク間に隙間ができる結果、熱抵抗が大きくなって半導体装置全体としての信頼性が低下するという問題が生じる。
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、２つの金属電極板の自己インダクタンスの低減効果を損なわずに、半導体モジュール底面が上に凸となることを防止できる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の本発明は、樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域と第１の金属電極板とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延びる延設部と該延設部をつないで第１の金属電極板と重なる連通部を有して第１の金属電極板より高い位置に配置され、第１の金属電極板は第３の金属電極板の連通部に重なる重なり領域と第１の半導体チップが接合される主部とを有し、第２の金属電極板は、第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして連通部を乗り越え第３の金属電極板と略同層で第１の金属電極板上に延びる高段部を備えて、第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を主部の側辺より突出させて外部接続部とするものとした。
【００１１】
請求項２の発明は、樹脂ベースの周辺部にいずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられているものとした。
さらに請求項３の発明は、樹脂ベースの中央部にいずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられているものとした。
【００１２】
請求項４の発明は、第２の貫通穴が第１、第２および第３の金属電極板が重なる部位に設けられ、第１、第２および第３の金属電極板は第２の貫通穴より大径の穴を有して該第２の貫通穴に露出しないように構成されているものとした。
【００１３】
請求項５の発明は、樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、第１の金属電極板の第１の半導体チップが接合される主部と第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延び第１の金属電極板の主部より高い位置に配置された延設部と、該延設部を樹脂ベースの外端側でつないで上方へ立ち上げた連通部とを有し、第２の金属電極板は、第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして第３の金属電極板の延設部と略同層で第１の金属電極板の主部上に延びる高段部を備え、第１の金属電極板は主部に対して上方へ立ち上げて第３の金属電極板の連通部に対向して重なる重なり領域を備え、第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を主部の側辺より突出させて外部接続部とするものとした。
【００１４】
請求項６の発明は、とくに第１の金属電極板が主部と連通部の間に開口を有し、該開口内に第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が配置されているものとした。
また、請求項７の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が、第１の金属電極板の主部を挟んで連通部と反対側に配置され、第３の金属電極板の延設部は、第１の金属電極板の主部上を、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺まで延びているものとした。
【００１５】
請求項８の発明は、樹脂ベースの周辺部にいずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられているものとした。
また、請求項９の発明は、樹脂ベースの中央部にいずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられているものとした。
【００１６】
請求項１０の発明は、上記各発明において、とくに第２の半導体チップを接合した第２の金属電極板が複数並列に設けられ、第３の金属電極板は各第２の金属電極板に対応して延設部を備えるとともに、連通部がすべての延設部をつなぎ、第１の金属電極板は第２の半導体チップを接合した主部を各第２の金属電極板に対応して備えるとともに、連通部に重なる重なり領域がすべての主部をつないでいるものとした。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域と第１の金属電極板とが略同層とされ、第３の金属電極板は第１の金属電極板と重なる連通部と延設部を有し、第１の金属電極板は第３の金属電極板の連通部に重なる重なり領域と主部とを有し、連通部と重なり領域を主部の側辺より突出させて第１、第３の金属電極板の外部接続部とするものとしたので、樹脂ベースの中央部では第１の金属電極板が第３の金属電極板の連通部と上下に重なっているが、この重なり部分は垂直に立ち上がっていないので、ヒートシンクへの取り付け面となる樹脂ベースの底面がモールド成形後の冷却時に下に凸となる方向の収縮が阻害されない。このため、樹脂ベースの底面は少なくも平面となり、第１の金属電極板および第２の金属電極板の底面に露出する部分とヒートシンクとの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されるので、半導体装置の信頼性が確保されるという効果を有する。
【００１８】
請求項２の発明は、樹脂ベースの周辺部に第１の貫通穴が設けられているので、この貫通穴を通してネジで樹脂ベースをヒートシンクに固定でき、下に凸または少なくとも平面の樹脂ベース中央部分も確実にヒートシンクに当接する。
【００１９】
請求項３の発明は、樹脂ベースの中央部に第２の貫通穴が設けられているので、この貫通穴を通してネジで中央部をヒートシンクに締め付けることにより、温度変化などにより万一底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンクとの間に隙間が発生せず、安定した冷却性能が確保される。
この場合、中央部では第１の金属電極板が第３の金属電極板の連通部と上下に重なり、また第２の金属電極板も部分的に重なっているが、請求項４のように、少なくも第１、第３の金属電極板の重なり部に大径の穴を有することにより、第１、第３の金属電極板が露出しない第２の貫通穴を設けることができる。さらには第２の金属電極板にも大径の穴を形成すれば、第１、第２および第３の金属電極板が重なる部位でも第２の貫通穴を配置することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、第１の金属電極板の第１の半導体チップが接合される主部と第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域とを略同層とし、第３の金属電極板は、延設部を樹脂ベースの外端側で立ち上げた連通部を有し、第１の金属電極板は主部に対して上方へ立ち上げて第３の金属電極板の連通部に対向して重なる重なり領域を備えるので、樹脂ベース底面に対して立ち上がった対向部分が外端に位置し、このため、当該部分が樹脂ベースのモールド成形後の冷却時における収縮を阻害しない。したがって、樹脂ベース底面が上に凸になることがなく、請求項１の発明と同じく、第１の金属電極板および第２の金属電極板の底面に露出する部分とヒートシンクとの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されるので、半導体装置の信頼性が確保されるという効果を有する。
【００２１】
また、請求項６の発明は、第１の金属電極板の開口内に第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が配置されているものとしたので、これにより、金属電極板の重ね構成を２層にでき、半導体装置全体の高さを低くすることができる。
【００２２】
また、請求項７の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域を第１の金属電極板の主部を挟んで連通部と反対側に配置し、第３の金属電極板の延設部第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺まで延ばしたので、これによっても、金属電極板を２層にでき、半導体装置全体の高さを低くすることができる。また、第１の金属電極板が開口を有しないので簡素な構成となる。
【００２３】
請求項８および請求項９の発明は、請求項２、３の発明と同様に、貫通穴を通してネジで周辺部や中央部をヒートシンクに締め付けることにより、樹脂ベースを確実にヒートシンクに当接させ、また温度変化などにより万一底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンクとの間に隙間が発生せず、安定した冷却性能が確保される。
【００２４】
請求項１０の発明は、第２の半導体チップを接合した第２の金属電極板を複数並列に設け、第１の金属電極板の主部および第３の金属電極板の延設部をこれに対応させたので、例えばインバータ回路の複相分を少ない部品点数の１ユニットに実現でき、回路全体を小型に構成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をインバータ回路の実装ユニットに適用した実施例により説明する。実施例では、従来例において用いられたＭＯＳＦＥＴからなる半導体チップ３ａ、３ｂのかわりに、それぞれＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）４０（４０ｐ、４０ｎ）とＦＷＤ（フリーホイールダイオード）４２（４２ｐ、４２ｎ）の組合せに置き換え、これを１相について並列に２組用いるとともに、３相分をモジュール化して図１に示す回路とする。
【００２６】
図２は第１の実施例を示す上面図、図３はその断面図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図２におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、およびＤ−Ｄ各部の断面を示す。また、図４は本実装ユニットの半導体モジュールにおける金属電極板の位置関係を示す斜視図であり、樹脂ベースを省略している。
図５は、金属電極板を互いに分離して示す斜視図である。
実装ユニット１００は、全体が上方に開口したケース状を呈する樹脂ベース５０に、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）若しくはこれらを含む合金からなり互いに絶縁された金属電極板１０、２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）および３０をモールドして形成された半導体モジュール１０１と、放熱シート５７およびヒートシンク５８（図３の（ａ）参照）からなっている。なお、図３の（ａ）以外では放熱シート５７およびヒートシンク５８は図示省略している。
【００２７】
すなわち、半導体モジュール１０１の金属電極板１０と２０はそれぞれ樹脂ベース５０の底面を略２分して露出しており、金属電極板１０、２０が露出した半導体モジュール１０１の底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート５７を介してヒートシンク５８が取り付けられて、ネジ６０で固定されている。
これにより、金属電極板１０、２０に接合されるＩＧＢＴ４０（４０ｐ、４０ｎ）とＦＷＤ４２（４２ｐ、４２ｎ）が動作する際に発生する熱は、ヒートシンク５８に伝達され、放熱される。
【００２８】
半導体モジュール１０１において、金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗはそれぞれの低段部２２が互いの間に隙間を設けて横方向に並べられ、この並んだ金属電極板２０の各低段部２２の端縁と対向して金属電極板１０が配置されている。
金属電極板３０は、金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの並び方向に延びる連通部３２と該連通部３２から所定間隔で設けられた延設部３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）を有し、連通部３２が金属電極板１０の上記金属電極板２０の各低段部２２と対向する端縁にそって、金属電極板１０の上に所定の間隙をおいて重なっている。そして、各延設部３４は金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの各側辺に重なっており、したがってとくに延設部３４ｂは金属電極板２０ｕと２０ｖ間の隙間にそって両者に跨る幅で延び、また延設部３４ｃは金属電極板２０ｖと２０ｗ間の隙間にそって両者に跨る幅で延びている。
【００２９】
金属電極板２０はそれぞれその低段部２２の金属電極板１０と対向する端縁の幅方向中央部から延びる細幅の高段部２４を備え、この高段部２４は一旦上方へオフセットして金属電極板３０の連通部３２を乗り越え、それから金属電極板１０の上を所定の間隙をもって金属電極板３０と同じ高さ（同層）で延び、ぞの先端が外部接続部２６として樹脂ベース５０から側方へ突出して露出している。
【００３０】
金属電極板１０は、金属電極板３０の連通部３２が重なっている領域を同じく連通部１２とし、金属電極板２０の高段部２４が重なっている主部１１にスリット１３を有している。スリット幅は細く、金属電極板２０の高段部２４はスリット１３を跨る幅で延びている。
金属電極板１０の連通部１２と金属電極板３０の連通部３２とは、それぞれ一端側（ここでは延設部３４ｄ側）で互いの間隙を保持したまま上方へ垂直に折り曲げられて樹脂ベース５０から上へ延び、その後、外部接続部１６、３６として互いに逆方向、かつ連通部１２、３２と平行に折り曲げられている。
【００３１】
インバータ回路における１相分について説明すると、樹脂ベース５０の底面にある金属電極板１０の主部１１上には、図２の上面図上、金属電極板２０（２０ｕ）の高段部２４を挟み、該高段部２４にそった両側にＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ、合計２組が導電性接合材である半田により接合されている。
同じく樹脂ベース５０の底面にある金属電極板２０の低段部２２上にも、金属電極板３０の連通部３２と延設部３４（３４ａ、３４ｂ）でコ字形に囲まれた領域において、各延設部にそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。
上記金属電極板１０上の２組のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐが発明における第１の半導体チップを構成し、金属電極板２０上の２組のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐが発明における第２の半導体チップを構成している。
【００３２】
さらに、金属電極板２０ｕ近傍における上記コ字形に囲まれた領域の開口側には、ＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組に対応させて、ゲート端子４９ｎが樹脂ベース５０にモールドされ、金属電極板１０近傍における連通部１２と反対側には、ＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組に対応させて、ゲート端子４９ｐが樹脂ベース５０にモールドされている。
【００３３】
ＩＧＢＴ４０は半田接合面をコレクタとし、金属電極板１０上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０ｕの高段部２４に複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐの上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２は半田接合面をカソードとし、上面のアノード電極が高段部２４に複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００３４】
金属電極板２０ｕ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０の延設部３４（３４ａ、３４ｂ）に複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４に複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００３５】
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。
金属電極板１０の外部接続部１６が回路入力のＰ端子になり、金属電極板３０の外部接続部３６がＮ端子、金属電極板２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の各外部接続部２６が出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗとなる。これらの入出力端子はさらにインバータ装置における図示しないバスバーあるいは強電ケーブルに接続される。また、ゲート端子４９ｐ、４９ｎは例えば半導体モジュールの樹脂ベース５０の上に取り付けられる不図示の駆動信号制御基板の駆動信号出力端子に接続される。
【００３６】
半導体モジュール１０１の周辺部には、樹脂ベース５０の角部、高段部２４間の中間位置、および延設部３４の先端近傍にネジ貫通穴５２が設けられ、半導体モジュール１０１をヒートシンク５８に固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。金属電極板１０および金属電極板２０の低段部２２にはネジ貫通穴５２との間に所定の間隙をもつように切り欠き１８、２８が形成され、ネジ貫通穴５２の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００３７】
また、半導体モジュール１０１の中央部においては、金属電極板２０の高段部２４、金属電極板３０、１０の連通部３２、１２の重なり部分にネジ貫通穴５３が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。
このネジ貫通穴５３まわりにおいても、高段部２４および連通部１２、３２にはそれぞれネジ貫通穴５３より大径の穴が形成されて、ネジ貫通穴５３の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
半導体モジュール１０１のネジ貫通穴５２、５３に対応して、放熱シート５７には貫通穴が設けられ、ヒートシンク５８には雌ねじが形成されている。
【００３８】
本実施例は以上のように構成され、半導体モジュール１０１の金属電極板１０、２０、３０を上下に重ねて配置したので、平面投影面積が小さく、コンパクトな実装ユニットが得られる。
同じく、金属電極板２０と１０、あるいは金属電極板３０と２０が対向して重なり合っているので、ＩＧＢＴ４０の動作時に各金属電極板に発生するインダクタンスが、対向している間の相互誘導作用により打ち消されるという利点を有している。
【００３９】
そして実施例ではとくに、金属電極板１０と金属電極板３０がそれぞれの連通部１２、３２が半導体モジュール１０１の中央部で上下に重なっているだけで、各外部接続部１６、３６はそれぞれ連通部の端部において、実質樹脂ベース５０の外部に出てから立ち上げられている。
すなわち、金属電極板１０と金属電極板３０の外部接続部１６、３６は、樹脂ベース５０の中央部において底面に対して垂直に立ち上がってはおらず、その間にモールド樹脂を挟む構成ともなっていないから、樹脂ベース５０のモールド成形後の冷却時に、ケースの側壁が内側に収縮しようとするのを阻害するものがなく、半導体モジュール１０１の底面は下に凸となる。
したがって、半導体モジュール１０１をヒートシンク５８に固定したとき、半導体モジュール１０１の底面とヒートシンク５８間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されて半導体装置の信頼性が確保される。
【００４０】
また、半導体モジュール１０１の周辺部だけでなく中央部にもネジ貫通穴５３を設けてあるので、このネジ貫通穴５３を通してネジ６０により中央部もヒートシンク５８に締め付けることにより、温度変化などにより万一半導体モジュール１０１の底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンク５８との間の隙間発生を抑制し、安定した冷却性能が確保される。
【００４１】
つぎに、第２の実施例について説明する。
図６は第２の実施例を示す上面図、図７はその断面図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図６におけるＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇ、およびＨ−Ｈ各部の断面を示す。また、図８は本実装ユニットの半導体モジュール１０１Ａにおける金属電極板の位置関係を示す斜視図であり、樹脂ベースを省略している。
本実装ユニット１００Ａも半導体モジュール１０１Ａの樹脂ベース５０Ａに３種の金属電極板を備える。
【００４２】
金属電極板１０Ａの主部１１Ａと２０Ａ（２０Ａｕ、２０Ａｖ、２０Ａｗ）の低段部２２Ａはそれぞれ樹脂ベース５０Ａの底面において、放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａ側へ露出している。なお、図７の（ａ）以外では放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａは図示省略している。
金属電極板１０Ａ、２０Ａが露出した半導体モジュール１０１Ａの底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート５７Ａを介してヒートシンク５８Ａが取り付けられて、ネジ６０で固定されている。
【００４３】
半導体モジュール１０１Ａにおいて、金属電極板１０Ａは、樹脂ベース５０Ａの底面の略半部に広がってＩＧＢＴ４０とＦＷＤ４２が接合される主部１１Ａから等間隔に４本の枝部１４が延び、さらに各枝部１４の先端をつなげる連通部１２Ａを有している。これにより、枝部１４間に３つの矩形の開口１５が形成される。また連通部１２Ａは主部１１Ａおよび枝部１４に対して垂直に上方へ折り曲げられている。
【００４４】
金属電極板１０Ａの開口１５内に、所定の隙間をもって金属電極板２０Ａの各低段部２２Ａが配置され、低段部２２Ａの金属電極板１０Ａの主部１１Ａに対向する端縁から所定幅の高段部２４Ａが上方へオフセットして、主部１１Ａの上を所定の間隙をもって延び、その先端が外部接続部２６Ａとして樹脂ベース５０Ａから側方へ突出して露出している。
【００４５】
金属電極板３０Ａは、連通部３２Ａと、連通部３２Ａから金属電極板１０Ａの枝部１４の上に所定の間隙をもって金属電極板２０Ａの高段部２４Ａと同じ高さ（同層）で延びる延設部３４Ａとを備え、延設部３４Ａは、枝部１４とその枝部１４にそう隙間を挟んで隣接の金属電極板２０Ａの低段部２２Ａに跨る幅を有している。
金属電極板３０Ａの連通部３２Ａは、金属電極板１０Ａの連通部１２Ａと同じく垂直に上方へ折り曲げられて、所定の間隔をもって連通部１２Ａと対向している。
連通部１２Ａ、３２Ａはそれぞれの一端が長手方向に延びて、樹脂ベース５０Ａの金属電極板２０Ａの外部接続部２６Ａが突出する面とは直角の側面から突出して露出し、外部接続部１６Ａ、３６Ａとなっている。
【００４６】
インバータ回路における１相分について説明すると、金属電極板１０Ａの主部１１Ａ上には、図６の上面図上、金属電極板２０Ａｕの高段部２４Ａの両側に該高段部２４ＡにそったＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ半田により接合されている。
金属電極板２０Ａｕの低段部２２Ａ上にも、その両側辺にそって並んだ金属電極板３０Ａの延設部３４ＡにそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。
さらに、金属電極板１０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの各組に対応させて金属電極板１０Ａの開口１５とは反対側、および金属電極板２０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの各組に対応させて高段部２４Ａとは反対側には、それぞれゲート端子４９ｐ、４９ｎが樹脂ベース５０Ａにモールドされている。
【００４７】
金属電極板１０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０Ａの高段部２４Ａに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐ上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２ｐは上面のアノード電極が高段部２４Ａに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００４８】
金属電極板２０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０Ａの延設部３４Ａに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４Ａに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。金属電極板１０Ａの外部接続部１６Ａが回路のＰ端子になり、金属電極板３０Ａの外部接続部３６ＡがＮ端子、金属電極板２０Ａの外部接続部２６Ａが出力端子となる。
【００４９】
半導体モジュール１０１Ａの周辺部には、樹脂ベース５０Ａの角部、高段部２４Ａ間の中間位置、および開口１５における低段部２２Ａと連通部１２Ａ間のスペースにネジ貫通穴５２が設けられ、半導体モジュール１０１Ａをヒートシンク５８Ａに固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。金属電極板１０Ａにはネジ貫通穴５２との間に所定の間隙をもつように切り欠き１８Ａが形成され、ネジ貫通穴５２の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００５０】
また、半導体モジュール１０１Ａの中央部においても、開口１５における低段部２２Ａと主部１１Ａ間のスペースに高段部２４Ａを挟んでネジ貫通穴５３が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。
各ネジ貫通穴５２、５３の内壁はモールド樹脂とされ、ネジ６０と絶縁するようになっている。
その他の構成は、第１の実施例と同様である。また、放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａは、樹脂ベース５０Ａのサイズに対応するとともにネジ貫通穴５２、５３の配置に応じてネジの通過穴および雌ネジの位置が相違し得るほかは、放熱シート５７およびヒートシンク５８と同じである。
【００５１】
本実施例は以上のように構成され、金属電極板を重ねた配置により第１の実施例と同じくインダクタンスが打ち消されるほか、金属電極板１０Ａと金属電極板３０Ａの外部接続部１６Ａ、３６Ａに連なる連通部１２Ａ、３２Ａの立上がりが樹脂ベース５０Ａの中央部でなく樹脂ベースにおける側壁部分となっていることに加えて、さらに、金属電極板の重なりが２枚までで、中央部で３枚重なることもないから、第１の実施例に比較して一層樹脂ベース５０Ａにおける収縮阻害が解消され、半導体モジュール１０１Ａの底面が上に凸となることがない。
【００５２】
また、全体として金属電極板の重なりが２層であるから、底面に対して連通部１２Ａ、３２Ａを垂直に立ち上げた側部を除き、半導体モジュール１０１Ａの主要部の高さを必要に応じて低くできるという利点を有する。
また、第１の実施例と同様に、半導体モジュール１０１Ａの周辺部ならびに中央部にネジ貫通穴５３を設けて、このネジ貫通穴を通してネジ６０によりヒートシンク５８Ａに締め付けるようになっているので、常に確実にヒートシンク５８Ａとの間の隙間発生が防止され、半導体装置の信頼性が確保される。
とくに金属電極板１０Ａがその枝部１４を含めて樹脂ベース５０Ａの底面全面に張り渡されているので、半導体モジュール底面の反りが一様となり、ネジ締めされる各部位の圧接力のばらつきも減少する。
【００５３】
図９は、第２の実施例に対する変形例を示す、図８相当の半導体モジュールの斜視図である。この変形例は、金属電極板１０Ａの主部と金属電極板２０Ａの低段部の配置を入れ替えたもので、各部材に新たな参照番号を付して説明する。
半導体モジュール１０１Ｂでは、金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂと金属電極板２０Ｂ（２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗ）の低段部２２Ｂがそれぞれ不図示の樹脂ベースの底面に露出している。
金属電極板１０Ｂは、上記主部１１Ｂと、主部１１Ｂに対して垂直に上方へ折り曲げられた連通部１２Ｂとからなり、連通部１２Ｂは第２の実施例における連通部１２Ａと同じく、樹脂ベースの側壁内を延びて、長手方向の一端が外部接続部１６Ｂとして樹脂ベースから側方へ突出して露出する。
【００５４】
金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂの連通部１２Ｂと反対側の端縁に対向して、所定の隙間をもって金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂが配置されている。金属電極板２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗは互いの間にも隙間を設けて横方向に並べられ、それぞれ低段部２２Ｂの端縁の中央から所定幅の高段部２４Ｂが上方へオフセットして、主部１１Ｂの上を所定の間隙をもって連通部１２Ｂ方向へ延びている。
また、金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂからは、高段部２４Ｂと反対方向に高段部２４Ｂと同じ高さにオフセットして所定幅の外部接続部２６Ｂが延び、樹脂ベースから側方へ突出して露出する。
【００５５】
金属電極板３０Ｂは、連通部３２Ｂと、連通部３２Ｂから金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂ上に所定の間隙をもって金属電極板２０Ｂの高段部２４Ｂと同じ高さ（同層）で延びる４本の延設部３４Ｂとを備えている。各延設部３４Ｂは相互間に等幅の間隔を形成して、各金属電極板２０Ｂ間の隙間上に延びている。中間２つの延設部３４Ｂは隙間を挟んで隣接する金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂに跨る幅を有している。
【００５６】
金属電極板３０Ｂの連通部３２Ｂは、金属電極板１０Ｂの連通部１２Ｂと同じく垂直に上方へ折り曲げられて、所定の間隔をもって連通部１２Ｂと対向している。
連通部３２Ｂは一端が樹脂ベースの側面から突出して露出し、金属電極板１０Ｂの外部接続部１６Ｂと対向する外部接続部３６Ｂとなっている。
【００５７】
インバータ回路における１相分について説明すると、金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂ上には、金属電極板３０Ｂの延設部３４Ｂ間のスペースにおいて金属電極板２０Ｂｕの高段部２４Ｂの両側に該高段部にそったＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ半田により接合されている。さらに、金属電極板１０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの各組に対応させて、連通部１２Ｂ側には、それぞれゲート端子４９ｐが樹脂ベースにモールドされている。
【００５８】
金属電極板１０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０Ｂの高段部２４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐ上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２ｐは上面のアノード電極が高段部２４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００５９】
金属電極板２０Ｂｕの低段部２２Ｂ上にも、その両側に並んだ金属電極板３０Ｂの延設部３４ＢにそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。そして、金属電極板２０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの各組に対応させて、上記スペースの開口側には、それぞれゲート端子４９ｐが樹脂ベースにモールドされている。
【００６０】
金属電極板２０Ｂｕ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０Ｂの延設部３４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。金属電極板１０Ｂの外部接続部１６Ｂが回路のＰ端子になり、金属電極板３０Ｂの外部接続部３６ＢがＮ端子、金属電極板２０Ｂの外部接続部２６Ｂが出力端子となる。
【００６１】
半導体モジュール１０１Ｂの周辺部には、金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂの角部、および高段部２４Ｂの先端近傍に、前述各実施例におけるネジ貫通穴５２と同じネジ貫通穴が設けられ、半導体モジュール１０１Ｂを不図示のヒートシンクに固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。低段部２２Ｂの角部にはネジ貫通穴との間に所定の間隙をもつように切り欠き２８Ｂが形成され、金属電極板１０Ｂには高段部２４Ｂの先端近傍にネジ貫通穴より大径の穴５４が形成されて、それぞれネジ貫通穴の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００６２】
また、半導体モジュール１０１Ｂの中央部においても、金属電極板１０Ｂと金属電極板２０Ｂ間の隙間において、延設部３４Ｂと高段部２４Ｂ間ごとにネジ貫通穴が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。ここでもネジ貫通穴の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
その他の構成は、第２の実施例と同じである。
【００６３】
この変形例によっても、底面に対して垂直に立ち上がって対向する連通部１２Ｂ、３２Ｂは樹脂ベースの側部に位置するとともに、全体として金属電極板の重なりが２層であるから、第２の実施例と同じく、樹脂ベースの収縮阻害が有効に解消され、半導体モジュール１０１Ｂの底面が上に凸となることがなく、また半導体モジュール１０１Ｂの主要部の高さを必要に応じて低くできるという利点を有する。
【００６４】
また、半導体モジュール１０１Ｂの周辺部ならびに中央部にネジ貫通穴を設けて、このネジ貫通穴を通してネジ６０によりヒートシンクに締め付けるようになっているので、常に確実にヒートシンクとの間の隙間発生が防止され、半導体装置の信頼性が確保される。
さらに、第２の実施例では金属電極板１０Ａが樹脂ベース５０Ａの底面全体に張り渡される一方で、主部１１Ａと連通部１２Ａの間に開口１５を有するため材料の歩留まりが若干低いのに対して、この変形例では金属電極板１０Ｂの形状が簡素化され、歩留まりが向上するという利点を有する。
【００６５】
なお、各実施例および変形例では、３相のインバータ回路に適用した例について、各相ごとにＰ側とＮ側に半導体チップとしてＩＧＢＴ４０とＦＷＤ４２の組を２組ずつ並列に設けたものを示したが、これに限定されず、１組ずつとすることができ、また、３相ではなく１相ずつの半導体モジュールとすることもできる。
また、半導体チップとしてＩＧＢＴとＦＷＤの組を用いた例を示したが、これに限定されず、これらの組の代わりにＭＯＳＦＥＴに置き換えることもできる。
【００６６】
さらに、各実施例および変形例では、半導体モジュールの周辺部および中央部に樹脂ベースを貫通する貫通ネジ穴５２、５３を設けて、ネジ６０により半導体モジュールをヒートシンクに固定するものとしたが、固定法はこれに限られず、例えば樹脂ベースの周辺側壁を別部材でヒートシンクに押し付けるようにしてもよい。
しかし、実施例のように貫通ネジ穴を通してネジで直接固定するのが最も簡単確実で好ましい。
なお、固定に用いるネジの本数、したがって樹脂ベースの貫通ネジ穴の数は適宜に選択することができ、また状況によって中央部のみ、あるいは周辺部のみで固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態において形成されるインバータ回路を示す図である。
【図２】第１の実施例を示す上面図である。
【図３】第１の実施例の断面図である。
【図４】第１の実施例における金属電極板の位置関係を示す斜視図である。
【図５】金属電極板を分離して示す斜視図である。
【図６】第２の実施例を示す上面図である。
【図７】第２の実施例の断面図である。
【図８】第２の実施例における金属電極板の位置関係を示す斜視図である。
【図９】変形例を示す斜視図である。
【図１０】従来例を示す図である。
【図１１】従来例によるインバータ１相分の回路図である。
【図１２】他の実装構造案を示す図である。
【図１３】他の実装構造案における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ 金属電極板（第１の金属電極板）
１１、１１Ａ、１１Ｂ 主部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 連通部（第３の金属電極板の連通部に重なる領域）
１３ スリット
１４ 枝部
１５ 開口
１６、１６Ａ、１６Ｂ 外部接続部
１８、１８Ａ、２８、２８Ｂ 切り欠き
２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２０Ａｕ、２０Ａｖ、２０Ａｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２２、２２Ａ、２２Ｂ 低段部（第２の半導体チップを接合した領域）
２４、２４Ａ、２４Ｂ 高段部
２６、２６Ａ、２６Ｂ 外部接続部
３０、３０Ａ、３０Ｂ 金属電極板（第３の金属電極板）
３２、３２Ａ、３２Ｂ 連通部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４Ａ、３４Ｂ 延設部
３６、３６Ａ、３６Ｂ 外部接続部
４０ｐ、４０ｎ ＩＧＢＴ
４２ｐ、４２ｎ ＦＷＤ
４９ｐ、４９ｎ ゲート端子
５０、５０Ａ 樹脂ベース
５２ ネジ貫通穴（第１の貫通穴）
５３ ネジ貫通穴（第２の貫通穴）
５４ 穴
５７、５７Ａ 放熱シート
５８、５８Ａ ヒートシンク
６０ ネジ
Ｗ１ 金属ワイヤ
Ｗ２ 金属ワイヤ
Ｗ３ 金属ワイヤ
１００、１００Ａ 実装ユニット
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 半導体モジュール
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを金属電極板に装着する半導体装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の実装構造として、例えば図１０に示すようなものがある。図１０の（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＫ−Ｋ部断面図である。
これは、ＭＯＳＦＥＴの半導体チップ２個を用いて形成されるインバータ回路の１相分を、１つの半導体モジュールとしたものである。半導体モジュールは、上方が開口したケース状の樹脂ベース７０に、金属電極板１ａ、１ｂおよび１ｃをモールドして形成されている。
金属電極板１ａと１ｂは高さ位置が同層で横に並べて配置され、、金属電極板１ｃは金属電極板１ａの上側に一部重ねられて、各金属電極板は互いに離間して絶縁されている。
【０００３】
半導体チップ３ａと３ｂが、それぞれ半田によって金属電極板１ａと１ｂの上面に接合されている。半導体チップ３ａ、３ｂはそれぞれ金属電極板に接合される裏面がドレイン電極とされ、上面がソース電極とゲート電極となっている。
半導体チップ３ａの上面ソース電極と金属電極板１ｂが複数本の金属ワイヤ７２ａによって接続されており、また、半導体チップ３ａの上面ゲート電極はゲート端子６ａと金属ワイヤ７３ａによって接続されている。
【０００４】
半導体チップ３ｂのソース電極と金属電極板１ｃが複数本の金属ワイヤ７２ｂによって接続されており、また、半導体チップ３ｂのゲート電極はゲート端子６ｂと金属ワイヤ７３ｂによって接続されている。
これにより、図１１に示されるように、半導体チップ３ａと３ｂが直列に接続された回路が形成される。金属電極板１ａが回路の高電源側に接続されるＰ端子になり、金属電極板１ｃが低電源側に接続されるＮ端子、金属電極板１ｂが出力のＩＮＶ端子となる。
【０００５】
半導体モジュールの金属電極板１ａ、１ｂが露出した底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート７を介してヒートシンク８が取り付けられている。これにより、半導体チップ３ａ、３ｂが動作する際に発生する熱はヒートシンク８に伝達され、放熱される。
【０００６】
このような半導体装置の実装構造を備えるインバータ回路では、小電流タイプでも２０〜３０アンペア、大電流タイプでは１００アンペア以上の主電流を半導体チップに流すので、２つの金属電極板１ａ、１ｃの自己インダクタンスによるスイッチング動作時の影響が無視できなくなる。そこで、半導体モジュールの２つの金属電極板１ａ、１ｃを所定の間隔を保って互いに平行になるように配設することにより、自己インダクタンスを低減しようとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この実装構造になる半導体装置では、その半導体モジュールにおける２つの金属電極板１ａ、１ｃが平行になっている箇所が一部のみであるため、自己インダクタンスの低減効果が充分ではなく、半導体チップのスイッチング特性が低下したり、極端な場合にはスイッチングによるターンオフ時のスパイク電圧により半導体チップが破壊される可能性もある。
この対策として、本出願人は図１２に示すように、金属電極板１ａ’と１ｂ’、１ｂ’と１ｃ’を互いに平行に重ねて配設したうえ、金属電極板１ａ’と１ｃ’の端部に形成される外部接続部２ａ、２ｃをそれぞれ各板の全幅にわたって垂直に立ち上げて、互いに対向させることにより、２つの金属電極板１ａ’と１ｃ’が重なる領域を多くして自己インダクタンスを一層低減した半導体装置の実装構造を提案した。
【０００８】
しかしこの場合、樹脂ベース７０’の材質によって、モールド成形後の冷却時に、収縮力が加わってケースの開口に連なる側壁が内側に収縮しようとする際に、半導体モジュール底面に対して垂直に立ち上げて対向させた２つの金属電極板の外部接続部がその収縮を阻害して、図１３の（ａ）から（ｂ）のように半導体モジュール底面が下に凸となるべきところが、（ｃ）のように上に凸となってしまう場合があることを見出した。
【０００９】
この場合、半導体モジュールをヒートシンクに取り付けるに当たって、通常周辺部が固定される半導体モジュールとヒートシンク間に隙間ができる結果、熱抵抗が大きくなって半導体装置全体としての信頼性が低下するという問題が生じる。
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、２つの金属電極板の自己インダクタンスの低減効果を損なわずに、半導体モジュール底面が上に凸となることを防止できる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の本発明は、樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域と第１の金属電極板とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延びる延設部と該延設部をつないで第１の金属電極板と重なる連通部を有して第１の金属電極板より高い位置に配置され、第１の金属電極板は第３の金属電極板の連通部に重なる重なり領域と第１の半導体チップが接合される主部とを有し、第２の金属電極板は、第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして連通部を乗り越え第３の金属電極板と略同層で第１の金属電極板上に延びる高段部を備えて、第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を主部の側辺より突出させて外部接続部とするものとした。
【００１１】
請求項２の発明は、樹脂ベースの周辺部にいずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられているものとした。
さらに請求項３の発明は、樹脂ベースの中央部にいずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられているものとした。
【００１２】
請求項４の発明は、第２の貫通穴が第１、第２および第３の金属電極板が重なる部位に設けられ、第１、第２および第３の金属電極板は第２の貫通穴より大径の穴を有して該第２の貫通穴に露出しないように構成されているものとした。
【００１３】
請求項５の発明は、樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、第１の金属電極板の第１の半導体チップが接合される主部と第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延び第１の金属電極板の主部より高い位置に配置された延設部と、該延設部を樹脂ベースの外端側でつないで上方へ立ち上げた連通部とを有し、第２の金属電極板は、第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして第３の金属電極板の延設部と略同層で第１の金属電極板の主部上に延びる高段部を備え、第１の金属電極板は主部に対して上方へ立ち上げて第３の金属電極板の連通部に対向して重なる重なり領域を備え、第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を主部の側辺より突出させて外部接続部とするものとした。
【００１４】
請求項６の発明は、とくに第１の金属電極板が主部と連通部の間に開口を有し、該開口内に第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が配置されているものとした。
また、請求項７の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が、第１の金属電極板の主部を挟んで連通部と反対側に配置され、第３の金属電極板の延設部は、第１の金属電極板の主部上を、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺まで延びているものとした。
【００１５】
請求項８の発明は、樹脂ベースの周辺部にいずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられているものとした。
また、請求項９の発明は、樹脂ベースの中央部にいずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられているものとした。
【００１６】
請求項１０の発明は、上記各発明において、とくに第２の半導体チップを接合した第２の金属電極板が複数並列に設けられ、第３の金属電極板は各第２の金属電極板に対応して延設部を備えるとともに、連通部がすべての延設部をつなぎ、第１の金属電極板は第２の半導体チップを接合した主部を各第２の金属電極板に対応して備えるとともに、連通部に重なる重なり領域がすべての主部をつないでいるものとした。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域と第１の金属電極板とが略同層とされ、第３の金属電極板は第１の金属電極板と重なる連通部と延設部を有し、第１の金属電極板は第３の金属電極板の連通部に重なる重なり領域と主部とを有し、連通部と重なり領域を主部の側辺より突出させて第１、第３の金属電極板の外部接続部とするものとしたので、樹脂ベースの中央部では第１の金属電極板が第３の金属電極板の連通部と上下に重なっているが、この重なり部分は垂直に立ち上がっていないので、ヒートシンクへの取り付け面となる樹脂ベースの底面がモールド成形後の冷却時に下に凸となる方向の収縮が阻害されない。このため、樹脂ベースの底面は少なくも平面となり、第１の金属電極板および第２の金属電極板の底面に露出する部分とヒートシンクとの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されるので、半導体装置の信頼性が確保されるという効果を有する。
【００１８】
請求項２の発明は、樹脂ベースの周辺部に第１の貫通穴が設けられているので、この貫通穴を通してネジで樹脂ベースをヒートシンクに固定でき、下に凸または少なくとも平面の樹脂ベース中央部分も確実にヒートシンクに当接する。
【００１９】
請求項３の発明は、樹脂ベースの中央部に第２の貫通穴が設けられているので、この貫通穴を通してネジで中央部をヒートシンクに締め付けることにより、温度変化などにより万一底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンクとの間に隙間が発生せず、安定した冷却性能が確保される。
この場合、中央部では第１の金属電極板が第３の金属電極板の連通部と上下に重なり、また第２の金属電極板も部分的に重なっているが、請求項４のように、少なくも第１、第３の金属電極板の重なり部に大径の穴を有することにより、第１、第３の金属電極板が露出しない第２の貫通穴を設けることができる。さらには第２の金属電極板にも大径の穴を形成すれば、第１、第２および第３の金属電極板が重なる部位でも第２の貫通穴を配置することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、第１の金属電極板の第１の半導体チップが接合される主部と第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域とを略同層とし、第３の金属電極板は、延設部を樹脂ベースの外端側で立ち上げた連通部を有し、第１の金属電極板は主部に対して上方へ立ち上げて第３の金属電極板の連通部に対向して重なる重なり領域を備えるので、樹脂ベース底面に対して立ち上がった対向部分が外端に位置し、このため、当該部分が樹脂ベースのモールド成形後の冷却時における収縮を阻害しない。したがって、樹脂ベース底面が上に凸になることがなく、請求項１の発明と同じく、第１の金属電極板および第２の金属電極板の底面に露出する部分とヒートシンクとの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されるので、半導体装置の信頼性が確保されるという効果を有する。
【００２１】
また、請求項６の発明は、第１の金属電極板の開口内に第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が配置されているものとしたので、これにより、金属電極板の重ね構成を２層にでき、半導体装置全体の高さを低くすることができる。
【００２２】
また、請求項７の発明は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域を第１の金属電極板の主部を挟んで連通部と反対側に配置し、第３の金属電極板の延設部第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺まで延ばしたので、これによっても、金属電極板を２層にでき、半導体装置全体の高さを低くすることができる。また、第１の金属電極板が開口を有しないので簡素な構成となる。
【００２３】
請求項８および請求項９の発明は、請求項２、３の発明と同様に、貫通穴を通してネジで周辺部や中央部をヒートシンクに締め付けることにより、樹脂ベースを確実にヒートシンクに当接させ、また温度変化などにより万一底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンクとの間に隙間が発生せず、安定した冷却性能が確保される。
【００２４】
請求項１０の発明は、第２の半導体チップを接合した第２の金属電極板を複数並列に設け、第１の金属電極板の主部および第３の金属電極板の延設部をこれに対応させたので、例えばインバータ回路の複相分を少ない部品点数の１ユニットに実現でき、回路全体を小型に構成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をインバータ回路の実装ユニットに適用した実施例により説明する。実施例では、従来例において用いられたＭＯＳＦＥＴからなる半導体チップ３ａ、３ｂのかわりに、それぞれＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）４０（４０ｐ、４０ｎ）とＦＷＤ（フリーホイールダイオード）４２（４２ｐ、４２ｎ）の組合せに置き換え、これを１相について並列に２組用いるとともに、３相分をモジュール化して図１に示す回路とする。
【００２６】
図２は第１の実施例を示す上面図、図３はその断面図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図２におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、およびＤ−Ｄ各部の断面を示す。また、図４は本実装ユニットの半導体モジュールにおける金属電極板の位置関係を示す斜視図であり、樹脂ベースを省略している。
図５は、金属電極板を互いに分離して示す斜視図である。
実装ユニット１００は、全体が上方に開口したケース状を呈する樹脂ベース５０に、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）若しくはこれらを含む合金からなり互いに絶縁された金属電極板１０、２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）および３０をモールドして形成された半導体モジュール１０１と、放熱シート５７およびヒートシンク５８（図３の（ａ）参照）からなっている。なお、図３の（ａ）以外では放熱シート５７およびヒートシンク５８は図示省略している。
【００２７】
すなわち、半導体モジュール１０１の金属電極板１０と２０はそれぞれ樹脂ベース５０の底面を略２分して露出しており、金属電極板１０、２０が露出した半導体モジュール１０１の底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート５７を介してヒートシンク５８が取り付けられて、ネジ６０で固定されている。
これにより、金属電極板１０、２０に接合されるＩＧＢＴ４０（４０ｐ、４０ｎ）とＦＷＤ４２（４２ｐ、４２ｎ）が動作する際に発生する熱は、ヒートシンク５８に伝達され、放熱される。
【００２８】
半導体モジュール１０１において、金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗはそれぞれの低段部２２が互いの間に隙間を設けて横方向に並べられ、この並んだ金属電極板２０の各低段部２２の端縁と対向して金属電極板１０が配置されている。
金属電極板３０は、金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの並び方向に延びる連通部３２と該連通部３２から所定間隔で設けられた延設部３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）を有し、連通部３２が金属電極板１０の上記金属電極板２０の各低段部２２と対向する端縁にそって、金属電極板１０の上に所定の間隙をおいて重なっている。そして、各延設部３４は金属電極板２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの各側辺に重なっており、したがってとくに延設部３４ｂは金属電極板２０ｕと２０ｖ間の隙間にそって両者に跨る幅で延び、また延設部３４ｃは金属電極板２０ｖと２０ｗ間の隙間にそって両者に跨る幅で延びている。
【００２９】
金属電極板２０はそれぞれその低段部２２の金属電極板１０と対向する端縁の幅方向中央部から延びる細幅の高段部２４を備え、この高段部２４は一旦上方へオフセットして金属電極板３０の連通部３２を乗り越え、それから金属電極板１０の上を所定の間隙をもって金属電極板３０と同じ高さ（同層）で延び、ぞの先端が外部接続部２６として樹脂ベース５０から側方へ突出して露出している。
【００３０】
金属電極板１０は、金属電極板３０の連通部３２が重なっている領域を同じく連通部１２とし、金属電極板２０の高段部２４が重なっている主部１１にスリット１３を有している。スリット幅は細く、金属電極板２０の高段部２４はスリット１３を跨る幅で延びている。
金属電極板１０の連通部１２と金属電極板３０の連通部３２とは、それぞれ一端側（ここでは延設部３４ｄ側）で互いの間隙を保持したまま上方へ垂直に折り曲げられて樹脂ベース５０から上へ延び、その後、外部接続部１６、３６として互いに逆方向、かつ連通部１２、３２と平行に折り曲げられている。
【００３１】
インバータ回路における１相分について説明すると、樹脂ベース５０の底面にある金属電極板１０の主部１１上には、図２の上面図上、金属電極板２０（２０ｕ）の高段部２４を挟み、該高段部２４にそった両側にＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ、合計２組が導電性接合材である半田により接合されている。
同じく樹脂ベース５０の底面にある金属電極板２０の低段部２２上にも、金属電極板３０の連通部３２と延設部３４（３４ａ、３４ｂ）でコ字形に囲まれた領域において、各延設部にそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。
上記金属電極板１０上の２組のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐが発明における第１の半導体チップを構成し、金属電極板２０上の２組のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐが発明における第２の半導体チップを構成している。
【００３２】
さらに、金属電極板２０ｕ近傍における上記コ字形に囲まれた領域の開口側には、ＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組に対応させて、ゲート端子４９ｎが樹脂ベース５０にモールドされ、金属電極板１０近傍における連通部１２と反対側には、ＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組に対応させて、ゲート端子４９ｐが樹脂ベース５０にモールドされている。
【００３３】
ＩＧＢＴ４０は半田接合面をコレクタとし、金属電極板１０上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０ｕの高段部２４に複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐの上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２は半田接合面をカソードとし、上面のアノード電極が高段部２４に複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００３４】
金属電極板２０ｕ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０の延設部３４（３４ａ、３４ｂ）に複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４に複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００３５】
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。
金属電極板１０の外部接続部１６が回路入力のＰ端子になり、金属電極板３０の外部接続部３６がＮ端子、金属電極板２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の各外部接続部２６が出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗとなる。これらの入出力端子はさらにインバータ装置における図示しないバスバーあるいは強電ケーブルに接続される。また、ゲート端子４９ｐ、４９ｎは例えば半導体モジュールの樹脂ベース５０の上に取り付けられる不図示の駆動信号制御基板の駆動信号出力端子に接続される。
【００３６】
半導体モジュール１０１の周辺部には、樹脂ベース５０の角部、高段部２４間の中間位置、および延設部３４の先端近傍にネジ貫通穴５２が設けられ、半導体モジュール１０１をヒートシンク５８に固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。金属電極板１０および金属電極板２０の低段部２２にはネジ貫通穴５２との間に所定の間隙をもつように切り欠き１８、２８が形成され、ネジ貫通穴５２の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００３７】
また、半導体モジュール１０１の中央部においては、金属電極板２０の高段部２４、金属電極板３０、１０の連通部３２、１２の重なり部分にネジ貫通穴５３が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。
このネジ貫通穴５３まわりにおいても、高段部２４および連通部１２、３２にはそれぞれネジ貫通穴５３より大径の穴が形成されて、ネジ貫通穴５３の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
半導体モジュール１０１のネジ貫通穴５２、５３に対応して、放熱シート５７には貫通穴が設けられ、ヒートシンク５８には雌ねじが形成されている。
【００３８】
本実施例は以上のように構成され、半導体モジュール１０１の金属電極板１０、２０、３０を上下に重ねて配置したので、平面投影面積が小さく、コンパクトな実装ユニットが得られる。
同じく、金属電極板２０と１０、あるいは金属電極板３０と２０が対向して重なり合っているので、ＩＧＢＴ４０の動作時に各金属電極板に発生するインダクタンスが、対向している間の相互誘導作用により打ち消されるという利点を有している。
【００３９】
そして実施例ではとくに、金属電極板１０と金属電極板３０がそれぞれの連通部１２、３２が半導体モジュール１０１の中央部で上下に重なっているだけで、各外部接続部１６、３６はそれぞれ連通部の端部において、実質樹脂ベース５０の外部に出てから立ち上げられている。
すなわち、金属電極板１０と金属電極板３０の外部接続部１６、３６は、樹脂ベース５０の中央部において底面に対して垂直に立ち上がってはおらず、その間にモールド樹脂を挟む構成ともなっていないから、樹脂ベース５０のモールド成形後の冷却時に、ケースの側壁が内側に収縮しようとするのを阻害するものがなく、半導体モジュール１０１の底面は下に凸となる。
したがって、半導体モジュール１０１をヒートシンク５８に固定したとき、半導体モジュール１０１の底面とヒートシンク５８間に隙間が生じることがなく、熱抵抗が有効に低減されて半導体装置の信頼性が確保される。
【００４０】
また、半導体モジュール１０１の周辺部だけでなく中央部にもネジ貫通穴５３を設けてあるので、このネジ貫通穴５３を通してネジ６０により中央部もヒートシンク５８に締め付けることにより、温度変化などにより万一半導体モジュール１０１の底面が上に凸になろうとした場合にも、ヒートシンク５８との間の隙間発生を抑制し、安定した冷却性能が確保される。
【００４１】
つぎに、第２の実施例について説明する。
図６は第２の実施例を示す上面図、図７はその断面図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図６におけるＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇ、およびＨ−Ｈ各部の断面を示す。また、図８は本実装ユニットの半導体モジュール１０１Ａにおける金属電極板の位置関係を示す斜視図であり、樹脂ベースを省略している。
本実装ユニット１００Ａも半導体モジュール１０１Ａの樹脂ベース５０Ａに３種の金属電極板を備える。
【００４２】
金属電極板１０Ａの主部１１Ａと２０Ａ（２０Ａｕ、２０Ａｖ、２０Ａｗ）の低段部２２Ａはそれぞれ樹脂ベース５０Ａの底面において、放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａ側へ露出している。なお、図７の（ａ）以外では放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａは図示省略している。
金属電極板１０Ａ、２０Ａが露出した半導体モジュール１０１Ａの底面には、電気的な絶縁性を有する放熱シート５７Ａを介してヒートシンク５８Ａが取り付けられて、ネジ６０で固定されている。
【００４３】
半導体モジュール１０１Ａにおいて、金属電極板１０Ａは、樹脂ベース５０Ａの底面の略半部に広がってＩＧＢＴ４０とＦＷＤ４２が接合される主部１１Ａから等間隔に４本の枝部１４が延び、さらに各枝部１４の先端をつなげる連通部１２Ａを有している。これにより、枝部１４間に３つの矩形の開口１５が形成される。また連通部１２Ａは主部１１Ａおよび枝部１４に対して垂直に上方へ折り曲げられている。
【００４４】
金属電極板１０Ａの開口１５内に、所定の隙間をもって金属電極板２０Ａの各低段部２２Ａが配置され、低段部２２Ａの金属電極板１０Ａの主部１１Ａに対向する端縁から所定幅の高段部２４Ａが上方へオフセットして、主部１１Ａの上を所定の間隙をもって延び、その先端が外部接続部２６Ａとして樹脂ベース５０Ａから側方へ突出して露出している。
【００４５】
金属電極板３０Ａは、連通部３２Ａと、連通部３２Ａから金属電極板１０Ａの枝部１４の上に所定の間隙をもって金属電極板２０Ａの高段部２４Ａと同じ高さ（同層）で延びる延設部３４Ａとを備え、延設部３４Ａは、枝部１４とその枝部１４にそう隙間を挟んで隣接の金属電極板２０Ａの低段部２２Ａに跨る幅を有している。
金属電極板３０Ａの連通部３２Ａは、金属電極板１０Ａの連通部１２Ａと同じく垂直に上方へ折り曲げられて、所定の間隔をもって連通部１２Ａと対向している。
連通部１２Ａ、３２Ａはそれぞれの一端が長手方向に延びて、樹脂ベース５０Ａの金属電極板２０Ａの外部接続部２６Ａが突出する面とは直角の側面から突出して露出し、外部接続部１６Ａ、３６Ａとなっている。
【００４６】
インバータ回路における１相分について説明すると、金属電極板１０Ａの主部１１Ａ上には、図６の上面図上、金属電極板２０Ａｕの高段部２４Ａの両側に該高段部２４ＡにそったＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ半田により接合されている。
金属電極板２０Ａｕの低段部２２Ａ上にも、その両側辺にそって並んだ金属電極板３０Ａの延設部３４ＡにそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。
さらに、金属電極板１０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの各組に対応させて金属電極板１０Ａの開口１５とは反対側、および金属電極板２０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの各組に対応させて高段部２４Ａとは反対側には、それぞれゲート端子４９ｐ、４９ｎが樹脂ベース５０Ａにモールドされている。
【００４７】
金属電極板１０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０Ａの高段部２４Ａに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐ上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２ｐは上面のアノード電極が高段部２４Ａに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００４８】
金属電極板２０Ａ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０Ａの延設部３４Ａに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４Ａに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。金属電極板１０Ａの外部接続部１６Ａが回路のＰ端子になり、金属電極板３０Ａの外部接続部３６ＡがＮ端子、金属電極板２０Ａの外部接続部２６Ａが出力端子となる。
【００４９】
半導体モジュール１０１Ａの周辺部には、樹脂ベース５０Ａの角部、高段部２４Ａ間の中間位置、および開口１５における低段部２２Ａと連通部１２Ａ間のスペースにネジ貫通穴５２が設けられ、半導体モジュール１０１Ａをヒートシンク５８Ａに固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。金属電極板１０Ａにはネジ貫通穴５２との間に所定の間隙をもつように切り欠き１８Ａが形成され、ネジ貫通穴５２の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００５０】
また、半導体モジュール１０１Ａの中央部においても、開口１５における低段部２２Ａと主部１１Ａ間のスペースに高段部２４Ａを挟んでネジ貫通穴５３が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。
各ネジ貫通穴５２、５３の内壁はモールド樹脂とされ、ネジ６０と絶縁するようになっている。
その他の構成は、第１の実施例と同様である。また、放熱シート５７Ａおよびヒートシンク５８Ａは、樹脂ベース５０Ａのサイズに対応するとともにネジ貫通穴５２、５３の配置に応じてネジの通過穴および雌ネジの位置が相違し得るほかは、放熱シート５７およびヒートシンク５８と同じである。
【００５１】
本実施例は以上のように構成され、金属電極板を重ねた配置により第１の実施例と同じくインダクタンスが打ち消されるほか、金属電極板１０Ａと金属電極板３０Ａの外部接続部１６Ａ、３６Ａに連なる連通部１２Ａ、３２Ａの立上がりが樹脂ベース５０Ａの中央部でなく樹脂ベースにおける側壁部分となっていることに加えて、さらに、金属電極板の重なりが２枚までで、中央部で３枚重なることもないから、第１の実施例に比較して一層樹脂ベース５０Ａにおける収縮阻害が解消され、半導体モジュール１０１Ａの底面が上に凸となることがない。
【００５２】
また、全体として金属電極板の重なりが２層であるから、底面に対して連通部１２Ａ、３２Ａを垂直に立ち上げた側部を除き、半導体モジュール１０１Ａの主要部の高さを必要に応じて低くできるという利点を有する。
また、第１の実施例と同様に、半導体モジュール１０１Ａの周辺部ならびに中央部にネジ貫通穴５３を設けて、このネジ貫通穴を通してネジ６０によりヒートシンク５８Ａに締め付けるようになっているので、常に確実にヒートシンク５８Ａとの間の隙間発生が防止され、半導体装置の信頼性が確保される。
とくに金属電極板１０Ａがその枝部１４を含めて樹脂ベース５０Ａの底面全面に張り渡されているので、半導体モジュール底面の反りが一様となり、ネジ締めされる各部位の圧接力のばらつきも減少する。
【００５３】
図９は、第２の実施例に対する変形例を示す、図８相当の半導体モジュールの斜視図である。この変形例は、金属電極板１０Ａの主部と金属電極板２０Ａの低段部の配置を入れ替えたもので、各部材に新たな参照番号を付して説明する。
半導体モジュール１０１Ｂでは、金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂと金属電極板２０Ｂ（２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗ）の低段部２２Ｂがそれぞれ不図示の樹脂ベースの底面に露出している。
金属電極板１０Ｂは、上記主部１１Ｂと、主部１１Ｂに対して垂直に上方へ折り曲げられた連通部１２Ｂとからなり、連通部１２Ｂは第２の実施例における連通部１２Ａと同じく、樹脂ベースの側壁内を延びて、長手方向の一端が外部接続部１６Ｂとして樹脂ベースから側方へ突出して露出する。
【００５４】
金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂの連通部１２Ｂと反対側の端縁に対向して、所定の隙間をもって金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂが配置されている。金属電極板２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗは互いの間にも隙間を設けて横方向に並べられ、それぞれ低段部２２Ｂの端縁の中央から所定幅の高段部２４Ｂが上方へオフセットして、主部１１Ｂの上を所定の間隙をもって連通部１２Ｂ方向へ延びている。
また、金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂからは、高段部２４Ｂと反対方向に高段部２４Ｂと同じ高さにオフセットして所定幅の外部接続部２６Ｂが延び、樹脂ベースから側方へ突出して露出する。
【００５５】
金属電極板３０Ｂは、連通部３２Ｂと、連通部３２Ｂから金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂ上に所定の間隙をもって金属電極板２０Ｂの高段部２４Ｂと同じ高さ（同層）で延びる４本の延設部３４Ｂとを備えている。各延設部３４Ｂは相互間に等幅の間隔を形成して、各金属電極板２０Ｂ間の隙間上に延びている。中間２つの延設部３４Ｂは隙間を挟んで隣接する金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂに跨る幅を有している。
【００５６】
金属電極板３０Ｂの連通部３２Ｂは、金属電極板１０Ｂの連通部１２Ｂと同じく垂直に上方へ折り曲げられて、所定の間隔をもって連通部１２Ｂと対向している。
連通部３２Ｂは一端が樹脂ベースの側面から突出して露出し、金属電極板１０Ｂの外部接続部１６Ｂと対向する外部接続部３６Ｂとなっている。
【００５７】
インバータ回路における１相分について説明すると、金属電極板１０Ｂの主部１１Ｂ上には、金属電極板３０Ｂの延設部３４Ｂ間のスペースにおいて金属電極板２０Ｂｕの高段部２４Ｂの両側に該高段部にそったＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの組が１組ずつ半田により接合されている。さらに、金属電極板１０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｐとＦＷＤ４２ｐの各組に対応させて、連通部１２Ｂ側には、それぞれゲート端子４９ｐが樹脂ベースにモールドされている。
【００５８】
金属電極板１０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｐは上面のエミッタ電極が金属電極板２０Ｂの高段部２４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続されている。また、ＩＧＢＴ４０ｐ上面のゲート電極はゲート端子４９ｐと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
ＦＷＤ４２ｐは上面のアノード電極が高段部２４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
【００５９】
金属電極板２０Ｂｕの低段部２２Ｂ上にも、その両側に並んだ金属電極板３０Ｂの延設部３４ＢにそってＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの組が１組ずつ半田により接合されている。そして、金属電極板２０Ｂ上のＩＧＢＴ４０ｎとＦＷＤ４２ｎの各組に対応させて、上記スペースの開口側には、それぞれゲート端子４９ｐが樹脂ベースにモールドされている。
【００６０】
金属電極板２０Ｂｕ上のＩＧＢＴ４０ｎは、上面のエミッタ電極が金属電極板３０Ｂの延設部３４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ１によって接続され、ゲート電極はゲート端子４９ｎと金属ワイヤＷ３によって接続されている。
また、ＦＷＤ４２ｎは上面のアノード電極が延設部３４Ｂに複数本の金属ワイヤＷ２によって接続されている。
他の相についても同様であり、これにより、図１に示される回路が形成される。金属電極板１０Ｂの外部接続部１６Ｂが回路のＰ端子になり、金属電極板３０Ｂの外部接続部３６ＢがＮ端子、金属電極板２０Ｂの外部接続部２６Ｂが出力端子となる。
【００６１】
半導体モジュール１０１Ｂの周辺部には、金属電極板２０Ｂの低段部２２Ｂの角部、および高段部２４Ｂの先端近傍に、前述各実施例におけるネジ貫通穴５２と同じネジ貫通穴が設けられ、半導体モジュール１０１Ｂを不図示のヒートシンクに固定するためのネジ６０が貫通可能となっている。低段部２２Ｂの角部にはネジ貫通穴との間に所定の間隙をもつように切り欠き２８Ｂが形成され、金属電極板１０Ｂには高段部２４Ｂの先端近傍にネジ貫通穴より大径の穴５４が形成されて、それぞれネジ貫通穴の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
【００６２】
また、半導体モジュール１０１Ｂの中央部においても、金属電極板１０Ｂと金属電極板２０Ｂ間の隙間において、延設部３４Ｂと高段部２４Ｂ間ごとにネジ貫通穴が設けられ、周辺部と同じくネジ６０が貫通可能となっている。ここでもネジ貫通穴の内壁をモールド樹脂として、ネジ６０と絶縁するようになっている。
その他の構成は、第２の実施例と同じである。
【００６３】
この変形例によっても、底面に対して垂直に立ち上がって対向する連通部１２Ｂ、３２Ｂは樹脂ベースの側部に位置するとともに、全体として金属電極板の重なりが２層であるから、第２の実施例と同じく、樹脂ベースの収縮阻害が有効に解消され、半導体モジュール１０１Ｂの底面が上に凸となることがなく、また半導体モジュール１０１Ｂの主要部の高さを必要に応じて低くできるという利点を有する。
【００６４】
また、半導体モジュール１０１Ｂの周辺部ならびに中央部にネジ貫通穴を設けて、このネジ貫通穴を通してネジ６０によりヒートシンクに締め付けるようになっているので、常に確実にヒートシンクとの間の隙間発生が防止され、半導体装置の信頼性が確保される。
さらに、第２の実施例では金属電極板１０Ａが樹脂ベース５０Ａの底面全体に張り渡される一方で、主部１１Ａと連通部１２Ａの間に開口１５を有するため材料の歩留まりが若干低いのに対して、この変形例では金属電極板１０Ｂの形状が簡素化され、歩留まりが向上するという利点を有する。
【００６５】
なお、各実施例および変形例では、３相のインバータ回路に適用した例について、各相ごとにＰ側とＮ側に半導体チップとしてＩＧＢＴ４０とＦＷＤ４２の組を２組ずつ並列に設けたものを示したが、これに限定されず、１組ずつとすることができ、また、３相ではなく１相ずつの半導体モジュールとすることもできる。
また、半導体チップとしてＩＧＢＴとＦＷＤの組を用いた例を示したが、これに限定されず、これらの組の代わりにＭＯＳＦＥＴに置き換えることもできる。
【００６６】
さらに、各実施例および変形例では、半導体モジュールの周辺部および中央部に樹脂ベースを貫通する貫通ネジ穴５２、５３を設けて、ネジ６０により半導体モジュールをヒートシンクに固定するものとしたが、固定法はこれに限られず、例えば樹脂ベースの周辺側壁を別部材でヒートシンクに押し付けるようにしてもよい。
しかし、実施例のように貫通ネジ穴を通してネジで直接固定するのが最も簡単確実で好ましい。
なお、固定に用いるネジの本数、したがって樹脂ベースの貫通ネジ穴の数は適宜に選択することができ、また状況によって中央部のみ、あるいは周辺部のみで固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態において形成されるインバータ回路を示す図である。
【図２】第１の実施例を示す上面図である。
【図３】第１の実施例の断面図である。
【図４】第１の実施例における金属電極板の位置関係を示す斜視図である。
【図５】金属電極板を分離して示す斜視図である。
【図６】第２の実施例を示す上面図である。
【図７】第２の実施例の断面図である。
【図８】第２の実施例における金属電極板の位置関係を示す斜視図である。
【図９】変形例を示す斜視図である。
【図１０】従来例を示す図である。
【図１１】従来例によるインバータ１相分の回路図である。
【図１２】他の実装構造案を示す図である。
【図１３】他の実装構造案における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ 金属電極板（第１の金属電極板）
１１、１１Ａ、１１Ｂ 主部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 連通部（第３の金属電極板の連通部に重なる領域）
１３ スリット
１４ 枝部
１５ 開口
１６、１６Ａ、１６Ｂ 外部接続部
１８、１８Ａ、２８、２８Ｂ 切り欠き
２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２０Ａｕ、２０Ａｖ、２０Ａｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２０Ｂｕ、２０Ｂｖ、２０Ｂｗ 金属電極板（第２の金属電極板）
２２、２２Ａ、２２Ｂ 低段部（第２の半導体チップを接合した領域）
２４、２４Ａ、２４Ｂ 高段部
２６、２６Ａ、２６Ｂ 外部接続部
３０、３０Ａ、３０Ｂ 金属電極板（第３の金属電極板）
３２、３２Ａ、３２Ｂ 連通部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４Ａ、３４Ｂ 延設部
３６、３６Ａ、３６Ｂ 外部接続部
４０ｐ、４０ｎ ＩＧＢＴ
４２ｐ、４２ｎ ＦＷＤ
４９ｐ、４９ｎ ゲート端子
５０、５０Ａ 樹脂ベース
５２ ネジ貫通穴（第１の貫通穴）
５３ ネジ貫通穴（第２の貫通穴）
５４ 穴
５７、５７Ａ 放熱シート
５８、５８Ａ ヒートシンク
６０ ネジ
Ｗ１ 金属ワイヤ
Ｗ２ 金属ワイヤ
Ｗ３ 金属ワイヤ
１００、１００Ａ 実装ユニット
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 半導体モジュール
Claims (10)
- 樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、
前記第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域と第１の金属電極板とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、
前記第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延びる延設部と該延設部をつないで第１の金属電極板と重なる連通部を有して第１の金属電極板より高い位置に配置され、
前記第１の金属電極板は第３の金属電極板の前記連通部に重なる重なり領域と前記第１の半導体チップが接合される主部とを有し、
前記第２の金属電極板は、前記第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして前記連通部を乗り越え前記第３の金属電極板と略同層で第１の金属電極板上に延びる高段部を備えて、
前記第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を前記主部の側辺より突出させて外部接続部とすることを特徴とする半導体装置の実装構造。 - 前記樹脂ベースの周辺部には、いずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の実装構造。
- 前記樹脂ベースの中央部には、いずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の実装構造。
- 前記第２の貫通穴は、前記第１、第２および第３の金属電極板が重なる部位に設けられ、第１、第２および第３の金属電極板は第２の貫通穴より大径の穴を有して該第２の貫通穴に露出しないことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の実装構造。
- 樹脂ベースにモールドされて互いに絶縁された第１、第２および第３の金属電極板を備え、第１の金属電極板上に第１の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第２の金属電極板上に第２の半導体チップの裏面の電極を導電性接合材で接合し、第１の半導体チップの上面の電極を第２の金属電極板に、第２の半導体チップの上面の電極を第３の金属電極板にそれぞれ金属ワイヤで接続した半導体装置の実装構造において、
前記第１の金属電極板の第１の半導体チップが接合される主部と第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域とが略同層とされて下面が樹脂ベースの底面に露出し、
前記第３の金属電極板は、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺にそって延び第１の金属電極板の主部より高い位置に配置された延設部と、該延設部を前記樹脂ベースの外端側でつないで上方へ立ち上げた連通部とを有し、
前記第２の金属電極板は、前記第２の半導体チップを接合した領域から上方へオフセットして前記第３の金属電極板の延設部と略同層で第１の金属電極板の主部上に延びる高段部を備え、
前記第１の金属電極板は主部に対して上方へ立ち上げて第３の金属電極板の連通部に対向して重なる重なり領域を備え、
前記第１および第３の金属電極板はそれぞれ連通部および重なり領域を前記主部の側辺より突出させて外部接続部とすることを特徴とする半導体装置の実装構造。 - 前記第１の金属電極板は主部と連通部の間に開口を有し、該開口内に前記第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が配置されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の実装構造。
- 前記第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域が、前記第１の金属電極板の主部を挟んで連通部と反対側に配置され、
前記第３の金属電極板の延設部は、第１の金属電極板の主部上を、第２の金属電極板の第２の半導体チップを接合した領域の両側辺まで延びていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の実装構造。 - 前記樹脂ベースの周辺部には、いずれの金属電極板も露出しない第１の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項５、６または７記載の半導体装置の実装構造。
- 前記樹脂ベースの中央部には、いずれの金属電極板も露出しない第２の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項５、６、７または８記載の半導体装置の実装構造。
- 前記第２の半導体チップを接合した第２の金属電極板が複数並列に設けられ、
前記第３の金属電極板は各第２の金属電極板に対応して前記延設部を備えるとともに、前記連通部がすべての延設部をつなぎ、
前記第１の金属電極板は前記第２の半導体チップを接合した主部を各第２の金属電極板に対応して備えるとともに、前記連通部に重なる重なり領域がすべての主部をつないでいることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の半導体装置の実装構造。
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