JP3941728B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents

電力用半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP3941728B2
JP3941728B2 JP2003102699A JP2003102699A JP3941728B2 JP 3941728 B2 JP3941728 B2 JP 3941728B2 JP 2003102699 A JP2003102699 A JP 2003102699A JP 2003102699 A JP2003102699 A JP 2003102699A JP 3941728 B2 JP3941728 B2 JP 3941728B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating substrate
power semiconductor
copper circuit
wiring
circuit pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003102699A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004311685A (ja
Inventor
克彦 吉原
良成 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Holdings Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Holdings Ltd filed Critical Fuji Electric Holdings Ltd
Priority to JP2003102699A priority Critical patent/JP3941728B2/ja
Publication of JP2004311685A publication Critical patent/JP2004311685A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3941728B2 publication Critical patent/JP3941728B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49113—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting different bonding areas on the semiconductor or solid-state body to a common bonding area outside the body, e.g. converging wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御用インバータなどの電力変換装置に適用するＩＧＢＴモジュールを実施対象とした電力用半導体装置の組立構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記のインバータに適用するＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor) モジュールを例に、絶縁基板に２組のＩＧＢＴを搭載し、ボンディングワイヤ方式により内部配線してインバータ回路の１相分を構成した電力用半導体装置の従来における組立構造を図２に、またその等価回路を図３に示す。各図において、１は絶縁基板（例えば、Direct Bonding Copper 基板）、２，３は絶縁基板１に搭載したＩＧＢＴ、４，５は前記ＩＧＢＴ２の側方に並置して逆並列に接続したＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）、６，７は＋極，−極の直流入力端子、８は交流出力端子、９はボンディングワイヤ（Alワイヤ）である。
【０００３】
ここで、２組のＩＧＢＴ２，３はコレクタ電極を下に向け、またＦＷＤ４，５はカソード電極を下に向けてそれぞれのチップを絶縁基板１の上面に形成した銅回路パターン１ａ，１ｂに振り分けて半田マウントし、さらにＩＧＢＴ２のチップ上面側のエミッタ電極，ＦＷＤ４のアノード電極と銅回路パターン１ｂとの間、およびＩＧＢＴ３のエミッタ電極，ＦＷＤ５のアノード電極との間がそれぞれボンディングワイヤ９で接続されている。また、＋極，−極のの入力端子４，５をそれぞれ銅回路パターン１ａ，１ｃに半田接合して外部に引き出し、出力端子を銅回路パターン１ｂに半田接合して引き出し、これでインバータ回路の１相分の上アームと下アームに対応するＩＧＢＴモジュールを構成している。
【０００４】
そして、上記のＩＧＢＴモジュールを用いて単相インバータのブリッジ回路を構築するには２基のモジュールを並列に接続し、３相ブリッジ回路を構成するには３基を並列に接続する。なお、インバータの動作，およびＩＧＢＴモジュールの通電制御については周知であり、ここでは説明を省略する。
ところで、昨今では電力変換装置の小型化，高密度化に合わせてＩＧＢＴモジュールを小型，コンパクトに構成する要求がますます高まっている。かかる点、前記構成のようにＩＧＢＴ，ＦＷＤの各チップを絶縁基板に平面的に並べて搭載した組立構造では絶縁基板のチップ実装面積が大きくなってパッケージが大形となる。また、主回路の内部配線にボンディングワイヤを採用したものでは、電流通電によるAlワイヤ自身のジュール発熱，およびその放熱性に問題があって小型，高密度化への対応が困難である。
【０００５】
一方、ＩＧＢＴモジュールを小形化するために、ＦＷＤをＩＧＢＴのチップの上に積み重ねて絶縁基板の実装面積を縮減するするようにした組立構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、配線抵抗の低減とジュール発熱量を低く抑えるために、ボンディングワイヤの代わりに幅広なリードフレーム（銅板）を採用した組立構造のＩＧＢＴモジュールも知られているる（例えば、特許文献２参照。）。
図４(a),(b) は上記構造を採用して絶縁基板に２組のＩＧＢＴ，ＦＷＤを実装して構成した２個組ＩＧＢＴモジュールの組立構造図であり、ＦＷＤ４，５はそれぞれアノード電極を下に向けてＩＧＢＴ２，３のエミッタ電極（上面）の上に配線用のリードフレーム１１，１２を挟んで積層，半田接合し、さらにＦＷＤのカソード電極（上面）に配線用のリードフレーム１３，１４を半田接合している。そして、リードフレーム１３，１４の他端を絶縁基板１の銅回路パターン１ａ，１ｂに半田付けしてＩＧＢＴ２，３と逆並列に接続し、またリードフレーム１１の他端は銅回路パターン１ｂに半田付けしてＩＧＢＴ２と３を直列に接続し、さらにリードフレーム１２の他端は銅回路パターン１ｃに半田付けした上で、この銅回路パターン１ｃから−極の入力端子７を引き出すようにしている。なお、図中で１ｄは絶縁基板（Direct Bonding Copper 基板）１のセラミック板、１ｅはその裏面側の形成した銅パターンであり、図示してないが絶縁基板１はパッケージの放熱用金属ベース板に搭載して半田接合している。
【０００６】
上記の構成によれば、図２の構成と比べて絶縁基板１のチップ実装面積がほぼ半分となるのでモジュールを小型に構成できる。また、内部配線としてボンディングワイヤの代わりに幅広なリードフレーム（例えば、幅７mm，厚さ０．５mmの銅板）を用いたことで、配線抵抗，および通電に伴うジュール発熱量が低減し、さらにリードフレーム自身を熱伝導体として放熱性を高めることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１６４８００号公報
【特許文献２】
特開２００２−７６２５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４のモジュール組立構造についても、次記のようにさらに改良すべき課題がある。すなわち、
(1) 絶縁基板１に対して二組のＩＧＢＴ２，３を左右に並べて搭載していることから、パッケージの小型，コンパクト化には限界がある。
(2) また、ＩＧＢＴのスイッチング動作時には主回路のインダクタンス成分により急峻なサージ電圧が発生する。このサージ電圧d は、素子の特性で決まる電流変化を(di/dt),インダクタンスをLとして、d ＝L(di/dt)で表されるようにインダクタンスL の値に比例し、このサージ電圧が高くなるとスイッチング損失が大きくなって電力変換装置の動作特性が悪化する。
【０００９】
したがって、内部の配線インダクタンスを低減することが重要であり、その配線インダクタンス低減手段として、ＩＧＢＴの単独モジュールについては、配線導体の相互誘導作用を利用してコレクタ電極とエミッタ電極を近接配置するなどの配線インダクタンス低減手段が従来から採用されている。
ところで、図４に示した２個組ＩＧＢＴモジュールの構成では、主回路電流の通電路となる絶縁基板１の銅回路パターン１ａ，１ｂをＩＧＢＴ２，３の配列に合わせて左右に離間して形成してことから、銅回路パターン間の電磁的な結合度（相互誘導作用）が小さく、そのためにモジュール内部の配線インダクタンス（浮遊インダクタンス）が電力変換装置（インバータ）の動作特性に及ぼす影響が大きくなるといった問題がある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、図４に示した組立構造をさらに改良してパッケージの小型，コンパクト化を達成し、併せて配線インダクタンスを低減して動作特性の向上化が図れるようにした電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、絶縁基板の銅回路パターン上に二組のパワー半導体チップおよび該パワー半導体チップに逆並列接続するダイオードチップを搭載し、かつ前記パワー半導体チップの間を直列に配線した上で、銅回路パターンから入力端子および出力端子を引き出した電力用半導体装置において、
前記の絶縁基板を二枚に分けて各絶縁基板に一組のパワー半導体チップ，ダイオードチップ，および配線用リードフレームを上下に積層して実装した上で、双方の絶縁基板を上下向かい合わせに重ねて近接配置し、かつ入，出力端子を通じて各絶縁基板の銅回路パターンおよびリードフレームに流れる電流が逆向きとなるように絶縁基板の間を接続するものとし（請求項１）、その具体的な接続手段として上下に並ぶ絶縁基板の銅回路パターンの間をコ字形に屈曲した出力端子を介して接続する（請求項２）。
【００１２】
上記構成のように、二組のパワー半導体チップ（ＩＧＢＴ），ダイオード（ＦＷＤ）を２枚の絶縁基板に振り分けて積み重ね実装した上で、各絶縁基板を上下向かい合わせに配置したことにより、一枚の絶縁基板に二組のパワー半導体チップ，ダイオードを左右に並置して実装した従来構成と比べて、パッケージが占有する底面積が半分に縮小して半導体装置のパッケージを小型，コンパクトに構成できる。
また、向かい合わせに接近して配置した絶縁基板について、各絶縁基板の銅回路パターン，配線用リードフレームに流れる主回路電流が互いに逆向きとなるように絶縁基板の間を配線したことにより、銅回路パターン間の相互誘導作用と相まってトータル的なモジュール内部の配線インダクタンスを低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。なお、図示実施例において、図４に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
図示実施例においては、絶縁基板を二枚の絶縁基板１Ａと１Ｂとに分割した上で、各絶縁基板に振り分けてインバータ回路１相分の上アーム，下アームに対応するＩＧＢＴ，ＦＷＤ，および配線用のリードフレームが次記のように実装されている。すなわち、絶縁基板１Ａには銅回路パターン１Ａ-a，１Ａ-bを形成し、ここに図４と同様にＩＧＢＴ２，ＦＷＤ４，リードフレーム１１，１３を積層して実装し、一方の絶縁基板１Ｂには銅回路パターン１Ｂ-a，１Ｂ-bを形成し、ここにＩＧＢＴ３，ＦＷＤ５，リードフレーム１２，１４を前記と同様に積層して実装する。そして、絶縁基板１Ａは実装面を上に、絶縁基板１Ｂは実装面を下に向けて、双方の基板が上下に向き合うよう近接配置した上で、絶縁基板１Ａの銅回路パターン１Ａ-bと絶縁基板１Ｂの銅回路パターン１Ｂ-aとの間に断面コ字形に屈曲した出力端子８を介して直列に接続し、さらに絶縁基板１Ａの銅回路パターン１Ａ-a，１Ｂ-bから＋極, −極の入力端子６，７を外部に引き出して２個組のＩＧＢＴモジュールを構成している。
【００１４】
なお、前記リードフレーム１１〜１４とＩＧＢＴ，ＦＷＤとは半田付け，あるいは導電性接着剤で接合するものとし、半田接合の場合には半田の密着性を高めるために、あらかじめ半田接合面にＡｕ／Ｎｉなどのめっき処理を施しておくのが良い。
上記した組立構造によれば、二枚の絶縁基板１Ａと１Ｂを上下に重ねた分だけモジュールの高さが増すが、モジュールが占有する底面積は図４に示した従来構造の約半分となってパッケージを小型，コンパクトに構成できる。
また、絶縁基板１Ａ，１Ｂの電流経路は以下のようになる。すなわち、インバータの上アームを形成する絶縁基板１Ａの回路では、＋極の入力端子６から流入した電流は絶縁基板１Ａの銅回路パターン１Ａ-a→ＩＧＢＴ２のコレクタ電極→ＩＧＢＴ２のエミッタ電極→リードフレーム１１→銅回路パターン１Ａ-b→出力端子８を通じてモータなどの負荷（図示せず）に出力される。一方、インバータの下アームを形成する絶縁基板１Ｂの回路では、負荷側から戻ってきた電流は、出力端子８→絶縁基板１Ｂの銅回路パターン１Ｂ-a→ＩＧＢＴ3 →リードフレーム１２→銅回路パターン１Ｂ-b→−極の入力端子７の経路を流れる。また、逆回復時の電流は、前記とは逆にＦＷＤ４，５を通る経路となる。
【００１５】
上記の電流経路から判るように、＋極の端子６から絶縁基板１Ａの回路を経て出力端子８に流れる電流と、出力端子８から絶縁基板１Ｂの回路を経て−極の端子に流れる電流との向きが逆で、かつ絶縁基板１Ａと１Ｂとが向かい合って近接配置されていることから電磁的な結合が高くなり、その相互誘導作用により配線インダクタンスが図４の構成と比べて低減する。なお、この点について発明者が試算したところによれば、図４の従来構造では入力端子から出力端子に至る電流経路での配線インダクタンスは10.32nH であったが、図１に示す実施例の構造とすることで、同じ経路のインダクタンスは0.12nHであり、従来の約1.2%にまで低減できることが確認されている。これにより、スイッチング動作に伴うサージ電圧が低くなってインバータの動作特性が向上する。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、絶縁基板の銅回路パターン上に二組のパワー半導体チップおよび該パワー半導体チップに逆並列接続するダイオードチップを搭載し、かつ前記パワー半導体チップの間を直列に配線した上で、銅回路パターンから入力端子および出力端子を引き出した電力用半導体装置において、前記の絶縁基板を二枚に分けて各絶縁基板に一組のパワー半導体チップ，ダイオードチップ，および配線用リードフレームを上下に積層して実装した上で、双方の絶縁基板を上下向かい合わせに重ねて近接配置し、かつ入，出力端子を通じて各絶縁基板の銅回路パターンおよびリードフレームに流れる電流が逆向きとなるように絶縁基板の間を接続したことにより、
パッケージの小型化，高密度化と併せて、内部の配線インダクタンスを低減してスイッチング動作特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるＩＧＢＴモジュールの組立構造を表す側面図
【図２】従来における２個組ＩＧＢＴモジュールの組立構造を表す平面図
【図３】図２の等価回路図
【図４】図２と異なる従来例の２個組ＩＧＢＴモジュール組立構造図で、(a),(b) はそれぞれ平面図および側面図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 絶縁基板
１Ａ-a, １Ａ-b, １Ｂ-a, １Ｂ-b 銅回路パターン
２，３ ＩＧＢＴ（パワー半導体チップ）
４，５ ＦＷＤ（ダイオードチップ）
６，７ 入力端子
８ 出力端子
１１〜１４ 配線用のリードフレーム

Claims (2)

  1. 電力変換装置に適用する電力用半導体装置であって、絶縁基板の銅回路パターン上に二組のパワー半導体チップおよび該パワー半導体チップに逆並列接続するダイオードチップを搭載し、かつ前記パワー半導体チップの間を直列に配線した上で、銅回路パターンから入力端子および出力端子を引き出したものにおいて、
    前記の絶縁基板を二枚に分けて各絶縁基板に一組のパワー半導体チップ，ダイオードチップ，および配線用リードフレームを上下に積層して実装した上で、双方の絶縁基板を上下向かい合わせに重ねて近接配置し、かつ入，出力端子を通じて各絶縁基板の銅回路パターンおよびリードフレームに流れる電流が逆向きとなるように絶縁基板の間を接続したことを特徴とする電力用半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置において、二分して上下に並ぶ絶縁基板の銅回路パターンの間をコ字形に屈曲した出力端子を介して接続したことを特徴とする電力用半導体装置。
JP2003102699A 2003-04-07 2003-04-07 電力用半導体装置 Expired - Fee Related JP3941728B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003102699A JP3941728B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 電力用半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003102699A JP3941728B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 電力用半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004311685A JP2004311685A (ja) 2004-11-04
JP3941728B2 true JP3941728B2 (ja) 2007-07-04

Family

ID=33466055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003102699A Expired - Fee Related JP3941728B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 電力用半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3941728B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9351423B2 (en) 2012-06-29 2016-05-24 Denso Corporation Semiconductor device and semiconductor device connection structure

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4810898B2 (ja) * 2005-06-29 2011-11-09 富士電機株式会社 半導体装置
JP4878520B2 (ja) * 2006-08-09 2012-02-15 本田技研工業株式会社 半導体装置
JP4820233B2 (ja) * 2006-08-09 2011-11-24 本田技研工業株式会社 半導体装置
JP5171199B2 (ja) * 2007-10-15 2013-03-27 ローム株式会社 パワーモジュール
JP5481104B2 (ja) * 2009-06-11 2014-04-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP2012146760A (ja) * 2011-01-11 2012-08-02 Calsonic Kansei Corp パワー半導体モジュール
JP5587275B2 (ja) * 2011-10-20 2014-09-10 株式会社豊田中央研究所 半導体モジュール
JP2013153010A (ja) * 2012-01-24 2013-08-08 Denso Corp 半導体モジュール及び半導体装置
JP5440634B2 (ja) 2012-03-15 2014-03-12 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
JP5741526B2 (ja) * 2012-05-30 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP6368646B2 (ja) 2012-09-20 2018-08-01 ローム株式会社 パワーモジュール半導体装置およびインバータ装置、およびパワーモジュール半導体装置の製造方法、および金型
EP2963683B1 (en) * 2013-02-28 2017-08-30 Shindengen Electric Manufacturing Co. Ltd. Module, module assembly, and module manufacturing method
JP6037045B2 (ja) 2013-10-29 2016-11-30 富士電機株式会社 半導体モジュール
JP5930565B1 (ja) * 2014-08-12 2016-06-08 新電元工業株式会社 半導体モジュール
JP6829204B2 (ja) * 2015-09-28 2021-02-10 株式会社東芝 窒化珪素回路基板およびそれを用いた半導体モジュール
JP6849660B2 (ja) * 2016-04-01 2021-03-24 三菱電機株式会社 半導体装置
DE102016119597B4 (de) * 2016-10-14 2020-01-23 Infineon Technologies Ag Doppelseitig kühlbares elektronikmodul und verfahren zu dessen herstellung
EP3389090A1 (en) 2017-04-11 2018-10-17 ABB Schweiz AG Power electronics module
CN109585437A (zh) * 2018-12-17 2019-04-05 深圳市慧成功率电子有限公司 一种多层功率模块
CN111613609B (zh) * 2020-05-06 2022-08-23 广东威特真空电子制造有限公司 高压二极管、高压整流电路和变频式磁控管驱动电源
CN115985910B (zh) * 2023-03-22 2023-06-02 烟台台芯电子科技有限公司 一种igbt半桥功率模块

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9351423B2 (en) 2012-06-29 2016-05-24 Denso Corporation Semiconductor device and semiconductor device connection structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004311685A (ja) 2004-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3941728B2 (ja) 電力用半導体装置
US8461623B2 (en) Power semiconductor module
CN111048491B (zh) 电力用半导体模块以及电力变换装置
KR100430772B1 (ko) 반도체장치
US8045352B2 (en) Power converter
JP6603676B2 (ja) ハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法
US11532600B2 (en) Semiconductor module
JP2014022579A (ja) パワーモジュール半導体装置
WO2023065602A1 (zh) 功率模块及电机控制器
JP2020017623A (ja) 半導体装置
US20230056722A1 (en) Power module with improved electrical and thermal characteristics
CN113875006A (zh) 三电平功率模块
US20210407881A1 (en) Semiconductor device
CN117174680B (zh) 功率模块、封装结构及电子设备
US10097103B2 (en) Power conversion module with parallel current paths on both sides of a capacitor
CN112992845A (zh) 功率模块及其制造方法
US11887905B2 (en) Semiconductor device
CN115425007A (zh) 一种芯片连接件及功率模块
JP2004235566A (ja) 電力用半導体装置
JP2018073923A (ja) 電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方法および電力変換装置
CN216389358U (zh) 功率模块及电机控制器
CN220233181U (zh) 一种功率模块
JP2020043102A (ja) 半導体装置および電力変換装置
KR102434465B1 (ko) 플립-스택형 반도체 패키지 및 제조방법
WO2022038831A1 (ja) パワー半導体モジュールおよび電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050614

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051114

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060703

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070313

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070326

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413

Year of fee payment: 5

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130413

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140413

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees