JP4484400B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control an oscillation phenomenon appearing in a potential of a control electrode of a switching element. SOLUTION: The emitter electrodes of a plurality of IGBT 3 which are connected in parallel are connected with each other through a wiring pattern 26 (or 27) not relaying a wiring pattern 22 (or 23) and conductor wires W1, W2, W3 and W4.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大電流の制御に好適な半導体装置に関し、特に、スイッチング素子の制御電極の電位に現れる発振現象を抑制するための改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
図28は、この発明の背景となる従来の半導体装置のベース部分の平面断面図である。この半導体装置150は、複数のパワー半導体素子を備えるパワーモジュールとして形成されている。図28が示すように、半導体装置150は、その底部に基板62を備えている。基板62の主面の上には、互いに孤立した複数の配線パターン81〜85が島状に配設されている。配線パターン81の上には、上アーム70に属する2個のIGBT63および2個のダイオード64が配置されており、配線パターン82の上には、下アーム71に属する2個のIGBT63および2個のダイオード64が配置されている。
【0003】
4個のIGBT63および4個のダイオード64は、いずれもベアチップとして形成されている。それにより、上アーム70に属する2個のIGBT63のコレクタ電極および2個のダイオード64のカソード電極は、配線パターン81を通じて電気的に互いに接続されている。同様に、下アーム71に属する2個のIGBT63のコレクタ電極および2個のダイオード64のカソード電極は、配線パターン82を通じて電気的に互いに接続されている。
【0004】
上アーム70に属する2個のIGBT63のエミッタ電極と配線パターン82とが、多数の導体ワイヤ75によって互いに接続されている。また、上アーム70に属する2個のダイオード64のアノード電極と配線パターン82とが、多数の導体ワイヤ76によって互いに接続されている。同様に、下アーム71に属する2個のIGBT63のエミッタ電極と配線パターン83とが、多数の導体ワイヤ75によって互いに接続されている。また、下アーム71に属する2個のダイオード64のアノード電極と配線パターン83とが、多数の導体ワイヤ76によって互いに接続されている。
【0005】
なお、図28においては、煩雑を避けるために、上アーム70については、導体ワイヤ75の図示を略し、下アーム71については、導体ワイヤ76の図示を略している。
【0006】
配線パターン84と上アーム70に属する2個のIGBT63のゲート電極とは、導体ワイヤ77によって接続されている。同様に、配線パターン85と下アーム71に属する2個のIGBT63のゲート電極とは、導体ワイヤ77によって接続されている。
【0007】
配線パターン81〜85には、高電源電位が供給される外部端子CC、低電源電位が供給される外部端子EE、負荷が接続される外部端子OUT、および駆動回路が接続される外部端子G1,G2,S1,S2が接続されている。なお、図28では、各配線パターンと外部端子との接続部を、ハッチングを付して示している。
【0008】
以上のように、半導体装置150では、直列に接続された上アーム70と下アーム71とが、高電源電位と低電源電位との間に介挿され、外部端子G1(およびG2)へ入力される駆動信号に応答して、上アーム70(および下アーム71)に属する2個のIGBT63がオン・オフする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置150の例が示すように、定格電流が大きい(例えば、100A以上の)パワーモジュールでは、大きな電流を分担するように複数のパワースイッチング素子が並列に接続される。しかしながら、パワーモジュールでは、負荷に不測の短絡が生じたときには、定格電流の約5倍〜約10倍の大きさの短絡電流が流れる。複数のパワースイッチング素子を備えるパワーモジュールでは、短絡電流が流れるときに、各スイッチング素子の制御電極(IGBTではゲート電極)の電位が発振する場合がある。パワーモジュールの定格電流が大きいほど発振が生じ易いという傾向が認められる。
【0010】
また、上アームおよび下アームのそれぞれに、1個のスイッチング素子のみが配設されている場合であっても、スイッチング素子の主電極が、互いに仕切られた複数のボンディングパッド(図28において、IGBT63の中に描かれる複数の帯状部分)を有する場合には、短絡電流が流れたときに同様の発振が生じる場合がある。
【0011】
発振が生じると、パワーモジュールを利用した応用機器の通常動作へ影響が現れる場合も想定され、また、ノイズの発生要因ともなり得る。さらに、スイッチング素子がIGBTであれば、ゲート絶縁膜への影響も想定される。
【0012】
この発明は、従来の装置における上記した問題点を解消するためになされたもので、スイッチング素子の制御電極の電位に現れる発振現象を抑制することのできる半導体装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
第1の発明の装置は、半導体装置であって、主面を有する基板と、互いに電気的に絶縁されて前記主面の上に配設された第1配線パターン及び第2配線パターンと、前記第1配線パターンの上に配置されることにより、一方主電極どうしが互いに電気的に接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の他方主電極に一端が接続され、前記第2配線パターンへ他端が接続された複数の第1導体ワイヤと、前記第2配線パターンに接続され、前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極と外部とを、前記第2配線パターンを通じて電気的に接続する外部端子と、前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極どうしを、前記第2配線パターンを中継することなく電気的に接続する導電体と、を備える。
【0014】
さらに、第1の発明の装置において、前記導電体が、前記第1配線パターン及び前記第2配線パターンから孤立し、前記第1配線パターン及び前記第2配線パターンに対して電気的に絶縁されて前記主面の上に配設された第3配線パターンと、前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極に一端が接続され、前記第3配線パターンへ他端が接続された複数の第2導体ワイヤと、を備える。
【0015】
さらに、第1の発明の装置において、前記第2配線パターンが、前記複数のスイッチング素子の配列方向に沿って延在しており、前記第3配線パターンが、前記複数のスイッチング素子を挟んで前記第2配線パターンとは反対側に、前記複数のスイッチング素子の配列方向に沿って延在している。
【0016】
さらに、第1の発明の装置において、前記第3配線パターンが、他の配線パターンを挟むことなく前記複数のスイッチング素子に隣接している。
【0017】
の発明の装置では、第1の発明の半導体装置において、前記第3配線パターンが反復する屈曲部を有する。
【0021】
第3の発明の装置は、第1又は第2の発明の半導体装置において、前記主面の上に配設された第4配線パターンと、前記複数のスイッチング素子の制御電極に一端が接続され、前記第4配線パターンへ他端が接続された複数の第4導体ワイヤと、前記第3配線パターンに一端が接続され、前記4配線パターンに他端が接続された電圧クランプ素子と、をさらに備える。
【0027】
第4の発明の装置では、第1ないし第3のいずれかの発明の半導体装置において、前記複数のスイッチング素子の各々が、絶縁ゲート型のスイッチング素子である。
【0043】
【発明の実施の形態】
実施の形態の概略.
図28の半導体装置150を例とする複数のスイッチング素子を備えるパワーモジュールが、短絡電流に起因して発振を引き起こす現象を防止する技術、あるいは発振現象を緩和する技術として、本願発明者は、つぎの3通りのアプローチを想定した。(1)並列接続されたスイッチング素子の間の制御電極(IGBTの例では、ゲート電極)の電位の基準電位、すなわち一方主電極(IGBTの例では、エミッタ電極)の電位を均一化させる。(2)発振が生じたときに、その発振を吸収する素子を設ける。(3)短絡電流を低減する。
【0044】
短絡電流が流れるときには主電流(IGBTの例ではエミッタ電流)Iの増加率(=dI/dt)が、通常のスイッチング動作の下での主電流Iの増加率よりも高くなる。この主電流の変化により、パワーモジュールの内部に寄生的に存在する内部インダクタンスLにより誘導起電力V(=−L×dI/dt)が発生し、この誘導起電力Vが制御電極の電位に重畳される。この誘導起電力Vは、制御電極の電位を持ち上げる方向、すなわち主電流を増大させる方向に印加される。制御電極の電位の上昇率が、ある限度を超えると、制御電極の電位に振動が発生する。
【0045】
誘導起電力Vは、並列接続された複数のスイッチング素子の各々に印加されるが、各スイッチング素子は過渡状態においては独立に動作する。このため、複数のスイッチング素子の間にわずかに存在する特性上の差異のために、複数のスイッチング素子の間で、振動のやりとりが引き起こされ、それが発振を拡大する方向に作用する。したがって、発振の拡大を抑えるためには、複数のスイッチング素子の間で、基準電位が均一となるようにすることが有効となる。
【0046】
複数のスイッチング素子の間で、基準電位を均一化するためには、複数のスイッチング素子の半導体チップに形成されている一方主電極どうしを、できるだけ近接した位置で、かつ、主電流の影響を受けない導電体で接続することが有効な手段となる。このような手段が施されたパワーモジュールでは、短絡電流が流れたときの主電流の増加率(=dI/dt)により各スイッチング素子の間に作用する誘導起動力Vが自動的にバランシングされ、その結果、発振現象を抑制ないし防止することが可能となる。これが第1のアプローチである。
【0047】
第2のアプローチでは、並列接続されている複数のスイッチング素子の制御電極と一方主電極との間に、電圧クランプ素子が介挿される。それによって、発振が生じても、制御電極の電位を、ある限度以下に抑えることができる。すなわち、発振現象の強度を緩和することができる。スイッチング素子がIGBT等の絶縁ゲート型のスイッチング素子である場合には、発振現象の強度が緩和されることによって、ゲート絶縁膜への影響を防止することが可能となる。
【0048】
発振現象を抑制するには、制御電極に印加される誘導起動力Vを低減することが有効である。しかしながら、パワーモジュール内に寄生的に存在する内部インダクタンスLは、図28の半導体装置150を含めて現在の技術においては、すでに限界レベルまで低減されている。したがって、誘導起動力Vを低減するには、電流の増加率(=dI/dt)を抑えることが必要となる。電流の増加率(=dI/dt)は、複数のスイッチング素子の制御電極の電位を低く抑えることで、低減することが可能である。
【0049】
負荷が短絡したときには、主電流が流れる配線パターンには、大きな短絡電流が流れる。このとき、配線パターンには、その部分に固有のインダクタンスによる誘導起動力が発生する。この誘導起電力によって、一方主電極の電位が持ち上げられ、その結果、一方主電極を基準とした制御電極の電位が引き下げられ、各スイッチング素子の主電流の増加が抑制される。これが、第3のアプローチである。
【0050】
また、すでに述べたように、上アームおよび下アームのそれぞれに、1個のスイッチング素子のみが配設されている場合であっても、スイッチング素子の主電極が、互いに仕切られた複数のボンディングパッドを有する場合には、短絡電流が流れたときに発振が生じる場合がある。この発振を抑制する上でも、複数のボンディングパッドを複数のスイッチング素子の主電極と見立てて、上記した第1ないし第3のアプローチを想定することができる。
【0051】
以下において、これら3通りのアプローチにもとづく好ましい実施の形態を詳細に説明する。実施の形態1〜4,8〜15は、第1のアプローチにもとづいており、実施の形態5は第1および第2のアプローチにもとづき、さらに、実施の形態6,7は第1および第3のアプローチにもとづいている。また、実施の形態16,17は第3のアプローチにもとづいている。
【0052】
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による半導体装置の回路図である。図2は、図1の半導体装置101の外観斜視図であり、図3は、図2のX−X切断線に沿った半導体装置101の断面図である。
【0053】
図1が示すように、半導体装置101は、2個のIGBT3および2個のダイオード4を有する上アーム10と、同様に2個のIGBT3および2個のダイオード4を有する下アーム11とを備えている。IGBT3として、パワーIGBTが用いられ、ダイオード4としてパワーダイオードが用いられている。すなわち、半導体装置101は、複数のパワー半導体素子を備えるパワーモジュールとして形成されている。
【0054】
上アーム10および下アームのいずれにおいても、2個のIGBT3の間では、エミッタ電極どうし、コレクタ電極どうし、およびゲート電極どうしが接続されている。すなわち、2個のIGBT3はあたかも1個のIGBTとして機能するように、互いに並列に接続されている。2個のダイオード4は、フリーホイールダイオードとして機能するように、2個のIGBT3とは、順電流が還流する向きに並列接続されている。すなわち、ダイオード4のアノード電極はIGBT3のエミッタ電極に接続され、カソード電極はIGBT3のコレクタ電極に接続されている。
【0055】
上アーム10と下アーム11とは、互いに直列に接続されている。上アーム10の2個のIGBT3のコレクタ電極は外部端子CCに接続され、ゲート電極は外部端子G1に接続され、エミッタ電極は外部端子OUTおよび外部端子S1に接続されている。下アーム11の2個のIGBT3のコレクタ電極は外部端子OUTに接続され、ゲート電極は外部端子G2に接続され、エミッタ電極は外部端子EEおよび外部端子S2に接続されている。
【0056】
図2が示すように、これらの外部端子は、ケース1の上面から外部へ突出しており、それによって図示しない外部装置への接続が可能となっている。図1へ戻って、外部端子CCには高電源電位(図1の例では、正の電源電位)が供給され、外部端子EEには低電源電位(図1の例では、接地電位)が供給される。外部端子OUTには負荷93が接続される。
【0057】
外部端子G1および外部端子S1には、駆動回路90が接続される。駆動回路90は、外部端子S1の電位を基準とした駆動信号を外部端子G1へ供給する。上アーム10のIGBT3は、外部端子G1を通じて入力される駆動信号に応答してオン・オフする。同様に、外部端子G2および外部端子S2には、駆動回路91が接続される。駆動回路91は、外部端子S2の電位を基準とした駆動信号を外部端子G2へ供給する。下アーム11のIGBT3は、外部端子G2を通じて入力される駆動信号に応答してオン・オフする。
【0058】
図3が示すように、半導体装置101は、その底部に基板2を備えている。基板2の主面の上には、互いに孤立した複数の配線パターン21〜27が島状に配設されている。複数の配線パターン21〜27は互いに電気的に絶縁されている。そのためには、例えば基板2の主面が絶縁体であればよい。あるいは、各配線パターン21〜27と基板2の間に絶縁体が介挿されていてもよい。配線パターン21の上には、上アーム10に属する2個のIGBT3および2個のダイオード4が配置されており、配線パターン22の上には、下アーム11に属する2個のIGBT3および2個のダイオード4が配置されている。
【0059】
4個のIGBT3および4個のダイオード4は、いずれもベアチップとして形成されている。それにより、上アーム10に属する2個のIGBT3のコレクタ電極および2個のダイオード4のカソード電極は、配線パターン21を通じて電気的に互いに接続されている。同様に、下アーム11に属する2個のIGBT3のコレクタ電極および2個のダイオード4のカソード電極は、配線パターン22を通じて電気的に互いに接続されている。
【0060】
互いに並列接続される2個のダイオード4と2個のIGBT3とは、一対一の関係をもって互いに隣接するように配置されている。すなわち、1個のIGBT3に1個のダイオード4が隣接するように配置がなされている。それによって、ダイオード4とIGBT3との間の抵抗およびインダクタンスが低減され、フリーホイールダイオードとしてのダイオード4のIGBT3に対する保護機能が高められる。
【0061】
配線パターン21には外部端子CCが接続されている。すなわち、外部端子CCは配線パターン21を通じて、上アーム10に属する2個のIGBT3のコレクタ電極および2個のダイオード4のカソード電極に電気的に接続されている。同様に、配線パターン22には外部端子OUTが接続されている。すなわち、外部端子OUTは配線パターン22を通じて、下アーム10に属する2個のIGBT3のコレクタ電極および2個のダイオード4のカソード電極に電気的に接続されている。なお、図3(および、以下の各図)では、各配線パターンと外部端子との接続部を、ハッチングを付して示している。
【0062】
上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電極と配線パターン22とは、多数の導体ワイヤ15によって互いに接続されている。また、上アーム10に属する2個のダイオード4のアノード電極と配線パターン22とが、多数の導体ワイヤ16によって互いに接続されている。同様に、下アーム11に属する2個のIGBT3のエミッタ電極と配線パターン23とが、多数の導体ワイヤ15によって互いに接続されている。また、下アーム11に属する2個のダイオード4のアノード電極と配線パターン23とが、多数の導体ワイヤ16によって互いに接続されている。導体ワイヤ15,16、および以下に述べる各導体ワイヤとして、例えばアルミニウムワイヤが用いられる。
【0063】
なお、図3(および、以下の各図)においては、煩雑を避けるために、上アーム10については導体ワイヤ15の図示を略し、下アーム11については導体ワイヤ16の図示を略する。
【0064】
さらに、配線パターン22は、上アーム10に属する2個のIGBT3の配列方向に沿って延在し、配線パターン23は、下アーム11に属する2個のIGBT3の配列方向に沿って延在している。そして、上アーム10および下アーム11の各々において、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極と配線パターン22(または23)とを接続する導体ワイヤ15は、最短となるように2個のIGBT3の配列方向に略直交する方向に配設されている。
【0065】
同様に、並列接続される2個のダイオード4のアノード電極と配線パターン22(または23)とを接続する導体ワイヤ16は、最短となるように2個のIGBT3の配列方向に略直交する方向に配設されている。その結果、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極と2個のダイオード4のアノード電極とが、低い抵抗および低いインダクタンスを通じて、配線パターン22(または23)へ接続される。
【0066】
配線パターン22には、外部端子OUTに加えて、外部端子S1が接続されており、配線パターン23には、外部端子EEおよび外部端子S2が接続されている。それにより、上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電極および2個のダイオード4のアノード電極は、導体ワイヤ15,16および配線パターン22を通じて、外部端子OUTと外部端子S1との双方に電気的に接続されている。同様に、下アーム11に属する2個のIGBT3のエミッタ電極および2個のダイオード4のアノード電極は、導体ワイヤ15,16および配線パターン23を通じて、外部端子EEと外部端子S2との双方に電気的に接続されている。
【0067】
配線パターン24には外部端子G1が接続されており、配線パターン24と上アーム10に属する2個のIGBT3のゲート電極とは、導体ワイヤ17によって接続されている。すなわち、外部端子G1とこれらのIGBT3のゲート電極とは、導体ワイヤ17および配線パターン24を通じて互いに電気的に接続されている。同様に、配線パターン25には外部端子G2が接続されており、配線パターン25と下アーム11に属する2個のIGBT3のゲート電極とは、導体ワイヤ17によって接続されている。すなわち、外部端子G2とこれらのIGBT3のゲート電極とは、導体ワイヤ17および配線パターン25を通じて互いに電気的に接続されている。
【0068】
配線パターン26と上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電極とは、導体ワイヤW1,W2によって接続されている。これによって、上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電極どうしは、配線パターン22を中継しない経路であり、外部端子OUTを通じて流れるエミッタ電流が流れない経路である、導体ワイヤW1,W2および配線パターン26によって、互いに電気的に接続される。その結果、上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電位が均一化されるので、負荷93が短絡したときにおいても、2個のIGBT3のゲート電極の電位における発振現象が抑制される。
【0069】
同様に、配線パターン27と下アーム11に属する2個のIGBT3のエミッタ電極とは、導体ワイヤW3,W4によって接続されている。これによって、下アーム11に属する2個のIGBT3のエミッタ電極どうしは、配線パターン23を中継しない経路であり、外部端子EEを通じて流れるエミッタ電流が流れない経路である、導体ワイヤW3,W4および配線パターン27によって、互いに電気的に接続される。その結果、下アーム11に属する2個のIGBT3のエミッタ電位が均一化されるので、負荷93が短絡したときにおいても、2個のIGBT3のゲート電極の電位における発振現象が抑制される。
【0070】
また、エミッタ電位を均一化させるための2個のIGBT3のエミッタ電極どうしの接続が、各エミッタ電極と配線パターン26(または27)とを導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)で接続することによって、簡単に実現する。すなわち、製造工程が容易であるという利点が得られる。しかも、導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)の一端は、配線パターン26(または27)に接続されるので、導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)を配設する工程において、ワイヤカットをIGBT3の上で行う必要がない。このため、IGBT3の損傷を防止するための特別の手だてを要することなく、容易に導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)を配設することが可能である。
【0071】
さらに、配線パターン22が、上アーム10に属する2個のIGBT3の配列方向に沿って延在し、配線パターン26は、これらのIGBT3を挟んで配線パターン22とは反対側に、同じくIGBT3の配列方向に沿って延在している。このため、導体ワイヤ15と干渉することなく、導体ワイヤW1,W2を容易に配設することが可能である。さらに、導体ワイヤ15と、導体ワイヤW1,W2との間の誘導結合を低減させることができるので、発振を抑制する効果を高めることができる。
【0072】
同様に、配線パターン23が、下アーム11に属する2個のIGBT3の配列方向に沿って延在し、配線パターン27は、これらのIGBT3を挟んで配線パターン23とは反対側に、同じくIGBT3の配列方向に沿って延在している。したがって、下アーム11についても、上アームに関する上記と同様の効果が得られる。
【0073】
さらに、上アーム10および下アーム11の各々において、2個のダイオード4が2個のIGBT3と配線パターン22(または23)との間に配置されているので、2個のダイオード4のアノード電極と配線パターン22(または23)とを接続する導体ワイヤ16とも干渉することなく、導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)を容易に配設することが可能である。
【0074】
また、配線パターン26が、他の配線パターンを挟むことなく、上アーム10に属する2個のIGBT3に隣接している。このため、導体ワイヤW1,W2を短く設定することが可能である。それにより、上アーム10に属する2個のIGBT3のエミッタ電極どうしを電気的に接続する経路のインダクタンスが低減されるので、エミッタ電極の電位を均一化する効果をさらに高めることができる。同様に、配線パターン27が、他の配線パターンを挟むことなく、下アーム11に属する2個のIGBT3に隣接している。したがって、下アーム11についても、上アームに関する上記と同様の効果が得られる。
【0075】
なお、図1〜図3には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。
【0076】
実施の形態2.
図4は、実施の形態2による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置102の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図4は図2の半導体装置101を半導体装置102としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。なお、以下の各図において、図1〜図3に示した半導体装置101と同一部分または相当部分(同一の機能をもつ部分)については、同一符号を付してその詳細な説明を略する。
【0077】
半導体装置102は、配線パターン26,27の各々が、反復する屈曲部を有する点において、図3の半導体装置101とは特徴的に異なっている。互いに並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極どうしを、配線パターン22(または23)を中継することなく接続する経路のインダクタンスには、発振を抑制する上で最適値が存在することが、実験により確認されている。半導体装置102では、配線パターン26,27の各々が、反復する屈曲部を有するので、導体ワイヤW1〜W4の接続位置を変更することによって、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極どうしを電気的に接続する経路のインダクタンスを、自在に調節することができる。それにより、半導体装置102の製造工程の最終段階で、配線パターン26,27の各々のインダクタンスを、最適な値へと微調整することが可能となる。
【0078】
なお、図4には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。
【0079】
実施の形態3.
図5は、実施の形態3による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置103の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図5は図2の半導体装置101を半導体装置103としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0080】
半導体装置103は、配線パターン26,27および導体ワイヤW1〜W4が設けられず、代わりに、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極どうしが、導体ワイヤW5(またはW6)によって直接に接続される点において、図3の半導体装置101とは特徴的に異なっている。配線パターン26,27を必要としないので、製造工程が容易化されるとともに、基板2の面積を縮小化し、半導体装置103を小型化することができる。
【0081】
また、図5が示すように、上アーム10および下アーム11の各々において、導体ワイヤW5(またはW6)は、並列接続される2個のIGBT3の配列方向に沿って配設されている。その結果、導体ワイヤW5(またはW6)は、並列接続される2個のIGBT3と配線パターン22(または23)とを接続する導体ワイヤ15とは、おおよそ直交する。それにより、導体ワイヤ15と導体ワイヤW5(またはW6)の間の誘導結合が低く抑えられ、発振を抑制する効果がさらに高められる。
【0082】
さらに、上アーム10および下アーム11の各々において、導体ワイヤW5(またはW6)は、導体ワイヤ15の一端よりも配線パターン22(または23)から遠い部分において、2個のIGBT3のエミッタ電極に接続されている。このため、導体ワイヤ15と導体ワイヤW5(またはW6)との間の誘導結合がさらに低く抑えられ、それにより発振を抑制する効果がさらに高められる。また、導体ワイヤ15と導体ワイヤW5(またはW6)とを、互いに干渉することなく、容易に配設することができる。
【0083】
なお、図5には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。このとき、並列接続される複数のIGBT3のうち、隣接する2個の間でエミッタ電極どうしが導体ワイヤで個別に接続されてもよく、導体ワイヤの中間部を含む3箇所以上をエミッタ電極に接続することにより、3個以上のIGBT3のエミッタ電極が単一の導体ワイヤで接続されてもよい。
【0084】
実施の形態4.
図6は、実施の形態4による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置104の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図6は図2の半導体装置101を半導体装置104としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0085】
半導体装置104は、配線パターン26,27および導体ワイヤW1〜W4が設けられず、代わりに、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極が、導体ワイヤW7,W8(またはW9,W10)によって、2個のダイオード4の一方のアノード電極、および配線パターン22(または23)へ接続される点において、図3の半導体装置101とは特徴的に異なっている。すなわち、導体ワイヤW7,W8(またはW9,W10)の一端は、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極にそれぞれ接続され、中間部は2個のダイオード4の一方のアノード電極に接続され、他端は配線パターン22(または23)に接続されている。
【0086】
したがって、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極どうしが、エミッタ電流が流れる配線パターン22(または23)を経由することなく、導体ワイヤW7(またはW9)、ダイオード4のアノード電極、および導体ワイヤW8(またはW10)を通じて、互いに電気的に接続される。その結果、半導体装置101(図3)と同様に、並列接続される2個のIGBT3のエミッタ電極の電位が均一化されるので、発振現象を抑制する効果が得られる。
【0087】
さらに、導体ワイヤW7,W8(またはW9,W10)の他端は第2配線パターンに接続されるので、導体ワイヤW7,W8(またはW9,W10)を配設する工程で、ワイヤカットをIGBT3およびダイオード4のいずれの上で行う必要もない。したがって、製造工程の中で、IGBT3およびダイオード4の損傷を防止するための手だてを必要としない。すなわち、製造工程を簡素化することができるという利点が得られる。
【0088】
なお、図6には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。このとき、すべてのIGBT3のエミッタ電極どうしが、配線パターン22(または23)を経由することなく、単一ないし複数のダイオード4のアノード電極および複数の導体ワイヤを通じて電気的に接続されるように、複数の導体ワイヤが配設される。この場合においても、各導体ワイヤの一端がIGBT3のエミッタ電極に接続され、中間部がダイオード4のアノード電極に接続され、他端が配線パターン22(または23)に接続される。複数のIGBT3のすべてに対して、少なくとも1本の導体ワイヤの一端が接続されるが、複数のダイオード4にはその一部にのみ導体ワイヤの中間部が接続される形態を採ることも可能である。
【0089】
実施の形態5.
図7は、実施の形態5による半導体装置の平面断面図である。図8は、この半導体装置105の一部を示す回路図である。半導体装置105の外観斜視図は、実施の形態1の図2と同一であり、図7は図2の半導体装置101を半導体装置105としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0090】
半導体装置105は、配線パターン24(または25)と配線パターン26(または27)との間に、順電流の向きが逆となるように互いに直列に接続された2個のツェナーダイオード9が介挿されている点において、図3の半導体装置101とは特徴的に異なっている。2個のツェナーダイオード9は、基板2の上に配設された配線パターン31を介して互いに接続されている。直列接続された2個のツェナーダイオード9は、電圧クランプ素子30を形成する。
【0091】
電圧クランプ素子30は、並列接続される2個のIGBT3のゲート電極とエミッタ電極の間の電位差が一定限度を超えて大きくなることを防止する。したがって、万一に発振が生じても、その振幅が一定限度を超えないように抑制される。
【0092】
なお、図7には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。また、図7では、図3の半導体装置101にクランプ素子30が設けられた例を示したが、図4の半導体装置102にクランプ素子30を設けることも可能である。
【0093】
また、図7において、配線パターン26(または27)および導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)を設けることなく、並列接続される複数のIGBT3のエミッタ電極とゲート電極との間に、クランプ素子30を電気的に接続してもよい。例えば、配線パターン22(または23)と配線パターン24(または25)の間に、クランプ素子30を接続しても良い。この形態では、発振現象の発生を抑制することはできないが、発生した発振の振幅を一定限度以下に抑えることは可能である。
【0094】
実施の形態6.
図9は、実施の形態6による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置106の外観斜視図は、実施の形態1の図2と同一であり、図9は図2の半導体装置101を半導体装置106としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0095】
半導体装置106は、並列接続される2個のIGBT3の配列方向に沿って延在する配線パターン22(または23)に、スリット40(または41)が形成されている点において、図7の半導体装置105とは特徴的に異なっている。スリット40(または41)は、上記配列方向の一端側に連結部を残し他端側に連結部を残さないように上記配列方向に沿って延びている。すなわち、スリット40(または41)は、一端側に連結部を残すように、上記他端側から上記一端側へ向かって延びている。
【0096】
図10に配線パターン23の例を模式的に示すように、導体ワイヤ15(および16)は、配線パターン22(または23)の中で、スリット40(または41)よりも2個のIGBT3に近い第1部分23aに接続されている。外部端子OUT(またはEE)は、配線パターン22(または23)の中の上記一端側の連結部に接続されている。さらに、外部端子S1(またはS2)は、配線パターン22(または23)の中で、スリット40(または41)よりも2個のIGBT3から遠い第2部分23bの上記他端側に接続されている。したがって、並列接続される2個のIGBT3、外部端子OUT(またはEE)、および外部端子S1(またはS2)の間の関係は、図11の回路図で表される。
【0097】
エミッタ電流は第1部分23aを通過して外部端子OUT(またはEE)へ流れるので、負荷93の短絡等によりエミッタ電流が急激に増加すると、第1部分23aのインダクタンスL1に起因して、IGBT3のエミッタ電極と外部端子OUT(またはEE)との間には逆起電力が発生する。すなわち、外部端子OUT(またはEE)の電位を基準としたIGBT3のエミッタ電極の電位が上昇する。しかしながら、外部端子S1(またはS2)の電位は、外部端子OUT(またはEE)の電位と同等の高さを保持するので、IGBT3のゲート電極とエミッタ電極との間に印加されるゲート電圧は、エミッタ電極の電位が上昇した分だけ引き下げられる。その結果、エミッタ電流の増加が抑制され、発振現象の抑制効果がさらに高められる。
【0098】
なお、図9には、並列接続されるIGBT3およびダイオード4がそれぞれ2個である例を示したが、3個以上のIGBT3およびダイオード4が並列接続されても良い。また、図9には、図7の半導体装置105にスリット40,41が形成された例を示したが、半導体装置101〜104に対しても、スリット40,41を設けることが可能であり、同様に発振現象の抑制効果を高めることができる。
【0099】
また、配線パターン26(または27)および導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)を設けることなく、また、導体ワイヤW5,W6を設けることもなく、配線パターン22(または23)にスリット40(または41)を設けてもよい。この形態においても、発振現象の発生を抑制する効果は、相応に得られる。
【0100】
実施の形態7.
図12は、実施の形態7による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置107の外観斜視図は、実施の形態1の図2と同一であり、図12は図2の半導体装置101を半導体装置107としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0101】
半導体装置107は、配線パターン22(または23)に形成されたスリット40(または41)を挟んで対向する第1部分23aおよび第2部分23bとが、導体ワイヤ50(または51)で接続されている点において、図9の半導体装置106とは特徴的に異なっている。図13に配線パターン23の例を模式的に示すように、スリット41の開口端から距離aの位置に導体ワイヤ51が配設されることは、外部端子EEの電位と外部端子S2の電位との間の関係において、スリット41の深さbが、図14に示すように距離aと同一の深さaへと変更されたことと略同等である。同様のことは、配線パターン22に設置される導体ワイヤ50についても云える。したがって、導体ワイヤ50(または51)が配設されるときには、並列接続される2個のIGBT3、外部端子OUT(またはEE)、および外部端子S1(またはS2)の間の関係は、図15の回路図で表される。
【0102】
すなわち、導体ワイヤ50(または51)を配設する位置を変えることによって、外部端子S1(またはS2)の電位を、IGBT3のエミッタ電極の電位から外部端子OUT(またはEE)の電位の間で、自在に調節することができるという利点が得られる。それにより、量産される半導体装置107の個体間で、特性が均一となるように、製造工程の最終段階で微調整することが可能となる。
【0103】
各実施の形態におけるIGBTの構造.
図16は、上記した実施の形態1〜7による半導体装置101〜107、および以下に述べる実施の形態8〜17による半導体装置108〜117の各々が備えるIGBT3の平面図である。IGBT3は、その上面に、ゲート配線32、ゲートパッド33、および複数のエミッタパッド34を備えている。ゲート配線32はゲートパッド33に接続されている。ゲートパッド33には、例えば図3に示した導体ワイヤ17が接続される。すなわちゲートパッド33は、ゲート電極のボンディングパッドである。複数のエミッタパッド34は、IGBT3の上面の大半部を覆うエミッタ電極のうち、導体ワイヤを接続可能な部分である。すなわちエミッタパッド34は、エミッタ電極のボンディングパッドである。
【0104】
IGBT3の内部(図示を略する)には、多数(例えば約10万個)のユニットセルと称される基本単位(それ自体がIGBTとして機能する最小単位)が、互いに並列接続されている。各ユニットセルのゲート電極は、ゲート配線32を通じてゲートパッド33へ接続されており、IGBT3の上面の大半部を覆うエミッタ電極は、すべてのユニットセルに共通に接続されている。IGBT3では、これら多数のユニットセルをできるだけ均等に動作させるために、導体ワイヤ17(図3)を通じてゲート電圧を受信するゲートパッド33から分岐した形態で、ゲート配線32が配設されている。ゲート配線32は、その形状からゲートフィンガーとも称される。このため、IGBT3の上面の大半部を覆うエミッタ電極は、ゲート配線32によって複数の領域、すなわち複数のエミッタパッド34に仕切られている。
【0105】
複数のエミッタパッド34は、エミッタ電極のうち、ゲート配線32の隙間に相当する架橋部分35を通じて、互いに一体的に連結されている。架橋部分35は、導体ワイヤを接続できないほどに狭い部分である点において、導体ワイヤを接続可能なエミッタパッド34からは区別される。IGBT3の通常動作においては、IGBT3のエミッタ電流が各エミッタパッド34を個別に流れ、架橋部分35をほとんど流れないように、各エミッタパッド34には導体ワイヤが均等に接続される。その結果、架橋部分35が十分に狭いにもかかわらず、通常動作においては複数のエミッタパッド34の間で、電位が均等に保たれる。
【0106】
しかしながら、短絡電流が流れるときには、架橋部分35を流れる電流の大きさが無視できず、複数のエミッタパッド34の間で、電位の不均一が発生する場合がある。その結果、上アーム10および下アーム11(図1)のそれぞれに、1個のIGBT3のみが設けられる半導体装置においても、IGBT3に発振現象が現れる場合がある。以下の実施の形態8〜17では、複数のエミッタパッド34の間での電位の不均一に由来する発振現象を抑制することのできる半導体装置について説明する。
【0107】
実施の形態8.
図17は、実施の形態8による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置108の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図17は図2の半導体装置101を半導体装置108としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0108】
配線パターン26,27が、対応するIGBT3ごとに分割されており、各IGBT3の複数のエミッタパッド34のすべてと、対応する配線パターン26または27とが、各々が複数本である導体ワイヤW1〜W4のいずれかによって接続されている点において、半導体装置108は、実施の形態1による半導体装置101とは特徴的に異なっている。例えば、上アーム10に属する2個のIGBT3のうちの1個(図17の左端に位置するIGBT3)に設けられた6個のエミッタパッド34のすべてに、6本の導体ワイヤW1の一端が個別に接続され、それらの導体ワイヤW1の他端は配線パターン26に接続されている。
【0109】
各IGBT3のエミッタ電極と配線パターン22または23とを接続する複数の導体ワイヤ15は、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のすべてに接続されている。このため、すでに述べたように半導体装置108の通常動作においては、図16の架橋部分35には電流がほとんど流れない。図17の例では、各IGBT3の複数のエミッタパッド34の各々には、2本の導体ワイヤ15の一端が接続され、それらの他端は配線パターン22または23に接続されている。各IGBT3の複数のエミッタパッド34の各々が、2本の導体ワイヤ15を通じて配線パターン22または23に接続されている点は、実施の形態1〜7による半導体装置101〜107を例示した各図においても同様であり、実施の形態16および17を除く、以下の実施の形態9〜15による半導体装置109〜115を例示する各図においても同様である。
【0110】
半導体装置108では上記のように、各IGBT3の複数のエミッタパッド34のすべてが、配線パターン22,23を中継しない導電体、すなわちエミッタ電流が流れない導電体である、導体ワイヤW1〜W4のいずれかと配線パターン26,27のいずれかとを通じて、互いに電気的に接続されている。このため、複数のエミッタパッド34の間で電位が均一化される。その結果、半導体装置108の負荷が短絡したとき、すなわち各IGBT3に過大な短絡電流が流れるときにおいても、各IGBT3のゲート電極の電位における発振現象が抑制される。
【0111】
図17の例では、各IGBT3の各エミッタパッド34には、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが、1本ずつ接続されているが、一般には1本以上ずつが接続されておればよい。ただし、1本ずつ接続された図17の形態では、導体ワイヤW1〜W4の本数を最小にし、かつ導体ワイヤW1〜W4の接続を容易にすると同時に、各IGBT3の発振を効果的に抑制できるという利点が得られる。
【0112】
半導体装置108ではさらに、各IGBT3のエミッタパッド34が一方向に沿って配列しており、対応する配線パターン22または23と、配線パターン26または27とは、対応するIGBT3を挟んで互いに配設され、しかもエミッタパッド34の配列方向に沿って延在している。このため、導体ワイヤ15と導体ワイヤW1〜W4とを、互いに干渉することなく、容易に配設することができる。さらに、導体ワイヤ15と導体ワイヤW1〜W4との間の誘導結合を低減させ、それにより発振を抑制する効果を高めることができる。
【0113】
半導体装置108では、また、配線パターン26および27の各々が、他の配線パターンを挟むことなく、対応するIGBT3に隣接している。このため、導体ワイヤW1〜W4を短く設定することが可能である。それにより、エミッタパッド34どうしを電気的に接続する導電体のインダクタンスが低減されるので、エミッタパッド34の間で、さらに効果的に電位を均一化することができる。また、配線パターン26および27の各々が、対応するIGBT3ごとに、分割されているので、IGBT3のレイアウトに関する制約が少ないという利点がある。
【0114】
なお、半導体装置108として、上アーム10および下アーム11の各々が、互いに並列に接続された2個のIGBT3を備えた例を示したが、互いに並列に接続された3個以上のIGBT3を備えていてもよく、また単一のIGBT3のみを備えてもよい。いずれの場合においても、各IGBT3の複数のエミッタパッド34のすべてが、配線パターン22,23を中継しない導電体を通じて、互いに電気的に接続されるので、IGBT3の発振を抑制することができる。
【0115】
実施の形態9.
図18は、実施の形態9による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置109の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図18は図2の半導体装置101を半導体装置109としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0116】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の一部であって、2個以上(図18の例では4個)のエミッタパッド34にのみ、導体ワイヤW1〜W4が接続されている点において、半導体装置109は、実施の形態8による半導体装置108とは特徴的に異なっている。例えば、上アーム10に属する2個のIGBT3のうちの1個(図17の左端に位置するIGBT3)に設けられた6個のエミッタパッド34のうち、4個のエミッタパッド34にのみ、4本の導体ワイヤW1の一端が個別に接続され、それらの導体ワイヤW1の他端は配線パターン26に接続されている。
【0117】
半導体装置109では、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の一部(ただし2個以上)のエミッタパッド34どうしが、配線パターン22,23を中継しない導電体(すなわち、導体ワイヤW1〜W4のいずれか、および配線パターン26,27のいずれか)によって互いに電気的に接続されるので、IGBT3の短絡時の発振を抑制する効果が、相応に得られる。また、導体ワイヤW1〜W4どうしの間隔を広く確保することができるので、これらの導体ワイヤW1〜W4の接続が容易であるという利点が得られる。
【0118】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうち、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されるエミッタパッド34が占める比率は、1/2以上(図18のIGBT3の例では、3個以上)であることが望ましい。これは、上記比率が1/2以上であれば、発振を抑制する効果が、相当顕著に現れることによる。
【0119】
実施の形態10.
図19は、実施の形態10による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置110の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図19は図2の半導体装置101を半導体装置110としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0120】
上アーム10および下アーム11の各々において、並列接続された2個以上(図19の例では2個)のIGBT3に対応する配線パターン26または27が、対応するIGBT3ごとに分割されず、一体的に連結している点において、半導体装置110は、実施の形態8による半導体装置108とは特徴的に異なっている。このため、各IGBT3の中で、エミッタパッド34どうしが、導体ワイヤW1〜W4のいずれか、および配線パターン26,27のいずれかを通じて接続されるだけでなく、並列接続されるIGBT3の間でも、エミッタパッド34どうしが、それらの導電体を通じて互いに接続される。その結果、各IGBT3の発振を抑制する効果が、実施の形態8の半導体装置108に比べて、さらに高められる。
【0121】
また、半導体装置110では、互いに並列接続されるIGBT3のエミッタパッド34が一方向に沿って配列するように、各IGBT3が配置されており、配線パターン26および27は、対応するエミッタパッド34の配列方向に沿って延在している。このため、導体ワイヤW1〜W4を、容易に配設することができる。
【0122】
実施の形態11.
図20は、実施の形態11による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置111の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図20は図2の半導体装置101を半導体装置111としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0123】
上アーム10および下アーム11の各々において、並列接続された2個以上(図19の例では2個)のIGBT3に対応する配線パターン26または27が、対応するIGBT3ごとに分割されず、一体的に連結している点において、半導体装置111は、実施の形態9による半導体装置109とは特徴的に異なっている。このため、各IGBT3の中で、一部のエミッタパッド34どうしが、導体ワイヤW1〜W4のいずれか、および配線パターン26,27のいずれかを通じて接続されるだけでなく、並列接続されるIGBT3の間でも、一部のエミッタパッド34どうしが、それらの導電体を通じて互いに接続される。このため、各IGBT3の発振を抑制する効果が、実施の形態9の半導体装置109に比べて、さらに高められる。また、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうち、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されるエミッタパッド34が占める比率が、1/2以上であることがより望ましい点については、実施の形態9の半導体装置109と同様である。
【0124】
半導体装置111では、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうちで、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続される2個の以上のエミッタパッド34は、比較的均等に割り当てられている。図20の例では、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続される4個のエミッタパッド34は、両端部と中央部とに割り当てられている。半導体装置109(図18)についても同様である。それによって、各IGBT3に属する複数のエミッタパッド34の間で、電位の均一化がより効果的に達成されるので、発振がより効果的に抑制される。
【0125】
これに対して、図21が示す半導体装置111aのように、互いに並列接続され、互いに隣接し合うIGBT3の間で、互いに最近接するエミッタパッド34に、導体ワイヤW1〜W4のいずれかを接続してもよい。図21の例では、各IGBT3ごとに、3個のエミッタパッド34に導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されているが、一般には1個のエミッタパッド34に導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されていても良い。3個以上のIGBT3が互いに並列接続される場合には、両端に位置するIGBT3を除くIGBT3については、その両端に位置するエミッタパッド34を含む少なくとも2個のエミッタパッド34に、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続される。
【0126】
半導体装置111aにおいても、各IGBT3の中で、一部のエミッタパッド34どうしが、導体ワイヤW1〜W4のいずれか、および配線パターン26,27のいずれかを通じて接続されるだけでなく、並列接続されるIGBT3の間でも、一部のエミッタパッド34どうしが、それらの導電体を通じて互いに接続される。このため、IGBT3の発振を抑制する効果は、相応に得られる。特に、互いに並列接続される複数のIGBT3の配列方向に沿った配線パターン26または27の長さを小さく抑えることができる。このことは、半導体装置111aの小型化に寄与する。
【0127】
なお、半導体装置111aにおいても、半導体装置109,111と同様に、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうち、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されるエミッタパッド34が占める比率は、1/2以上であることがより望ましい。図21の例では、上記比率は1/2に設定されている。
【0128】
実施の形態12.
図22は、実施の形態12による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置112の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図22は図2の半導体装置101を半導体装置112としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0129】
配線パターン26,27が設けられず、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の一部であって、2個以上(図22の例では4個)のエミッタパッド34どうしが、導体ワイヤW1〜W4のいずれかによって直接に接続される点において、半導体装置112は実施の形態9による半導体装置109とは特徴的に異なっている。半導体装置112においても、半導体装置109と同様に、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の一部(ただし2個以上)のエミッタパッド34どうしが、配線パターン22,23を中継しない導電体(すなわち、導体ワイヤW1〜W4のいずれか)によって互いに電気的に接続されるので、IGBT3の短絡時の発振を抑制する効果が、相応に得られる。実施の形態9の半導体装置109と同様に、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうち、導体ワイヤW1〜W4のいずれかが接続されるエミッタパッド34が占める比率は、1/2以上であることがより望ましい。
【0130】
半導体装置112では、配線パターン26,27を必要としないので、製造工程が容易化されるとともに、基板2の面積を縮小化し、半導体装置112を小型化することができる。さらに、導体ワイヤW1〜W4の各々は、各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のうちの一部にのみ接続されるので、各エミッタパッド34の幅が狭い場合でも、導体ワイヤW1〜W4をエミッタパッド34に容易に接続することができる。
【0131】
また、図22が示すように、導体ワイヤW1〜W4の各々は、各IGBT3の複数のエミッタパッド34の配列方向に沿って配設されている。その結果、導体ワイヤW1〜W4は、導体ワイヤ15とは、おおよそ直交する。それにより、導体ワイヤ15と導体ワイヤW1〜W4の間の誘導結合が低く抑えられ、発振を抑制する効果がさらに高められる。
【0132】
さらに、各IGBT3に関して、導体ワイヤW1〜W4は、導体ワイヤ15の一端よりも配線パターン22または23から遠い部分において、2個以上のエミッタパッド34に接続されている。このため、導体ワイヤ15と導体ワイヤW1〜W4との間の誘導結合がさらに低く抑えられ、それにより発振を抑制する効果がさらに高められる。さらに、導体ワイヤ15と導体ワイヤW1〜W4とを、互いに干渉することなく、容易に配設することができる。
【0133】
なお図22には、2個のIGBT3が並列接続される例を示したが、3個以上のIGBT3が並列接続されても良い。また、上アーム10および下アーム11の各々が、単一のIGBT3のみを備えてもよい。いずれの場合においても、各IGBT3の複数のエミッタパッド34の一部が、配線パターン22,23を中継しない導電体を通じて、互いに電気的に接続されるので、IGBT3の発振を抑制する効果が相応に得られる。
【0134】
実施の形態13.
図23は、実施の形態13による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置113の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図23は図2の半導体装置101を半導体装置113としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0135】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のすべてが、導体ワイヤW1〜W4のいずれかによって互いに接続されている点において、半導体装置113は実施の形態12による半導体装置112とは特徴的に異なっている。このため、半導体装置113では、各IGBT3の発振がより効果的に抑制される。
【0136】
実施の形態14.
図24は、実施の形態14による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置114の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図24は図2の半導体装置101を半導体装置114としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0137】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34のすべてが、導体ワイヤW1またはW3によって互いに接続されるだけでなく、互いに並列接続される2個以上(図25の例では2個)のIGBT3の間でも、エミッタパッド34が導体ワイヤW1またはW3で互いに接続されている点において、半導体装置114は、実施の形態13による半導体装置113とは特徴的に異なっている。このため、半導体装置114では、各IGBT3の発振を抑制する効果が、実施の形態13の半導体装置113に比べて、さらに高められる。また、互いに並列接続される2個以上のIGBT3の間で、すべてのエミッタパッド34が一方向に配列するので、導体ワイヤW1およびW3を、当該一方向に沿って容易に配設することができる。
【0138】
実施の形態15.
図25は、実施の形態15による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置115の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図25は図2の半導体装置101を半導体装置115としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0139】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の一部どうしが、導体ワイヤW1またはW3によって接続されるだけでなく、互いに並列接続される2個以上(図25の例では2個)のIGBT3の間でも、エミッタパッド34が導体ワイヤW1またはW3で互いに接続されている点において、半導体装置115は、実施の形態12による半導体装置112とは特徴的に異なっている。このため、各IGBT3の発振を抑制する効果が、実施の形態12の半導体装置112に比べて、さらに高められる。
【0140】
実施の形態16.
図26は、実施の形態16による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置116の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図26は図2の半導体装置101を半導体装置116としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0141】
各IGBT3が有する複数のエミッタパッド34の各々が、1本の導体ワイヤ15のみを通じて配線パターン22または23へ接続されている点において、半導体装置116は従来技術による半導体装置150とは特徴的に異なっている。このため、半導体装置116の負荷が短絡することにより、各IGBT3に過大な短絡電流が流れたときにおいても、各IGBT3を流れるエミッタ電流の大きさが、導体ワイヤ15の抵抗によって制限されるので、各IGBT3のゲート電極の電位における発振現象が抑制される。また、各IGBT3の複数のエミッタパッド34が一方向に沿って配列しており、対応する配線パターン22または23が、上記一方向に沿って延在しているので、複数の導体ワイヤ15を互いに干渉することなく、容易に配設することができる。
【0142】
実施の形態17.
図27は、実施の形態17による半導体装置の平面断面図である。この半導体装置117の回路図および外観斜視図は、実施の形態1の図1および図2と同一であり、図27は図2の半導体装置101を半導体装置117としたときのX−X切断線に沿った断面図に相当する。
【0143】
各IGBT3に接続される各導体ワイヤ15の中間部が、対応するダイオード4のアノード電極に接続されている点において、半導体装置117は実施の形態16による半導体装置116とは、特徴的に異なっている。このため、半導体装置117では、対応するIGBT3とダイオード4との間を接続するための導体ワイヤを別途に配設する必要がない。すなわち、半導体装置117の全体における導体ワイヤの本数を低減して、製造工程数および製造コストを節減することができる。
【0144】
変形例.
(1)以上の各実施の形態では、半導体装置がIGBT3を備える例を示したが、本発明は、主電流(例えばエミッタ電流、ドレイン電流など)が流れる一対の主電極、および駆動信号を受信しそれに応答して主電流を制御する制御電極を有するスイッチング素子を備える半導体装置に広く適用可能である。スイッチング素子は、例えば、MOSFETあるいはバイポーラトランジスタであってもよい。一般のスイッチング素子では、ゲート配線32は、制御電極配線へ拡張され、ゲートパッド33は、制御電極のボンディングパッドへ拡張され、エミッタパッド34は、主電極のボンディグパッドへ拡張される。
【0145】
ただし、各実施の形態による半導体装置101〜117は、本来において発振を起こし易い絶縁ゲート型のスイッチング素子であるIGBT3を用いているにも関わらず、その発振を抑制することができ、制御が容易であるという絶縁ゲート型のスイッチング素子の利点を生かして、大電流を制御する応用装置への利用に幅広く供することができる。また、絶縁ゲート型のスイッチング素子では、ゲート絶縁膜の保護の必要性が高いため、その意味でも本発明が特に有用である。
【0146】
(2)一般に、複数のIGBT3(一般には複数のスイッチング素子)のエミッタ電極(一般には主電極)どうしを、エミッタ電流(一般には主電流)が流れる配線パターン22(または23)を中継することなく電気的に接続する何らかの導電体が設けられておれば、半導体装置101〜107と同様に、エミッタ電極(一般には主電極)の電位の均一性を高めることができ、それによって発振現象を抑制することができる。半導体装置101,102では、配線パターン26(または27)および導体ワイヤW1,W2(またはW3,W4)が導電体に相当し、半導体装置103では、導体ワイヤW5(またはW6)が導電体に相当する。
【0147】
【発明の効果】
第1の発明の装置では、互いに並列接続された複数のスイッチング素子の他方主電極どうしが、第2配線パターンを中継しない導電体、すなわち主電流が流れない導電体を通じて、互いに電気的に接続されているので、複数のスイッチング素子の間で他方主電極の電位が均一化される。その結果、複数のスイッチング素子の負荷が短絡したときにおいても、複数のスイッチング素子の制御電極の電位における発振現象が抑制される。
【0148】
さらに、第1の発明の装置では、複数のスイッチング素子の他方主電極どうしの電気的接続が、第3配線パターンと第2導体ワイヤとを通じて簡単に実現する。しかも、第2導体ワイヤを配設する工程で、ワイヤカットをスイッチング素子の上で行う必要がないので、スイッチング素子の損傷を防止するための手だてを必要としない。
【0149】
さらに、第1の発明の装置では、第2および第3配線パターンが、複数のスイッチング素子を挟んで互いに反対側に配設され、かつ複数のスイッチング素子の配列方向に沿って延在しているので、第1導体ワイヤと第2導体ワイヤとを互いに干渉することなく、容易に配設することができる。さらに、第1導体ワイヤと第2導体ワイヤとの間の誘導結合を低減させ、それにより発振を抑制する効果を高めることができる。
【0150】
さらに、第1の発明の装置では、第3配線パターンが、他の配線パターンを挟むことなく複数のスイッチング素子に隣接しているので、第2導体ワイヤを短く設定することが可能である。それにより、複数のスイッチング素子の他方主電極どうしを電気的に接続する導電体のインダクタンスが低減されるので、他方主電極の電位を均一化する効果を高めることができる。
【0151】
第2の発明の装置では、第3配線パターンが反復する屈曲部を有するので、複数のスイッチング素子の他方主電極どうしを電気的に接続する導電体のインダクタンスを、発振を抑制する上で最適な値に調整することができる。
【0155】
第3の発明の装置では、複数のスイッチング素子の制御電極と第3配線パターンとの間に電圧クランプ素子が介挿されるので、制御電極の電位の発振現象が仮に生じても、その振幅が低く抑えられる。
【0161】
第4の発明の装置では、複数のスイッチング素子の各々が、本来において発振を起こし易い絶縁ゲート型のスイッチング素子であるにも関わらず、その発振が抑制されるので、制御が容易であるという絶縁ゲート型のスイッチング素子の利点を生かして、大電流を制御する応用装置への利用に幅広く供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の装置の回路図である。
【図2】 実施の形態1の装置の外観斜視図である。
【図3】 実施の形態1の装置の平面断面図である。
【図4】 実施の形態2の装置の平面断面図である。
【図5】 実施の形態3の装置の平面断面図である。
【図6】 実施の形態4の装置の平面断面図である。
【図7】 実施の形態5の装置の平面断面図である。
【図8】 実施の形態5の装置の一部の回路図である。
【図9】 実施の形態6の装置の平面断面図である。
【図10】 実施の形態6の装置の一部の模式図である。
【図11】 実施の形態6の装置の一部の回路図である。
【図12】 実施の形態7の装置の平面断面図である。
【図13】 実施の形態7の装置の一部の模式図である。
【図14】 実施の形態7の装置の一部の模式図である。
【図15】 実施の形態7の装置の一部の回路図である。
【図16】 各実施の形態のIGBTの平面図である。
【図17】 実施の形態8の装置の平面断面図である。
【図18】 実施の形態9の装置の平面断面図である。
【図19】 実施の形態10の装置の平面断面図である。
【図20】 実施の形態11の装置の平面断面図である。
【図21】 実施の形態11の別の例による装置の平面断面図である。
【図22】 実施の形態12の装置の平面断面図である。
【図23】 実施の形態13の装置の平面断面図である。
【図24】 実施の形態14の装置の平面断面図である。
【図25】 実施の形態15の装置の平面断面図である。
【図26】 実施の形態16の装置の平面断面図である。
【図27】 実施の形態17の装置の平面断面図である。
【図28】 従来の装置の平面断面図である。
【符号の説明】
2 基板、3 IGBT(スイッチング素子)、4 ダイオード、15 導体ワイヤ(第1導体ワイヤ)、17 導体ワイヤ(第4導体ワイヤ)、21 配線パターン(第1配線パターン)、22 配線パターン(第1配線パターン,第2配線パターン)、23 配線パターン(第2配線パターン)、23a 第1部分、23b 第2部分、24,25 配線パターン(第4配線パターン)、26,27 配線パターン(第3配線パターン)、30 電圧クランプ素子、32 ゲート配線(制御電極配線)、34 エミッタパッド(ボンディングパッド)、40,41 スリット、50,51 導体ワイヤ(第5導体ワイヤ)、EE,OUT 外部端子、S1,S2 外部端子、W1〜W4 導体ワイヤ(第2導体ワイヤ)、W5〜W10 導体ワイヤ(第3導体ワイヤ)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device suitable for controlling a large current, and more particularly to an improvement for suppressing an oscillation phenomenon appearing in a potential of a control electrode of a switching element.
[0002]
[Prior art]
FIG. 28 is a plan sectional view of a base portion of a conventional semiconductor device as the background of the present invention. The semiconductor device 150 is formed as a power module including a plurality of power semiconductor elements. As shown in FIG. 28, the semiconductor device 150 includes a substrate 62 at the bottom thereof. On the main surface of the substrate 62, a plurality of wiring patterns 81 to 85 isolated from each other are arranged in an island shape. Two IGBTs 63 and two diodes 64 belonging to the upper arm 70 are disposed on the wiring pattern 81, and two IGBTs 63 and two diodes belonging to the lower arm 71 are disposed on the wiring pattern 82. A diode 64 is disposed.
[0003]
The four IGBTs 63 and the four diodes 64 are all formed as bare chips. Thereby, the collector electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the upper arm 70 and the cathode electrodes of the two diodes 64 are electrically connected to each other through the wiring pattern 81. Similarly, the collector electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the lower arm 71 and the cathode electrodes of the two diodes 64 are electrically connected to each other through the wiring pattern 82.
[0004]
The emitter electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the upper arm 70 and the wiring pattern 82 are connected to each other by a large number of conductor wires 75. The anode electrodes of the two diodes 64 belonging to the upper arm 70 and the wiring pattern 82 are connected to each other by a large number of conductor wires 76. Similarly, the emitter electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the lower arm 71 and the wiring pattern 83 are connected to each other by a large number of conductor wires 75. The anode electrodes of the two diodes 64 belonging to the lower arm 71 and the wiring pattern 83 are connected to each other by a large number of conductor wires 76.
[0005]
In FIG. 28, in order to avoid complications, the conductor wire 75 is not shown for the upper arm 70, and the conductor wire 76 is not shown for the lower arm 71.
[0006]
The wiring pattern 84 and the gate electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the upper arm 70 are connected by a conductor wire 77. Similarly, the wiring pattern 85 and the gate electrodes of the two IGBTs 63 belonging to the lower arm 71 are connected by a conductor wire 77.
[0007]
The wiring patterns 81 to 85 include an external terminal CC to which a high power supply potential is supplied, an external terminal EE to which a low power supply potential is supplied, an external terminal OUT to which a load is connected, and an external terminal G1 to which a drive circuit is connected. G2, S1, and S2 are connected. In FIG. 28, the connection portion between each wiring pattern and the external terminal is shown with hatching.
[0008]
As described above, in the semiconductor device 150, the upper arm 70 and the lower arm 71 connected in series are inserted between the high power supply potential and the low power supply potential and input to the external terminal G1 (and G2). In response to the drive signal, the two IGBTs 63 belonging to the upper arm 70 (and the lower arm 71) are turned on / off.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in the example of the semiconductor device 150, in a power module having a large rated current (for example, 100 A or more), a plurality of power switching elements are connected in parallel so as to share a large current. However, in the power module, when an unexpected short circuit occurs in the load, a short circuit current having a magnitude of about 5 to about 10 times the rated current flows. In a power module including a plurality of power switching elements, when a short-circuit current flows, the potential of the control electrode (gate electrode in IGBT) of each switching element may oscillate. It can be seen that the larger the rated current of the power module, the easier it is to oscillate.
[0010]
In addition, even when only one switching element is provided on each of the upper arm and the lower arm, the main electrode of the switching element has a plurality of bonding pads (IGBT 63 in FIG. 28) separated from each other. In the case of having a plurality of strip-like portions drawn in the inside, there may be a case where the same oscillation occurs when a short-circuit current flows.
[0011]
When oscillation occurs, it may be assumed that the normal operation of the application device using the power module appears, and may be a cause of noise. Furthermore, if the switching element is an IGBT, an influence on the gate insulating film is assumed.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems in conventional devices, and an object thereof is to obtain a semiconductor device capable of suppressing an oscillation phenomenon appearing in the potential of a control electrode of a switching element.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus of a first invention is a semiconductor device, a substrate having a main surface; Electrically isolated from each other First wiring pattern disposed on the main surface And second wiring pattern And a plurality of switching elements in which one main electrode is electrically connected to each other by being disposed on the first wiring pattern, ,in front A plurality of first conductor wires having one end connected to the other main electrode of the plurality of switching elements and the other end connected to the second wiring pattern, and connected to the second wiring pattern, An external terminal that electrically connects the other main electrode and the outside through the second wiring pattern, and the other main electrodes of the plurality of switching elements are electrically connected without relaying the second wiring pattern. And a conductor to be connected.
[0014]
Furthermore, in the apparatus of the first invention, The conductor is Isolated from the first wiring pattern and the second wiring pattern and electrically insulated from the first wiring pattern and the second wiring pattern A plurality of second conductor wires having one end connected to the third wiring pattern disposed on the main surface and the other main electrode of the plurality of switching elements and the other end connected to the third wiring pattern And comprising.
[0015]
Furthermore, in the apparatus of the first invention, The second wiring pattern extends along the arrangement direction of the plurality of switching elements, and the third wiring pattern is on the opposite side of the second wiring pattern across the plurality of switching elements, It extends along the arrangement direction of the plurality of switching elements.
[0016]
Furthermore, in the apparatus of the first invention, The third wiring pattern is adjacent to the plurality of switching elements without sandwiching another wiring pattern.
[0017]
First 2 In the device of the invention, First In the semiconductor device of the invention, the third wiring pattern has a bent portion that repeats.
[0021]
Third The device of the invention of First or second In the semiconductor device of the invention, a plurality of fourth wiring patterns disposed on the main surface and a plurality of switching electrodes connected at one end to the control electrodes of the plurality of switching elements and connected at the other end to the fourth wiring patterns. A fourth conductor wire; and a voltage clamp element having one end connected to the third wiring pattern and the other end connected to the four wiring pattern.
[0027]
4th In the device of the invention, the first to the first Third In the semiconductor device of any one of the inventions, each of the plurality of switching elements is an insulated gate switching element.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Outline of the embodiment.
As a technique for preventing a phenomenon in which a power module including a plurality of switching elements such as the semiconductor device 150 in FIG. 28 causes oscillation due to a short-circuit current or a technique for reducing the oscillation phenomenon, The following three approaches were assumed. (1) The reference potential of the control electrode (gate electrode in the IGBT example) between the switching elements connected in parallel, that is, the potential of the one main electrode (emitter electrode in the IGBT example) is made uniform. (2) Provide an element that absorbs oscillation when oscillation occurs. (3) Reduce the short circuit current.
[0044]
When a short-circuit current flows, the increase rate (= dI / dt) of the main current (emitter current in the IGBT example) I becomes higher than the increase rate of the main current I under a normal switching operation. Due to the change in the main current, an induced electromotive force V (= −L × dI / dt) is generated by the internal inductance L that is parasitically present inside the power module, and this induced electromotive force V is superimposed on the potential of the control electrode. Is done. This induced electromotive force V is applied in the direction of increasing the potential of the control electrode, that is, in the direction of increasing the main current. When the rate of increase in the potential of the control electrode exceeds a certain limit, vibration occurs in the potential of the control electrode.
[0045]
The induced electromotive force V is applied to each of a plurality of switching elements connected in parallel, and each switching element operates independently in a transient state. For this reason, due to the characteristic difference that exists slightly between the plurality of switching elements, vibration is exchanged between the plurality of switching elements, which acts in the direction of expanding the oscillation. Therefore, in order to suppress the expansion of oscillation, it is effective to make the reference potential uniform among the plurality of switching elements.
[0046]
In order to make the reference potential uniform among a plurality of switching elements, the main electrodes formed on the semiconductor chip of the plurality of switching elements are positioned as close as possible and are affected by the main current. It is an effective means to connect with no conductor. In the power module to which such means is applied, the induced starting force V acting between the switching elements is automatically balanced by the increase rate of the main current (= dI / dt) when the short-circuit current flows, As a result, it is possible to suppress or prevent the oscillation phenomenon. This is the first approach.
[0047]
In the second approach, a voltage clamp element is interposed between the control electrodes of the plurality of switching elements connected in parallel and the one main electrode. Thereby, even if oscillation occurs, the potential of the control electrode can be suppressed to a certain limit or less. That is, the intensity of the oscillation phenomenon can be reduced. In the case where the switching element is an insulated gate type switching element such as an IGBT, it is possible to prevent the influence on the gate insulating film by reducing the intensity of the oscillation phenomenon.
[0048]
In order to suppress the oscillation phenomenon, it is effective to reduce the induction starting force V applied to the control electrode. However, the internal inductance L parasitically present in the power module has already been reduced to the limit level in the current technology including the semiconductor device 150 of FIG. Therefore, in order to reduce the induction starting force V, it is necessary to suppress the current increase rate (= dI / dt). The rate of increase in current (= dI / dt) can be reduced by keeping the potentials of the control electrodes of the plurality of switching elements low.
[0049]
When the load is short-circuited, a large short-circuit current flows through the wiring pattern through which the main current flows. At this time, an inductive starting force is generated in the wiring pattern due to the inductance inherent to that portion. By this induced electromotive force, the potential of the one main electrode is raised, and as a result, the potential of the control electrode with respect to the one main electrode is lowered, and an increase in the main current of each switching element is suppressed. This is the third approach.
[0050]
Further, as described above, even when only one switching element is provided on each of the upper arm and the lower arm, the main electrode of the switching element has a plurality of bonding pads separated from each other. In some cases, oscillation may occur when a short-circuit current flows. In order to suppress this oscillation, the above-described first to third approaches can be assumed by regarding a plurality of bonding pads as main electrodes of a plurality of switching elements.
[0051]
In the following, a preferred embodiment based on these three approaches will be described in detail. Embodiments 1 to 4 and 8 to 15 are based on the first approach, Embodiment 5 is based on the first and second approaches, and Embodiments 6 and 7 are the first and third approaches. Based on the approach. Further, the sixteenth and seventeenth embodiments are based on the third approach.
[0052]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to the first embodiment. 2 is an external perspective view of the semiconductor device 101 of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device 101 taken along the line XX of FIG.
[0053]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 101 includes an upper arm 10 having two IGBTs 3 and two diodes 4, and a lower arm 11 having two IGBTs 3 and two diodes 4. Yes. A power IGBT is used as the IGBT 3, and a power diode is used as the diode 4. That is, the semiconductor device 101 is formed as a power module including a plurality of power semiconductor elements.
[0054]
In both the upper arm 10 and the lower arm, the emitter electrodes, the collector electrodes, and the gate electrodes are connected between the two IGBTs 3. That is, the two IGBTs 3 are connected in parallel to each other so as to function as one IGBT. The two diodes 4 are connected in parallel with the two IGBTs 3 in such a direction that the forward current circulates so as to function as a freewheel diode. That is, the anode electrode of the diode 4 is connected to the emitter electrode of the IGBT 3, and the cathode electrode is connected to the collector electrode of the IGBT 3.
[0055]
The upper arm 10 and the lower arm 11 are connected in series with each other. The collector electrodes of the two IGBTs 3 of the upper arm 10 are connected to the external terminal CC, the gate electrode is connected to the external terminal G1, and the emitter electrode is connected to the external terminal OUT and the external terminal S1. The collector electrodes of the two IGBTs 3 of the lower arm 11 are connected to the external terminal OUT, the gate electrode is connected to the external terminal G2, and the emitter electrode is connected to the external terminal EE and the external terminal S2.
[0056]
As shown in FIG. 2, these external terminals protrude outward from the upper surface of the case 1, thereby enabling connection to an external device (not shown). Returning to FIG. 1, a high power supply potential (positive power supply potential in the example of FIG. 1) is supplied to the external terminal CC, and a low power supply potential (ground potential in the example of FIG. 1) is supplied to the external terminal EE. Is done. A load 93 is connected to the external terminal OUT.
[0057]
A drive circuit 90 is connected to the external terminal G1 and the external terminal S1. The drive circuit 90 supplies a drive signal based on the potential of the external terminal S1 to the external terminal G1. The IGBT 3 of the upper arm 10 is turned on / off in response to a drive signal input through the external terminal G1. Similarly, the drive circuit 91 is connected to the external terminal G2 and the external terminal S2. The drive circuit 91 supplies a drive signal based on the potential of the external terminal S2 to the external terminal G2. The IGBT 3 of the lower arm 11 is turned on / off in response to a drive signal input through the external terminal G2.
[0058]
As shown in FIG. 3, the semiconductor device 101 includes a substrate 2 at the bottom. A plurality of wiring patterns 21 to 27 isolated from each other are arranged in an island shape on the main surface of the substrate 2. The plurality of wiring patterns 21 to 27 are electrically insulated from each other. For this purpose, for example, the main surface of the substrate 2 may be an insulator. Alternatively, an insulator may be interposed between the wiring patterns 21 to 27 and the substrate 2. Two IGBTs 3 and two diodes 4 belonging to the upper arm 10 are arranged on the wiring pattern 21, and two IGBTs 3 and two pieces belonging to the lower arm 11 are arranged on the wiring pattern 22. A diode 4 is arranged.
[0059]
The four IGBTs 3 and the four diodes 4 are all formed as bare chips. Thereby, the collector electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 and the cathode electrodes of the two diodes 4 are electrically connected to each other through the wiring pattern 21. Similarly, the collector electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 and the cathode electrodes of the two diodes 4 are electrically connected to each other through the wiring pattern 22.
[0060]
Two diodes 4 and two IGBTs 3 connected in parallel with each other are arranged adjacent to each other in a one-to-one relationship. That is, they are arranged so that one diode 4 is adjacent to one IGBT 3. Thereby, the resistance and inductance between the diode 4 and the IGBT 3 are reduced, and the protection function for the IGBT 3 of the diode 4 as a freewheel diode is enhanced.
[0061]
An external terminal CC is connected to the wiring pattern 21. That is, the external terminal CC is electrically connected to the collector electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 and the cathode electrodes of the two diodes 4 through the wiring pattern 21. Similarly, an external terminal OUT is connected to the wiring pattern 22. That is, the external terminal OUT is electrically connected to the collector electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 10 and the cathode electrodes of the two diodes 4 through the wiring pattern 22. In FIG. 3 (and the following drawings), the connection portions between the wiring patterns and the external terminals are shown with hatching.
[0062]
The emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 and the wiring pattern 22 are connected to each other by a large number of conductor wires 15. Further, the anode electrodes of the two diodes 4 belonging to the upper arm 10 and the wiring pattern 22 are connected to each other by a large number of conductor wires 16. Similarly, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 and the wiring pattern 23 are connected to each other by a large number of conductor wires 15. Further, the anode electrodes of the two diodes 4 belonging to the lower arm 11 and the wiring pattern 23 are connected to each other by a large number of conductor wires 16. For example, aluminum wires are used as the conductor wires 15 and 16 and the conductor wires described below.
[0063]
In FIG. 3 (and the following figures), in order to avoid complication, the conductor wire 15 is not shown for the upper arm 10, and the conductor wire 16 is not shown for the lower arm 11.
[0064]
Furthermore, the wiring pattern 22 extends along the arrangement direction of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10, and the wiring pattern 23 extends along the arrangement direction of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11. Yes. In each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the two IGBTs 3 are arranged so that the conductor wires 15 connecting the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel and the wiring pattern 22 (or 23) are shortest. Are arranged in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction.
[0065]
Similarly, the conductor wire 16 connecting the anode electrode of the two diodes 4 connected in parallel and the wiring pattern 22 (or 23) is in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction of the two IGBTs 3 so as to be the shortest. It is arranged. As a result, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 and the anode electrodes of the two diodes 4 connected in parallel are connected to the wiring pattern 22 (or 23) through a low resistance and a low inductance.
[0066]
In addition to the external terminal OUT, an external terminal S1 is connected to the wiring pattern 22, and an external terminal EE and an external terminal S2 are connected to the wiring pattern 23. Thereby, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 and the anode electrodes of the two diodes 4 belonging to the upper arm 10 are electrically connected to both the external terminal OUT and the external terminal S1 through the conductor wires 15 and 16 and the wiring pattern 22. It is connected to the. Similarly, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 and the anode electrodes of the two diodes 4 belonging to the lower arm 11 are electrically connected to both the external terminal EE and the external terminal S2 through the conductor wires 15 and 16 and the wiring pattern 23. It is connected to the.
[0067]
An external terminal G 1 is connected to the wiring pattern 24, and the wiring pattern 24 and the gate electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 are connected by a conductor wire 17. That is, the external terminal G 1 and the gate electrodes of these IGBTs 3 are electrically connected to each other through the conductor wire 17 and the wiring pattern 24. Similarly, an external terminal G <b> 2 is connected to the wiring pattern 25, and the wiring pattern 25 and the gate electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 are connected by a conductor wire 17. That is, the external terminal G 2 and the gate electrodes of these IGBTs 3 are electrically connected to each other through the conductor wire 17 and the wiring pattern 25.
[0068]
The wiring pattern 26 and the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 are connected by conductor wires W1 and W2. As a result, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 are paths that do not relay the wiring pattern 22 and are paths through which the emitter current flowing through the external terminal OUT does not flow, and the conductor wires W1 and W2 and the wiring pattern 26 are electrically connected to each other. As a result, the emitter potentials of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 are made uniform, so that even when the load 93 is short-circuited, the oscillation phenomenon at the potentials of the gate electrodes of the two IGBTs 3 is suppressed.
[0069]
Similarly, the wiring pattern 27 and the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 are connected by conductor wires W3 and W4. As a result, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 are paths that do not relay the wiring pattern 23 and are paths through which the emitter current flowing through the external terminal EE does not flow, and the conductor wires W3 and W4 and the wiring pattern 27 are electrically connected to each other. As a result, the emitter potentials of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 are made uniform, so that even when the load 93 is short-circuited, the oscillation phenomenon at the potentials of the gate electrodes of the two IGBTs 3 is suppressed.
[0070]
Further, the connection between the emitter electrodes of the two IGBTs 3 for equalizing the emitter potential is to connect each emitter electrode and the wiring pattern 26 (or 27) with the conductor wires W1, W2 (or W3, W4). This is easily achieved. That is, there is an advantage that the manufacturing process is easy. In addition, since one end of the conductor wires W1, W2 (or W3, W4) is connected to the wiring pattern 26 (or 27), in the step of arranging the conductor wires W1, W2 (or W3, W4), wire cutting is performed. Does not need to be performed on the IGBT 3. For this reason, it is possible to easily arrange the conductor wires W1, W2 (or W3, W4) without requiring special measures for preventing the IGBT 3 from being damaged.
[0071]
Furthermore, the wiring pattern 22 extends along the arrangement direction of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10, and the wiring pattern 26 is also arranged on the opposite side of the wiring pattern 22 across the IGBT 3. Extends along the direction. For this reason, it is possible to easily arrange the conductor wires W1 and W2 without interfering with the conductor wire 15. Furthermore, since the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wires W1 and W2 can be reduced, the effect of suppressing oscillation can be enhanced.
[0072]
Similarly, the wiring pattern 23 extends along the arrangement direction of the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11, and the wiring pattern 27 is located on the opposite side of the wiring pattern 23 with the IGBT 3 interposed therebetween. It extends along the arrangement direction. Therefore, the same effect as described above regarding the upper arm can be obtained with respect to the lower arm 11.
[0073]
Further, in each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the two diodes 4 are disposed between the two IGBTs 3 and the wiring pattern 22 (or 23), so that the anode electrodes of the two diodes 4 The conductor wires W1, W2 (or W3, W4) can be easily arranged without interfering with the conductor wires 16 connecting the wiring pattern 22 (or 23).
[0074]
Further, the wiring pattern 26 is adjacent to the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 without sandwiching other wiring patterns. For this reason, it is possible to set the conductor wires W1, W2 short. As a result, the inductance of the path that electrically connects the emitter electrodes of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 is reduced, so that the effect of equalizing the potential of the emitter electrode can be further enhanced. Similarly, the wiring pattern 27 is adjacent to the two IGBTs 3 belonging to the lower arm 11 without sandwiching other wiring patterns. Accordingly, the same effect as described above with respect to the upper arm can be obtained with respect to the lower arm 11.
[0075]
1 to 3 show an example in which there are two IGBTs 3 and diodes 4 connected in parallel, but three or more IGBTs 3 and diodes 4 may be connected in parallel.
[0076]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 102 are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line. In the following drawings, the same or corresponding parts (parts having the same functions) as those of the semiconductor device 101 shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
[0077]
The semiconductor device 102 is characteristically different from the semiconductor device 101 of FIG. 3 in that each of the wiring patterns 26 and 27 has a repeated bent portion. Experiments have shown that there is an optimum value for the suppression of oscillation in the inductance of the path connecting the emitter electrodes of two IGBTs 3 connected in parallel to each other without relaying the wiring pattern 22 (or 23). Has been confirmed. In the semiconductor device 102, since each of the wiring patterns 26 and 27 has a repeated bent portion, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel can be electrically connected by changing the connection position of the conductor wires W1 to W4. The inductance of the path to be connected can be freely adjusted. As a result, at the final stage of the manufacturing process of the semiconductor device 102, the inductance of each of the wiring patterns 26 and 27 can be finely adjusted to an optimum value.
[0078]
Although FIG. 4 shows an example in which two IGBTs 3 and two diodes 4 are connected in parallel, three or more IGBTs 3 and four diodes 4 may be connected in parallel.
[0079]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 103 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 5 is an XX cut line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0080]
The semiconductor device 103 is not provided with the wiring patterns 26 and 27 and the conductor wires W1 to W4. Instead, the emitter electrodes of two IGBTs 3 connected in parallel are directly connected by the conductor wire W5 (or W6). 3 is characteristically different from the semiconductor device 101 of FIG. Since the wiring patterns 26 and 27 are not required, the manufacturing process is facilitated, the area of the substrate 2 can be reduced, and the semiconductor device 103 can be downsized.
[0081]
As shown in FIG. 5, in each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the conductor wire W5 (or W6) is disposed along the arrangement direction of the two IGBTs 3 connected in parallel. As a result, the conductor wire W5 (or W6) is approximately orthogonal to the conductor wire 15 that connects the two IGBTs 3 connected in parallel and the wiring pattern 22 (or 23). Thereby, the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wire W5 (or W6) is suppressed low, and the effect of suppressing oscillation is further enhanced.
[0082]
Furthermore, in each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the conductor wire W5 (or W6) is connected to the emitter electrodes of the two IGBTs 3 at a portion farther from the wiring pattern 22 (or 23) than one end of the conductor wire 15. Has been. For this reason, the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wire W5 (or W6) is further suppressed, and the effect of suppressing oscillation is further enhanced. Further, the conductor wire 15 and the conductor wire W5 (or W6) can be easily disposed without interfering with each other.
[0083]
FIG. 5 shows an example in which there are two IGBTs 3 and two diodes 4 connected in parallel, but three or more IGBTs 3 and diodes 4 may be connected in parallel. At this time, among a plurality of IGBTs 3 connected in parallel, the emitter electrodes may be individually connected between two adjacent ones with a conductor wire, and three or more places including the middle part of the conductor wire are connected to the emitter electrode. By doing so, the emitter electrodes of three or more IGBTs 3 may be connected by a single conductor wire.
[0084]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the fourth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 104 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 6 is an XX cut line when the semiconductor device 101 in FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0085]
The semiconductor device 104 is not provided with the wiring patterns 26 and 27 and the conductor wires W1 to W4. Instead, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel are formed by the conductor wires W7 and W8 (or W9 and W10). 3 is characteristically different from the semiconductor device 101 of FIG. 3 in that it is connected to one anode electrode of the two diodes 4 and the wiring pattern 22 (or 23). That is, one end of each of the conductor wires W7, W8 (or W9, W10) is connected to the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel, and the intermediate part is connected to one anode electrode of the two diodes 4, The other end is connected to the wiring pattern 22 (or 23).
[0086]
Therefore, the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel do not pass through the wiring pattern 22 (or 23) through which the emitter current flows, and the conductor wire W7 (or W9), the anode electrode of the diode 4, and the conductor wire They are electrically connected to each other through W8 (or W10). As a result, similar to the semiconductor device 101 (FIG. 3), the potentials of the emitter electrodes of the two IGBTs 3 connected in parallel are made uniform, so that an effect of suppressing the oscillation phenomenon is obtained.
[0087]
Furthermore, since the other ends of the conductor wires W7, W8 (or W9, W10) are connected to the second wiring pattern, in the step of arranging the conductor wires W7, W8 (or W9, W10), the wire cut is performed with the IGBT 3 and There is no need to do this on any of the diodes 4. Therefore, no steps for preventing damage to the IGBT 3 and the diode 4 are required in the manufacturing process. That is, there is an advantage that the manufacturing process can be simplified.
[0088]
Although FIG. 6 shows an example in which two IGBTs 3 and two diodes 4 are connected in parallel, three or more IGBTs 3 and diodes 4 may be connected in parallel. At this time, the emitter electrodes of all the IGBTs 3 are electrically connected through the anode electrodes of the single or plural diodes 4 and the plural conductor wires without going through the wiring pattern 22 (or 23). A plurality of conductor wires are provided. Also in this case, one end of each conductor wire is connected to the emitter electrode of the IGBT 3, the middle portion is connected to the anode electrode of the diode 4, and the other end is connected to the wiring pattern 22 (or 23). One end of at least one conductor wire is connected to all of the plurality of IGBTs 3. However, it is also possible to adopt a form in which the middle part of the conductor wire is connected to only a part of the plurality of diodes 4. is there.
[0089]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment. FIG. 8 is a circuit diagram showing a part of the semiconductor device 105. The external perspective view of the semiconductor device 105 is the same as FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 7 corresponds to a cross-sectional view taken along the line XX when the semiconductor device 101 of FIG. To do.
[0090]
In the semiconductor device 105, two Zener diodes 9 connected in series so that the direction of the forward current is reversed are interposed between the wiring pattern 24 (or 25) and the wiring pattern 26 (or 27). 3 is characteristically different from the semiconductor device 101 of FIG. The two Zener diodes 9 are connected to each other via a wiring pattern 31 disposed on the substrate 2. Two Zener diodes 9 connected in series form a voltage clamp element 30.
[0091]
The voltage clamp element 30 prevents the potential difference between the gate electrode and the emitter electrode of the two IGBTs 3 connected in parallel from increasing beyond a certain limit. Therefore, even if oscillation occurs, the amplitude is suppressed so as not to exceed a certain limit.
[0092]
Although FIG. 7 shows an example in which two IGBTs 3 and two diodes 4 are connected in parallel, three or more IGBTs 3 and diodes 4 may be connected in parallel. 7 illustrates an example in which the clamp element 30 is provided in the semiconductor device 101 in FIG. 3, the clamp element 30 may be provided in the semiconductor device 102 in FIG. 4.
[0093]
Further, in FIG. 7, without providing the wiring pattern 26 (or 27) and the conductor wires W1, W2 (or W3, W4), a clamp element is provided between the emitter electrode and the gate electrode of the plurality of IGBTs 3 connected in parallel. 30 may be electrically connected. For example, the clamp element 30 may be connected between the wiring pattern 22 (or 23) and the wiring pattern 24 (or 25). In this form, the occurrence of the oscillation phenomenon cannot be suppressed, but the amplitude of the generated oscillation can be suppressed to a certain limit or less.
[0094]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 9 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the sixth embodiment. The external perspective view of the semiconductor device 106 is the same as FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line XX when the semiconductor device 101 of FIG. Equivalent to.
[0095]
The semiconductor device 106 is different from the semiconductor device of FIG. 7 in that a slit 40 (or 41) is formed in the wiring pattern 22 (or 23) extending along the arrangement direction of two IGBTs 3 connected in parallel. 105 is characteristically different. The slit 40 (or 41) extends along the arrangement direction so as to leave a connecting portion on one end side in the arrangement direction and leave no connecting portion on the other end side. That is, the slit 40 (or 41) extends from the other end side toward the one end side so as to leave a connecting portion on the one end side.
[0096]
As schematically shown in FIG. 10 as an example of the wiring pattern 23, the conductor wires 15 (and 16) are closer to the two IGBTs 3 than the slits 40 (or 41) in the wiring pattern 22 (or 23). It is connected to the first portion 23a. The external terminal OUT (or EE) is connected to the connecting portion on the one end side in the wiring pattern 22 (or 23). Further, the external terminal S1 (or S2) is connected to the other end side of the second portion 23b farther from the two IGBTs 3 than the slits 40 (or 41) in the wiring pattern 22 (or 23). . Therefore, the relationship between the two IGBTs 3 connected in parallel, the external terminal OUT (or EE), and the external terminal S1 (or S2) is represented by the circuit diagram of FIG.
[0097]
Since the emitter current passes through the first portion 23a and flows to the external terminal OUT (or EE), if the emitter current increases rapidly due to a short circuit of the load 93 or the like, due to the inductance L1 of the first portion 23a, the IGBT 3 A counter electromotive force is generated between the emitter electrode and the external terminal OUT (or EE). That is, the potential of the emitter electrode of the IGBT 3 with respect to the potential of the external terminal OUT (or EE) increases. However, since the potential of the external terminal S1 (or S2) maintains the same level as the potential of the external terminal OUT (or EE), the gate voltage applied between the gate electrode and the emitter electrode of the IGBT 3 is The emitter electrode is pulled down by the increased amount. As a result, an increase in the emitter current is suppressed, and the effect of suppressing the oscillation phenomenon is further enhanced.
[0098]
Although FIG. 9 shows an example in which two IGBTs 3 and two diodes 4 are connected in parallel, three or more IGBTs 3 and diodes 4 may be connected in parallel. 9 shows an example in which the slits 40 and 41 are formed in the semiconductor device 105 in FIG. 7, the slits 40 and 41 can be provided also in the semiconductor devices 101 to 104. Similarly, the effect of suppressing the oscillation phenomenon can be enhanced.
[0099]
Further, the wiring pattern 26 (or 27) and the conductor wires W1, W2 (or W3, W4) are not provided, and the conductor wires W5, W6 are not provided, and the wiring pattern 22 (or 23) is provided with the slit 40 ( Or 41) may be provided. Even in this embodiment, the effect of suppressing the occurrence of the oscillation phenomenon can be obtained accordingly.
[0100]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the seventh embodiment. The external perspective view of the semiconductor device 107 is the same as FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XX when the semiconductor device 101 of FIG. Equivalent to.
[0101]
In the semiconductor device 107, the first portion 23 a and the second portion 23 b that are opposed to each other with the slit 40 (or 41) formed in the wiring pattern 22 (or 23) are connected by the conductor wire 50 (or 51). 9 is characteristically different from the semiconductor device 106 of FIG. As schematically shown in FIG. 13 as an example of the wiring pattern 23, the fact that the conductor wire 51 is disposed at a distance a from the opening end of the slit 41 indicates that the potential of the external terminal EE and the potential of the external terminal S2 Is substantially equivalent to the depth b of the slit 41 being changed to the same depth a as the distance a as shown in FIG. The same can be said for the conductor wire 50 installed in the wiring pattern 22. Therefore, when the conductor wire 50 (or 51) is disposed, the relationship between the two IGBTs 3 connected in parallel, the external terminal OUT (or EE), and the external terminal S1 (or S2) is as shown in FIG. It is represented by a circuit diagram.
[0102]
That is, by changing the position where the conductor wire 50 (or 51) is disposed, the potential of the external terminal S1 (or S2) is changed between the potential of the emitter electrode of the IGBT 3 and the potential of the external terminal OUT (or EE). The advantage is that it can be freely adjusted. Thereby, fine adjustment can be performed at the final stage of the manufacturing process so that the characteristics are uniform among the individual semiconductor devices 107 to be mass-produced.
[0103]
Structure of IGBT in each embodiment.
FIG. 16 is a plan view of IGBT 3 provided in each of semiconductor devices 101 to 107 according to the first to seventh embodiments and semiconductor devices 108 to 117 according to the eighth to seventeenth embodiments described below. The IGBT 3 includes a gate wiring 32, a gate pad 33, and a plurality of emitter pads 34 on the upper surface thereof. The gate wiring 32 is connected to the gate pad 33. For example, the conductor wire 17 shown in FIG. 3 is connected to the gate pad 33. That is, the gate pad 33 is a bonding pad for the gate electrode. The plurality of emitter pads 34 are portions to which a conductor wire can be connected among the emitter electrodes that cover most of the upper surface of the IGBT 3. That is, the emitter pad 34 is a bonding pad for the emitter electrode.
[0104]
Inside the IGBT 3 (not shown), a large number (for example, about 100,000) of basic units called unit cells (the smallest unit that itself functions as an IGBT) are connected in parallel to each other. The gate electrode of each unit cell is connected to the gate pad 33 through the gate wiring 32, and the emitter electrode that covers most of the upper surface of the IGBT 3 is connected to all unit cells in common. In the IGBT 3, the gate wiring 32 is arranged in a form branched from the gate pad 33 that receives the gate voltage through the conductor wire 17 (FIG. 3) in order to operate these many unit cells as evenly as possible. The gate wiring 32 is also referred to as a gate finger because of its shape. For this reason, the emitter electrode that covers most of the upper surface of the IGBT 3 is divided into a plurality of regions, that is, a plurality of emitter pads 34 by the gate wiring 32.
[0105]
The plurality of emitter pads 34 are integrally connected to each other through a bridging portion 35 corresponding to a gap between the gate wirings 32 in the emitter electrode. The bridging portion 35 is distinguished from the emitter pad 34 to which the conductor wire can be connected in that the bridging portion 35 is a portion that is too narrow to connect the conductor wire. In the normal operation of the IGBT 3, a conductor wire is evenly connected to each emitter pad 34 so that the emitter current of the IGBT 3 flows individually through each emitter pad 34 and hardly flows through the bridging portion 35. As a result, even though the bridging portion 35 is sufficiently narrow, the potential is kept uniform among the plurality of emitter pads 34 in normal operation.
[0106]
However, when a short-circuit current flows, the magnitude of the current flowing through the bridging portion 35 cannot be ignored, and potential unevenness may occur between the plurality of emitter pads 34. As a result, even in a semiconductor device in which only one IGBT 3 is provided in each of the upper arm 10 and the lower arm 11 (FIG. 1), an oscillation phenomenon may appear in the IGBT 3. In the following eighth to seventeenth embodiments, a semiconductor device capable of suppressing an oscillation phenomenon caused by non-uniform potential between a plurality of emitter pads 34 will be described.
[0107]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 17 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the eighth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 108 are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0108]
The wiring patterns 26 and 27 are divided for each corresponding IGBT 3, and all of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 and the corresponding wiring pattern 26 or 27 are a plurality of conductor wires W 1 to W 4. The semiconductor device 108 is characteristically different from the semiconductor device 101 according to the first embodiment in that it is connected by any of the above. For example, one end of six conductor wires W1 is individually connected to all six emitter pads 34 provided on one of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 (the IGBT 3 located at the left end in FIG. 17). The other end of the conductor wire W1 is connected to the wiring pattern 26.
[0109]
The plurality of conductor wires 15 that connect the emitter electrode of each IGBT 3 and the wiring pattern 22 or 23 are connected to all of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3. Therefore, as described above, in the normal operation of the semiconductor device 108, almost no current flows through the bridging portion 35 in FIG. In the example of FIG. 17, one end of two conductor wires 15 is connected to each of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3, and the other end thereof is connected to the wiring pattern 22 or 23. Each of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 is connected to the wiring pattern 22 or 23 through the two conductor wires 15 in the drawings illustrating the semiconductor devices 101 to 107 according to the first to seventh embodiments. The same applies to each figure illustrating semiconductor devices 109 to 115 according to the following ninth to fifteenth embodiments except for the sixteenth and seventeenth embodiments.
[0110]
In the semiconductor device 108, as described above, any of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 is any of the conductor wires W1 to W4 that are conductors that do not relay the wiring patterns 22 and 23, that is, conductors that do not flow an emitter current. They are electrically connected to each other through the wiring patterns 26 and 27. For this reason, the potential is made uniform among the plurality of emitter pads 34. As a result, even when the load of the semiconductor device 108 is short-circuited, that is, when an excessive short-circuit current flows through each IGBT 3, the oscillation phenomenon at the potential of the gate electrode of each IGBT 3 is suppressed.
[0111]
In the example of FIG. 17, one of the conductor wires W1 to W4 is connected to each emitter pad 34 of each IGBT 3 one by one, but generally one or more may be connected. However, in the form of FIG. 17 that is connected one by one, the number of conductor wires W1 to W4 is minimized and the connection of the conductor wires W1 to W4 is facilitated, and at the same time, the oscillation of each IGBT 3 can be effectively suppressed. Benefits are gained.
[0112]
Further, in the semiconductor device 108, the emitter pads 34 of the respective IGBTs 3 are arranged along one direction, and the corresponding wiring pattern 22 or 23 and the wiring pattern 26 or 27 are arranged with the corresponding IGBT 3 interposed therebetween. Moreover, it extends along the direction in which the emitter pads 34 are arranged. For this reason, the conductor wire 15 and the conductor wires W1 to W4 can be easily disposed without interfering with each other. Furthermore, the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wires W1 to W4 can be reduced, thereby enhancing the effect of suppressing oscillation.
[0113]
In the semiconductor device 108, each of the wiring patterns 26 and 27 is adjacent to the corresponding IGBT 3 without interposing another wiring pattern. For this reason, it is possible to set the conductor wires W1-W4 short. Thereby, since the inductance of the conductor that electrically connects the emitter pads 34 is reduced, the potential can be made more uniform between the emitter pads 34 more effectively. Further, since each of the wiring patterns 26 and 27 is divided for each corresponding IGBT 3, there is an advantage that there are few restrictions on the layout of the IGBT 3.
[0114]
Although the example in which each of the upper arm 10 and the lower arm 11 includes two IGBTs 3 connected in parallel to each other as the semiconductor device 108 is shown, the semiconductor device 108 includes three or more IGBTs 3 connected in parallel to each other. It is also possible to provide only a single IGBT 3. In any case, since all of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 are electrically connected to each other through a conductor that does not relay the wiring patterns 22 and 23, the oscillation of the IGBT 3 can be suppressed.
[0115]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 18 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the ninth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 109 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 18 is an XX cut line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0116]
The semiconductor device in that the conductor wires W1 to W4 are connected to only two or more (four in the example of FIG. 18) emitter pads 34 that are part of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3. 109 is characteristically different from the semiconductor device 108 according to the eighth embodiment. For example, of the six emitter pads 34 provided on one of the two IGBTs 3 belonging to the upper arm 10 (the IGBT 3 located at the left end in FIG. 17), only four of the four emitter pads 34 are provided. One end of each of the conductor wires W <b> 1 is individually connected, and the other end of the conductor wires W <b> 1 is connected to the wiring pattern 26.
[0117]
In the semiconductor device 109, a part of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 (however, two or more emitter pads 34) do not relay the wiring patterns 22 and 23 (ie, any of the conductor wires W1 to W4). And any one of the wiring patterns 26 and 27), the effect of suppressing the oscillation when the IGBT 3 is short-circuited can be obtained accordingly. Moreover, since the space | interval of the conductor wires W1-W4 can be ensured widely, the advantage that the connection of these conductor wires W1-W4 is easy is acquired.
[0118]
The ratio of the emitter pads 34 to which any of the conductor wires W1 to W4 are connected among the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 is 1/2 or more (three or more in the example of the IGBT 3 in FIG. 18). It is desirable to be. This is because if the ratio is ½ or more, the effect of suppressing oscillation appears significantly.
[0119]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 19 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the tenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 110 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 19 is an XX cut line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0120]
In each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the wiring patterns 26 or 27 corresponding to two or more (two in the example of FIG. 19) IGBTs 3 connected in parallel are not divided for each corresponding IGBT 3 and are integrated. The semiconductor device 110 is characteristically different from the semiconductor device 108 according to the eighth embodiment in that it is connected to. Therefore, in each IGBT 3, the emitter pads 34 are not only connected through any of the conductor wires W1 to W4 and any of the wiring patterns 26 and 27, but also between the IGBTs 3 connected in parallel. The emitter pads 34 are connected to each other through their conductors. As a result, the effect of suppressing the oscillation of each IGBT 3 is further enhanced as compared with the semiconductor device 108 of the eighth embodiment.
[0121]
Further, in the semiconductor device 110, the IGBTs 3 are arranged so that the emitter pads 34 of the IGBTs 3 connected in parallel to each other are arranged in one direction, and the wiring patterns 26 and 27 are arranged in the arrangement of the corresponding emitter pads 34. Extends along the direction. For this reason, the conductor wires W1-W4 can be arrange | positioned easily.
[0122]
Embodiment 11 FIG.
FIG. 20 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the eleventh embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 111 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 20 is an XX cut line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0123]
In each of the upper arm 10 and the lower arm 11, the wiring patterns 26 or 27 corresponding to two or more (two in the example of FIG. 19) IGBT3 connected in parallel are not divided for each corresponding IGBT3, and are integrated. However, the semiconductor device 111 is characteristically different from the semiconductor device 109 according to the ninth embodiment. For this reason, in each IGBT3, some emitter pads 34 are not only connected through any of the conductor wires W1 to W4 and any of the wiring patterns 26 and 27, but also of the IGBT3 connected in parallel. In the meantime, some of the emitter pads 34 are connected to each other through their conductors. For this reason, the effect of suppressing the oscillation of each IGBT 3 is further enhanced as compared with the semiconductor device 109 of the ninth embodiment. Further, regarding the point that the ratio of the emitter pads 34 to which any of the conductor wires W1 to W4 are connected among the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 is more preferably ½ or more, This is the same as the semiconductor device 109 of Embodiment 9.
[0124]
In the semiconductor device 111, two or more emitter pads 34 to which any one of the conductor wires W1 to W4 is connected among the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 are assigned relatively evenly. In the example of FIG. 20, the four emitter pads 34 to which any of the conductor wires W1 to W4 are connected are assigned to both ends and the center. The same applies to the semiconductor device 109 (FIG. 18). As a result, the potential equalization is more effectively achieved among the plurality of emitter pads 34 belonging to each IGBT 3, so that oscillation is more effectively suppressed.
[0125]
On the other hand, as in the semiconductor device 111a shown in FIG. 21, one of the conductor wires W1 to W4 is connected to the emitter pad 34 closest to each other between the IGBTs 3 connected in parallel to each other and adjacent to each other. Also good. In the example of FIG. 21, any one of the conductor wires W1 to W4 is connected to the three emitter pads 34 for each IGBT 3, but in general, any one of the conductor wires W1 to W4 is connected to one emitter pad 34. May be connected. When three or more IGBTs 3 are connected in parallel to each other, the conductor wires W1 to W4 are connected to at least two emitter pads 34 including the emitter pads 34 located at both ends of the IGBTs 3 excluding the IGBTs 3 located at both ends. One of them is connected.
[0126]
Also in the semiconductor device 111a, some of the emitter pads 34 in each IGBT 3 are not only connected through any one of the conductor wires W1 to W4 and any one of the wiring patterns 26 and 27, but are also connected in parallel. Even between the IGBTs 3, some of the emitter pads 34 are connected to each other through their conductors. For this reason, the effect of suppressing the oscillation of the IGBT 3 can be obtained accordingly. In particular, the length of the wiring pattern 26 or 27 along the arrangement direction of the plurality of IGBTs 3 connected in parallel to each other can be kept small. This contributes to miniaturization of the semiconductor device 111a.
[0127]
Also in the semiconductor device 111a, as in the semiconductor devices 109 and 111, among the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3, the ratio occupied by the emitter pad 34 to which any of the conductor wires W1 to W4 is connected is 1 It is more desirable that it is at least / 2. In the example of FIG. 21, the ratio is set to 1/2.
[0128]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 22 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the twelfth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 112 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 22 is a sectional view taken along line XX when the semiconductor device 101 in FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0129]
The wiring patterns 26 and 27 are not provided, and a part of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3, and two or more (four in the example of FIG. 22) emitter pads 34 are connected to the conductor wires W1 to W4. The semiconductor device 112 is characteristically different from the semiconductor device 109 according to the ninth embodiment in that the semiconductor device 112 is directly connected by any of the above. Also in the semiconductor device 112, as in the semiconductor device 109, a conductor (that is, two or more) of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 does not relay the wiring patterns 22, 23 (that is, two or more emitter pads 34). , Any one of the conductor wires W1 to W4), the effect of suppressing oscillation when the IGBT 3 is short-circuited can be obtained accordingly. As in the semiconductor device 109 of the ninth embodiment, the ratio of the emitter pads 34 to which any of the conductor wires W1 to W4 is connected among the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 is 1/2 or more. It is more desirable.
[0130]
Since the semiconductor device 112 does not require the wiring patterns 26 and 27, the manufacturing process is facilitated, the area of the substrate 2 can be reduced, and the semiconductor device 112 can be downsized. Further, since each of the conductor wires W1 to W4 is connected only to a part of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3, even when the width of each emitter pad 34 is narrow, the conductor wires W1 to W4 are connected as emitters. It can be easily connected to the pad 34.
[0131]
Moreover, as FIG. 22 shows, each of the conductor wires W1-W4 is arrange | positioned along the sequence direction of the several emitter pad 34 of each IGBT3. As a result, the conductor wires W1 to W4 are approximately orthogonal to the conductor wire 15. Thereby, the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wires W1 to W4 is suppressed low, and the effect of suppressing oscillation is further enhanced.
[0132]
Further, for each IGBT 3, the conductor wires W <b> 1 to W <b> 4 are connected to two or more emitter pads 34 at a portion farther from the wiring pattern 22 or 23 than one end of the conductor wire 15. For this reason, the inductive coupling between the conductor wire 15 and the conductor wires W1 to W4 is further suppressed, and thereby the effect of suppressing oscillation is further enhanced. Furthermore, the conductor wire 15 and the conductor wires W1 to W4 can be easily arranged without interfering with each other.
[0133]
Although FIG. 22 shows an example in which two IGBTs 3 are connected in parallel, three or more IGBTs 3 may be connected in parallel. Each of the upper arm 10 and the lower arm 11 may include only a single IGBT 3. In either case, since a part of the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 is electrically connected to each other through a conductor that does not relay the wiring patterns 22 and 23, the effect of suppressing the oscillation of the IGBT 3 is correspondingly achieved. can get.
[0134]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 23 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the thirteenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 113 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 23 is a sectional view taken along line XX when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0135]
The semiconductor device 113 is characteristically different from the semiconductor device 112 according to the twelfth embodiment in that all of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 are connected to each other by any of the conductor wires W1 to W4. . For this reason, in the semiconductor device 113, the oscillation of each IGBT 3 is more effectively suppressed.
[0136]
Embodiment 14 FIG.
FIG. 24 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the fourteenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 114 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 24 is a sectional view taken along line XX when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0137]
All of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 are not only connected to each other by the conductor wire W1 or W3, but also between two or more (two in the example of FIG. 25) IGBTs 3 connected in parallel to each other. The semiconductor device 114 is characteristically different from the semiconductor device 113 according to the thirteenth embodiment in that the emitter pads 34 are connected to each other by conductor wires W1 or W3. Therefore, in semiconductor device 114, the effect of suppressing the oscillation of each IGBT 3 is further enhanced as compared with semiconductor device 113 in the thirteenth embodiment. Further, since all the emitter pads 34 are arranged in one direction between two or more IGBTs 3 connected in parallel to each other, the conductor wires W1 and W3 can be easily arranged along the one direction. .
[0138]
Embodiment 15 FIG.
FIG. 25 is a plan sectional view of a semiconductor device according to the fifteenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 115 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 25 is an XX section line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0139]
A part of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 is not only connected by the conductor wire W1 or W3, but also between two or more (two in the example of FIG. 25) IGBTs 3 connected in parallel to each other. The semiconductor device 115 is characteristically different from the semiconductor device 112 according to the twelfth embodiment in that the emitter pads 34 are connected to each other by conductor wires W1 or W3. Therefore, the effect of suppressing the oscillation of each IGBT 3 is further enhanced as compared with the semiconductor device 112 of the twelfth embodiment.
[0140]
Embodiment 16 FIG.
FIG. 26 is a plan sectional view of the semiconductor device according to the sixteenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of this semiconductor device 116 are the same as those in FIG. 1 and FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 26 is a sectional view taken along line XX when the semiconductor device 101 in FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0141]
The semiconductor device 116 is characteristically different from the conventional semiconductor device 150 in that each of the plurality of emitter pads 34 included in each IGBT 3 is connected to the wiring pattern 22 or 23 through only one conductor wire 15. ing. For this reason, even when an excessive short circuit current flows through each IGBT 3 due to a short circuit of the load of the semiconductor device 116, the magnitude of the emitter current flowing through each IGBT 3 is limited by the resistance of the conductor wire 15. The oscillation phenomenon at the potential of the gate electrode of each IGBT 3 is suppressed. In addition, since the plurality of emitter pads 34 of each IGBT 3 are arranged along one direction and the corresponding wiring pattern 22 or 23 extends along the one direction, the plurality of conductor wires 15 are connected to each other. It can be easily arranged without interference.
[0142]
Embodiment 17. FIG.
FIG. 27 is a cross-sectional plan view of the semiconductor device according to the seventeenth embodiment. A circuit diagram and an external perspective view of the semiconductor device 117 are the same as those in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, and FIG. 27 is an XX cut line when the semiconductor device 101 of FIG. It corresponds to a cross-sectional view along the line.
[0143]
The semiconductor device 117 is characteristically different from the semiconductor device 116 according to the sixteenth embodiment in that an intermediate portion of each conductor wire 15 connected to each IGBT 3 is connected to the anode electrode of the corresponding diode 4. Yes. For this reason, in the semiconductor device 117, it is not necessary to separately provide a conductor wire for connecting between the corresponding IGBT 3 and the diode 4. That is, the number of conductor wires in the entire semiconductor device 117 can be reduced, and the number of manufacturing steps and manufacturing costs can be reduced.
[0144]
Modified example.
(1) In each of the embodiments described above, an example in which the semiconductor device includes the IGBT 3 has been described. In addition, it can be widely applied to semiconductor devices including a switching element having a control electrode that controls a main current in response thereto. The switching element may be a MOSFET or a bipolar transistor, for example. In a general switching element, the gate wiring 32 is extended to the control electrode wiring, the gate pad 33 is extended to the bonding pad of the control electrode, and the emitter pad 34 is extended to the bonding pad of the main electrode.
[0145]
However, although the semiconductor devices 101 to 117 according to the respective embodiments use the IGBT 3 that is an insulated gate type switching element that originally tends to oscillate, the oscillation can be suppressed and control is easy. By taking advantage of the insulated gate switching element, it can be widely used for application devices that control a large current. In addition, since an insulating gate type switching element has a high necessity for protection of a gate insulating film, the present invention is particularly useful also in that sense.
[0146]
(2) Generally, the emitter electrodes (generally main electrodes) of the plurality of IGBTs 3 (generally a plurality of switching elements) are not relayed between the wiring patterns 22 (or 23) through which the emitter current (generally the main current) flows. If any electrically connected conductor is provided, the uniformity of the potential of the emitter electrode (generally, the main electrode) can be increased similarly to the semiconductor devices 101 to 107, thereby suppressing the oscillation phenomenon. be able to. In semiconductor devices 101 and 102, wiring pattern 26 (or 27) and conductor wires W1, W2 (or W3, W4) correspond to conductors, and in semiconductor device 103, conductor wire W5 (or W6) corresponds to a conductor. To do.
[0147]
【The invention's effect】
In the apparatus of the first invention, the other main electrodes of the plurality of switching elements connected in parallel to each other are electrically connected to each other through a conductor that does not relay the second wiring pattern, that is, a conductor that does not flow a main current. Therefore, the potential of the other main electrode is made uniform among the plurality of switching elements. As a result, even when the loads of the plurality of switching elements are short-circuited, the oscillation phenomenon at the potentials of the control electrodes of the plurality of switching elements is suppressed.
[0148]
In addition, the first In the apparatus of the invention, electrical connection between the other main electrodes of the plurality of switching elements is easily realized through the third wiring pattern and the second conductor wire. In addition, since it is not necessary to cut the wire on the switching element in the step of disposing the second conductor wire, there is no need for a means for preventing the switching element from being damaged.
[0149]
In addition, the first In the apparatus of the invention, the second and third wiring patterns are disposed on opposite sides of the plurality of switching elements and extend along the arrangement direction of the plurality of switching elements. The conductor wire and the second conductor wire can be easily arranged without interfering with each other. Furthermore, the inductive coupling between the first conductor wire and the second conductor wire can be reduced, thereby enhancing the effect of suppressing oscillation.
[0150]
In addition, the first In the apparatus according to the invention, the third wiring pattern is adjacent to the plurality of switching elements without interposing another wiring pattern, so that the second conductor wire can be set short. Thereby, since the inductance of the conductor that electrically connects the other main electrodes of the plurality of switching elements is reduced, the effect of equalizing the potential of the other main electrode can be enhanced.
[0151]
Second In the apparatus of the invention, since the third wiring pattern has a repeated bent portion, the inductance of the conductor that electrically connects the other main electrodes of the plurality of switching elements is set to an optimum value for suppressing oscillation. Can be adjusted.
[0155]
Third In the apparatus of the invention, since the voltage clamp element is interposed between the control electrode of the plurality of switching elements and the third wiring pattern, even if the oscillation phenomenon of the potential of the control electrode occurs, the amplitude can be suppressed low. .
[0161]
4th In the device according to the invention, each of the plurality of switching elements is an insulated gate type switching element that inherently tends to oscillate, but its oscillation is suppressed, so that the control is easy. Taking advantage of the switching element, it can be widely used for application devices that control a large current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is an external perspective view of the apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan sectional view of the apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan sectional view of the apparatus according to the second embodiment.
FIG. 5 is a plan sectional view of the apparatus according to the third embodiment.
FIG. 6 is a plan sectional view of the apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is a plan sectional view of an apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram of a part of the apparatus according to the fifth embodiment.
FIG. 9 is a plan sectional view of the apparatus according to the sixth embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram of a part of the apparatus according to the sixth embodiment.
FIG. 11 is a circuit diagram of a part of the apparatus according to the sixth embodiment.
12 is a plan sectional view of an apparatus according to Embodiment 7. FIG.
FIG. 13 is a schematic diagram of a part of the apparatus according to the seventh embodiment.
FIG. 14 is a schematic diagram of a part of the apparatus according to the seventh embodiment.
FIG. 15 is a circuit diagram of a part of the apparatus according to the seventh embodiment.
FIG. 16 is a plan view of the IGBT according to each embodiment;
FIG. 17 is a plan sectional view of an apparatus according to an eighth embodiment.
FIG. 18 is a plan sectional view of an apparatus according to the ninth embodiment.
FIG. 19 is a plan sectional view of the apparatus according to the tenth embodiment.
FIG. 20 is a plan sectional view of the apparatus according to the eleventh embodiment.
FIG. 21 is a plan sectional view of an apparatus according to another example of the eleventh embodiment.
FIG. 22 is a plan sectional view of the apparatus according to the twelfth embodiment.
FIG. 23 is a plan sectional view of the apparatus according to the thirteenth embodiment.
FIG. 24 is a plan sectional view of the apparatus according to the fourteenth embodiment.
FIG. 25 is a plan sectional view of the apparatus according to the fifteenth embodiment.
FIG. 26 is a plan sectional view of the apparatus of the sixteenth embodiment.
FIG. 27 is a plan sectional view of the apparatus according to the seventeenth embodiment.
FIG. 28 is a plan sectional view of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
2 substrate, 3 IGBT (switching element), 4 diode, 15 conductor wire (first conductor wire), 17 conductor wire (fourth conductor wire), 21 wiring pattern (first wiring pattern), 22 wiring pattern (first wiring) Pattern, second wiring pattern), 23 wiring pattern (second wiring pattern), 23a first portion, 23b second portion, 24, 25 wiring pattern (fourth wiring pattern), 26, 27 wiring pattern (third wiring pattern) ), 30 Voltage clamp element, 32 Gate wiring (control electrode wiring), 34 Emitter pad (bonding pad), 40, 41 Slit, 50, 51 Conductor wire (fifth conductor wire), EE, OUT External terminal, S1, S2 External terminal, W1-W4 conductor wire (second conductor wire), W5-W10 conductor wire (third conductor wire)

Claims (4)

主面を有する基板と、
互いに電気的に絶縁されて前記主面の上に配設された第1配線パターン及び第2配線パターンと、
前記第1配線パターンの上に配置されることにより、一方主電極どうしが互いに電気的に接続された複数のスイッチング素子と
記複数のスイッチング素子の他方主電極に一端が接続され、前記第2配線パターンへ他端が接続された複数の第1導体ワイヤと、
前記第2配線パターンに接続され、前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極と外部とを、前記第2配線パターンを通じて電気的に接続する外部端子と、
前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極どうしを、前記第2配線パターンを中継することなく電気的に接続する導電体と、を備える半導体装置であって、
前記導電体が、
前記第1配線パターン及び前記第2配線パターンから孤立し、前記第1配線パターン及び前記第2配線パターンに対して電気的に絶縁されて前記主面の上に配設された第3配線パターンと、
前記複数のスイッチング素子の前記他方主電極に一端が接続され、前記第3配線パターンへ他端が接続された複数の第2導体ワイヤと、を備え、
前記第2配線パターンが、前記複数のスイッチング素子の配列方向に沿って延在しており、
前記第3配線パターンが、前記複数のスイッチング素子を挟んで前記第2配線パターンとは反対側に、前記複数のスイッチング素子の配列方向に沿って延在しており、
さらに、前記第3配線パターンが、他の配線パターンを挟むことなく前記複数のスイッチング素子に隣接している、半導体装置。
A substrate having a main surface;
A first wiring pattern and a second wiring pattern which are electrically insulated from each other and disposed on the main surface;
A plurality of switching elements in which one main electrode is electrically connected to each other by being disposed on the first wiring pattern ;
Is pre SL one end connected to the other main electrode of the plurality of switching elements, a plurality of first conductor wire whose other end is connected to said second wiring pattern,
An external terminal connected to the second wiring pattern and electrically connecting the other main electrode of the plurality of switching elements and the outside through the second wiring pattern;
The other main electrode each other of the plurality of switching elements, and a conductor which electrically connects without relaying the second wiring pattern, a semiconductor device Ru provided with,
The conductor is
A third wiring pattern isolated from the first wiring pattern and the second wiring pattern, electrically insulated from the first wiring pattern and the second wiring pattern, and disposed on the main surface; ,
A plurality of second conductor wires having one end connected to the other main electrode of the plurality of switching elements and the other end connected to the third wiring pattern;
The second wiring pattern extends along an arrangement direction of the plurality of switching elements;
The third wiring pattern extends along the arrangement direction of the plurality of switching elements on the opposite side of the second wiring pattern across the plurality of switching elements,
Further, the semiconductor device , wherein the third wiring pattern is adjacent to the plurality of switching elements without sandwiching another wiring pattern .
前記第3配線パターンが反復する屈曲部を有する、請求項1に記載の半導体装置。 It has a bent portion to which the third wiring pattern is repeated, the semiconductor device according to claim 1. 前記第1配線パターン、前記第2配線パターン及び前記第3配線パターンに対して電気的に絶縁されて前記主面の上に配設された第4配線パターンと、
前記複数のスイッチング素子の制御電極に一端が接続され、前記第4配線パターンへ他端が接続された複数の第4導体ワイヤと、
前記第3配線パターンに一端が接続され、前記4配線パターンに他端が接続された電圧クランプ素子と、をさらに備える請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
A fourth wiring pattern electrically insulated from the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern and disposed on the main surface;
A plurality of fourth conductor wires having one end connected to the control electrodes of the plurality of switching elements and the other end connected to the fourth wiring pattern;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a voltage clamp element having one end connected to the third wiring pattern and the other end connected to the four wiring patterns .
前記複数のスイッチング素子の各々が、絶縁ゲート型のスイッチング素子である、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of switching elements is an insulated gate switching element . 5.
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