JP6123738B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、パワー半導体素子を搭載した半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device equipped with a power semiconductor element.

インバータ装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、その本体装置とは独立して半導体装置(パワー半導体モジュール)が使用されている。   In an inverter device, an uninterruptible power supply device, a machine tool, an industrial robot, and the like, a semiconductor device (power semiconductor module) is used independently of the main body device.

図4は、特許文献1に記載された従来のパワー半導体モジュール500の要部断面図である。このパワー半導体モジュール500は、絶縁基板54と、スイッチング素子56と、プリント基板61と、導電ポスト58と、キャパシタ67を備えている。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a conventional power semiconductor module 500 described in Patent Document 1. The power semiconductor module 500 includes an insulating substrate 54, a switching element 56, a printed circuit board 61, a conductive post 58, and a capacitor 67.

スイッチング素子56は、パワーMOSFETやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの縦型のパワー半導体素子である。例えばスイッチング素子56がパワーMOSFETの場合、おもて面にゲート電極とソース電極を、裏面にドレイン電極を有する。そして、スイッチング素子56のドレイン電極と絶縁基板54の回路板52が、ハンダなどを用いて電気的かつ機械的に接続されている。また、スイッチング素子56のゲート電極およびソース電極と、絶縁基板54に対向するプリント基板61に備えられた導電ポスト58が、ハンダなどを用いて電気的かつ機械的に接続されている。また、プリント基板61の配線層59と、導電ポスト58が電気的に接続されている。すなわち、パワー半導体モジュール500においては、スイッチング素子56のドレイン配線は、主に絶縁基板54の回路板52で行われており、ゲート配線およびソース配線は、主に導電ポスト58およびプリント基板61の配線層59で行われている。   The switching element 56 is a vertical power semiconductor element such as a power MOSFET or IGBT (insulated gate bipolar transistor). For example, when the switching element 56 is a power MOSFET, it has a gate electrode and a source electrode on the front surface and a drain electrode on the back surface. The drain electrode of the switching element 56 and the circuit board 52 of the insulating substrate 54 are electrically and mechanically connected using solder or the like. In addition, the gate electrode and the source electrode of the switching element 56 and the conductive post 58 provided on the printed circuit board 61 facing the insulating substrate 54 are electrically and mechanically connected using solder or the like. Further, the wiring layer 59 of the printed circuit board 61 and the conductive post 58 are electrically connected. That is, in the power semiconductor module 500, the drain wiring of the switching element 56 is mainly performed on the circuit board 52 of the insulating substrate 54, and the gate wiring and the source wiring are mainly wiring of the conductive posts 58 and the printed circuit board 61. This is done in layer 59.

そしてパワー半導体モジュール500においては、絶縁基板54とプリント基板61の間にキャパシタ67が設けられ、キャパシタ67の一端はプリント基板61のソース配線層に接続され、他端は絶縁基板54の回路板52に接続される。すなわち、スイッチング素子56のソース電極とドレイン電極の間に、キャパシタ67を接続している。   In the power semiconductor module 500, a capacitor 67 is provided between the insulating board 54 and the printed board 61, one end of the capacitor 67 is connected to the source wiring layer of the printed board 61, and the other end is the circuit board 52 of the insulating board 54. Connected to. That is, the capacitor 67 is connected between the source electrode and the drain electrode of the switching element 56.


また、スイッチング素子のゲート電極とソース電極の間にキャパシタを接続することにより、スイッチング素子が意図せずターンオンしないようにした半導体装置が提案されている(特許文献2)。

Further, a semiconductor device has been proposed in which a capacitor is connected between a gate electrode and a source electrode of a switching element so that the switching element does not turn on unintentionally (Patent Document 2).

特開2013−222950号公報JP 2013-222950 A 特開2000−243905号公報JP 2000-243905 A

特許文献1に記載のパワー半導体モジュールの構成を基に、特許文献2に記載の回路構成を実現するために、スイッチング素子のゲート電極と、プリント基板のソース配線層の間に、キャパシタを配置することが考えられる。図5にこの構成であるパワー半導体モジュール600の断面模式図を示す。この図で示す通り、プリント基板61のソース配線層59bと、スイッチング素子56のゲート電極56aとの間に、キャパシタ67を配置することが考えられる。   Based on the configuration of the power semiconductor module described in Patent Document 1, in order to realize the circuit configuration described in Patent Document 2, a capacitor is disposed between the gate electrode of the switching element and the source wiring layer of the printed circuit board. It is possible. FIG. 5 is a schematic sectional view of a power semiconductor module 600 having this configuration. As shown in this figure, it is conceivable to arrange a capacitor 67 between the source wiring layer 59b of the printed circuit board 61 and the gate electrode 56a of the switching element 56.

しかしながら、特許文献1においてキャパシタ67が配置されていた回路板52に比べ、スイッチング素子56のゲート電極56aは非常に小さい。さらに、ゲート電極56aには、キャパシタ67だけでなくゲート導電ポスト58aも配置する必要がある。そのため、キャパシタ67と、ゲート導電ポスト58aをゲート電極56aに並べて配置しようとした場合、図6に示すように、キャパシタ87とゲート導電ポスト79aの間隔Lを狭くしなければならない。そのため、ゲート電極に固定するための接合材57が、リフロー処理時にゲート導電ポスト58aとキャパシタ67の間を毛管現象で這い上がってしまう。その結果、図6で示すように、キャパシタ67の両端間や、ゲート配線層59aとソース配線層59bとの間が接合材57で短絡するという課題が発生する。   However, the gate electrode 56a of the switching element 56 is very small compared to the circuit board 52 in which the capacitor 67 is arranged in Patent Document 1. Further, not only the capacitor 67 but also the gate conductive post 58a needs to be disposed on the gate electrode 56a. Therefore, when the capacitor 67 and the gate conductive post 58a are arranged side by side on the gate electrode 56a, the interval L between the capacitor 87 and the gate conductive post 79a must be narrowed as shown in FIG. Therefore, the bonding material 57 for fixing to the gate electrode crawls up between the gate conductive post 58a and the capacitor 67 by capillary action during the reflow process. As a result, as shown in FIG. 6, there is a problem that the bonding material 57 causes a short circuit between both ends of the capacitor 67 and between the gate wiring layer 59a and the source wiring layer 59b.

なお上記課題は、製造上などの都合でチップ面積が大きくできず、このためゲート電極も小さくせざるを得ないSiCなどのワイドバンドギャップ半導体において、さらに顕著となる。   Note that the above problem becomes more conspicuous in a wide band gap semiconductor such as SiC in which the chip area cannot be increased due to manufacturing reasons and therefore the gate electrode must be reduced.

この発明の目的は、上記課題に着目してなされたものであり、小さなゲート電極に例えばキャパシタのような回路インピーダンス低減素子とゲート導電ポストを隣接して配置する場合、高い信頼性を備えた半導体装置を提供することにある。   The object of the present invention is made by paying attention to the above-mentioned problem. When a circuit impedance reducing element such as a capacitor and a gate conductive post are arranged adjacent to a small gate electrode, a semiconductor with high reliability is provided. To provide an apparatus.

前記の目的を達成するために、この発明の一態様では、半導体装置は、おもて面に導電板が固定された絶縁基板と、おもて面にゲート電極およびソース電極を有し、裏面が前記導電板に固定されたスイッチング素子と、ソース配線層およびゲート配線層を有し、前記絶縁基板のおもて面に対向するプリント基板と、一端が前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ゲート配線層に電気的かつ機械的に接続されたゲート導電ポストと、一端が前記ソース電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ソース配線層に電気的かつ機械的に接続されたソース導電ポストと、一端が前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ソース配線層に電気的かつ機械的に接続された回路インピーダンス低減素子とを備え、前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続されたゲート電極ポストの端面、もしくは前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続された回路インピーダンス低減素子の端面のいずれかが、前記ゲート電極の電極面からずらして配置された構成とする。   To achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device includes an insulating substrate having a conductive plate fixed to a front surface, a gate electrode and a source electrode on the front surface, and a back surface. Has a switching element fixed to the conductive plate, a source wiring layer and a gate wiring layer, a printed circuit board facing the front surface of the insulating substrate, and one end electrically and mechanically connected to the gate electrode A gate conductive post connected to the gate wiring layer and having the other end electrically and mechanically connected to the gate wiring layer; one end electrically and mechanically connected to the source electrode; and the other end electrically connected to the source wiring layer. And a source conductive post mechanically connected, and a circuit impedance reducing element having one end electrically and mechanically connected to the gate electrode and the other end electrically and mechanically connected to the source wiring layer. Prepared, front Either an end face of the gate electrode post electrically and mechanically connected to the gate electrode or an end face of the circuit impedance reducing element electrically and mechanically connected to the gate electrode is separated from the electrode face of the gate electrode. It is assumed that the configuration is shifted.

この発明によれば、小さなゲート電極にキャパシタのような回路インピーダンス低減素子とゲート導電ポストを隣接して配置することができる信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which a circuit impedance reducing element such as a capacitor and a gate conductive post can be disposed adjacent to a small gate electrode.

この発明に係る実施例1の半導体装置100の構成図である。It is a block diagram of the semiconductor device 100 of Example 1 which concerns on this invention. 半導体装置100の回路図である。1 is a circuit diagram of a semiconductor device 100. FIG. この発明に係る実施例2の半導体装置200の構成図である。It is a block diagram of the semiconductor device 200 of Example 2 which concerns on this invention. 従来のパワー半導体モジュール500の構成図である。It is a block diagram of the conventional power semiconductor module 500. FIG. ゲート電極にキャパシタを設置した半導体装置600の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device 600 which installed the capacitor in the gate electrode. 図5のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG.

実施の形態を以下の実施例で説明する。尚、従来と同一符号は同一部位を示す。   Embodiments will be described in the following examples. In addition, the same code | symbol as the past shows the same site | part.

なお、本出願の明細書および特許請求の範囲に用いられている「電気的かつ機械的に接続されている」という用語は、対象物同士が直接接合により接続されている場合に限られず、ハンダや金属焼結材などの導電性の接合材を介して対象物同士が接続されている場合も含むものとする。   Note that the term “electrically and mechanically connected” used in the specification and claims of the present application is not limited to the case where the objects are directly connected to each other by soldering. In addition, a case where objects are connected to each other through a conductive bonding material such as a metal sintered material is also included.

図1は、この発明に係る実施例1の半導体装置100の構成図である。図1(a)は全体の要部断面図であり、図1(b)はA部の拡大断面図であり、図1(c)はA部の拡大平面図である。   1 is a configuration diagram of a semiconductor device 100 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall cross-sectional view of the main part, FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of part A, and FIG. 1C is an enlarged plan view of part A.

この半導体装置100は、上アームと下アームを備えた2in1モジュールと呼ばれる構成であり、図1(a)ではその内の片アーム分の構成を示している。半導体装置100は、絶縁基板1と、スイッチング素子10と、プリント基板5と、ゲート導電ポスト9aと、ソース導電ポスト9bと、回路インピーダンス低減素子としてのキャパシタ17を備える。さらに、絶縁基板1に固定された外部端子14と、これらの内部部材を金属板4の裏面を露出して封止する樹脂16を備える。   The semiconductor device 100 has a configuration called a 2-in-1 module having an upper arm and a lower arm, and FIG. 1A shows the configuration of one of the arms. The semiconductor device 100 includes an insulating substrate 1, a switching element 10, a printed circuit board 5, a gate conductive post 9a, a source conductive post 9b, and a capacitor 17 as a circuit impedance reducing element. Furthermore, an external terminal 14 fixed to the insulating substrate 1 and a resin 16 that seals these internal members by exposing the back surface of the metal plate 4 are provided.

絶縁基板1は、セラミック板2と、回路板3と、金属板4で構成されている。セラミック板2のおもて面に回路板3が固定され、裏面に金属板4が固定されている。   The insulating substrate 1 includes a ceramic plate 2, a circuit plate 3, and a metal plate 4. A circuit board 3 is fixed to the front surface of the ceramic plate 2, and a metal plate 4 is fixed to the back surface.

スイッチング素子10は、パワーMOSFETやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの縦型のパワー半導体素子である。本実施例では、スイッチング素子10がパワーMOSFETである場合について説明する。スイッチング素子10はおもて面にゲート電極13とソース電極12を有し、裏面にドレイン電極11を有する。ゲート電極13は、スイッチング素子10のおもて面において、ゲート信号入力用の配線部材を電気的かつ機械的に接続するための電極であり、ゲートパッドとも呼ばれる。そしてドレイン電極11は、絶縁基板1の回路板3に電気的かつ機械的に接続されている。   The switching element 10 is a vertical power semiconductor element such as a power MOSFET or IGBT (insulated gate bipolar transistor). In the present embodiment, the case where the switching element 10 is a power MOSFET will be described. The switching element 10 has a gate electrode 13 and a source electrode 12 on the front surface, and a drain electrode 11 on the back surface. The gate electrode 13 is an electrode for electrically and mechanically connecting a wiring member for gate signal input on the front surface of the switching element 10 and is also called a gate pad. The drain electrode 11 is electrically and mechanically connected to the circuit board 3 of the insulating substrate 1.

プリント基板5は、絶縁基板1の回路板3側の面と対向して配置されている。プリント基板5は、樹脂などで構成される絶縁板6、ゲート配線として用いられるゲート配線層8a、およびソース配線として用いられるソース配線層8bを有している。ゲート配線層8aおよびソース配線層8bは、銅などの金属で構成されている。また、プリント基板には、スルーホールに挿入されるなどして、円柱形状のゲート導電ポスト9aおよびソース導電ポスト9bが固定されている。ゲート導電ポスト9aおよびソース導電ポスト9bは、銅などの金属で構成されている。   The printed circuit board 5 is disposed to face the surface of the insulating substrate 1 on the circuit board 3 side. The printed circuit board 5 has an insulating plate 6 made of resin or the like, a gate wiring layer 8a used as a gate wiring, and a source wiring layer 8b used as a source wiring. The gate wiring layer 8a and the source wiring layer 8b are made of a metal such as copper. Further, a cylindrical gate conductive post 9a and a source conductive post 9b are fixed to the printed board by being inserted into a through hole. The gate conductive post 9a and the source conductive post 9b are made of metal such as copper.

ゲート配線層8a及びゲート導電ポスト9aなどで構成される半導体装置100のゲート配線の配線インダクタンスの値はLgoである。また、半導体装置100のゲート配線には図示しないゲート抵抗が備えられ、その抵抗値はRgである。   The wiring inductance value of the gate wiring of the semiconductor device 100 including the gate wiring layer 8a and the gate conductive post 9a is Lgo. Further, the gate wiring of the semiconductor device 100 is provided with a gate resistance (not shown), and the resistance value is Rg.

ゲート導電ポスト9aの一端は、ゲート配線層8aと電気的かつ機械的に接続されている。またゲート導電ポスト9aの他端は、ハンダなどの導電性の接合材40を用いて、ゲート電極13と電気的かつ機械的に接続されている。   One end of the gate conductive post 9a is electrically and mechanically connected to the gate wiring layer 8a. The other end of the gate conductive post 9a is electrically and mechanically connected to the gate electrode 13 using a conductive bonding material 40 such as solder.

ソース導電ポスト9bの一端は、ソース配線層8bと電気的かつ機械的に接続されている。またソース導電ポスト9bの他端は、ソース電極12と電気的かつ機械的に接続されている。   One end of the source conductive post 9b is electrically and mechanically connected to the source wiring layer 8b. The other end of the source conductive post 9b is electrically and mechanically connected to the source electrode 12.

本実施例においては、回路インピーダンス低減素子17が、絶縁基板1とプリント基板5の間に配置されている。以下においては、回路インピーダンス低減素子としてキャパシタを適用した場合について説明する。キャパシタ17の一端は、ソース配線層8bと電気的かつ機械的に接続されている。またキャパシタ17の他端は、ハンダなどの導電性の接合材40を用いて、ゲート電極13と電気的かつ機械的に接続されている。キャパシタ17の容量はCgsである。   In the present embodiment, the circuit impedance reducing element 17 is disposed between the insulating substrate 1 and the printed board 5. Below, the case where a capacitor is applied as a circuit impedance reduction element is demonstrated. One end of the capacitor 17 is electrically and mechanically connected to the source wiring layer 8b. The other end of the capacitor 17 is electrically and mechanically connected to the gate electrode 13 using a conductive bonding material 40 such as solder. The capacity of the capacitor 17 is Cgs.

そして、図1(b)および図1(c)に示すように、ゲート導電ポスト9aの端部もしくはキャパシタ17の端部の少なくともいずれかを、ゲート電極13の電極面からずらして配置している。図1では、キャパシタ17をゲート電極13の電極面からずらして配置している。ゲート導電ポスト9aの端部もしくはキャパシタ17の端部の少なくともいずれかを、ゲート電極13の電極面からずらして配置することにより、ゲート導電ポスト9aとキャパシタ17の間隔Lを大きくとることができる。そのため、ハンダなどの導電性の接合材40の毛管現象による這い上がりは発生しなくなり、前述の短絡現象を防止することができる。また、ゲート導電ポスト9aの端部もしくはキャパシタ17の端部の少なくともいずれかを、ゲート電極13の電極面からずらして配置したとしても、ずらした端部とゲート電極13との接合面には、図1(b)で示すように接合材40によるフィレットが形成されるので、電気的接続を確保することができる。   As shown in FIGS. 1B and 1C, at least one of the end of the gate conductive post 9 a and the end of the capacitor 17 is arranged so as to be shifted from the electrode surface of the gate electrode 13. . In FIG. 1, the capacitor 17 is arranged so as to be shifted from the electrode surface of the gate electrode 13. By disposing at least one of the end portion of the gate conductive post 9a and the end portion of the capacitor 17 from the electrode surface of the gate electrode 13, the distance L between the gate conductive post 9a and the capacitor 17 can be increased. Therefore, no creeping due to the capillary phenomenon of the conductive bonding material 40 such as solder does not occur, and the aforementioned short-circuit phenomenon can be prevented. Even if at least one of the end of the gate conductive post 9a or the end of the capacitor 17 is shifted from the electrode surface of the gate electrode 13, the joint surface between the shifted end and the gate electrode 13 As shown in FIG. 1B, since the fillet is formed by the bonding material 40, electrical connection can be ensured.

さらに、ゲート電極13の電極面から端部をずらして配置することにより、図1(b)に示すように接合材40のフィレットが非対称となるため、接合材40の這い上がり現象を効果的に防止することができる。   Further, by disposing the end portion away from the electrode surface of the gate electrode 13, the fillet of the bonding material 40 becomes asymmetric as shown in FIG. Can be prevented.

なお、接合材40の這い上がり現象や、それによるキャパシタ17の端部同士の短絡現象を確実に防止するため、キャパシタ17の側面を絶縁膜43で覆っても良い。   Note that the side surface of the capacitor 17 may be covered with the insulating film 43 in order to prevent the creeping phenomenon of the bonding material 40 and the short circuit phenomenon between the ends of the capacitor 17 due to the phenomenon.

本実施例において、スイッチング素子10はSiCやGaNなどのワイドバンドギャップ半導体もしくはSi半導体で構成されたスイッチング素子である。特にワイドバンドギャップ半導体は、製造上などの都合でチップ面積が大きくできず、このためゲート電極を小さくせざるを得ないため、小さいゲート電極でも適用可能な本発明が非常に効果的である。   In this embodiment, the switching element 10 is a switching element made of a wide band gap semiconductor such as SiC or GaN or a Si semiconductor. In particular, a wide band gap semiconductor cannot be increased in chip area due to manufacturing reasons, and therefore the gate electrode must be reduced. Therefore, the present invention applicable to a small gate electrode is very effective.

また、スイッチング素子10は実施例に記載のパワーMOSFETに限られず、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やバイポーラトランジスタの場合もある。スイッチング素子10にIGBTを適用する場合は、上記実施形態におけるソース電極はエミッタ電極に、上記ドレイン電極はコレクタ電極にそれぞれ置き換えればよい。スイッチング素子10にバイポーラトランジスタを適用する場合には、さらに上記ゲート電極をベース電極に置き換えればよい。   The switching element 10 is not limited to the power MOSFET described in the embodiment, and may be an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a bipolar transistor. When an IGBT is applied to the switching element 10, the source electrode in the above embodiment may be replaced with an emitter electrode, and the drain electrode may be replaced with a collector electrode. When a bipolar transistor is applied to the switching element 10, the gate electrode may be replaced with a base electrode.

図2は、2in1モジュールである半導体装置100の回路図である。スイッチング素子10がターンオフした際、ゲート配線に流れる電流とゲート配線のインダクタンスLgo、ゲート抵抗Rgとの共振による電流の振動が発生する。そしてその電流の振動で、ゲート電圧がしきい値以上に持ち上がり、本来オフ状態であるスイッチング素子10が意図せずターンオンする場合がある。   FIG. 2 is a circuit diagram of the semiconductor device 100 which is a 2 in 1 module. When the switching element 10 is turned off, current oscillation occurs due to resonance between the current flowing through the gate wiring, the inductance Lgo of the gate wiring, and the gate resistance Rg. Then, due to the vibration of the current, the gate voltage rises above the threshold value, and the switching element 10 that is originally in the off state may turn on unintentionally.

また、下アームのスイッチング素子10がオフ状態である時に、上アームのスイッチング素子10がターンオンすると、下アームのスイッチング素子10の寄生ダイオードが逆回復し、下アームのドレイン電圧が急激に上昇する。この電圧上昇の傾き(dV/dt)と、下アームのスイッチング素子10の帰還容量を乗算した値である電流が、下アームのスイッチング素子10のゲート電位を上昇させる。そして、下アームのスイッチング素子10のゲート電位が閾電圧を超えると、下アームのスイッチング素子10は意図せずターンオンする場合がある。   Further, when the upper arm switching element 10 is turned on while the lower arm switching element 10 is in the OFF state, the parasitic diode of the lower arm switching element 10 is reversely recovered, and the drain voltage of the lower arm rapidly increases. A current that is a value obtained by multiplying the slope of the voltage increase (dV / dt) by the feedback capacitance of the switching device 10 in the lower arm raises the gate potential of the switching device 10 in the lower arm. When the gate potential of the lower arm switching element 10 exceeds the threshold voltage, the lower arm switching element 10 may turn on unintentionally.

これらの意図しないターンオンを抑制するには、スイッチング素子10のゲートとソースとの間に、電流バイパス効果を有する回路インピーダンス低減素子(ここではキャパシタ17)を接続することが有効である。さらに、回路インピーダンス低減素子での電流バイパス効果を大きく発揮させるには、ゲート配線のインダクタンスLgoを小さくすると良く、特に内部のゲート配線インダクタンスLgをできるだけ低減することが効果的である。   In order to suppress such unintended turn-on, it is effective to connect a circuit impedance reducing element (here, capacitor 17) having a current bypass effect between the gate and the source of the switching element 10. Further, in order to exert a large current bypass effect in the circuit impedance reducing element, it is preferable to reduce the inductance Lgo of the gate wiring, and it is particularly effective to reduce the internal gate wiring inductance Lg as much as possible.

従来例のパワー半導体モジュール500のように、ゲート配線としてゲート導電ポストおよびゲート配線層を使用すれば、ボンディングワイヤを用いたゲート配線に比べLgoを低減することができる。なぜならボンディングワイヤと比較して、ゲート導電ポスト9aは径が太く、またゲート配線層8aは幅広だからである。   When the gate conductive post and the gate wiring layer are used as the gate wiring as in the power semiconductor module 500 of the conventional example, Lgo can be reduced as compared with the gate wiring using the bonding wire. This is because the gate conductive post 9a has a larger diameter and the gate wiring layer 8a is wider than the bonding wire.

そして本実施例のように、キャパシタ17の一端をスイッチング素子10のゲート電極13に電気的かつ機械的に接続することで、キャパシタ17とゲート電極13の間の配線距離はほぼゼロとなる。このため、内部のゲート配線インダクタンスLgをほぼゼロにすることができる。その結果、スイッチング素子10の意図しないターンオンの発生を効果的に抑制することができる。スイッチングスピードの速いスイッチング素子、例えばIGBTやSiC−MOSFETでは意図しないターンオンが発生しやすいので、本発明が特に有効になる。   Then, as in this embodiment, by connecting one end of the capacitor 17 to the gate electrode 13 of the switching element 10 electrically and mechanically, the wiring distance between the capacitor 17 and the gate electrode 13 becomes substantially zero. For this reason, the internal gate wiring inductance Lg can be made substantially zero. As a result, occurrence of unintended turn-on of the switching element 10 can be effectively suppressed. Since an unintended turn-on is likely to occur in a switching element having a high switching speed, such as an IGBT or SiC-MOSFET, the present invention is particularly effective.

また上記実施形態においては、回路インピーダンス低減素子としてキャパシタを用いているが、これに限定されるものではなく、ダイオードやMOSFETを適用することもできる。要はスイッチング素子10のゲート配線とソース配線の間を必要に応じて電気的に接続し、ゲート電圧の変動を抑制する電流バイパス効果を備えた素子であればよい。   Moreover, in the said embodiment, although the capacitor is used as a circuit impedance reduction element, it is not limited to this, A diode and MOSFET can also be applied. In short, any element may be used as long as it is electrically connected between the gate wiring and the source wiring of the switching element 10 as necessary, and has a current bypass effect that suppresses fluctuations in the gate voltage.

図3は、この発明に係る実施例2の半導体装置200の構成図である。図2(a)は、実施例1の図1(b)の断面図に相当し、図2(b)は実施例1の図1(c)の平面図に相当する。   FIG. 3 is a configuration diagram of the semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention. 2A corresponds to the cross-sectional view of FIG. 1B of the first embodiment, and FIG. 2B corresponds to the plan view of FIG. 1C of the first embodiment.

本実施例においては、ゲート導電ポスト9aの端部およびキャパシタ17の端部と、ゲート電極13との間に、ゲート電極13より面積の大きい導電性の支持板41を配置している。そして、支持板41と導電性の接合材40、42を経由して、ゲート導電ポスト9aの端部およびキャパシタ17の端部と、ゲート電極13が電気的かつ機械的に接続されている。これにより、ゲート導電ポスト9aの端部もしくはキャパシタ17の端部の少なくともいずれかを、ゲート電極13の小さい電極面からずらして配置しても、ゲート電極13との電気的接続が確保できる。   In this embodiment, a conductive support plate 41 having an area larger than that of the gate electrode 13 is disposed between the end of the gate conductive post 9 a and the end of the capacitor 17 and the gate electrode 13. The gate electrode 13 is electrically and mechanically connected to the end of the gate conductive post 9 a and the end of the capacitor 17 via the support plate 41 and the conductive bonding materials 40 and 42. Thereby, even if at least one of the end portion of the gate conductive post 9 a or the end portion of the capacitor 17 is shifted from the small electrode surface of the gate electrode 13, electrical connection with the gate electrode 13 can be ensured.

そして実施例1と同様、ゲート導電ポスト9aの端部もしくはキャパシタ17の端部の少なくともいずれかを、ゲート電極13の電極面からずらして配置することにより、ゲート導電ポスト9aとキャパシタ17の間隔Lを大きくとることができる。そのため、ハンダなどの導電性の接合材40の毛管現象による這い上がりを防止でき、前述の短絡現象を防止することができる。   As in the first embodiment, at least one of the end portion of the gate conductive post 9a and the end portion of the capacitor 17 is arranged so as to be shifted from the electrode surface of the gate electrode 13, whereby the distance L between the gate conductive post 9a and the capacitor 17 is set. Can be greatly increased. Therefore, creeping up due to the capillary phenomenon of the conductive bonding material 40 such as solder can be prevented, and the above-described short-circuit phenomenon can be prevented.

なお、接合材40の這い上がり現象や、それによるキャパシタ17の端部同士の短絡現象を確実に防止するため、キャパシタ17の側面を絶縁膜43で覆っても良い。   Note that the side surface of the capacitor 17 may be covered with the insulating film 43 in order to prevent the creeping phenomenon of the bonding material 40 and the short circuit phenomenon between the ends of the capacitor 17 due to the phenomenon.

以上、図面を用いて本発明の半導体装置の実施形態について説明したが、本発明の半導体装置は、実施形態及び図面の記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of the semiconductor device of this invention was described using drawing, the semiconductor device of this invention is not limited to description of embodiment and drawing, Many are in the range which does not deviate from the meaning of this invention. Can be modified.

1 絶縁基板
2 セラミック板
3 回路板
4 金属板
5 プリント基板
6 絶縁板
8a ゲート配線層
8b ソース配線層
9a ゲート導電ポスト
9b ソース導電ポスト
10 スイッチング素子
11 ドレイン電極
12 ソース電極
13 ゲート電極
14 外部端子
16 樹脂
17 回路インピーダンス低減素子(キャパシタ)
30 還流ダイオード
40 接合材
41 支持板
42 接合層
43 絶縁膜
100,200 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating board 2 Ceramic board 3 Circuit board 4 Metal board 5 Printed board 6 Insulating board 8a Gate wiring layer 8b Source wiring layer 9a Gate conductive post 9b Source conductive post 10 Switching element 11 Drain electrode 12 Source electrode 13 Gate electrode 14 External terminal 16 Resin 17 Circuit impedance reduction element (capacitor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Reflux diode 40 Joining material 41 Support plate 42 Joining layer 43 Insulating film 100,200 Semiconductor device

Claims (7)

おもて面に回路板が固定された絶縁基板と、
おもて面にゲート電極およびソース電極を有し、裏面が前記回路板に固定されたスイッチング素子と、
ソース配線層およびゲート配線層を有し、前記絶縁基板のおもて面に対向するプリント基板と、
一端が前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ゲート配線層に電気的かつ機械的に接続されたゲート導電ポストと、
一端が前記ソース電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ソース配線層に電気的かつ機械的に接続されたソース導電ポストと、
一端が前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続され、他端が前記ソース配線層に電気的かつ機械的に接続された回路インピーダンス低減素子と、を備え、
前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続されたゲート電極ポストの端部、もしくは前記ゲート電極に電気的かつ機械的に接続された回路インピーダンス低減素子の端部のいずれかが、前記ゲート電極の電極面からずらして配置された半導体装置。
An insulating substrate with a circuit board fixed to the front surface;
A switching element having a gate electrode and a source electrode on the front surface, and a back surface fixed to the circuit board;
A printed circuit board having a source wiring layer and a gate wiring layer and facing the front surface of the insulating substrate;
A gate conductive post having one end electrically and mechanically connected to the gate electrode and the other end electrically and mechanically connected to the gate wiring layer;
A source conductive post having one end electrically and mechanically connected to the source electrode and the other end electrically and mechanically connected to the source wiring layer;
A circuit impedance reducing element having one end electrically and mechanically connected to the gate electrode and the other end electrically and mechanically connected to the source wiring layer;
Either an end of a gate electrode post electrically and mechanically connected to the gate electrode or an end of a circuit impedance reducing element electrically and mechanically connected to the gate electrode is connected to the gate electrode. A semiconductor device arranged so as to be shifted from the electrode surface.
前記ゲート導電ポストの一端および前記回路インピーダンス素子の一端と、前記ゲート電極との間に、前記ゲート電極の電極面より面積の大きい導電性の支持板が配置されている請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor according to claim 1, wherein a conductive support plate having a larger area than an electrode surface of the gate electrode is disposed between one end of the gate conductive post and one end of the circuit impedance element and the gate electrode. apparatus. 前記ゲート電極の電極面からずらして配置された端面を有する回路インピーダンス低減素子の側面が、絶縁膜で覆われている請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a side surface of the circuit impedance reducing element having an end face arranged so as to be shifted from the electrode surface of the gate electrode is covered with an insulating film. 前記回路インピーダンス低減素子が、キャパシタ、ダイオードもしくはMOSFETであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the circuit impedance reducing element is a capacitor, a diode, or a MOSFET. 前記スイッチング素子が、MOSFET、IGBTもしくはバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is a MOSFET, an IGBT, or a bipolar transistor. 前記MOSFETもしくはIGBTが、ワイドバンドギャップ半導体もしくはSi半導体で構成されることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the MOSFET or IGBT is made of a wide bandgap semiconductor or Si semiconductor. 前記MOSFETもしくはIGBTが、SiC半導体で構成されることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5, wherein the MOSFET or IGBT is made of a SiC semiconductor.
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