JPH05326830A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH05326830A JPH05326830A JP12231292A JP12231292A JPH05326830A JP H05326830 A JPH05326830 A JP H05326830A JP 12231292 A JP12231292 A JP 12231292A JP 12231292 A JP12231292 A JP 12231292A JP H05326830 A JPH05326830 A JP H05326830A
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- Japan
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- electrode
- main
- semiconductor
- insulating
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
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- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】一主面上には全面に主電極、他主面上には主電
極と制御電極を有する、例えばＩＧＢＴチップのような
半導体素体を収容した容器を二つの接触体にはさんで加
圧接触した場合に、制御電極の存在する主面側からの放
熱も良好にする。 【構成】半導体素体の制御電極を有する主面を絶縁性お
よび熱良導性のゲル８とその上の絶縁性および熱良導性
の注型樹脂９によって覆い、それらのゲル８および樹脂
層９を介して放熱されるようにする。このような素子の
複数個を共通の接触体ではさめば、熱が伝導および放射
により両接触体に伝搬して、小さい体積で大きな電気容
量の半導体装置が得られる。
極と制御電極を有する、例えばＩＧＢＴチップのような
半導体素体を収容した容器を二つの接触体にはさんで加
圧接触した場合に、制御電極の存在する主面側からの放
熱も良好にする。 【構成】半導体素体の制御電極を有する主面を絶縁性お
よび熱良導性のゲル８とその上の絶縁性および熱良導性
の注型樹脂９によって覆い、それらのゲル８および樹脂
層９を介して放熱されるようにする。このような素子の
複数個を共通の接触体ではさめば、熱が伝導および放射
により両接触体に伝搬して、小さい体積で大きな電気容
量の半導体装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を収容した
容器の上下両面に露出する電極体にそれぞれ導電性接触
体を加圧接触させて接続が行われる半導体素子に関す
る。
容器の上下両面に露出する電極体にそれぞれ導電性接触
体を加圧接触させて接続が行われる半導体素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えばＩＧＢＴ (絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ) は電圧で制御できる電力用スイッチン
グ素子としてその利用が進められているが、最近は産業
用あるいは車両用として従来よりさらに複数のＩＧＢＴ
素子を並列接続した大容量のＩＧＢＴモジュールが必要
となってきた。このようなＩＧＢＴモジュールとして
は、複数個のＩＧＢＴチップを一つの容器に収容し、各
チップの下面にあるコレクタ電極を共通の導電性基板上
に固着し、チップ上面にあるエミッタ電極を、容器外に
引き出されて端子となる導体に個々に接続するものが開
発されていた。その場合、エミッタ電極と端子との接続
はアルミニウム導線のボンディングで行い、かつ電流容
量に応じて一つのチップのエミッタ電極に複数の導線を
ボンディングする。
ラトランジスタ) は電圧で制御できる電力用スイッチン
グ素子としてその利用が進められているが、最近は産業
用あるいは車両用として従来よりさらに複数のＩＧＢＴ
素子を並列接続した大容量のＩＧＢＴモジュールが必要
となってきた。このようなＩＧＢＴモジュールとして
は、複数個のＩＧＢＴチップを一つの容器に収容し、各
チップの下面にあるコレクタ電極を共通の導電性基板上
に固着し、チップ上面にあるエミッタ電極を、容器外に
引き出されて端子となる導体に個々に接続するものが開
発されていた。その場合、エミッタ電極と端子との接続
はアルミニウム導線のボンディングで行い、かつ電流容
量に応じて一つのチップのエミッタ電極に複数の導線を
ボンディングする。
【０００３】しかしながら、そのようなＩＧＢＴモジュ
ールでは、コレクタ側からの熱放散はできるが、導線で
接続されるエミッタ側からの熱放散はほとんどできない
ため、モジュールの容量が大きくなればなるほどモジュ
ール内に集積するＩＧＢＴチップの数が沢山必要とな
り、モジュール自身の大型化が避けられない状況であ
る。また、導線を接続に用いることにより、モジュール
内でのボンディングされる導線の数が多くなって、数十
本から数百本にもなるため、それらのインダクタンスが
大きくなってしまい、周波数の高い分野への適用が困難
となる。
ールでは、コレクタ側からの熱放散はできるが、導線で
接続されるエミッタ側からの熱放散はほとんどできない
ため、モジュールの容量が大きくなればなるほどモジュ
ール内に集積するＩＧＢＴチップの数が沢山必要とな
り、モジュール自身の大型化が避けられない状況であ
る。また、導線を接続に用いることにより、モジュール
内でのボンディングされる導線の数が多くなって、数十
本から数百本にもなるため、それらのインダクタンスが
大きくなってしまい、周波数の高い分野への適用が困難
となる。
【０００４】そこで、一つの容器内に複数のチップを収
容しないで、容器内に一つのチップのみを収容した半導
体素子を複数個用い、そのような半導体素子は公知の平
型半導体素子のように容器両面に電極体を露出させてお
き、各素子の電極体に上下よりそれぞれ共通の接触体を
加圧接触させて通電と熱放散を両側に行うことが考えら
れた。これにより、使用チップ数が減少し、インダクタ
ンスの低減を図ることができる。
容しないで、容器内に一つのチップのみを収容した半導
体素子を複数個用い、そのような半導体素子は公知の平
型半導体素子のように容器両面に電極体を露出させてお
き、各素子の電極体に上下よりそれぞれ共通の接触体を
加圧接触させて通電と熱放散を両側に行うことが考えら
れた。これにより、使用チップ数が減少し、インダクタ
ンスの低減を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩＧＢＴチッ
プの上面にはエミッタ電極のほかにゲート電極が存在
し、エミッタ電極の面積が制約される上に、加圧される
エミッタ電極体の下にゲート電極構造を設けると、加圧
によってチップ内に生ずる応力により、ゲート制御特性
が変化することがあるため、容器表面に露出するエミッ
タ電極体の面積を大きくすることができない。従って、
エミッタ電極体から接触体を通じて放散される熱量を大
きくすることが難しく、通電容量を増大できない問題が
ある。
プの上面にはエミッタ電極のほかにゲート電極が存在
し、エミッタ電極の面積が制約される上に、加圧される
エミッタ電極体の下にゲート電極構造を設けると、加圧
によってチップ内に生ずる応力により、ゲート制御特性
が変化することがあるため、容器表面に露出するエミッ
タ電極体の面積を大きくすることができない。従って、
エミッタ電極体から接触体を通じて放散される熱量を大
きくすることが難しく、通電容量を増大できない問題が
ある。
【０００６】本発明の目的は、この問題を解決し、主電
極のほかに制御電極を有する半導体素体の両面からの熱
放散を良好にした加圧接触型の半導体素子を提供するこ
とにある。
極のほかに制御電極を有する半導体素体の両面からの熱
放散を良好にした加圧接触型の半導体素子を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体素子は、一主面上に第一主電極、
他主面上に第二主電極および制御電極を有する板状半導
体素体の第一主電極に結合される電極体が容器の絶縁性
の側壁に結合された端子電極板に対向し、第二主電極お
よび制御電極が絶縁性および熱良導性のゲルならびにそ
の上の絶縁性および熱良導性の注型樹脂層によって覆わ
れ、第二主電極に接続される電極体の上面が前記樹脂層
の上面およびそれを取り囲む容器側壁の上端面を含む面
より突出しているものとする。そして、電極体が熱膨脹
係数が半導体材料に近似した金属材料よりなることが有
効である。さらに、本発明の半導体素子の複数個が二つ
の接触体によって共通にはさまれ、一つの接触体が各第
一主電極に結合される電極体の対向する端子電極板に、
他の接触体が各第二主電極に結合される電極体に加圧接
触することが有効である。
めに、本発明の半導体素子は、一主面上に第一主電極、
他主面上に第二主電極および制御電極を有する板状半導
体素体の第一主電極に結合される電極体が容器の絶縁性
の側壁に結合された端子電極板に対向し、第二主電極お
よび制御電極が絶縁性および熱良導性のゲルならびにそ
の上の絶縁性および熱良導性の注型樹脂層によって覆わ
れ、第二主電極に接続される電極体の上面が前記樹脂層
の上面およびそれを取り囲む容器側壁の上端面を含む面
より突出しているものとする。そして、電極体が熱膨脹
係数が半導体材料に近似した金属材料よりなることが有
効である。さらに、本発明の半導体素子の複数個が二つ
の接触体によって共通にはさまれ、一つの接触体が各第
一主電極に結合される電極体の対向する端子電極板に、
他の接触体が各第二主電極に結合される電極体に加圧接
触することが有効である。
【０００８】
【作用】半導体素体に発生する熱は第一主電極に結合さ
れる電極体を通じて端子電極板からおよび第二主電極に
接続される電極体の上面から放散されると共に、第二主
電極および制御電極を覆うゲルとその上の熱良導性の注
型樹脂層を通じても放散されるので、熱放散が良好とな
り、電流容量が増大する。
れる電極体を通じて端子電極板からおよび第二主電極に
接続される電極体の上面から放散されると共に、第二主
電極および制御電極を覆うゲルとその上の熱良導性の注
型樹脂層を通じても放散されるので、熱放散が良好とな
り、電流容量が増大する。
【０００９】
【実施例】以下図を引用してＩＧＢＴの場合の本発明の
一実施例について説明する。図１は素子の断面を示し、
下面には全面にコレクタ電極11を、上面にはエミッタ電
極に接続されるエミッタ集電電極12を中央部に有する20
mm×20mmの寸法のＩＧＢＴチップ１は、シリコンと熱膨
脹係数の近似するモリブデンからなる電極板２の一面と
コレクタ電極がろう付けあるいは融着されることにより
結合している。また、エミッタ集電電極12にも同じくモ
リブデンからなる電極体３がろう付けあるいは融着され
ている。この電極体３の面積はチップ１の面積の1/4 程
度である。これらを、樹脂あるいはアルミナセラミック
ス等の絶縁材料からなる容器側壁４と結合された鉄・ニ
ッケル合金からなる金属底板５との内側に収容し、チッ
プ１の上面のゲートパッド13と容器側壁４の内面の段部
上にあるゲートリード61とアルミニウム導線７のボンデ
ィングにより接続する。ゲートリード61は容器側壁４を
貫通するゲート端子62と接続されているので、ＩＧＢＴ
はゲート端子62を通じて制御することができる。さらに
容器内には、ＩＧＢＴチップ１を覆って湿気あるいは金
属に対して酸化作用を起こす気体などを含んだ外気より
遮断し、かつチップ１に発生する熱を放熱させることが
でき、応力も緩和することのできる絶縁性および熱良導
性のシリコーンゲル８に覆われており、さらにその上に
ゲル以上の硬さを有し、絶縁性およびフィラーにより熱
良導性にしたエポキシ樹脂９が側壁４の上面に達するま
で注入されている。電極体３の高さは、上面がこの樹脂
９主面より突出するようにされている。
一実施例について説明する。図１は素子の断面を示し、
下面には全面にコレクタ電極11を、上面にはエミッタ電
極に接続されるエミッタ集電電極12を中央部に有する20
mm×20mmの寸法のＩＧＢＴチップ１は、シリコンと熱膨
脹係数の近似するモリブデンからなる電極板２の一面と
コレクタ電極がろう付けあるいは融着されることにより
結合している。また、エミッタ集電電極12にも同じくモ
リブデンからなる電極体３がろう付けあるいは融着され
ている。この電極体３の面積はチップ１の面積の1/4 程
度である。これらを、樹脂あるいはアルミナセラミック
ス等の絶縁材料からなる容器側壁４と結合された鉄・ニ
ッケル合金からなる金属底板５との内側に収容し、チッ
プ１の上面のゲートパッド13と容器側壁４の内面の段部
上にあるゲートリード61とアルミニウム導線７のボンデ
ィングにより接続する。ゲートリード61は容器側壁４を
貫通するゲート端子62と接続されているので、ＩＧＢＴ
はゲート端子62を通じて制御することができる。さらに
容器内には、ＩＧＢＴチップ１を覆って湿気あるいは金
属に対して酸化作用を起こす気体などを含んだ外気より
遮断し、かつチップ１に発生する熱を放熱させることが
でき、応力も緩和することのできる絶縁性および熱良導
性のシリコーンゲル８に覆われており、さらにその上に
ゲル以上の硬さを有し、絶縁性およびフィラーにより熱
良導性にしたエポキシ樹脂９が側壁４の上面に達するま
で注入されている。電極体３の高さは、上面がこの樹脂
９主面より突出するようにされている。
【００１０】このようなＩＧＢＴ素子の複数個を用いた
ＩＧＢＴモジュールを図２に示す。すなわち複数個の素
子を導電性の金属接触体21、22によりはさみ、絶縁ボル
ト23を用いて下部接触体21を各素子の容器底板５の下面
に、上部接触体22を各素子の電極体３の突出した上面に
加圧接触させる。同時に、電極板２と容器底板５とがろ
う付けなどで結合されていない場合にもその両者の間で
加圧接触させ、電気的および熱的な導通を良くする。
ＩＧＢＴモジュールを図２に示す。すなわち複数個の素
子を導電性の金属接触体21、22によりはさみ、絶縁ボル
ト23を用いて下部接触体21を各素子の容器底板５の下面
に、上部接触体22を各素子の電極体３の突出した上面に
加圧接触させる。同時に、電極板２と容器底板５とがろ
う付けなどで結合されていない場合にもその両者の間で
加圧接触させ、電気的および熱的な導通を良くする。
【００１１】このような構造のモジュールでは、ＩＧＢ
Ｔチップ１に発生した熱は、下側では電極板２、底板５
を通じて、下部接触体21へ、上側では電極体３から上部
接触体22へ放熱されると共に、ゲル８および樹脂９を介
して樹脂９の表面からの熱放射により、上部接触体22か
ら放熱される。放熱効果は、両接触体21、22を強制風冷
するか、液冷することにより向上させることができる。
また、電流は下部接触体21および上部接触体22より取り
出すことができる。
Ｔチップ１に発生した熱は、下側では電極板２、底板５
を通じて、下部接触体21へ、上側では電極体３から上部
接触体22へ放熱されると共に、ゲル８および樹脂９を介
して樹脂９の表面からの熱放射により、上部接触体22か
ら放熱される。放熱効果は、両接触体21、22を強制風冷
するか、液冷することにより向上させることができる。
また、電流は下部接触体21および上部接触体22より取り
出すことができる。
【００１２】以上、ＩＧＢＴにおける実施例について述
べたが、電力用ＭＯＳＦＥＴあるいはサイリスタなど、
半導体素体の一面上に主電極および制御電極を有し、主
電極を通しての放熱が制限される素子においても有効に
実施できる。
べたが、電力用ＭＯＳＦＥＴあるいはサイリスタなど、
半導体素体の一面上に主電極および制御電極を有し、主
電極を通しての放熱が制限される素子においても有効に
実施できる。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、通常の平型構造では両
面からの放熱が不十分である制御素子において、半導体
素体上面を覆うゲルおよび樹脂層を介しても放熱させる
ことにより、また、複数の素子から共通の接触体を介し
て放熱させることにより、小さな体積で大きな電流容量
を持たせることが可能となった。そして、大電流を導く
接続にボンディングなどの細い導線を用いていないため
インダクタンスが低くなり、周波数の高い領域でも使用
が可能になった。
面からの放熱が不十分である制御素子において、半導体
素体上面を覆うゲルおよび樹脂層を介しても放熱させる
ことにより、また、複数の素子から共通の接触体を介し
て放熱させることにより、小さな体積で大きな電流容量
を持たせることが可能となった。そして、大電流を導く
接続にボンディングなどの細い導線を用いていないため
インダクタンスが低くなり、周波数の高い領域でも使用
が可能になった。
【図１】本発明の一実施例のＩＧＢＴ素子の断面図
【図２】図１の素子を用いたＩＧＢＴモジュールの断面
図
図
１ ＩＧＢＴチップ １１ コレクタ電極 １２ エミッタ集電電極 １３ ゲートパッド ２ 電極板 ３ 電極体 ４ 容器側壁 ５ 容器底板 ６１ ゲートリード ６２ ゲート端子 ７ 導線 ８ ゲル ９ 樹脂 ２１ 下部接触体 ２２ 上部接触体 ２３ 絶縁ボルト
Claims (3)
- 【請求項１】一主面上に第一主電極、他主面上に第二主
電極および制御電極を有する板状半導体素体の第一主電
極に結合される電極体が容器の絶縁性の側壁に結合され
る端子電極板に対向し、第二主電極および制御電極が絶
縁性および熱良導性のゲルならびにその上の絶縁性およ
び熱良導性の注型樹脂層によって覆われ、第二主電極に
接続される電極体の上面が前記樹脂層の上面およびそれ
を取り囲む容器側壁の上端面を含む面より突出している
ことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】電極体が熱膨脹係数が半導体材料に近似し
た金属材料よりなる請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】複数個が二つの接触体に共通にはさまれ、
一つの接触体が各第一主電極に結合される電極体に対向
する端子電極板に、他の接触体が各第二主電極に結合さ
れる電極体に加圧接触する請求項１あるいは２記載の半
導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12231292A JPH05326830A (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12231292A JPH05326830A (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326830A true JPH05326830A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=14832843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12231292A Pending JPH05326830A (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05326830A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3171401A2 (en) | 2015-11-18 | 2017-05-24 | Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. | Semiconductor device and alternator using same |
-
1992
- 1992-05-15 JP JP12231292A patent/JPH05326830A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3171401A2 (en) | 2015-11-18 | 2017-05-24 | Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. | Semiconductor device and alternator using same |
| US10304761B2 (en) | 2015-11-18 | 2019-05-28 | Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. | Semiconductor device and alternator using same |
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