JPH09107068A - パワー半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

パワー半導体モジュール及びその製造方法

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JPH09107068A JP8208585A JP20858596A JPH09107068A JP H09107068 A JPH09107068 A JP H09107068A JP 8208585 A JP8208585 A JP 8208585A JP 20858596 A JP20858596 A JP 20858596A JP H09107068 A JPH09107068 A JP H09107068A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面の平行度の要求が厳しくないパワー半導
体モジュールを提供する。 【解決手段】 パワー半導体モジュール(1) は、少なく
とも１つの半導体チップ(2) を有し、この半導体チップ
がベースプレート(5) 上に装着されさらに各コンタクト
・プランジャ(8) と接触している。コンタクト・プラン
ジャの位置は、半導体チップとコンタクト・プランジャ
を収納する主接続部(7) との距離に対応するように個別
に設定することができる。コンタクト・プランジャは、
スプリング(18)により圧力を加えらてもよいし、又は、
ハンダ層(9) により固定されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー半導体モジ
ュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーエレクトロニクスの分野で使用さ
れるパワー半導体モジュールが、米国特許第5,221,851
号明細書に開示されている。この米国特許明細書には、
所謂圧力接触半導体モジュールが記載され、この圧力接
触半導体モジュールにおいては、複数の半導体チップが
それらの第１主接続部によりベースプレートに対して設
けられている。これらのチップの第２主接続部は、複数
のコンタクト・プランジャに接触している。ベースプレ
ートは、第１主接続部に結合され、コンタクト・プラン
ジャが、第２主接続部に結合されている。これらの主接
続部は、ディスクの形態で設計され、フランジにより互
いに保持されている。このため、圧力接触は、個々のチ
ップ上を押しつける銅のプランジャの形態で設計されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来構造の
ものでは、チップ面と銅のプランジャの平面の平行度が
必要となる。圧力接触のために必要な平面の平行度は、
例えば、直径７ｃｍの円形のディスクの場合にたった数
マイクロメートルである。複数のチップを配置した場
合、従来のハンダ付けの技術では個々のチップを同一レ
ベルでハンダ付けすることは殆ど不可能でありたった１
つのチップを平行とするのみであるため、このような要
求を満たすのは、非常に困難である。そこで、本発明
は、平面の平行度の要求が厳しくないパワー半導体モジ
ュールを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、各コン
タクト・プランジャの位置は、各半導体チップと第２主
接続部との間の距離に対向して個別に設定可能である。
コンタクト・プランジャの位置が各半導体チップに対し
て個別に設定可能であるため、平面の平行度がもはや重
要が意義を持たなくなった。コンタクト・プランジャ
は、移動可能なように取り付けられる。コンタクト・プ
ランジャの位置を設定するために、固定手段が設けられ
ている。この固定手段は、例えば、ハンダ層又は関連す
る摺動コンタクトを有するスプリングである。このハン
ダ層は、孔内でコンタクト・プランジャを囲み、且つコ
ンタクト・プランジャを機械的に固定すると共に電気的
に接触させるために使用される。スプリングを用いた場
合には、スプリングは、コンタクト・プランジャを収納
するために設けられた孔内に配置される。電気接触性を
向上させるために、摺動コンタクトを更に設けることが
可能である。この摺動コンタクトは、例えば、スプリン
グ状であり、孔の側壁に沿う導電性の材料で作られた多
層薄板を有するものである。
【０００５】コンタクト・プランジャがハンダ付けによ
り固定される半導体モジュールが、以下のようにして製
造される。先ず、ベースプレート上に半導体チップがハ
ンダ付けされる。次に、半導体チップを備えたベースプ
レートが、第２主接続部内に挿入される。ここで、第２
主接続部は、少なくとも１つの孔と、少なくとも１つの
コンタクト・プランジャとこれらの間に配置されたハン
ダ層を備えている。第２主接続層に関するベースプレー
トの位置が、固定され、さらに、半導体モジュールが、
第２主接続部が上向きの状態でハンダ炉内で溶解され
る。この工程において、コンタクト・プランジャと第２
主接続部との間のハンダ層が溶けて各コンタクト・プラ
ンジャのそれぞれの位置を固定する。これは、重力の作
用により、ハンダ付け作業の前に自動的に設定される。
このようにして、本発明によれば、厳しい平面の平行度
はもはや必要がない。この結果、コスト的に有効なモジ
ュールの製造が可能となる。更に、コンタクト・ピンに
よるチップの接触は、コンタクト・ピンがハンダ付けさ
れているか又はスプリングにより圧力が作用しているか
に関係なく、各チップ上に永久的且つ個別の圧力を確実
なものとする。ハウジング・コンタクトとチップとの間
の永久的で低い接触抵抗が、特にモジュールかその部品
が欠陥により溶融した場合にその結果として達成され
る。従来技術によれば、ボンデング・ワイヤが切れてし
まう。これにより、コンポーネントが完全に破壊される
ことがある。従って、本発明のようなタイプの接触によ
れば、内部的に並列接続されたチップの一つが故障した
場合、全公称電流のみでなく短絡電流も、故障したチッ
プを介して低い抵抗で流れるという効果がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態を示
す断面図である。符合１は、パワー半導体モジュールを
示し、このパワー半導体モジュール１は、第１主接続部
６と第２主接続部７を備えている。これらの第１、第２
主接続部６，７は、固体の銅ブロックにより構成される
ものであってもよい。ベースプレート５が、第１主接続
部６に形成される。このベースプレート５は、例えば、
モリブデンプレート１４、セラミックプレート１５、又
はハンダ層１６により第１主接続部６上に固定される適
当な材料から作られたプレートであってもよい。ここ
で、ベースプレートの横断面形状は重要ではなく、丸形
でも角のあるものでもよい。複数の半導体チップ２、よ
り一般的に言えば、少なくとも１つの半導体チップ２
が、ベースプレート５上にハンダ付けされる。これらの
半導体チップは、好ましくは、ＩＧＢＴチップ、ダイオ
ードチップ、又はこれらのタイプのチップの組み合わせ
である。しかしながら、原則的に、チップ２は、少なく
とも２つの主電極３，４を備えており、これらの主電極
３，４は、対応する第１、第２主接続部６，７と接触し
ている。ＩＧＢＴチップを用いた場合、第３の電極であ
る制御用電極が更に設けられ、この制御用電極は、接続
用ワイヤ１３を介して制御用接続部１１に接続されてい
る。接続用ワイヤ１３は、例えば、チップ２の制御用電
極に結合されている。一方の主電極４は、チップ２の下
側により形成されてベースプレート５に直接的に結合さ
れている。
【０００７】半導体チップ２の他方の主電極３は、多数
のコンタクト・プランジャ８と接触しており、このコン
タクト・プランジャ８の数は、チップの数に対応してい
る。上述したように、パワー半導体モジュールにおいて
は、同一レベルにチップ２をハンダ付けするのが困難で
あるという問題がある。しかしながら、問題なく圧力接
触させるためには、高精度の面の平行度が必要である。
この問題を明らかにするため、異なる厚みを持つハンダ
層１５が図１に誇張して示されている。異なる厚みを有
する複数のチップがあるような場合、例えば、異なるタ
イプのチップが組み合わせられているような場合も、ハ
ンダ層、必要な場合にそれらの間に配置されるモリブデ
ンのディスク及び半導体チップから構成される複数のス
タックが異なる高さを有することになる。本発明は、こ
のような困難性がもはや問題とならないようなパワー半
導体モジュールを提供するものである。このようなパワ
ー半導体モジュールを提供するために、本発明において
は、実際に組み立てを行う前に、コンタクト・プランジ
ャ８が、第２主接続部７内に形成された孔でそれらが移
動可能なように、配置される。本発明の実施形態によれ
ば、組み立て後にコンタクト・プランジャ８を固定でき
るように、ハンダ層９が、コンタクト・プランジャ８と
孔の間に設けられる。組立中に、このハンダ層が、ハン
ダ炉内で溶解し、これにより、コンタクト・プランジャ
８を固定する。第２主接続部７と半導体チップ２との間
の各距離に対するコンタクト・プランジャの長さの自動
調節が、半導体モジュールを上向きの第２主接続部７に
ハンダ付けすることにより最も簡単に且つ好適に行われ
る。コンタクト・プランジャ８は、重力により降下して
チップと接触する。また、別のハンダ層１０が、チップ
２とコンタクト・プランジャ８との間に設けられる場合
があるが、このときは、それらの間にモリブデンのディ
スクが配置される。このハンダ層１０は、ハンダ層９と
同様にハンダ炉内でハンダ付けされる。第２主接続部に
関して第１主接続部の位置を固定するために、この構成
物の周囲に、調整完了後に、ハンダ付け作業中にコンタ
クト・プランジャ８をチップ２上に正確に並べて接続す
る固定装置を配置する。
【０００８】このようにして構成されたパワー半導体モ
ジュールは、例えば、ＧＴＯ技術において知られている
圧力接触ハウジング内に装着される。この場合、第１、
第２主接続部６，７の間に、支持リング１２を設けるこ
とが有効である。この支持リング１２は、チップのハン
ダ付け個所及びコンタクト・プランジャに作用する圧力
を軽減する。制御用接続部１１は、その後、支持リング
１２を通る最適な位置に配置される。図２は、本発明に
よる他の実施形態を示す断面図である。この実施形態
は、図１に示す実施形態とほぼ対応しており、同一部分
には同一符合を付す。この実施形態においては、スプリ
ング１８及び摺動コンタクト１７の組み合わせが、コン
タクト・プランジャ８の長さを固定してセットするため
のハンダ層９の代わりに設けられている。これらのスプ
リング１８は、第２主接続部７内の孔に配置されてお
り、コンタクト・プランジャ８に圧力を加える。コンタ
クト・プランジャ８の長さは、このようにしてセットさ
れる。スプリング状の摺動コンタクト１７が、コンタク
ト・プランジャ８と第２主接続部７との電気接触性を向
上させるために更に設けられている。これらのスプリン
グ状の摺動コンタクト１７は、コンタクト・プランジャ
８と第２接続部との間の壁孔に沿って配置されている。
スプリング状の摺動コンタクト１７は、他層薄板であっ
てもよい。
【０００９】スプリング圧が作用しているコンタクト・
プランジャ８は、チップ２を押しつける。図１に示す実
施形態においては、ハンダ層１０とＭｏ薄板１４がチッ
プ２と接触するために必要であったが、この図２の実施
形態では、チップ２とコンタクト・プランジャ８の直接
接触で十分である。本発明によれば、パワー半導体モジ
ュールを用いた異なるタイプのモジュールを構成するこ
とが可能である。ＩＧＢＴチップとダイオード・チップ
との組み合わせの場合には、上述した米国特許明細書の
ように、例えば、反転接続された平行ダイオードが集積
されたスイッチモジュールが得られる。しかしながら、
コンバーターの完全な半又は１／４ブリッジのモジュー
ルをこのようなパワー半導体モジュール内に積層するこ
とや、ただ１つの高出力ダイオードを製作することも考
えられる。しかしながら、本発明は、ＩＧＢＴに限定さ
れることなく、むしろあらゆるタイプのパワー半導体チ
ップに有効に適用できる。上述の説明は、円形の横断面
のモジュールに基づくものであったが、本発明は、この
ような横断面に限定されない。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のものと比較して平面の平行度の要求が厳しくな
く、より容易に製造可能なパワー半導体モジュールを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるパワー半導体モジュールの第１
の実施形態を示す断面図である。
【図２】 本発明によるパワー半導体モジュールの第２
の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ パワー半導体モジュール ２ 半導体チップ ３ 電極 ４ 電極 ５ ベースプレート ６ 主接続部 ７ 主接続部 ８ コンタクト・プランジャ ９ ハンダ層 １０ ハンダ層 １１ 制御用接続部 １２ 支持リング １３ 接続用ワイヤ １４ モリブデンプレート １５ ハンダ層 １６ ハンダ層 １７ 摺動コンタクト １８ スプリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルムート ケーゼル スイス ツェーハー5408 エンネットバー デンシュレッスリーシュトラーセ 56 (72)発明者 フェルディナント シュタインルック スイス ツェーハー6295 モーゼン ヴィ ーレンマット 59 (72)発明者 レイモント ツェーリンガー スイス ツェーハー5444 キュンテン フ ァールバッハヴェーク 15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの半導体チップ(2) を有
    し、この半導体チップが少なくとも２つの電極である第
    １主電極(4) と第２主電極(3) を有し、半導体チップが
    第１主電極(4) によりベースプレート(5) に装着されて
    おり、第１及び第２の主接続部(6,7) を有し、これらの
    第１及び第２の主接続部が対応する上記第１及び第２の
    主電極(4,3) に電気的に接続されており、この第１主接
    続部(6) はベースプレート(5) 及び１又はそれ以上のコ
    ンタクト・プランジャ(8) を有する第２主接続部(7) と
    電気的に接続され、このコンタクト・プランジャは半導
    体チップ(2) の第２主電極(3) と電気的に接続されてい
    るパワー半導体モジュール(1) であって、上記コンタク
    ト・プランジャ(8) の位置が、半導体チップ(2)と第２
    主接続部(7) との間の距離に対応するように設定され、
    さらに、上記コンタクト・プランジャ(8) の位置を固定
    する手段(9,10;17,18)が設けられていることを特徴とす
    るパワー半導体モジュール。
  2. 【請求項２】 上記コンタクト・プランジャ(8) の位置
    を固定する手段は、２つのハンダ層(9,10)を有し、これ
    らのハンダ層の一方は、半導体チップ(2) とコンタクト
    ・プランジャ(8) との間に設けられ、他方は、コンタク
    ト・プランジャ(8) と第２主接続部(7) 内に形成された
    コンタクト・プランジャ収納用孔との間に設けられてい
    ることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モジュ
    ール。
  3. 【請求項３】 上記コンタクト・プランジャ(8) の位置
    を固定する手段は、コンタクト・プランジャのためのス
    プリング(18)を有し、このスプリングが第２主接続部
    (7) 内に形成されたコンタクト・プランジャ収納用孔内
    に設けられていることを特徴とする請求項１記載のパワ
    ー半導体モジュール。
  4. 【請求項４】 更に、導電性の摺動コンタクトが、上記
    コンタクト・プランジャ(8) と上記孔の側壁との間に設
    けられていることを特徴とする請求項３記載のパワー半
    導体モジュール。
  5. 【請求項５】 請求項２記載のパワー半導体モジュール
    を製造する方法であって：ベースプレート(5) 上に半導
    体チップ(2) をハンダ付けし；上記ベースプレート(5)
    を第２主接続部(7) 上に配置し、この第２主接続部がコ
    ンタクト・プランジャ(8) がその中に挿入され且つ第２
    主接続部(7) に関して固定される少なくとも１つの孔を
    有し、コンタクト・プランジャ(8) と半導体チップ82)
    との間及びコンタクト・プランジャ(8) と第２主接続部
    (7) との間の孔にそれぞれハンダ層(10,9)を挿入し；こ
    の後、上記第２主接続部(7) が上向きの状態でパワー半
    導体モジュールをハンダ炉内でハンダ付けするようにし
    たことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方
    法。
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