JPH09135023A - 圧接型半導体装置 - Google Patents

圧接型半導体装置

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JPH09135023A
JPH09135023A JP7289880A JP28988095A JPH09135023A JP H09135023 A JPH09135023 A JP H09135023A JP 7289880 A JP7289880 A JP 7289880A JP 28988095 A JP28988095 A JP 28988095A JP H09135023 A JPH09135023 A JP H09135023A
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emitter
electrode
pressure contact
plate
lead wire
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Akira Yanagisawa
暁 柳澤
Michiaki Hiyoshi
道明 日吉
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】圧接型半導体装置において、エミッタ端子とエ
ミッタ電極との間にエミッタ圧接板のインダクタンス成
分が存在しても、エミッタ電圧を正確に検出する。 【解決手段】ゲート電極１３およびこれに絶縁分離され
た互いに同一電位を有するエミッタ電極１２とエミッタ
センス電極１２ａが上面に形成され、裏面にコレクタ電
極が形成された半導体チップ１０と、エミッタ電極に圧
接するエミッタ圧接板（１５、１６）と、コレクタ電極
に圧接するコレクタ圧接板（１７、１８）と、ゲート電
極に一端が圧接し、他端が外部に取り出されたゲート電
極引き出しリード線１９と、エミッタセンス電極に一端
が圧接し、その中間部はエミッタ圧接板とは電気的に絶
縁された間隙部を通過するように設けられ、他端が外部
に取り出されたエミッタセンス電極引き出しリード線２
１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧接型半導体装置
に係り、特にＭＯＳゲート駆動型スイッチングデバイス
におけるエミッタ電圧センス電極に関するもので、例え
ばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、
サイリスタなどに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の圧接型ＩＧＢＴのチップ
上のパターンレイアウトを概略的に示しており、図５中
のＢ−Ｂ線に沿うの断面構造を図６に概略的に示してお
り、上記圧接型ＩＧＢＴの等価回路を図７に示してい
る。
【０００３】図５および図６において、６０はＩＧＢＴ
チップであり、その上面にはエミッタ電極アレイ６２と
ゲート電極６３が絶縁分離されて形成されている。６４
は上記ＩＧＢＴチップ６０の外周縁部を保持する電気的
絶縁材からなるチップフレーム、６５は前記ＩＧＢＴチ
ップ６０のエミッタ電極アレイ６２に一方の片面が圧接
するように配置された熱緩衝用の第１のＭｏ板、６６は
上記第１のＭｏ板６５に他方の片面が圧接するように配
置されたＣｕエミッタ電極板である。
【０００４】６７は前記ＩＧＢＴチップ６０の裏面に形
成されているコレクタ電極に一方の片面が圧接するよう
に配置された熱緩衝用の第２のＭｏ板、６８は上記第２
のＭｏ板６７に他方の片面が圧接するように配置された
コレクタ電極板である。
【０００５】６９は前記ＩＧＢＴチップ６０のゲート電
極６３に一端が圧接し、他端が外部に取り出されたゲー
ト電極引き出しリード線であり、その中間部は例えば絶
縁チューブ７０により被覆され、前記チップフレーム６
４およびエミッタ圧接板（第１のＭｏ板６５、Ｃｕエミ
ッタ電極板６６）で囲まれた間隙部を通過している。
【０００６】なお、Ｅは前記Ｃｕエミッタ電極板６６に
接続されているエミッタ端子、Ｃは前記コレクタ電極板
６８に接続されているコレクタ端子、Ｇは前記ゲート電
極引き出しリード線６９に接続されているゲート端子で
ある。
【０００７】上記構造の圧接型ＩＧＢＴにおいては、一
枚のチップ６０上のエミッタ電極アレイ６２に、一枚の
Ｍｏ板６５と一枚のＣｕエミッタ電極板６６とからなる
エミッタ圧接板が圧接しており、チップ６０裏面のコレ
クタ電極に、一枚のＭｏ板６７と一枚のコレクタ電極板
６８とからなるコレクタ圧接板が圧接している。
【０００８】従って、図７に示す等価回路のように、エ
ミッタ端子ＥとＩＧＢＴチップ６０のエミッタ電極アレ
イ６２との間には、Ｃｕエミッタ電極板６６のインダク
タンス成分Ｌ１と第１のＭｏ板６５のインダクタンス成
分Ｌ２とが直列に存在しており、コレクタ端子ＣとＩＧ
ＢＴチップ１０のコレクタ電極との間には、コレクタ電
極板６８のインダクタンス成分Ｌ３と第２のＭｏ板６７
のインダクタンス成分Ｌ４とが直列に存在している。
【０００９】ところで、上記圧接型ＩＧＢＴを使用する
装置において、ＩＧＢＴの過電流時などを検知するため
にＩＧＢＴのエミッタ電極の電圧をセンス（モニター）
するためにエミッタ電圧センス端子を必要とするが、従
来の圧接構造では、エミッタ端子ＥＳをＣｕエミッタ電
極板６６に接続している しかし、図７に示したように、上記エミッタ電圧センス
端子ＥＳとエミッタ電極アレイ６２との間には、Ｃｕエ
ミッタ電極板のインダクタンス成分Ｌ１と第１のＭｏ板
のインダクタンス成分Ｌ２とが直列に存在しているの
で、エミッタ電流の変化により上記Ｌ１、Ｌ２に電圧を
誘起する。
【００１０】この場合、ＩＧＢＴの動作中におけるター
ンオン／オフや電流振動のようなエミッタ電流ｉの時間
変化をｄｉ／ｄｔで表わすと、前記Ｌ１、Ｌ２の両端間
の誘起電圧Ｖは、 Ｖ＝−（Ｌ１＋Ｌ２）ｄｉ／ｄｔ で表わされる。
【００１１】ここで、ｄｉ／ｄｔが大きい時には、エミ
ッタ端子とエミッタ電極６２との間に大きな誘導ノイズ
が発生し、エミッタ端子の測定電圧値とエミッタ電極６
２の真のエミッタ電圧値との間に誤差が生じ、エミッタ
電圧を正確に検出することが不可能になる。因みに、例
えばＩＧＢＴのように高速動作するデバイスでは、ｄｉ
／ｄｔが大きいので、例えば１００００Ａ／μｓで動作
すると、（Ｌ１＋Ｌ２）＝２ｎＨのように小さくても２
０Ｖ程度の大きな誘導ノイズが発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記したように一枚の
半導体チップ上のエミッタ電極アレイにエミッタ圧接板
が圧接する構造を有する従来の圧接型半導体装置は、エ
ミッタ端子とエミッタ電極アレイとの間にエミッタ圧接
板のインダクタンス成分が存在しているので、エミッタ
電流の時間変化が大きい時には大きな誘導ノイズが発生
し、エミッタ電圧を正確に検出することが不可能になる
という問題があった。
【００１３】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、エミッタ端子とエミッタ電極アレイとの間に
エミッタ圧接板のインダクタンス成分が存在しても、エ
ミッタ電圧を正確に検出し得る圧接型半導体装置を提供
することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の圧接型半導体装
置は、ゲート電極およびこれに絶縁分離された互いに同
一電位を有するエミッタ電極とエミッタセンス電極が上
面に形成された半導体チップと、前記半導体チップのエ
ミッタ電極に圧接するエミッタ圧接板と、前記半導体チ
ップの裏面のコレクタ電極に圧接するコレクタ圧接板
と、前記半導体チップのゲート電極に一端が圧接し、そ
の中間部は前記エミッタ圧接板とは電気的に絶縁された
間隙部を通過するように設けられ、他端が外部に取り出
されたゲート電極引き出しリード線と、前記半導体チッ
プのエミッタセンス電極に一端が圧接し、その中間部は
前記エミッタ圧接板とは電気的に絶縁された間隙部を通
過するように設けられ、他端が外部に取り出されたエミ
ッタセンス電極引き出しリード線とを具備することを特
徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の圧接型半
導体装置の第１の実施の形態に係る圧接型ＩＧＢＴのチ
ップ上のパターンレイアウトを概略的に示しており、図
１中のＢ−Ｂ線に沿う断面構造を図２に概略的に示して
おり、図１中のＣ−Ｃ線に沿うエミッタセンス電極とエ
ミッタ電極の一部に対応するデバイス構造の一例を図３
に示しており、図１の圧接型ＩＧＢＴの等価回路を図４
に示している。
【００１６】図１乃至図３において、１０はＩＧＢＴチ
ップであり、その上面にはエミッタ電極アレイ１２、エ
ミッタセンス電極１２ａとゲート電極１３とが形成され
ている。この場合、（エミッタ電極アレイ１２、エミッ
タセンス電極１２ａ）とゲート電極１３とは絶縁膜１１
により絶縁分離されたされて形成されている。また、エ
ミッタセンス電極１２ａとゲート電極１３の位置は、特
に限定されるものではないが、エミッタ電極アレイ１２
形成領域の片隅部で互いに接近した位置（例えば隣り合
う位置）に形成されることが望ましい。
【００１７】さらに、１４は上記ＩＧＢＴチップ１０の
外周縁部を保持する電気的絶縁材からなるチップフレー
ム、１５は前記ＩＧＢＴチップ１０のエミッタ電極アレ
イ１２に一方の片面が圧接するように配置された熱緩衝
用の第１のＭｏ板、１６は上記第１のＭｏ板１５に他方
の片面が圧接するように配置されたＣｕエミッタ電極板
である。即ち、一枚のチップ１０上のエミッタ電極アレ
イ１２に一枚のＭｏ板１５と一枚のＣｕエミッタ電極板
１６とからなるエミッタ圧接板が圧接している。
【００１８】１７は前記ＩＧＢＴチップ１０の裏面に形
成されているコレクタ電極に一方の片面が圧接するよう
に配置された熱緩衝用の第２のＭｏ板、１８は上記第２
のＭｏ板１７に他方の片面が圧接するように配置された
コレクタ電極板である。即ち、チップ１０裏面のコレク
タ電極に、一枚のＭｏ板１７と一枚のコレクタ電極板１
８とからなるコレクタ圧接板が圧接している。
【００１９】１９は前記ＩＧＢＴチップ１０のゲート電
極１３に一端が圧接し、他端が外部に取り出されたゲー
ト電極引き出しリード線であり、その中間部は例えば絶
縁チューブ２０により被覆され、前記チップフレーム１
４およびエミッタ圧接板（第１のＭｏ板１５、Ｃｕエミ
ッタ電極板１６）で囲まれた間隙部を通過している。
【００２０】さらに、２１は前記ＩＧＢＴチップ１０の
エミッタセンス電極１２ａに一端が圧接し、他端が外部
に取り出されたエミッタセンス電極引き出しリード線で
あり、その中間部は例えば絶縁チューブ２２により被覆
され、前記チップフレーム１４およびエミッタ圧接板
（第１のＭｏ板１５、Ｃｕエミッタ電極板１６）で囲ま
れた間隙部を通過している。
【００２１】なお、Ｅは前記Ｃｕエミッタ電極板１６に
接続されているエミッタ端子、Ｃは前記コレクタ電極板
１８に接続されているコレクタ端子、Ｇは前記ゲート電
極引き出しリード線１９に接続されているゲート端子、
ＥＳは前記エミッタセンス電極引き出しリード線端子２
１に接続されているリード線エミッタ電圧センス端子で
ある。
【００２２】また、前記エミッタセンス電極１２ａおよ
びエミッタ電極アレイ１２は、図３に示すように、同一
半導体基板上にほぼ同様の構造を有し、同電位になるよ
うに形成されている。
【００２３】図３に示すＩＧＢＴは、エミッタ電極アレ
イ１２およびコレクタ電極１０ａを共有する多数のＩＧ
ＢＴ素子と、上記エミッタ電極アレイ１２に連なるエミ
ッタセンス電極１２ａとを有し、上記エミッタセンス電
極１２ａの下方にはベース領域３３が形成されている
が、エミッタ領域は形成されておらず、エミッタセンス
電極１２ａはエミッタ領域にコンタクトしていない。
【００２４】即ち、図３において、３１はＰ型半導体層
（コレクタ層）、３２は上記コレクタ層上のＮ- 型半導
体層、３３は上記Ｎ- 型半導体層の表層部に部分的に形
成されたＰ+ 型半導体層（ベース領域）、３４はＮ- 型
半導体層の表面の一部に形成されたゲート絶縁膜（酸化
膜）、３５はゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極
（配線）、３６は層間絶縁膜（酸化膜）、３７は層間絶
縁膜上に形成された例えばアルミニウム膜を用いたエミ
ッタ用電極、１１はエミッタ用電極上に部分的に形成さ
れた絶縁膜、３８はベース領域の表層部に部分的に拡散
形成されたＮ+ 型半導体層（エミッタ領域）、１０ａは
前記コレクタ層の下面に形成された例えばアルミニウム
膜を用いたコレクタ電極である。
【００２５】前記エミッタ用電極３７は、大部分がエミ
ッタ電極１２として使用されるが、それに連なる一部は
エミッタセンス電極１２ａとして使用される。この場
合、エミッタ電極１２の下方に位置するＰ+ 型半導体層
３３の表層部には、部分的にエミッタ領域３８が形成さ
れており、このエミッタ領域３８には前記層間絶縁膜３
６に開孔されたコンタクトホールを通して前記エミッタ
電極１２がコンタクトしている。これに対して、エミッ
タセンス電極１２ａの下方に位置するＰ+ 型半導体層３
３にはエミッタ領域３８が形成されていない。
【００２６】即ち、上記構成の圧接型ＩＧＢＴは、上面
に絶縁膜１１により複数に区画されたエミッタ電極１２
群とエミッタセンス電極１２ａとゲート電極１３が形成
され、裏面にコレクタ電極１０ａが形成された半導体チ
ップ１０と、上記半導体チップの外周縁部を保持する電
気的絶縁材からなるチップフレーム１４と、前記半導体
チップのエミッタ電極に一方の片面が圧接するように配
置された第１の熱緩衝板１５と、上記第１の熱緩衝板に
他方の片面が圧接するように配置されたエミッタ電極板
１６と、前記半導体チップの裏面のコレクタ電極に一方
の片面が圧接するように配置された第２の熱緩衝板１７
と、上記第２の熱緩衝板に他方の片面が圧接するように
配置されたコレクタ電極板１８と、前記半導体チップの
ゲート電極に一端が圧接し、その中間部は前記第１の熱
緩衝板およびエミッタ電極板とは電気的に絶縁された間
隙部を通過するように設けられ、他端が外部に取り出さ
れたゲート電極引き出しリード線１９と、前記半導体チ
ップのエミッタセンス電極１２ａに一端が圧接し、その
中間部は前記前記第１の熱緩衝板およびエミッタ電極板
とは電気的に絶縁された間隙部を通過するように設けら
れ、他端が外部に取り出されたエミッタセンス電極引き
出しリード線２１と、前記エミッタ電極板１６に接続さ
れたエミッタ端子Ｅと、前記コレクタ電極板１８に接続
されたコレクタ端子Ｃと、前記ゲート電極引き出しリー
ド線１９に接続されたゲート端子Ｇと、前記エミッタセ
ンス電極引き出しリード線２１に接続されたエミッタ電
圧センス端子ＥＳとを具備する。
【００２７】上記したような構造を有する圧接型ＩＧＢ
Ｔにおいては、図４に示す等価回路のように、エミッタ
端子ＥとＩＧＢＴチップ１０のエミッタ電極１２との間
には、Ｃｕエミッタ電極板１６のインダクタンス成分Ｌ
１と第１のＭｏ板１５のインダクタンス成分Ｌ２とが直
列に存在しており、コレクタ端子ＣとＩＧＢＴチップ１
０のコレクタ電極との間には、コレクタ電極板１８のイ
ンダクタンス成分Ｌ３と第２のＭｏ板１７のインダクタ
ンス成分Ｌ４とが直列に存在している。
【００２８】上記圧接型ＩＧＢＴによれば、それを使用
する装置において、ＩＧＢＴの過電流時などを検知する
ためにＩＧＢＴのエミッタ電極１２の電圧をセンス（モ
ニター）する場合には、従来例のようなエミッタ圧接板
（第１の熱緩衝板１５、エミッタ電極板１６）およびエ
ミッタ端子Ｅを介することなく、エミッタセンス電極１
２ａの電圧をエミッタ電圧センス端子ＥＳを介して直接
に測定することが可能である。
【００２９】従って、エミッタ電流の時間変化が大きい
時に、エミッタ端子Ｅとエミッタ電極１２との間のエミ
ッタ圧接板に存在するインダクタンス成分（Ｌ１＋Ｌ
２）の誘起電圧による大きな誘導ノイズが発生したとし
ても、エミッタ電圧を正確に検出することが可能にな
る。
【００３０】なお、前記ゲート電極引き出しリード線１
９およびエミッタセンス電極引き出しリード線２１は、
極力接近させて引き出すことが好ましく、図示のように
縦方向に重ねるものに限らず、横方向に並べて引き出す
ようにしてもよく、さらには、上記２本のリード線を撚
り合わせた状態で引き出すことが望ましい。
【００３１】このように２本のリード線を撚り合わせた
状態で引き出すと、外部からノイズ信号が到来した時、
ノイズ信号を２本のリード線が同相で受けるので、ＩＧ
ＢＴのゲート電位・エミッタ電位が同相に揺れることに
なり、ノイズ信号の影響が少なくなる。
【００３２】なお、上記実施の形態は、単一チップの圧
接構造を示したが、マルチチップの圧接構造にも本発明
を適用できる。マルチチップの圧接構造の場合には、各
チップのセンス電極引き出し用の内部リード線を集合さ
せ、外部では単一のセンス端子に接続する。
【００３３】
【発明の効果】上述したように本発明の圧接型半導体装
置によれば、エミッタ端子とエミッタ電極との間にエミ
ッタ圧接板のインダクタンス成分が存在しても、エミッ
タ電圧を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧接型半導体装置の第１の実施の形態
に係る圧接型ＩＧＢＴのチップ上のパターンレイアウト
を概略的に示す図。
【図２】図１中のＢ−Ｂ線に沿う構造を概略的に示す断
面図。
【図３】図１中のＣ−Ｃ線に沿ってエミッタセンス電極
とエミッタ電極の一部に対応するデバイス構造の一例を
示す断面図。
【図４】図１の圧接型ＩＧＢＴの等価回路を示す図。
【図５】従来の圧接型ＩＧＢＴのチップのパターンレイ
アウトを概略的に示す平面図。
【図６】図５中のＢ−Ｂ線に沿う構造を概略的に示す断
面図。
【図７】図５の圧接型ＩＧＢＴの等価回路を示す図。
【符号の説明】
１０…ＩＧＢＴチップ、 １１…絶縁膜、 １２…エミッタ電極、 １２ａ…エミッタセンス電極、 １３…ゲート電極、 １４…チップフレーム、 １５…熱緩衝用の第１のＭｏ板、 １６…Ｃｕエミッタ電極板、 １７…熱緩衝用の第２のＭｏ板、 １８…コレクタ電極板、 １９…ゲート電極引き出しリード線、 ２０、２２…絶縁チューブ、 ２１…エミッタセンス電極引き出しリード線、 Ｅ…エミッタ端子、 ＥＳ…エミッタ電圧センス端子、 Ｃ…コレクタ端子、 Ｇ…ゲート端子。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ゲート電極およびこれに絶縁分離された
    互いに同一電位を有するエミッタ電極とエミッタセンス
    電極が上面に形成され、裏面にコレクタ電極が形成され
    た半導体チップと、前記半導体チップのエミッタ電極に
    圧接するエミッタ圧接板と、前記半導体チップの裏面の
    コレクタ電極に圧接するコレクタ圧接板と、前記半導体
    チップのゲート電極に一端が圧接し、その中間部は前記
    エミッタ圧接板とは電気的に絶縁された間隙部を通過す
    るように設けられ、他端が外部に取り出されたゲート電
    極引き出しリード線と、前記半導体チップのエミッタセ
    ンス電極に一端が圧接し、その中間部は前記エミッタ圧
    接板とは電気的に絶縁された間隙部を通過するように設
    けられ、他端が外部に取り出されたエミッタセンス電極
    引き出しリード線とを具備することを特徴とする圧接型
    半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の圧接型半導体装置におい
    て、 前記エミッタ電極およびエミッタセンス電極は同一導電
    膜により連なって形成されており、前記エミッタセンス
    電極の下方の半導体層にはエミッタ領域を含まないベー
    ス領域が形成されていることを特徴とする圧接型半導体
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の圧接型半導体装置におい
    て、 前記ゲート電極引き出しリード線およびエミッタセンス
    電極引き出しリード線は撚り合わされた状態で引き出さ
    れていることを特徴とする圧接型半導体装置。
  4. 【請求項４】 ゲート電極および互いに同一電位を有す
    るエミッタ電極とエミッタセンス電極が上面に形成さ
    れ、裏面にコレクタ電極が形成された半導体チップと、
    上記半導体チップの外周縁部を保持する電気的絶縁材か
    らなるチップフレームと、前記半導体チップのエミッタ
    電極に一方の片面が圧接するように配置された第１の熱
    緩衝板と、上記第１の熱緩衝板に他方の片面が圧接する
    ように配置されたエミッタ電極板と、前記半導体チップ
    の裏面のコレクタ電極に一方の片面が圧接するように配
    置された第２の熱緩衝板と、上記第２の熱緩衝板に他方
    の片面が圧接するように配置されたコレクタ電極板と、
    前記半導体チップのゲート電極に一端が圧接し、その中
    間部は前記第１の熱緩衝板およびエミッタ電極板とは電
    気的に絶縁された間隙部を通過するように設けられ、他
    端が外部に取り出されたゲート電極引き出しリード線
    と、前記半導体チップのエミッタセンス電極に一端が圧
    接し、その中間部は前記エミッタ圧接板とは電気的に絶
    縁された間隙部を通過するように設けられ、他端が外部
    に取り出されたエミッタセンス電極引き出しリード線
    と、前記エミッタ電極板に接続されたエミッタ端子と、
    前記コレクタ電極板に接続されたコレクタ端子と、前記
    ゲート電極引き出しリード線に接続されたゲート端子
    と、エミッタセンス電極引き出しリード線に接続された
    エミッタ電圧センス端子とを具備することを特徴とする
    圧接型半導体装置。
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