JPH09275186A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09275186A
JPH09275186A JP8079743A JP7974396A JPH09275186A JP H09275186 A JPH09275186 A JP H09275186A JP 8079743 A JP8079743 A JP 8079743A JP 7974396 A JP7974396 A JP 7974396A JP H09275186 A JPH09275186 A JP H09275186A
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JP
Japan
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electrode
common electrode
main
semiconductor device
plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP8079743A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH09275186A publication Critical patent/JPH09275186A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/71Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/72Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

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  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】平型IGBTにおいて、パワーサイクル耐量の
高いパッケージ構造とする。 【解決手段】1個のパッケージ10に複数個のIGBT
チップ1が実装され、各IGBTチップ1は位置決めガ
イド2でモリブデン(Mo)などのシリコンに熱膨張係
数が近いエミッタコンタクト端子体3とが正確に位置決
めされ、このエミッタコンタクト端子体3と銅(Cu)
でできた上部共通電極板4との間にシリコンと熱膨張係
数の近いモリブデンやタングステンなどでできた熱干渉
板8が挿入されている。尚、IGBTチップ1のコレク
タ側はコレクタ基板6にはんだで固着され、コレクタ基
板6は銅(Cu)でできた下部共通電極板5に接触して
いる。また上部共通電極板4と下部共通電極板5はセラ
ミックでできた絶縁筒体7に固着されパッケージ10を
構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)などを複数個並置し
た半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】IGBTは、パワースイッチングデバイ
スとしてモータPWM制御インバータの応用などに広く
使われている。また、このIGBTは電圧駆動型素子で
あり、電流駆動型素子と比べて扱い易いために、市場で
は大容量化への要求が強い。この市場の要求に応えるた
めに、IGBTチップを複数個、同一パッケージ内に集
積したモジュール構造が採用されている。
【0003】IGBTなどのMOS制御デバイスでは、
半導体チップの一主面上にエミッタ電極とゲート電極が
並んで配置される。IGBTをパッケージに組み込む場
合にはコレクタ電極は放熱体を兼ねる金属ベース上には
んだなどで固着され、マウントされ、外部導体と接続さ
れるが、エミッタ電極とゲート電極は別々に外部導出端
子を介して外部導体と接続される。従来のパッケージ内
の組み立て構造は、前記金属ベースと共にパッケージの
一方の面にエミッタ、ゲート用の外部導出端子を装備
し、エミッタ電極と外部導出端子、ゲート電極と外部導
出端子との間に線径300μm程度のアルミ導線をワイ
ヤボンディングで固着し、外部導体と接続していた。
【0004】これらの問題を解消するために、従来のサ
イリスタやGTOサイリスタ等の平型素子で採用されて
いるセラミック製の平型パッケージをIGBTに適用
し、複数個のIGBTのコレクタ電極をパッケージの一
方の共通電極板に固着し、他方の共通電極板にコンタク
ト端子体を介してエミッタ電極を加圧接触させ、ゲート
電極は従来通りのアルミ導線で外部導出端子に接続する
構造が考えられる。しかしIGBTはゲート電極を覆う
絶縁膜の上にエミッタ電極が延長して形成されるため、
エミッタ電極全面をコンタクト端子体で加圧すると、ゲ
ート電極下のゲート酸化膜やチャネル形成領域に応力が
及び、IGBTの特性を変化させ、実用に供しない。そ
こで、エミッタ側にMOS構造を設けない電流経路と放
熱を目的とした集電電極を形成し、この集電電極とコン
タクト端子体を接触させ、加圧による応力がMOS構造
部に及ばないようにしている。またこのIGBTチップ
はMOS構造部はLSIと同様の技術により微細化が図
られ、そのチップは角形形状を有し、大容量化のために
これらのチップを複数個実装するマルチチップ構造が採
用されている。
【0005】図2は従来の平型構造のIGBTの要部構
成図で、同図(a)は断面図、同図(b)はコンタクト
端子体の配置図である。図2において、1個のパッケー
ジ10に複数個のIGBTチップ1が実装され、各IG
BTチップ1は位置決めガイド2でモリブデン(Mo)
などのシリコンに熱膨張係数が近いエミッタコンタクト
端子体3とが正確に位置決めされ、このエミッタコンタ
クト端子体3は銅(Cu)でできた上部共通電極板4と
接触している。またIGBTチップ1のコレクタ側はコ
レクタ基板6にはんだで固着され、コレクタ基板6は銅
(Cu)でできた下部共通電極板5に接触している。ま
た上部共通電極板4と下部共通電極板5はセラミックで
できた絶縁筒7に固着されパッケージ10を構成してい
る。この平型構造ではエミッタコンタクト端子体3にシ
リコンと熱膨張係数が近いモリブデンが使われ、上部お
よび下部の共通電極板に電気伝導性および熱伝導性に優
れた銅が使われており、パワーサイクル(間欠負荷通
電)耐量はボンディングタイプのモジュール構造と比べ
て3倍以上ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この平型IG
BTを加圧したとき、前記の固いモリブデンでできた各
エミッタコンタクト端子体が軟らかい銅でできた上部共
通電極板に食い込み、この上部共通電極板に各エミッタ
コンタクト端子体は固着されたようになる。そのため温
度サイクルがかかると熱膨張係数の大きい銅でできた上
部共通電極板の膨張、収縮に合わせてエミッタコンタク
ト端子体が引っ張られて、このエミッタコンタクト端子
体の他方の面と接する半導体チップに異常な応力が加わ
る。そのためにパワーサイクル耐量がGTOサイリスタ
のような1個のウエハで形成された平型素子に比べて5
0%程度低下する。
【0007】この発明の目的は、上部共通電極板にエミ
ッタコンタクト端子体が引っ張られにくい構造とするこ
とで、GTOサイリスタ等の平型構造に匹敵するパワー
サイクル耐量を有する半導体装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、第一主面に第一主電極と制御電極、第二主面に第
二主電極を有する半導体チップを複数個並置して平型パ
ッケージに組み込んだ半導体装置であって、両面に露出
する一対の共通電極板と、該両共通電極板の間に絶縁筒
体を設けた平型パッケージに対し、一方の共通電極板上
に各半導体チップの第二主電極を固着し、他方の共通電
極板と各半導体チップの第一主電極との間に、個々に加
圧・導電・放熱体を兼ねたコンタクト端子体を設けた加
圧接触型の半導体装置において、各コンタクト端子体と
他方の共通電極板との間に一枚の熱干渉板を挿設する構
成とする。
【0009】また第一主面に第一主電極と制御電極、第
二主面に第二主電極を有する第一半導体チップと、第一
主面に第一主電極、第二主面に第二主電極を有する第二
半導体チップとをそれぞれ複数個並置して平型パッケー
ジに組み込んだ半導体装置であって、両面に露出する一
対の共通電極板と、該両共通電極板の間に絶縁筒体を設
けた平型パッケージに対し、一方の共通電極板上に各第
一および第二半導体チップの第二主電極を固着し、他方
の共通電極板と各第一および第二半導体チップの第一主
電極との間に、個々に加圧・導電・放熱体を兼ねたコン
タクト端子体を設けた加圧接触型の半導体装置におい
て、各コンタクト端子体と他方の共通電極板との間に一
枚の熱干渉板を挿設する構成としてもよい。
【0010】前記の熱干渉板がシリコンに熱膨張係数の
近い材料であるとよい。その材料は具体的にはモリブデ
ンもしくはタングステンである。また前記の半導体チッ
プは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、MOS制御
サイリスタ又はMOSトランジスタである。前記の第一
半導体チップは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、
MOS制御サイリスタ又はMOSトランジスタで、第二
主電極がコレクタ電極又はアノード電極であり、第二半
導体チップがフライホイールダイオードで第二電極がカ
ソード電極である。
【0011】前記のように、シリコンと熱膨張係数の近
いモリブデンなどで作られたコンタクト端子体と銅で作
られた上部共通電極板との間に一枚の熱干渉板を挿入す
ることで、各コンタクト端子体が上部共通電極板に食い
込むことが避けられ、上部共通電極板から個別に応力を
受けることを防ぐ効果がある。
【0012】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施例の要部
構成図で、同図(a)は断面図、同図(b)はコンタク
ト端子体の配置図である。図1において、1個のパッケ
ージ10に複数個のIGBTチップ1が実装され、各I
GBTチップ1は位置決めガイド2でモリブデン(M
o)やタングステン(W)などのシリコンに熱膨張係数
が近いエミッタコンタクト端子体3とが正確に位置決め
され、このエミッタコンタクト端子体3と銅(Cu)で
できた上部共通電極板4との間にシリコンと熱膨張係数
の近いモリブデンやタングステンなどでできた熱干渉板
8が挿入されている。尚、IGBTチップ1のコレクタ
側はコレクタ基板6にはんだ等で固着され、コレクタ基
板6は銅(Cu)でできた下部共通電極板5に接触して
いる。また上部共通電極板4と下部共通電極板5はセラ
ミックでできた絶縁筒体7に固着されパッケージ10を
構成している。また第2実施例として、図示されていな
いが、図1の複数個のIGBTチップ1の内の幾つかを
フリーホイールダイオードに置き代える。その場合、フ
リーホイールダイオードのアノード側にコンタクト端子
体が接触する。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、平型パッケージ内に
複数個配置されたIGBTおよびフライホイールダイオ
ードなどの半導体チップのそれぞれに設けられたモリブ
デンで作られたコンタクト端子体と銅で作られた上部の
共通電極板との間に一枚の熱干渉板を挿入することで、
各エミッタコンタクト端子体が共通電極板から個別に応
力を受けることを防ぐ効果がある。すなわち、各エミッ
タコンタクト端子体がヒートサイクルやパワーサイクル
などの熱履歴を受けた場合にも、熱膨張係数の異なる大
きな銅でできた上部共通電極板に引っ張られることがな
い構造にできる。その結果、半導体チップのパワーサイ
クル耐量を熱干渉板のない従来構造に比べて約2倍高め
ることができ、GTOサイリスタ等の平型構造と同等の
パワーサイクル耐量が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の要部構成図で、(a)
は断面図、(b)はコンタクト端子体の配置図
【図2】従来の平型構造のIGBTの要部構成図で、
(a)は断面図、(b)はコンタクト端子体の配置図
【符号の説明】
1 IGBTチップ 2 位置決めガイド 3 エミッタコンタクト端子体 4 上部共通電極板 5 下部共通電極板 6 コレクタ基板 7 絶縁筒体 8 熱干渉板 10 パッケージ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一主面に第一主電極と制御電極、第二主
    面に第二主電極を有する半導体チップを複数個並置して
    平型パッケージに組み込んだ半導体装置であって、両面
    に露出する一対の共通電極板と、該両共通電極板の間に
    絶縁筒体を設けた平型パッケージに対し、一方の共通電
    極板上に各半導体チップの第二主電極を固着し、他方の
    共通電極板と各半導体チップの第一主電極との間に、個
    々に加圧・導電・放熱体を兼ねたコンタクト端子体を設
    けた加圧接触型の半導体装置において、各コンタクト端
    子体と他方の共通電極板との間に一枚の熱干渉板を挿設
    することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】第一主面に第一主電極と制御電極、第二主
    面に第二主電極を有する第一半導体チップと、第一主面
    に第一主電極、第二主面に第二主電極を有する第二半導
    体チップとをそれぞれ複数個並置して平型パッケージに
    組み込んだ半導体装置であって、両面に露出する一対の
    共通電極板と、該両共通電極板の間に絶縁筒体を設けた
    平型パッケージに対し、一方の共通電極板上に各第一お
    よび第二半導体チップの第二主電極を固着し、他方の共
    通電極板と各第一および第二半導体チップの第一主電極
    との間に、個々に加圧・導電・放熱体を兼ねたコンタク
    ト端子体を設けた加圧接触型の半導体装置において、各
    コンタクト端子体と他方の共通電極板との間に一枚の熱
    干渉板を挿設することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】熱干渉板がシリコンに熱膨張係数の近い材
    料であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項4】熱干渉板がモリブデンもしくはタングステ
    ンで形成されることを特徴とする請求項3記載の半導体
    装置。
  5. 【請求項5】半導体チップが絶縁ゲート型バイポーラト
    ランジスタ、MOS制御サイリスタ又はMOSトランジ
    スタであることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  6. 【請求項6】第一半導体チップが絶縁ゲート型バイポー
    ラトランジスタ、MOS制御サイリスタ又はMOSトラ
    ンジスタで、第二主電極がコレクタ電極又はアノード電
    極であり、第二半導体チップがフライホイールダイオー
    ドで第二電極がカソード電極であることを特徴とする請
    求項2記載の半導体装置。
JP8079743A 1996-04-02 1996-04-02 半導体装置 Pending JPH09275186A (ja)

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Cited By (3)

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