JPH09321216A - 電力用半導体装置 - Google Patents
電力用半導体装置Info
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- JPH09321216A JPH09321216A JP13154496A JP13154496A JPH09321216A JP H09321216 A JPH09321216 A JP H09321216A JP 13154496 A JP13154496 A JP 13154496A JP 13154496 A JP13154496 A JP 13154496A JP H09321216 A JPH09321216 A JP H09321216A
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/30107—Inductance
Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明は、小型化して構成できると共に不要
なインダクタンスの低減できる、大電力の高速スイッチ
ング動作が行える電力用半導体装置を提供することを課
題とする。 【解決手段】金属放熱板11の上に実装基板とされる絶縁
性基板12を設定する。この絶縁性基板12の表面にはベー
ス金属層131 、導出端子金属層132 が形成され、ベース
金属層131 上に半導体チップ14が搭載され、その電極を
金属細線15を介して導出端子金属層132 に接続する。そ
して、このベース金属層131 および導出端子金属層132
のにそれぞれ表面に、ナット161 、162 がはんだ付け固
定され、ナット161 、162 を含みケース樹脂17で封止さ
れる。そして、ナット161 、162 にナット軸を締め付け
取り付けることにより、外部導出配線が接続されるもの
で、この導出配線部を小型化し、インダクタンスを小さ
く設定できるようになる。
なインダクタンスの低減できる、大電力の高速スイッチ
ング動作が行える電力用半導体装置を提供することを課
題とする。 【解決手段】金属放熱板11の上に実装基板とされる絶縁
性基板12を設定する。この絶縁性基板12の表面にはベー
ス金属層131 、導出端子金属層132 が形成され、ベース
金属層131 上に半導体チップ14が搭載され、その電極を
金属細線15を介して導出端子金属層132 に接続する。そ
して、このベース金属層131 および導出端子金属層132
のにそれぞれ表面に、ナット161 、162 がはんだ付け固
定され、ナット161 、162 を含みケース樹脂17で封止さ
れる。そして、ナット161 、162 にナット軸を締め付け
取り付けることにより、外部導出配線が接続されるもの
で、この導出配線部を小型化し、インダクタンスを小さ
く設定できるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力制御用の半
導体チップが内蔵され、特に大電力の高速スイッチング
用に適する電力用半導体装置に関する。
導体チップが内蔵され、特に大電力の高速スイッチング
用に適する電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】大電力の高速スイッチング用の半導体装
置として、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
（ＩＧＢＴ）が存在するもので、例えば図６で示すよう
に構成される。その（Ａ）図はこのＩＧＢＴの断面構成
を示すもので、熱伝導性の良好な金属材料によって構成
された放熱板51を備え、この放熱板51の表面に熱伝導性
が良好な状態で設定されるように、アルミナ、窒化アル
ミニウム、窒化けい素等によって構成された実装用の絶
縁基板52が積層設定される。そして、この絶縁基板52の
表面に、ベース導体531 や導出端子導体532 等を形成す
る回路パターンに対応した例えば銅によって構成された
導電層53が形成される。
置として、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
（ＩＧＢＴ）が存在するもので、例えば図６で示すよう
に構成される。その（Ａ）図はこのＩＧＢＴの断面構成
を示すもので、熱伝導性の良好な金属材料によって構成
された放熱板51を備え、この放熱板51の表面に熱伝導性
が良好な状態で設定されるように、アルミナ、窒化アル
ミニウム、窒化けい素等によって構成された実装用の絶
縁基板52が積層設定される。そして、この絶縁基板52の
表面に、ベース導体531 や導出端子導体532 等を形成す
る回路パターンに対応した例えば銅によって構成された
導電層53が形成される。
【０００３】この導電層53のベース導体531 の上には、
例えば大電力の高速スイッチングを行う電力用半導体チ
ップ54が搭載されるもので、この半導体チップ54と導出
端子導体532 との間は、超音波ボンディングによって接
合されるようにした金属細線55により接続される。具体
的には、半導体チップ54のベースに対応する制御電極
が、金属細線55を介して導出端子電極532 に接続される
もので、半導体チップ54のコレクタはその裏面部に露出
形成され、ベース導体531 に接続されている。
例えば大電力の高速スイッチングを行う電力用半導体チ
ップ54が搭載されるもので、この半導体チップ54と導出
端子導体532 との間は、超音波ボンディングによって接
合されるようにした金属細線55により接続される。具体
的には、半導体チップ54のベースに対応する制御電極
が、金属細線55を介して導出端子電極532 に接続される
もので、半導体チップ54のコレクタはその裏面部に露出
形成され、ベース導体531 に接続されている。
【０００４】導電層53を構成するベース導体531 および
導出端子導体532 のそれぞれ表面には、電極端子配線56
1 および562 の一端が取り付け接続されているもので、
この電極端子配線561 および562 のそれぞれ他端は、合
成樹脂により構成したモールドケース樹脂57の外部に導
出される。このケース樹脂57の外部表面部には、ナット
581 および582 がそれぞれ埋込設定され、このナット58
1 および582 に対して電極端子配線561 および562 のそ
れぞれ他端が接続されている。
導出端子導体532 のそれぞれ表面には、電極端子配線56
1 および562 の一端が取り付け接続されているもので、
この電極端子配線561 および562 のそれぞれ他端は、合
成樹脂により構成したモールドケース樹脂57の外部に導
出される。このケース樹脂57の外部表面部には、ナット
581 および582 がそれぞれ埋込設定され、このナット58
1 および582 に対して電極端子配線561 および562 のそ
れぞれ他端が接続されている。
【０００５】この場合、この電極端子配線561 および56
2 の他端部は、共にケース樹脂57に埋込固定されている
もので、その途中には熱応力を緩和するために、例えば
横方向に突出するように折曲したクッション部591 およ
び592 が形成されている。
2 の他端部は、共にケース樹脂57に埋込固定されている
もので、その途中には熱応力を緩和するために、例えば
横方向に突出するように折曲したクッション部591 およ
び592 が形成されている。
【０００６】同図の（Ｂ）は、この様に構成される電力
用半導体装置の平面構成を示したもので、ナット581 お
よび582 に対してそれぞれナット軸60締め付け固定され
て部配線61が接続連結され、半導体チップ54の各電極が
外部に導出され、回路装置に対して接続される。
用半導体装置の平面構成を示したもので、ナット581 お
よび582 に対してそれぞれナット軸60締め付け固定され
て部配線61が接続連結され、半導体チップ54の各電極が
外部に導出され、回路装置に対して接続される。
【０００７】この様に従来の電極用半導体装置にあって
は、電極用半導体チップ54の各電極が電極端子配線によ
って外部に導出しているため、例えば半導体チップ54の
使用時における発熱に伴う熱膨脹により応力が発生す
る。そして、この熱応力を緩和するために電極端子配線
に対してクッション部が設けられている。そして、はん
だの脆弱化と絶縁基板52をストレスから保護しなければ
ならず、結果として半導体装置のケース樹脂57の高さ
が、このクッション部の分だけ大きくなる。また、この
クッション部を含む電極端子配線部のインダクタンスが
大きくなって、この半導体装置を用いたシステムに影響
を与える。
は、電極用半導体チップ54の各電極が電極端子配線によ
って外部に導出しているため、例えば半導体チップ54の
使用時における発熱に伴う熱膨脹により応力が発生す
る。そして、この熱応力を緩和するために電極端子配線
に対してクッション部が設けられている。そして、はん
だの脆弱化と絶縁基板52をストレスから保護しなければ
ならず、結果として半導体装置のケース樹脂57の高さ
が、このクッション部の分だけ大きくなる。また、この
クッション部を含む電極端子配線部のインダクタンスが
大きくなって、この半導体装置を用いたシステムに影響
を与える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に電極端子導体に対して
特別に熱応力を緩和するためのクッション構造を付ける
ことなく、ケース樹脂の大きさを確実に小型化できるよ
うにした電力用半導体装置を提供しようとするものであ
る。
な点に鑑みなされたもので、特に電極端子導体に対して
特別に熱応力を緩和するためのクッション構造を付ける
ことなく、ケース樹脂の大きさを確実に小型化できるよ
うにした電力用半導体装置を提供しようとするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力用半
導体層と装置は、金属製放熱板に搭載するように設定さ
れた実装用の絶縁性基板上に所定の回路パターンの形成
された金属配線層を形成し、この回路パターンの上に電
力用半導体チップを搭載すると共に、この半導体チップ
の電極部と回路パターンの導出端子電極部とを金属細線
で接続し、回路パターンの少なくとも半導体素子の搭載
される部分および電極取り出し部に直接的にナットを取
り付ける。これら回路パターンおよび金属細線部を含む
半導体チップ部が合成樹脂によって封止され、この封止
樹脂の面に露出して前記ナットが埋込設定されて、この
ナットにナット軸を締め付けて外部配線が接続されるよ
うにした。
導体層と装置は、金属製放熱板に搭載するように設定さ
れた実装用の絶縁性基板上に所定の回路パターンの形成
された金属配線層を形成し、この回路パターンの上に電
力用半導体チップを搭載すると共に、この半導体チップ
の電極部と回路パターンの導出端子電極部とを金属細線
で接続し、回路パターンの少なくとも半導体素子の搭載
される部分および電極取り出し部に直接的にナットを取
り付ける。これら回路パターンおよび金属細線部を含む
半導体チップ部が合成樹脂によって封止され、この封止
樹脂の面に露出して前記ナットが埋込設定されて、この
ナットにナット軸を締め付けて外部配線が接続されるよ
うにした。
【００１０】すなわち、この様に構成される電力用半導
体装置にあっては、電極配線によらず、ナットによって
直接的に電極を導出するようにしているものであるた
め、半導体装置の小型化と共にインダクタンスが確実に
低減できる。
体装置にあっては、電極配線によらず、ナットによって
直接的に電極を導出するようにしているものであるた
め、半導体装置の小型化と共にインダクタンスが確実に
低減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は断面構
成を示したもので、金属製放熱板11の上にアルミナ、窒
化アルミニウム、窒化けい素等により構成された実装基
板とされる絶縁性基板12が積層され、放熱板12と熱伝導
性が保たれるように接合されている。この絶縁性基板12
の両面には、銅等の導電性金属の層が形成され、この金
属層のパターンによって回路網が構成されるようにして
いるもので、絶縁性基板12の表面側にはこの導電性金属
層による回路パターンによって、ベース金属層131 さら
に導出端子金属層132 等が形成される。
一実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は断面構
成を示したもので、金属製放熱板11の上にアルミナ、窒
化アルミニウム、窒化けい素等により構成された実装基
板とされる絶縁性基板12が積層され、放熱板12と熱伝導
性が保たれるように接合されている。この絶縁性基板12
の両面には、銅等の導電性金属の層が形成され、この金
属層のパターンによって回路網が構成されるようにして
いるもので、絶縁性基板12の表面側にはこの導電性金属
層による回路パターンによって、ベース金属層131 さら
に導出端子金属層132 等が形成される。
【００１２】ベース金属層131 の表面には、電力制御用
の半導体チップ14が載置固定されるもので、この半導体
チップ14の裏面にはコレクタ電極が形成されて、ベース
導電層131 に電気的にも接続されており、このベース導
電層131 はコレクタ電極導出端子として機能される。ま
た、半導体チップ14の表面部には、詳細は図示していな
いがエミッタ電極およびベース電極とされる制御電極が
形成されており、これら電極と導出端子電極層132 との
間は、超音波ボンディング等によって金属細線15により
接続されている。ここで、図では導出端子電極層132 は
１個のみを示しているが、これは例えば半導体チップ14
に形成されるエミッタ電極および制御電極それぞれに対
応して形成され、それぞれ金属細線によって対応接続さ
れる。
の半導体チップ14が載置固定されるもので、この半導体
チップ14の裏面にはコレクタ電極が形成されて、ベース
導電層131 に電気的にも接続されており、このベース導
電層131 はコレクタ電極導出端子として機能される。ま
た、半導体チップ14の表面部には、詳細は図示していな
いがエミッタ電極およびベース電極とされる制御電極が
形成されており、これら電極と導出端子電極層132 との
間は、超音波ボンディング等によって金属細線15により
接続されている。ここで、図では導出端子電極層132 は
１個のみを示しているが、これは例えば半導体チップ14
に形成されるエミッタ電極および制御電極それぞれに対
応して形成され、それぞれ金属細線によって対応接続さ
れる。
【００１３】この様に半導体チップ14の電極に電気的に
接続されるベース導電層131 さらに導出端子電極層132
には、それぞれはんだ付けによってナット161 、162 が
取り付け固定されるもので、このナット161 、162 が外
部導出端子として機能されるようにしている。そして、
金属放熱板11の表面部には、半導体チップ14部を含むよ
うに樹脂封止されるようにケース樹脂17が形成され、ナ
ット161 、162 はこのケース樹脂17の表面部に表面露出
されるようにして埋込固定される。
接続されるベース導電層131 さらに導出端子電極層132
には、それぞれはんだ付けによってナット161 、162 が
取り付け固定されるもので、このナット161 、162 が外
部導出端子として機能されるようにしている。そして、
金属放熱板11の表面部には、半導体チップ14部を含むよ
うに樹脂封止されるようにケース樹脂17が形成され、ナ
ット161 、162 はこのケース樹脂17の表面部に表面露出
されるようにして埋込固定される。
【００１４】図２の（Ａ）はケース樹脂17の表面部を示
すもので、例えば半導体チップ14のコレクタ電極、エミ
ッタ電極、制御電極にそれぞれ対応してナットが埋込設
定されるもので、これらのナットそれぞれに対応してナ
ット軸201 、202 、203 が締め付け取り付けられる。こ
のナット軸201 〜203 は、コレクタ、エミッタ、制御の
各電極の外部導出配線211 〜213 が締め付け連結され、
適宜外部回路に接続されるようにする。
すもので、例えば半導体チップ14のコレクタ電極、エミ
ッタ電極、制御電極にそれぞれ対応してナットが埋込設
定されるもので、これらのナットそれぞれに対応してナ
ット軸201 、202 、203 が締め付け取り付けられる。こ
のナット軸201 〜203 は、コレクタ、エミッタ、制御の
各電極の外部導出配線211 〜213 が締め付け連結され、
適宜外部回路に接続されるようにする。
【００１５】図２の（Ｂ）は１つのナット16部分の断面
構造を取り出して示すもので、このナット16はケース樹
脂17に埋込固定されている。そして、このナット16にナ
ット軸20が螺合されるもので、このナット軸20とナット
16との間にワッシャ22を介して外部導出配線21が挟ま
れ、ナット軸16の締め付けで外部導出配線21が接続固定
される。
構造を取り出して示すもので、このナット16はケース樹
脂17に埋込固定されている。そして、このナット16にナ
ット軸20が螺合されるもので、このナット軸20とナット
16との間にワッシャ22を介して外部導出配線21が挟ま
れ、ナット軸16の締め付けで外部導出配線21が接続固定
される。
【００１６】この様に構成される半導体装置にあって
は、半導体チップ14の搭載される絶縁基板12の導電パタ
ーンであるベース金属層131 さらに導出端子電極層132
に対してナット161 、162 が直接的に取り付けられ、電
力取り出し端子とされる。この場合、熱応力はナット16
1 、162 を固定するはんだ付け部で効果的に吸収される
ものであり、電力配線部にクッション構造を必要とせ
ず、したがってこのクッション構造によるインダクタン
スを削減できて、このインダクタンスによるロスをなく
することができる。
は、半導体チップ14の搭載される絶縁基板12の導電パタ
ーンであるベース金属層131 さらに導出端子電極層132
に対してナット161 、162 が直接的に取り付けられ、電
力取り出し端子とされる。この場合、熱応力はナット16
1 、162 を固定するはんだ付け部で効果的に吸収される
ものであり、電力配線部にクッション構造を必要とせ
ず、したがってこのクッション構造によるインダクタン
スを削減できて、このインダクタンスによるロスをなく
することができる。
【００１７】図３は第２の実施例を示すもので、ナット
161 、162 をはんだ付けによって絶縁基板12の配線パタ
ーンに取り付けるに際して、ナット161 、162 それぞれ
とベース導電層131 、導出端子金属層132 とのそれぞれ
の間に、ニッケル（Ｎｉ）片231 、232 を挿入する。そ
して、ナット161 、162 の表面部の高さが揃えられるよ
うにする。
161 、162 をはんだ付けによって絶縁基板12の配線パタ
ーンに取り付けるに際して、ナット161 、162 それぞれ
とベース導電層131 、導出端子金属層132 とのそれぞれ
の間に、ニッケル（Ｎｉ）片231 、232 を挿入する。そ
して、ナット161 、162 の表面部の高さが揃えられるよ
うにする。
【００１８】また、図４で示す第３の実施例にあって
は、ベース金属層131 および導出端子金属層132 のナッ
ト161 、162 のそれぞれはんだ付けされる部分に、絶縁
基板面12の表面とに間に空間241 、242 を形成して浮か
せるように構成する。そして、ナット161 、162 の取り
付け位置を上昇させて、その表面が同一平面状に設定さ
れるようにしている。
は、ベース金属層131 および導出端子金属層132 のナッ
ト161 、162 のそれぞれはんだ付けされる部分に、絶縁
基板面12の表面とに間に空間241 、242 を形成して浮か
せるように構成する。そして、ナット161 、162 の取り
付け位置を上昇させて、その表面が同一平面状に設定さ
れるようにしている。
【００１９】さらに図５で示す第４の実施例にあって
は、実装基板を絶縁樹脂基板121 によって構成し、この
樹脂基板121 の両面に銅パターンによる導電層を形成す
るもので、この樹脂基板121 の表面側には、ベース導体
層131 や導出端子金属層132 が形成される。そして、こ
のベース導電層131 さらに導出端子導電層132 のま上に
ナット241 、242 がはんだ付けによって取り付けられる
もので、ここで使用されるナット241 、242 はその形状
が工夫されて、その厚さが長く設定される。この場合、
このナット241 、242 の側面とベース導電層131 、導出
端子金属層132 との間にはんだ26が設け、ナット241 、
242 それぞれとベース導電層131 、導出端子金属層132
のそれぞれとがはんだで結合され、ナット241 、242 が
側面から支えられるようにする。
は、実装基板を絶縁樹脂基板121 によって構成し、この
樹脂基板121 の両面に銅パターンによる導電層を形成す
るもので、この樹脂基板121 の表面側には、ベース導体
層131 や導出端子金属層132 が形成される。そして、こ
のベース導電層131 さらに導出端子導電層132 のま上に
ナット241 、242 がはんだ付けによって取り付けられる
もので、ここで使用されるナット241 、242 はその形状
が工夫されて、その厚さが長く設定される。この場合、
このナット241 、242 の側面とベース導電層131 、導出
端子金属層132 との間にはんだ26が設け、ナット241 、
242 それぞれとベース導電層131 、導出端子金属層132
のそれぞれとがはんだで結合され、ナット241 、242 が
側面から支えられるようにする。
【００２０】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る電力用半導
体装置によれば、樹脂封止した状態でも不要なクッショ
ン構造を取る必要がないものであるため、充分に小型化
して構成できるものであり、クッション構造によるイン
ダクタンスによるロスを確実に削減でき、低廉化して構
成できる。また、大電流の高速スイッチング動作に際し
て、インダクタンスが確実に削減されているものである
ため、半導体チップに作用するサージ電圧が小さくな
り、サージ電圧に対しての信頼性の高い半導体装置とす
ることができる。
体装置によれば、樹脂封止した状態でも不要なクッショ
ン構造を取る必要がないものであるため、充分に小型化
して構成できるものであり、クッション構造によるイン
ダクタンスによるロスを確実に削減でき、低廉化して構
成できる。また、大電流の高速スイッチング動作に際し
て、インダクタンスが確実に削減されているものである
ため、半導体チップに作用するサージ電圧が小さくな
り、サージ電圧に対しての信頼性の高い半導体装置とす
ることができる。
【図１】この発明の一実施の形態に係る電力用半導体装
置を説明する断面構成図。
置を説明する断面構成図。
【図２】（Ａ）は上記半導体装置に外部導出配線を接続
する構成を説明する平面図、（Ｂ）はその１つを取り出
して示す断面図。
する構成を説明する平面図、（Ｂ）はその１つを取り出
して示す断面図。
【図３】この発明の第２の実施例を説明する断面構成
図。
図。
【図４】この発明の第３の実施例を説明する断面構成
図。
図。
【図５】この発明の第４の実施例を説明する断面構成
図。
図。
【図６】従来の電力用半導体装置を説明するもので、
（Ａ）は断面構成図、（Ｂ）は平面図。
（Ａ）は断面構成図、（Ｂ）は平面図。
11…金属放熱板、12…絶縁性基板、131 …ベース金属
層、132 …導出端子金属層、14…半導体チップ、15…金
属細線、16、161 、162 、251 、252 …ナット、17…ケ
ース樹脂、201 〜203 …ナット軸、21、211 〜213 …外
部導出配線、22…ワッシャ231 〜232 …ニッケル片。
層、132 …導出端子金属層、14…半導体チップ、15…金
属細線、16、161 、162 、251 、252 …ナット、17…ケ
ース樹脂、201 〜203 …ナット軸、21、211 〜213 …外
部導出配線、22…ワッシャ231 〜232 …ニッケル片。
Claims (5)
- 【請求項１】 金属製放熱板に搭載するように設定され
た実装用の絶縁性基板と、 この絶縁性基板上に形成された所定の回路パターンの形
成された金属配線層と、 この金属配線層による前記回路パターンの上に搭載され
た電力用半導体チップと、 この半導体チップの所定の電極部と前記回路パターンの
導出端子電極部との間を接続する金属細線と、 前記回路パターンの少なくとも前記半導体素子の搭載さ
れる部分および前記導出端子電極部の金属配線層による
電極取り出し部に直接的に取り付け設定されたナットと
を具備し、 前記回路パターンおよび金属細線部を含む半導体チップ
部が合成樹脂によって封止され、この封止樹脂の面に露
出して前記ナットが埋込設定されて、このナットにナッ
ト軸を締め付けて外部配線が接続されるようにしたこと
を特徴とする電力用半導体装置。 - 【請求項２】 前記ナットは前記回路パターンの電極取
り出し部にはんだ付け固定されるようにした請求項１記
載の電力用半導体装置。 - 【請求項３】 前記ナットは前記回路パターンの電極取
り出し部にはんだ付け固定され、前記電極取り出し部は
前記絶縁性基板面から浮かせて設定して、前記ナットの
表面部が平面に設定されるようにした請求項１記載の電
力用半導体装置。 - 【請求項４】 前記ナットと回路パターンによる電極取
り出し部との間にニッケル片を挟んではんだ付け固定さ
れ、前記ナットの表面部が平面に設定されるようにした
請求項１記載の電力用半導体装置。 - 【請求項５】 前記ナットは縦長に構成され、その底部
の外周がはんだによって支えられて保持されるようにし
た請求項１記載の電力用半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13154496A JPH09321216A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 電力用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13154496A JPH09321216A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 電力用半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321216A true JPH09321216A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15060568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13154496A Pending JPH09321216A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 電力用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09321216A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-05-27 JP JP13154496A patent/JPH09321216A/ja active Pending
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