JPH1056131A

JPH1056131A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH1056131A
Application number: JP21232596A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Kimura; 友則木村; Norihito Tokura; 規仁戸倉; Fumio Obara; 文雄小原; Masato Mizukoshi; 正人水越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JP3879150B2

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱性を向上させると共に、小形化を実現
し、また、応力に弱い構成の半導体チップであっても、
この半導体チップの２つの主面から速やかに放熱させる
ようにする。【解決手段】本発明の半導体装置は、一方の主面にコ
レクタ電極を有すると共に他方の主面にエミッタ電極及
びゲート電極を有する６個のＩＧＢＴチップ４を備え、
これらＩＧＢＴチップ４を挟むように設けられ各挟む側
の面にＩＧＢＴチップ４の電極に接合するための電極パ
ターン１３、１４、１９が配設された２枚の高熱伝導性
絶縁基板２、３を備え、そして、ＩＧＢＴチップ４の電
極と高熱伝導性絶縁基板２、３の電極パターン１３、１
４、１９とをろう付けにより接合して構成したものであ
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、例えばパワーＭＯ
ＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体チップを１個或いは複数
個パッケージ内に収容して構成された半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導
体チップは、大電流を制御する素子であるため、自己発
熱が大きい。このため、上記半導体チップをパッケージ
内に収容する場合には、冷却性（放熱性）を十分良くす
るように構成している。例えば、複数個のＩＧＢＴチッ
プをパッケージ内に収容して構成されたＩＧＢＴモジュ
ールの場合、高熱伝導性セラミック製の絶縁基板を備
え、この絶縁基板上に上記複数個のＩＧＢＴチップを載
せると共に、各ＩＧＢＴチップの下面（下側の主面）に
設けられた主電極を絶縁基板上に設けられた銅厚膜に半
田付けにより接続している。

【０００３】そして、各ＩＧＢＴチップの上面（上側の
主面）に設けられた主電極及び制御電極を絶縁基板上に
設けられた銅厚膜にワイヤボンディングにより接続して
いる。更に、上記絶縁基板を銅製の放熱板に半田付けし
ている。これにより、各ＩＢＧＴチップから発生する熱
は、絶縁基板を介して放熱板に伝わり、放熱される構成
となっている。尚、このようなＩＢＧＴモジュールは、
数十〜数百Ａクラスのインバータ装置のインバータ主回
路に使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成のＩＢＧ
Ｔモジュールの場合、各ＩＢＧＴチップから発生する熱
は、各ＩＢＧＴチップの下面側に設けられた絶縁基板か
ら放熱される構造、即ち、主として各ＩＢＧＴチップの
下面側から放熱される構造である。この構造では、各Ｉ
ＢＧＴチップの一方の面から放熱させるだけであるか
ら、放熱性を高めようとしても限界があり、ＩＧＢＴモ
ジュール全体の構成を小形化することも困難であった。

【０００５】これに対して、半導体チップの上下両面
（２つの主面）から放熱させるように構成すると、放熱
性を大幅に高くすることができる。この構成の一例とし
て、サイリスタのパッケージがある。このパッケージ
は、電極と放熱を兼ねた２個の電極ブロックによりサイ
リスタチップを挟んだ構造となっている。この構成で
は、サイリスタチップから発生する熱は、その上下両面
から電極ブロックへ伝わって放熱される。そして、上記
サイリスタの場合、サイリスタチップの電極と電極ブロ
ックとの電気的接続をとるために、電極ブロックにより
サイリスタチップを挟んでかなり大きな力で加圧してい
る。

【０００６】しかし、ＩＧＢＴチップのようにＭＯＳゲ
ート構造を持つ半導体チップは、応力に弱いという特性
がある。このため、上記半導体チップを電極ブロックに
より加圧するという構造を採用することができない。そ
こで、半導体チップを２枚の高熱伝導性の絶縁基板で加
圧することなく挟むように構成したものとして、例えば
特開昭５９−３１０４２号に開示された構成がある。こ
の特開昭５９−３１０４２号の場合、半導体チップの下
面側については、絶縁基板上に設けられた電極に固着し
ているので、半導体チップから発生する熱はスムーズに
放熱される。

【０００７】しかし、半導体チップの上面側について
は、該上面側の電極と絶縁基板上に設けられた電極と
を、ボンディングパッドと金属バンプにより接続してい
るので、接続部分の面積が小さくなる。このため、電気
抵抗が大きくなって大電流を流すのに不利であると共
に、半導体チップから発生する熱が絶縁基板に伝わり難
くなり、放熱性が低下するという不具合もあった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、放熱性を向上で
きると共に、小形化を実現することができ、また、応力
に弱い構成の半導体チップであっても、この半導体チッ
プの２つの主面から速やかに放熱することができる半導
体装置を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、２枚の高熱伝導性絶縁基板で半導体チップを挟むと
共に、半導体チップの電極と高熱伝導性絶縁基板の電極
パターンとをろう付けにより接合する構成としたので、
半導体チップで発生する熱が半導体チップの２つの主面
から２枚の高熱伝導性絶縁基板へスムーズに伝達される
ようになり、速やかに放熱される。これにより、半導体
装置の構成を小形化することができる。また、半導体チ
ップの電極と高熱伝導性絶縁基板の電極パターンとをろ
う付けにより接合したので、半導体チップを加圧しなく
ても済み、しかも、接合（接続）部分の面積が大きくな
り、電気抵抗及び熱抵抗を低減できる。

【００１０】請求項２の発明によれば、２枚の高熱伝導
性絶縁基板間に、２つの主面の向きが表裏反対となるよ
うな半導体チップが混在するように挟む構成としたの
で、複数個の半導体チップを２枚の高熱伝導性絶縁基板
間に挟む場合に、高熱伝導性絶縁基板の各対向する面に
配設する電極パターンの形状を比較的簡単な形状にする
ことができる。

【００１１】請求項３の発明によれば、高熱伝導性絶縁
基板の電極パターンに、外部配線接続用の端子を高熱伝
導性絶縁基板の板面に平行となると共に外側へ延びるよ
うに設けた。これにより、通常、別体の外部配線接続用
の端子を設け、この端子と電極パターンとを接続する作
業をなくすことができるので、信頼性を高くすることが
できる。また、外部配線接続用の端子が高熱伝導性絶縁
基板の板面と平行方向に延びているので、高熱伝導性絶
縁基板に取り付ける冷却器と上記端子に接続する配線と
が干渉することを極力避けることが可能となる。

【００１２】請求項４の発明によれば、外部配線接続用
の端子のうちの半導体チップの主電極に接続された主電
極用端子を同じ方向に延びるように設けると共に、外部
配線接続用の端子のうちの半導体チップの制御電極に接
続された制御電極用端子を上記主電極用端子と反対方向
に延びるように設けた。この構成の場合、制御用の配線
と電力用の配線とを離すことが容易になり、ノイズに強
い構成となると共に、冷却用空気の流路を配線と干渉し
ないように確保することが容易になる。また、半導体装
置の内部インダクタンスを低減する効果もある。

【００１３】請求項５の発明においては、高熱伝導性絶
縁基板を窒化アルミニウムから構成した。この構成によ
れば、窒化アルミニウムの熱膨張率は半導体チップを構
成するシリコンに近いものであるから、半導体チップと
電極パターンとの間に作用する熱応力を低減することが
できる。

【００１４】請求項６の発明によれば、高熱伝導性絶縁
基板を高熱伝導性部材と絶縁性部材とを組み合わせて構
成したので、高熱伝導性部材及び絶縁性部材として安価
で優れたものを使用することが可能となり、高熱伝導性
絶縁基板の製造コストを安くすることができる。この場
合、請求項７の発明のように、銅、炭化けい素セラミク
ス、炭化けい素に金属を含浸させたもの、炭化けい素を
添加した金属を鋳造成形したもののいずれかを用いて形
成された複合材から高熱伝導性部材を構成すると、放熱
部材として優れたものである。

【００１５】請求項８の発明によれば、高熱伝導性絶縁
基板の少なくとも一方における半導体チップを挟む側の
面に凸部を設け、この凸部の先端部を他方の高熱伝導性
絶縁基板に接合する構成としたので、上記凸部を２枚の
高熱伝導性絶縁基板の間隔を保持するスペーサとするこ
とができ、スペーサを別途設けなくても良い。更に、請
求項９の発明のように、他方の高熱伝導性絶縁基板にお
ける半導体チップを挟む側の面に上記凸部が嵌合する凹
部を設け、凸部を凹部に接合すると、２枚の高熱伝導性
絶縁基板を位置決めすることができる。

【００１６】請求項１０の発明においては、半導体チッ
プの一方の主面の主電極と、高熱伝導性絶縁基板の電極
パターンとをろう付けするろう材は、半導体チップ動作
温度で軟化または液化する低融点導電材料により構成し
た。この構成によれば、半導体チップの動作時にろう材
が軟化または液化するため、接合部分に疲労が蓄積する
ことがなくなると共に、接合部分に熱応力が加わること
もなくなる。これにより、熱サイクルに対して強い構成
の半導体装置を実現することができる。尚、この構成の
場合、２枚の高熱伝導性絶縁基板はその少なくとも一方
に設けられた凸部により互いに接合されているので、半
導体チップの一方の主電極と高熱伝導性絶縁基板の電極
パターンとをろう付けするろう材が軟化または液化して
も、半導体装置全体の強度（２枚の高熱伝導性絶縁基板
の接合強度）が低下することもない。また、上記構成の
場合、低融点導電材料として、インジウム、ガリウム或
いは低温半田を使用すると（請求項１１）、半導体チッ
プの動作時にろう材が軟化または液化する構成を容易に
実現できる。

【００１７】請求項１２の発明においては、半導体チッ
プのうちの制御電極が設けられた側の主面の主電極と、
高熱伝導性絶縁基板の電極パターンとを、主電極上に密
集して設けられた金属バンプにより接合する構成とし
た。この構成によれば、ろう材（接合材）がはみ出すお
それがないから、半導体チップが比較的小さいものの場
合に適している。この構成の場合、金属バンプを密集し
て設けているので、電流容量が大きくなると共に、熱抵
抗も小さくなり、１個ないし数個の金属バンプにより接
合する構成に生ずる問題を解消することができる。尚、
金属バンプを金或いは半田から構成すると（請求項１
３）、金属バンプを密集して設けることを容易に実現す
ることができる。

【００１８】請求項１４の発明によれば、高熱伝導性絶
縁基板の電極パターンのうちの半導体チップの電極との
接合部の高さを、非接合部よりも高くすると共に、上記
接合部の大きさを半導体チップの電極と同じか或いは小
さくしたので、半田付け時に半田の回り込みを防止でき
ると共に、半導体チップのガードリングを避けて接合す
ることができる。

【００１９】請求項１５の発明によれば、一方の高熱伝
導性絶縁基板の電極パターンのうちの半導体チップの電
極と接合されない部分に凸部を設け、この凸部を他方の
高熱伝導性絶縁基板の電極パターンに接合するように構
成したので、複雑な回路（例えば３相のインバータ主回
路）を簡単な形状の電極パターンで構成することが可能
となる。また、請求項１６の発明のように、２枚の高熱
伝導性絶縁基板の間に絶縁性樹脂を充填するように構成
すると、２枚の高熱伝導性絶縁基板の間を容易に封止す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をＩＧＢＴモジュー
ルに適用した第１の実施例について図１ないし図１２を
参照しながら説明する。図１及び図２は第１の実施例の
ＩＧＢＴモジュール１の概略全体構成を示す図である。
図１及び図２に示すように、ＩＧＢＴモジュール１は、
２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３の間に例えば６個のＩ
ＧＢＴチップ４及び例えば６個のフリーホイールダイオ
ードチップ５（以下、ＦＷＤチップ５と称する）を挟ん
で構成されている（図１には各３個のみ示す）。この場
合、ＩＧＢＴチップ４及びＦＷＤチップ５が半導体チッ
プを構成している。ここで、ＩＧＢＴモジュール１の具
体的構成については詳しくは後述し、まず、ＩＧＢＴチ
ップ４とＦＷＤチップ５とについて説明する。

【００２１】ＩＧＢＴチップ４は、図９及び図１０に示
すように、全体として矩形（ほぼ正方形）板状に形成さ
れており、その上面４ａ及び下面４ｂを２つの主面とし
ている。上記ＩＧＢＴチップ４の下面４ｂ（一方の主
面）には、その全面にコレクタ電極６が形成されてい
る。そして、ＩＧＢＴチップ４の上面４ａ（他方の主
面）には、その周縁部にほぼ矩形環状のガードリング７
が形成され、中央部に小さい矩形状のゲート電極８が形
成され、ガードリング７とゲート電極８との間の領域に
エミッタ電極９が形成されている。この場合、コレクタ
電極６及びエミッタ電極９が主電極を構成し、ゲート電
極８が制御電極を構成している。

【００２２】また、ＦＷＤチップ５は、全体として矩形
（ほぼ長方形）板状に形成されている。上記ＦＷＤチッ
プ５の下面５ｂには、その全面に裏面側電極１０が形成
されている。そして、ＦＷＤチップ５の上面５ａには、
その周縁部にほぼ矩形環状のガードリング１１形成さ
れ、ガードリング１１の内側に表面側電極１２が形成さ
れている。

【００２３】さて、ＩＧＢＴモジュール１の具体的構成
について図１ないし図８を参照して説明する。まず、２
枚の高熱伝導性絶縁基板２、３は、それぞれ例えば窒化
アルミニウム製の基板から構成されている。上記２枚の
高熱伝導性絶縁基板２、３のうちの上側の高熱伝導性絶
縁基板２の下面（半導体チップを挟む側の面）には、図
３（ａ）及び図７に示すように、電極パターン１３、１
４、１５が配設されている。これら電極パターン１３、
１４、１５は、銅やアルミニウム等の板材（例えば厚み
寸法が０．５ｍｍ程度の板材）から構成されており、高
熱伝導性絶縁基板２の下面に例えば融着により直接取り
付けられている。この場合、融着に代えて、ろう付け
（例えば半田付け）により取り付けるように構成しても
良い。

【００２４】ここで、電極パターン１３、１４、１５の
各形状について説明する。まず、電極パターン１３は、
図７に示すように、ほぼ長方形状の基板部１３ａと、こ
の基板部１３ａの図７中左端部に左方へ向けて突設され
て高熱伝導性絶縁基板２からはみ出した外部配線接続用
端子１３ｂと、基板部１３ａの図７中右端部に右方へ向
けて突設されて高熱伝導性絶縁基板２からはみ出した外
部配線接続用端子１３ｃとから構成されている。上記基
板部１３ａには、ほぼ正方形状をなす３個の接合部１３
ｄが下方へ向けて突設されていると共に、ほぼ長方形状
をなす３個の接合部１３ｅが下方へ向けて突設され、更
に、細長い３個の切欠部１３ｆが３個の接合部１３ｄの
各中央部まで達するように形成されている。

【００２５】この場合、３個の接合部１３ｄの大きさは
ＩＧＢＴチップ４のエミッタ電極９とほぼ等しいかまた
は若干小さく設定されていると共に、各接合部１３ｄの
突出高さ寸法は例えば０．５ｍｍ程度に設定されてい
る。また、３個の接合部１３ｅの大きさはＦＷＤチップ
５の表面側電極１２とほぼ等しいかまたは若干小さく設
定されていると共に、各接合部１３ｅの突出高さ寸法は
例えば０．５ｍｍ程度に設定されている。そして、上記
接合部１３ｄ、１３ｅの各下面には、ろう材（例えば半
田材）１６が印刷またはメッキにより取り付けられてい
る（図３（ａ）参照）。

【００２６】また、電極パターン１５は、図７に示すよ
うに、細長い基板部１５ａと、この基板部１５ａに分岐
されて電極パターン１３の３個の切欠部１３ｆ内に配置
された３個の分岐部１５ｂと、上記基板部１５ａの図７
中右端部に右方へ向けて突設されて高熱伝導性絶縁基板
２からはみ出した外部配線接続用端子１５ｃとから構成
されている。３個の分岐部１５ｂの各先端部には、接合
部１５ｄが下方へ向けて突設されている。この場合、３
個の接合部１５ｄの大きさはＩＧＢＴチップ４のゲート
電極８とほぼ等しいかまたは若干小さく設定されている
と共に、各接合部１５ｄの突出高さ寸法は例えば０．５
ｍｍ程度に設定されている。そして、上記接合部１５ｄ
の各下面には、半田或いは金からなる金属バンプ（図示
しない）が形成されている。

【００２７】一方、電極パターン１４は、図７に示すよ
うに、ほぼ長方形状の基板部１４ａと、この基板部１４
ａの図７中左端部に左方へ向けて突設されて高熱伝導性
絶縁基板２からはみ出した外部配線接続用端子１４ｂ
と、基板部１４ａの図７中右端部に右方へ向けて突設さ
れて高熱伝導性絶縁基板２からはみ出した外部配線接続
用端子１４ｃとから構成されている。上記基板部１４ａ
には、３個のＩＧＢＴチップ４及び３個のＦＷＤチップ
５がろう付け（例えば半田付け）されている。この場
合、図３（ａ）にも示すように、各ＩＧＢＴチップ４の
コレクタ電極６が上記基板部１４ａにろう材（例えば半
田材）１８を介して接合されている。同様にして、各Ｆ
ＷＤチップ５の裏面側電極１０が上記基板部１４ａにろ
う材（例えば半田材）１８を介して接合されている。

【００２８】次に、下側の高熱伝導性絶縁基板３の上面
（半導体チップを挟む側の面）には、図３（ｃ）及び図
６に示すように、電極パターン１９、２０が配設されて
いる。これら電極パターン１９、２０は、銅やアルミニ
ウム等の板材（例えば厚み寸法が０．５ｍｍ程度の板
材）から構成されており、高熱伝導性絶縁基板３の上面
に例えば融着により直接取り付けられている。この場
合、融着に代えて、ろう付け（例えば半田付け）により
取り付けるように構成しても良い。

【００２９】ここで、まず電極パターン１９の形状につ
いて説明する。電極パターン１９は、図６に示すよう
に、ほぼ正方形状の基板部１９ａと、この基板部１９ａ
の図６中右端部に右方へ向けて突設されて高熱伝導性絶
縁基板３からはみ出した外部配線接続用端子１９ｂと、
基板部１９ａの図６中左端部に左方へ向けて突設されて
高熱伝導性絶縁基板３からはみ出した外部配線接続用端
子１９ｃとから構成されている。上記基板部１９ａの図
５中下半部には、ほぼ正方形状をなす３個の接合部１９
ｄが上方へ向けて突設されていると共に、ほぼ長方形状
をなす３個の接合部１９ｅが上方へ向けて突設され、更
に、細長い３個の切欠部１９ｆが３個の接合部１９ｄの
各中央部まで達するように形成されている。

【００３０】この場合、３個の接合部１９ｄの大きさは
ＩＧＢＴチップ４のエミッタ電極９とほぼ等しいかまた
は若干小さく設定されていると共に、各接合部１９ｄの
突出高さ寸法は例えば０．５ｍｍ程度に設定されてい
る。また、３個の接合部１９ｅの大きさはＦＷＤチップ
５の表面側電極１２とほぼ等しいかまたは若干小さく設
定されていると共に、各接合部１９ｅの突出高さ寸法は
例えば０．５ｍｍ程度に設定されている。そして、上記
接合部１９ｄ、１９ｅの各上面には、ろう材（例えば半
田材）１６が印刷またはメッキにより取り付けられてい
る（図３（ｃ）参照）。

【００３１】また、上記基板部１９ａの図６中上半部に
は、３個のＩＧＢＴチップ４及び３個のＦＷＤチップ５
がろう付け（例えば半田付け）されている。この場合、
図３（ｃ）にも示すように、各ＩＧＢＴチップ４のコレ
クタ電極６が上記基板部１９ａにろう材（例えば半田
材）１８を介して接合されている。同様にして、各ＦＷ
Ｄチップ５の裏面側電極１０が上記基板部１９ａにろう
材（例えば半田材）１８を介して接合されている。

【００３２】一方、電極パターン２０は、図６に示すよ
うに、前記電極パターン１５とほぼ同じ形状であり、細
長い基板部２０ａと、この基板部２０ａから分岐されて
電極パターン１９の３個の切欠部１９ｆ内に配置された
３個の分岐部２０ｂと、上記基板部２０ａの図６中左端
部に左方へ向けて突設されて高熱伝導性絶縁基板３から
はみ出した外部配線接続用端子２０ｃとから構成されて
いる。上記３個の分岐部２０ｂの各先端部には、接合部
２０ｄが上方へ向けて突設されている。この場合、３個
の接合部２０ｄの大きさはＩＧＢＴチップ４のゲート電
極８とほぼ等しいかまたは若干小さく設定されていると
共に、各接合部２０ｄの突出高さ寸法は例えば０．５ｍ
ｍ程度に設定されている。そして、上記接合部２０ｄの
各下面には、金または半田製の金属バンプ（図示しな
い）が形成されている。

【００３３】また、上記構成の場合、外部配線接続用端
子１３ｂ、１４ｂ、１９ｂが主電極用端子を構成し、外
部配線接続用端子１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ、１９ｃ、２
０ｃが制御電極用端子を構成している。

【００３４】次に、上述したように予め形成しておいた
２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３を、図３（ｂ）で示す
ように合わせて、２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３間に
６個のＩＧＢＴチップ４及び６個のＦＷＤチップ５を挟
む。これにより、上側の高熱伝導性絶縁基板２の電極パ
ターン１３の接合部１３ｄ及び１３ｅと、下側の高熱伝
導性絶縁基板３側のＩＧＢＴチップ４のエミッタ電極９
及びＦＷＤチップ５の表面側電極１２とがろう材１６を
介して当接し、上側の高熱伝導性絶縁基板２の電極パタ
ーン１５の接合部１５ｄと、下側の高熱伝導性絶縁基板
３側のＩＧＢＴチップ４のゲート電極８とが当接する。

【００３５】これと共に、下側の高熱伝導性絶縁基板３
の電極パターン１９の接合部１９ｄ及び１９ｅと上側の
高熱伝導性絶縁基板２側のＩＧＢＴチップ４のエミッタ
電極９及びＦＷＤチップ５の表面側電極１２とがろう材
１６を介して当接し、下側の高熱伝導性絶縁基板３の電
極パターン２０の接合部２０ｄと、下側の高熱伝導性絶
縁基板３側のＩＧＢＴチップ４のゲート電極８とが当接
する。

【００３６】続いて、上記各当接部分をホットプレート
または加熱炉等により加熱することによりリフローを行
う。これにより、上記各当接部分がろう付け（具体的に
は、半田付け）されて接合され、図２及び図３（ｂ）に
示すような形態となる。尚、ＩＧＢＴチップ４のゲート
電極８と電極パターン１５の接合部１５ｅとの接合、並
びに、ＩＧＢＴチップ４のゲート電極８と電極パターン
２０の接合部２０ｄとの接合は、金属バンプにより行な
われている。

【００３７】また、ろう付けを実行するに当たって、後
からろう付けするろう材１６として低融点ろう材（低融
点半田材）を用い、先にろう付けするろう材１８として
高融点ろう材（高融点半田材）を用いている。このよう
に構成すると、後のろう付け時において、先に接合した
ろう材１８の融点よりも低い温度で、ろう材１６がリフ
ローすることから、先に接合したろう材１８が溶けるこ
とがない。

【００３８】尚、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、厚み
方向（図３中上下方向）の寸法をかなり拡大して示した
図である。この厚み方向の寸法を実際の寸法にほぼ合わ
せた図を図４に示す。この図４に示すように、２枚の高
熱伝導性絶縁基板２、３間に６個のＩＧＢＴチップ４及
び６個のＦＷＤチップ５を挟んで接合した状態では、高
熱伝導性絶縁基板２、３の間隔は例えば１ｍｍ程度とな
るように構成されている。

【００３９】そして、上記した接合を行った後は、２枚
の高熱伝導性絶縁基板２、３間に絶縁樹脂２１を充填し
て硬化させる（図５参照）。これにより、ＩＧＢＴモジ
ュール１が完成する。尚、上記絶縁樹脂２１としては、
例えばフィラー入りのエポキシ樹脂或いはシリコーン樹
脂を使用することが好ましい。

【００４０】上述したようにして製造されたＩＧＢＴモ
ジュール１の電気回路図を図８に示す。この図８に示す
ように、第１のＩＧＢＴ２２のコレクタを端子２３ａ及
び端子２４ａに接続し、第１のＩＧＢＴ２２のエミッタ
を端子２３ｂ及び端子２４ｃに接続し、第１のＩＧＢＴ
２２のゲートを端子２４ｂに接続している。そして、第
１のＦＷＤ２５の両端を図示する極性で第１のＩＧＢＴ
２２のコレクタ及びエミッタに接続している。また、第
２のＩＧＢＴ２６のコレクタを第１のＩＧＢＴ２２のエ
ミッタ（即ち、端子２３ｂ及び端子２４ｃ）に接続し、
第２のＩＧＢＴ２６のエミッタを端子２３ｃ及び端子２
４ｅに接続し、第２のＩＧＢＴ２６のゲートを端子２４
ｄに接続している。そして、第２のＦＷＤ２７の両端を
図示する極性で第２のＩＧＢＴ２６のコレクタ及びエミ
ッタに接続している。

【００４１】この構成の場合、第１のＩＧＢＴ２２は、
３個のＩＧＢＴチップ４（具体的には、高熱伝導性絶縁
基板２に先に半田付けされた３個のＩＧＢＴチップ４）
を並列接続して構成されている。同様にして、第２のＩ
ＧＢＴ２６は、３個のＩＧＢＴチップ４（具体的には、
高熱伝導性絶縁基板３に先に半田付けされた３個のＩＧ
ＢＴチップ４）を並列接続して構成されている。このよ
うに３個のＩＧＢＴチップ４を並列接続する理由は、電
流容量を大きくするためである。従って、電流容量の仕
様に応じて、並列接続するＩＧＢＴチップ４の個数を適
宜決めるように構成すれば良い。

【００４２】また、図８の電気回路図における端子２３
ａ〜２３ｃが主電極用端子、即ち、電力端子を構成し、
端子２４ａ〜２４ｅが制御電極用端子、即ち、制御端子
を構成している。そして、図８の電気回路図における端
子２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜２４ｅとＩＧＢＴモジュー
ル１の外部配線接続用端子との対応関係は次の通りであ
る。即ち、端子２３ａは外部配線接続用端子１４ｂであ
り、端子２３ｂは外部配線接続用端子１９ｂであり、端
子２３ｃは外部配線接続用端子１３ｂであり、端子２４
ａは外部配線接続用端子１４ｃであり、端子２４ｂは外
部配線接続用端子２０ｃであり、端子２４ｃは外部配線
接続用端子１９ｃであり、端子２４ｄは外部配線接続用
端子１５ｃであり、端子２４ｅは外部配線接続用端子１
３ｃである。

【００４３】このような構成の本実施例によれば、２枚
の高熱伝導性絶縁基板２、３でＩＧＢＴチップ４及びＦ
ＷＤチップ５を挟むと共に、ＩＧＢＴチップ４及びＦＷ
Ｄチップ５の電極と高熱伝導性絶縁基板２、３の電極パ
ターンとをろう付け（例えば半田付け）により接合して
ＩＧＢＴモジュール１を構成した。これにより、ＩＧＢ
Ｔチップ４で発生する熱がＩＧＢＴチップ４の上面４ａ
及び下面４ｂから２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３へス
ムーズに伝達されるようになり、速やかに放熱される。
この結果、ＩＧＢＴモジュール１の構成を大幅に小形化
することができる。そして、ＩＧＢＴチップ４の電極と
高熱伝導性絶縁基板２、３の電極パターンとをろう付け
により接合したので、ＩＧＢＴチップ４を加圧しなくて
も済み、しかも、接合（接続）部分の面積が大きくな
る。これにより、電流抵抗及び熱抵抗を小さくすること
ができ、大電流を流すことが可能になる。

【００４４】また、上記実施例では、２枚の高熱伝導性
絶縁基板２、３間に、２つの主面の向きが表裏反対とな
るようなＩＧＢＴチップ４及びＦＷＤチップ５が混在す
るように挟む構成とした。具体的には、高熱伝導性絶縁
基板２に先に半田付けされた３個のＩＧＢＴチップ４
と、高熱伝導性絶縁基板３に先に半田付けされた３個の
ＩＧＢＴチップ４とが表裏反対の関係となっている。こ
れによって、例えば６個のＩＧＢＴチップ４を２枚の高
熱伝導性絶縁基板２、３間に挟む場合に、高熱伝導性絶
縁基板２、３の各対向する面に配設する電極パターン１
３、１４、１５、１９、２０の各形状を比較的簡単な形
状にすることができる。

【００４５】更に、上記実施例では、高熱伝導性絶縁基
板２、３の電極パターン１３、１４、１５、１９、２０
に、外部配線接続用端子１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４
ｃ、１５ｃ、１９ｂ、１９ｃ、２０ｃを高熱伝導性絶縁
基板２、３の板面（電極パターンが配設された面）に平
行となると共に外側へ延びるように設けた。これによ
り、通常、別体の外部配線接続用の端子を設け、この端
子と電極パターンとを接続する作業をなくすことができ
るから、信頼性を高くすることができる。そして、上記
実施例では、外部配線接続用端子１３ｂ、１３ｃ、１４
ｂ、１４ｃ、１５ｃ、１９ｂ、１９ｃ、２０ｃが高熱伝
導性絶縁基板２、３の板面と平行方向に延びているの
で、高熱伝導性絶縁基板２、３の各外面に取り付ける冷
却器と上記端子１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃ、１５
ｃ、１９ｂ、１９ｃ、２０ｃに接続する配線とが干渉す
ることを避けることが容易になる。

【００４６】特に、上記実施例では、外部配線接続用端
子のうちのＩＧＢＴチップ４の主電極６、９に接続され
た主電極用端子１３ｂ、１４ｂ、１９ｂを同じ方向に延
びるように設けると共に、ＩＧＢＴチップ４の制御電極
８に接続された制御電極用端子１５ｃ、２０ｃを主電極
用端子１３ｂ、１４ｂ、１９ｂと反対方向に延びるよう
に設けた。この構成によれば、制御用の配線と電力用の
配線とを離すことが容易になるため、ノイズに強い構成
となると共に、冷却用空気の流路を上記配線と干渉しな
いように確保することが容易になり、冷却性能も向上す
る。また、ＩＧＢＴモジュール１の内部インダクタンス
を低減する効果を得ることができる。

【００４７】また、上記実施例においては、高熱伝導性
絶縁基板２、３を窒化アルミニウムから構成した。この
場合、窒化アルミニウムの熱膨張率はＩＧＢＴチップ４
及びＦＷＤチップ５を構成するシリコンの熱膨張率に近
いから、ＩＧＢＴチップ４及びＦＷＤチップ５と高熱伝
導性絶縁基板２、３に配設された電極パターン１３、１
４、１５、１９、２０との間に作用する熱応力を低減す
ることができる。

【００４８】更に、上記実施例では、高熱伝導性絶縁基
板２、３の電極パターン１３、１４、１５、１９、２０
のうちのＩＧＢＴチップ４及びＦＷＤチップ５の電極と
接合する接合部１３ｄ、１３ｅ、１５ｄ、１９ｄ、１９
ｅ、２０ｄの高さを、非接合部よりも高く構成すると共
に、上記各接合部の大きさをチップ４、５の電極と同じ
か或いは小さく構成したので、半田付け時に半田の回り
込みを防止できると共に、チップ４、５のガードリング
７、１１を避けて接合することができる。これにより、
半田付け作業が容易になる。尚、上記実施例では、各接
合部の高さ寸法を０．５ｍｍ程度に設定したが、これ
は、６００Ｖ系のＩＧＢＴモジュール１において隙間に
エポキシ樹脂を充填する構成で必要な耐圧を得るためで
ある。従って、上記各接合部の高さ寸法は、必要とする
耐圧に応じて適宜決めれば良い。

【００４９】また、上記実施例では、チップ４、５を高
熱伝導性絶縁基板２、３の電極パターンにろう付け（半
田付け）するに際して、電極パターンの接合部にろう材
１６、１８を印刷等により取り付ける構成としたが、こ
れに代えて、チップ４、５の電極（パッド）にろう材１
６、１８を印刷等により取り付けるように構成しても良
いし、また、チップ４、５の電極と電極パターンの接合
部との間にろう材の箔（半田箔）を挟むように構成して
も良い。

【００５０】更に、上記実施例では、チップ４、５を高
熱伝導性絶縁基板２、３の各片面にそれぞれ半田付けし
た後、高熱伝導性絶縁基板２、３を合わせてもう１回半
田付け作業を行うように構成したが、これに代えて、チ
ップ４、５を高熱伝導性絶縁基板２、３間に挟んだ状態
で１回半田付け作業を行うことにより、チップ４、５を
高熱伝導性絶縁基板２、３に半田付けするように構成し
ても良い。この構成の場合には、半田材（ろう材）１
６、１８として同じ（融点温度の）半田材を用いる。そ
して、２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３間にスペーサを
入れるようにする。このスペーサの厚み寸法は、チップ
４、５の厚さとリフロー後の半田の厚みを考慮して決め
る。

【００５１】また、スペーサの熱膨張率は、高熱伝導性
絶縁基板２、３間に収納する各部品の平均熱膨張率と同
じであるかまたは若干大きいことが好ましい。更に、上
記半田付け時において、リフロー中はチップ４、５が溶
けた半田の中で浮いた状態となる。この場合、電極パタ
ーンにおける各チップ４、５の表面側の電極に接合され
る接合部が非接合部よりも高くなって（出っ張って）い
ることから、接合部の外へ半田が流れ出すことがない。
これにより、各チップ４、５の位置が多少ずれていて
も、半田の表面張力により各チップ４、５が接合部に対
応する位置に位置決めされるようになる。

【００５２】一方、上記実施例では、ＩＧＢＴチップ４
のゲート電極８と電極パターン１５の接合部１５ｅと
を、並びに、ＩＧＢＴチップ４のゲート電極８と電極パ
ターン２０の接合部２０ｄとを金属バンプにより接合す
る構成としたが、これに限られるものではなく、半田付
け可能であれば、半田付けするように構成しても良い。
尚、ＩＧＢＴチップ４のゲート電極８に流す電流は非常
に小さいので、該ゲート電極８と電極パターンの接合部
とを通常の金属バンプ（１個の金属バンプ）により接合
しても、何ら問題が生ずることがない。

【００５３】また、上記実施例においては、チップ４の
上面側の主電極と高熱伝導性絶縁基板２、３の電極パタ
ーンの接合部とを半田付けにより接合したが、これに限
られるものではない。具体的には、チップ４の上面側の
主電極に数十〜数百個の金属バンプを密集して形成し、
これら密集した金属バンプを介して接合する構成が好ま
しい。この金属バンプの材料としては、金や半田が好ま
しい。そして、金バンプを形成する場合には、この金バ
ンプと接合される面（電極パターンの接合部）にすずを
蒸着しておき、金とすずの共晶反応によって接合する。

【００５４】この構成によれば、ろう材（接合材）がは
み出すおそれがないから、半導体チップ４が比較的小さ
いものの場合に適している。そして、この構成の場合、
多数個の金属バンプを密集して設けているので、電流容
量が大きくなると共に、熱抵抗が小さくなり、前記第１
の実施例と同じ作用効果を得ることができる。

【００５５】また、上記実施例では、チップ４の下面側
の主電極と高熱伝導性絶縁基板２、３の電極パターンと
を半田付けにより接合したが、これに限られるものでは
なく、上記主電極と上記電極パターンとを融着等により
直接接合することが可能であれば、直接接合するように
構成しても良い。

【００５６】尚、上記実施例では、高熱伝導性絶縁基板
２、３間に６個のＩＧＢＴチップ４を収容する構成とし
たが、これに限られるものではなく、高熱伝導性絶縁基
板２、３間に収容する半導体チップの個数は１個でも良
いし、また、複数個（２〜５個または７個以上）であっ
ても良い。

【００５７】図１３及び図１４は本発明の第２の実施例
を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明
する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付し
ている。上記第２の実施例では、図１３に示すように、
高熱伝導性絶縁基板２、３の少なくとも一方である下側
の高熱伝導性絶縁基板３におけるＩＧＢＴチップ４を挟
む側の面の両端部に凸部２８ａ、２８ｂを設けている。
そして、この凸部２８ａ、２８ｂの先端部を、他方であ
る上側の高熱伝導性絶縁基板２におけるＩＧＢＴチップ
４を挟む側の面に例えばろう付けにより接合する構成と
した（図１４参照）。

【００５８】上記構成によれば、凸部２８ａ、２８ｂを
２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３の間隔を保持するスペ
ーサとして利用することができるから、スペーサを別途
設けなくても済み、部品点数を少なくすることができ
る。尚、上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の
実施例の構成と同じ構成となっている。

【００５９】また、上記第２の実施例では、一方の高熱
伝導性絶縁基板３だけに凸部２８ａ、２８ｂを突設する
構成としたが、これに代えて、図１５及び図１６に示す
第３の実施例のように、２つの高熱伝導性絶縁基板２、
３の双方に凸部２８ａ、２８ｂ及び凸部２９ａ、２９ｂ
を突設し、これら凸部２８ａ、２８ｂ及び凸部２９ａ、
２９ｂの各先端部を互いに接合するように構成しても良
い。このように構成しても、第２の実施例と同じ作用効
果を得ることができる。

【００６０】図１７及び図１８は本発明の第４の実施例
を示すものであり、第２の実施例と異なるところを説明
する。尚、第２の実施例と同一部分には同一符号を付し
ている。上記第４の実施例では、上側の高熱伝導性絶縁
基板２の下面の両端部に凸部３０ａ、３０ｂを設けてい
る。また、下側の高熱伝導性絶縁基板３の上面の両端部
に１段低くなった凹部３１ａ、３１ｂを設けている。そ
して、２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３を合わせたとき
に、凸部３０ａ、３０ｂの先端部を凹部３１ａ、３１ｂ
に嵌合すると共に接合している（図１８参照）。

【００６１】従って、この第４の実施例では、一方の高
熱伝導性絶縁基板２の凸部３０ａ、３０ｂと他方の高熱
伝導性絶縁基板３の凹部３１ａ、３１ｂとを嵌合して接
合する構成としたので、２枚の高熱伝導性絶縁基板２、
３を位置決めすることができる。

【００６２】また、上記第２ないし第４の実施例の場
合、凸部２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３
０ｂをスペーサとし、これら凸部により２枚の高熱伝導
性絶縁基板２、３を接合する構成であるので、ＩＧＢＴ
チップ４の一方の主面の主電極と電極パターンの接合部
とのろう付け（半田付け）に用いるろう材（半田材）と
して、ＩＧＢＴチップ４の動作温度で軟化または液化す
る低融点導電材料から構成されたろう材（半田材）を使
用することが可能である。

【００６３】この構成によれば、ＩＧＢＴチップ４の動
作時にろう材（半田材）が軟化または液化するため、接
合部分に疲労が蓄積することがなくなると共に、接合部
分に熱応力が加わることもなくなる。そして、ろう材
（半田材）が軟化または液化しても、凸部２８ａ、２８
ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂにより２枚の高熱
伝導性絶縁基板２、３が接合されているので、強度的な
問題が生ずることもない。これにより、熱サイクルに対
して強い構成のＩＧＢＴモジュール１を実現することが
できる。そして、上記構成の場合、低融点導電材料とし
ては、インジウム、ガリウム或いは低温半田を使用する
ことが好ましい。

【００６４】図１９ないし図２３は本発明の第５の実施
例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説
明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付
している。上記第５の実施例では、高熱伝導性絶縁基板
を高熱伝導性部材と絶縁性部材とを組み合わせて構成し
ている。具体的には、図２１に示すように、上側の高熱
伝導性絶縁基板３２は、絶縁性部材である例えば窒化ア
ルミニウム製基板３３と、高熱伝導性部材である例えば
銅板３４とから構成されている。上記窒化アルミニウム
製基板３３は、第１の実施例の高熱伝導性絶縁基板（窒
化アルミニウム製基板）２よりも薄い基板であり、その
図２１中上面には銅膜３５が形成されている。この構成
の場合、窒化アルミニウム製基板３３の銅膜３５の図２
１中上面に上記銅板３４が例えばろう付け（ろう材３４
ａ）により接合されて両者が一体化されている。

【００６５】また、上記銅板３４の大きさは、窒化アル
ミニウム製基板３３よりも一回り大きく構成されてい
る。そして、窒化アルミニウム製基板３３の図２１中下
面には、第１の実施例の高熱伝導性絶縁基板２と同じよ
うにして、電極パターン１３、１４、１５、ＩＧＢＴチ
ップ４、ＦＷＤチップ５が設けられている。

【００６６】一方、下側の高熱伝導性絶縁基板３６は、
上記上側の高熱伝導性絶縁基板３２と同様にして、絶縁
性部材である例えば窒化アルミニウム製基板３７と、高
熱伝導性部材である例えば銅板３８とから構成されてい
る。上記窒化アルミニウム製基板３７は、第１の実施例
の高熱伝導性絶縁基板（窒化アルミニウム製基板）３よ
りも薄い基板であり、その図２１中下面には銅膜３９が
形成されている。そして、窒化アルミニウム製基板３７
の銅膜３９の図２１中下面に、銅板３８がろう付け（ろ
う材３８ａ）により接合されている。また、銅板３８の
大きさは、窒化アルミニウム製基板３７よりも一回り大
きく構成されている。更に、窒化アルミニウム製基板３
７の図２１中上面には、第１の実施例の高熱伝導性絶縁
基板３と同じようにして、電極パターン１９、２０、Ｉ
ＧＢＴチップ４、ＦＷＤチップ５が設けられている。

【００６７】そして、上記した２枚の高熱伝導性絶縁基
板３２、３６を合わせてろう付けにより接合する作業
は、第１の実施例の接合作業と同じである。この接合に
より、図２０及び図２２に示すような形態となる。そし
て、接合された２枚の高熱伝導性絶縁基板３２、３６間
にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の絶縁樹脂２１を充
填（注入）して硬化させることにより、図２３に示すよ
うなＩＧＢＴモジュール１が製造される。

【００６８】尚、上述した以外の第５の実施例の構成
は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従っ
て、第５の実施例においても、第１の実施例と同じ作用
効果を得ることができる。特に、第５の実施例では、高
熱伝導性絶縁基板３２、３６を銅板３４、３８と窒化ア
ルミニウム製基板３３、３７とを接合して構成したの
で、窒化アルミニウム製基板３３、３７としては薄いも
の、即ち、安価なものを使用することが可能となり、し
かも、銅板３４、３８が安価であるから、高熱伝導性絶
縁基板３２、３６の製造コストを安くすることができ
る。

【００６９】尚、上記第５の実施例では、絶縁性部材と
して窒化アルミニウム製基板３３、３７を用いたが、こ
れに代えて、セラミック製例えばアルミナ製の基板を用
いても良い。また、上記第５の実施例では、高熱伝導性
部材として銅板３４、３８を用いたが、これに限られる
ものではなく、炭化けい素とアルミニウムの複合材を用
いる構成としても良い。この構成の場合には、窒化アル
ミニウム製基板３３、３７に銅膜３５、３９に代えてア
ルミニウム膜を形成しておくと、このアルミニウム膜に
上記炭化けい素とアルミニウムの複合材を融着すること
が容易である。また、上記高熱伝導性部材として、銅、
炭化けい素セラミクス、炭化けい素に金属を含浸させた
もの、炭化けい素を添加した金属を鋳造成形することに
よって形成された複合材のうちのいずれかを用いる構成
とすることも好ましい。

【００７０】図２４及び図２５は本発明の第６の実施例
を示すものであり、第５の実施例と異なるところを説明
する。尚、第５の実施例と同一部分には同一符号を付し
ている。上記第６の実施例では、図２４に示すように、
下側の高熱伝導性絶縁基板３６の銅板３８の上面におけ
る窒化アルミニウム製基板３７がない両端部に、凸部４
０ａ、４０ｂを設けている。そして、この凸部４０ａ、
４０ｂの先端部を、上側の高熱伝導性絶縁基板３２の銅
板３４の下面における窒化アルミニウム製基板３３がな
い両端部に、例えばろう付けにより接合するように構成
した（図２５参照）。

【００７１】上記成によれば、凸部４０ａ、４０ｂを２
枚の高熱伝導性絶縁基板３２、３６の間隔を保持するス
ペーサとして利用することができるから、スペーサを別
途設けなくても済み、部品点数を少なくすることができ
る。尚、上述した以外の第６の実施例の構成は、第５の
実施例の構成と同じ構成となっている。

【００７２】また、上記第６の実施例では、一方の高熱
伝導性絶縁基板３６の銅板３８だけに凸部４０ａ、４０
ｂを突設する構成としたが、これに代えて、図２６及び
図２７に示す第７の実施例のように、２つの高熱伝導性
絶縁基板３２、３６の銅板３４、３８の双方に凸部４０
ａ、４０ｂ及び凸部４１ａ、４１ｂを突設し、これら凸
部４０ａ、４０ｂ及び凸部４１ａ、４１ｂの各先端部を
互いに接合するように構成しても良い。このように構成
しても、第６の実施例と同じ作用効果を得ることができ
る。

【００７３】図２８及び図２９は本発明の第８の実施例
を示すものであり、第６の実施例と異なるところを説明
する。尚、第６の実施例と同一部分には同一符号を付し
ている。上記第８の実施例では、上側の高熱伝導性絶縁
基板３２の銅板３４の下面の両端部に凸部４２ａ、４２
ｂを設けている。また、下側の高熱伝導性絶縁基板３６
の銅板３８の上面の両端部に１段低くなった凹部４３
ａ、４３ｂを設けている。そして、２枚の高熱伝導性絶
縁基板３２、３６を合わせたときに、凸部４２ａ、４２
ｂの先端部を凹部４３ａ、４３ｂに嵌合すると共に接合
している（図２９参照）。従って、この第８の実施例で
は、上記凸部４２ａ、４２ｂと凹部４３ａ、４３ｂとの
嵌合接合によって２枚の高熱伝導性絶縁基板３２、３６
を位置決めすることができる。

【００７４】図３０及び図３１は本発明の第９の実施例
を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明
する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付し
ている。上記第９の実施例では、２枚の高熱伝導性絶縁
基板２、３を合わせて接合するときに、一方の高熱伝導
性絶縁基板２の電極パターンと、他方の高熱伝導性絶縁
基板３の電極パターンとを接合するように構成してい
る。

【００７５】具体的には、図３０に示すように、一方の
高熱伝導性絶縁基板２の電極パターン４４のうちの半導
体チップ４５の電極と接合されない部分に凸部４６を設
け、この凸部４６を他方の高熱伝導性絶縁基板３の電極
パターン４７に例えばろう付けにより接合するように構
成されている。この構成によれば、２枚の高熱伝導性絶
縁基板２、３の電極パターン４４、４７を接続する必要
があるような複雑な回路（例えば３相のインバータ主回
路）を形成する場合に、簡単な形状の電極パターン４
４、４７で構成することが可能となる。

【００７６】尚、２枚の高熱伝導性絶縁基板２、３間
に、半導体チップ４５として第１の実施例と同様に複数
個のＩＧＢＴチップ４を収容する場合には、電極パター
ン４４、４７の形状を第１の実施例の各電極パターンと
ほぼ同様な形状に構成すれば良く、必要に応じて電極パ
ターン４４、４７の各形状を決めれば良い。

【００７７】図３２ないし図３８は本発明の第１０の実
施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを
説明する。この第１０の実施例では、２枚の高熱伝導性
絶縁基板４８、４９は、絶縁部材５０、５１と、この絶
縁部材５０、５１に埋め込まれた電極５２、５３、５
４、５５、５６とから構成されている。まず、上側の高
熱伝導性絶縁基板４８について図３２を参照して説明す
る。

【００７８】この高熱伝導性絶縁基板４８は、例えば窒
化アルミニウムまたはアルミナ等のセラミック材料から
なる絶縁部材５０に３個の銅板製の電極５２、５３、５
４を埋め込んで構成されている。第１の電極５２は、図
３７にも示すように、半導体チップを取り付けるための
３個のチップ取付板部５２ａ、５２ｂ、５２ｃと、これ
らチップ取付板部５２ａ、５２ｂ、５２ｃの図３７中上
端部を連結する連結部５２ｄと、この連結部５２ｄから
図３７中上方へ向けて突設された外部配線接続用端子５
２ｅとから構成されている。上記３個のチップ取付板部
５２ａ、５２ｂ、５２ｃには、それぞれＩＧＢＴチップ
５７及びＦＷＤチップ５８がろう付け（例えば半田付
け）されている。この場合、各ＩＧＢＴチップ５７の裏
面側のコレクタ電極がろう付けされている。

【００７９】第２の電極５３は、図３７にも示すよう
に、下側の高熱伝導性絶縁基板４９に取り付けられた半
導体チップの電極と接合するための接合部を有する３個
の接合板部５３ａ、５３ｂ、５３ｃと、これら接合板部
５３ａ、５３ｂ、５３ｃの図３７中上端部を連結する連
結部５３ｄと、この連結部５３ｄから図３７中上方へ向
けて突設された外部配線接続用端子５３ｅとから構成さ
れている。上記接合板部５３ａ、５３ｂ、５３ｃには、
それぞれＩＧＢＴチップ５７のエミッタ電極に接合する
ためのほぼ正方形状をなす接合部５３ｆと、ＦＷＤチッ
プ５８の表面側電極に接合するためのほぼ長方形状をな
す接合部５３ｇとが下方へ向けて若干（例えば０．５ｍ
ｍ程度）突出するように設けられている。上記接合部５
３ｆ、５３ｇの各下面には、ろう材（例えば半田材）が
印刷またはメッキにより取り付けられている。また、上
記３個の接合板部５３ａ、５３ｂ、５３ｃの図３７中上
端部には、それぞれ切欠部５３ｈが形成されている。

【００８０】また、第３の電極５４は、図３２及び図３
７に示すように、第２の電極５３の３個の切欠部５３ｈ
内に配置される３個の細長い分岐板部５４ａ、５４ｂ、
５４ｃと、これら分岐板部５４ａ、５４ｂ、５４ｃの図
３７中上端部を連結する連結部５４ｄと、この連結部５
４ｄの図３２中右端部から左方へ向けて突設された外部
配線接続用端子５４ｅとから構成されている。上記分岐
板部５４ａ、５４ｂ、５４ｃの各先端部には、ＩＧＢＴ
チップ５７のゲート電極に接合するための接合部５４ｆ
が下方へ向けて若干（例えば０．５ｍｍ程度）突出する
ように設けられている。上記接合部５４ｆの各下面に
は、半田或いは金からなる金属バンプが形成されてい
る。

【００８１】尚、上記高熱伝導性絶縁基板４８を製造す
る場合、絶縁部材５０は、３個の電極５２、５３、５４
を埋め込むためのくりぬき部を予め形成した形態で焼結
して成形する。そして、この絶縁部材５０に３個の電極
５２、５３、５４を収容した後、隙間にろう材をしみこ
ませて硬化固定する。この場合、ろう材としては、半導
体チップを接合する際に用いるろう材よりも高融点のろ
う材（硬ろう）を用いる。そして、絶縁部材５０に３個
の電極５２、５３、５４を埋込む作業が完了したら、高
熱伝導性絶縁基板４８（電極５２、５３、５４）の図３
４中上面に、例えば窒化アルミニウム製の絶縁膜６０を
形成する。続いて、上記絶縁膜６０を形成後、第１の電
極５２にＩＧＢＴチップ５７及びＦＷＤチップ５８をろ
う付けする。

【００８２】一方、下側の高熱伝導性絶縁基板４９は、
例えば窒化アルミニウムまたはアルミナ等のセラミック
材料からなる絶縁部材５１に２個の銅板製の電極５５、
５６を埋め込んで構成されている。第１の電極５５は、
図３８にも示すように、基板部５５ａと、この基板部５
５ａの図３８中下端部に下方へ向けて突設された外部配
線接続用端子５５ｂとから構成されている。上記基板部
５５ａには、上側の高熱伝導性絶縁基板４８の第２の電
極５３の各３個の接合部５３ｆ及び５３ｇに対応するよ
うに各３個のＩＧＢＴチップ５７及びＦＷＤチップ５８
がろう付けされている。この場合、各ＩＧＢＴチップ５
７の裏面側のコレクタ電極がろう付けされている。

【００８３】また、上記基板部５５ａには、上側の高熱
伝導性絶縁基板４８の第１の電極５２にろう付けされた
各３個のＩＧＢＴチップ５７及びＦＷＤチップ５８に対
応するように、ほぼ正方形状をなす３個の接合部５５ｃ
と、ほぼ長方形状をなす３個の接合部５５ｄとが下方へ
向けて若干（例えば０．５ｍｍ程度）突出するように設
けられている。上記接合部５５ｃ、５５ｄの各上面に
は、ろう材（例えば半田材）が印刷またはメッキにより
取り付けられている（図３４参照）。また、上記基板部
５５ａの３個の接合部５５ｃの図３８中下端部には、そ
れぞれ切欠部５５ｅが形成されている。

【００８４】また、第２の電極５６は、図３２及び図３
８に示すように、第１の電極５５の３個の切欠部５５ｅ
内に配置される３個の細長い分岐板部５６ａ、５６ｂ、
５６ｃと、これら分岐板部５６ａ、５６ｂ、５６ｃの図
３８中下端部を連結する連結部５６ｄと、この連結部５
６ｄの図３２中右端部から左方へ向けて突設された外部
配線接続用端子５６ｅとから構成されている。上記分岐
板部５６ａ、５６ｂ、５６ｃの各先端部には、ＩＧＢＴ
チップ５７のゲート電極に接合するための接合部５６ｆ
（図３８参照）が上方へ向けて若干（例えば０．５ｍｍ
程度）突出するように設けられている。上記接合部５６
ｆの各上面には、半田或いは金からなる金属バンプが形
成されている。

【００８５】尚、上記高熱伝導性絶縁基板４９の製造
は、前記上側の高熱伝導性絶縁基板４８と同様にして行
う。そして、絶縁部材５１に２個の電極５５、５６を埋
込む作業が完了したら、高熱伝導性絶縁基板４９（電極
５２、５３、５４）の図３４中下面に、例えば窒化アル
ミニウム製の絶縁膜６１を形成する。続いて、上記絶縁
膜６１の形成後、第１の電極５５にＩＧＢＴチップ５７
及びＦＷＤチップ５８をろう付けする。

【００８６】次に、上述したように形成しておいた２枚
の高熱伝導性絶縁基板４８、４９を、図３４で示すよう
に合わせて、２枚の高熱伝導性絶縁基板４８、４９間に
６個のＩＧＢＴチップ５７及び６個のＦＷＤチップ５８
を挟む。これにより、上側の高熱伝導性絶縁基板４８の
電極５３の接合部５３ｆ及び５３ｇと、下側の高熱伝導
性絶縁基板４９側のＩＧＢＴチップ５７のエミッタ電極
及びＦＷＤチップ５８の表面側電極とがろう材を介して
当接し、上側の高熱伝導性絶縁基板４８の電極５４の接
合部５４ｆと、下側の高熱伝導性絶縁基板４９側のＩＧ
ＢＴチップ５７のゲート電極とが当接する。

【００８７】これと共に、下側の高熱伝導性絶縁基板４
９の電極５５の接合部５５ｃ及び５５ｄと上側の高熱伝
導性絶縁基板４８側のＩＧＢＴチップ５７のエミッタ電
極及びＦＷＤチップ５８の表面側電極とがろう材を介し
て当接し、下側の高熱伝導性絶縁基板４９の電極５６の
接合部５６ｆと、上側の高熱伝導性絶縁基板４８側のＩ
ＧＢＴチップ５７のゲート電極とが当接する。

【００８８】続いて、上記各当接部分をホットプレート
または加熱炉等により加熱することによりリフローを行
う。これにより、上記各当接部分がろう付け（具体的に
は、半田付け）されて接合され、図３３及び図３５に示
すような形態となる。尚、ＩＧＢＴチップ５７のゲート
電極と電極５３の接合部５４ｆとの接合、並びに、ＩＧ
ＢＴチップ５７のゲート電極と電極パターン５６の接合
部５６ｆとの接合は、金属バンプを介して行われてい
る。

【００８９】尚、図３４は、厚み方向（図中上下方向）
にかなり拡大して示した図であり、この厚み方向の寸法
を実際の寸法にほぼ合わせた図を図３５に示す。そし
て、上記したろう付け接合を行った後は、２枚の高熱伝
導性絶縁基板４８、４９間に、例えばエポキシ樹脂或い
はシリコーン樹脂等からなる絶縁樹脂６２を充填して硬
化させる。これにより、ＩＧＢＴモジュール６３が完成
する。このＩＧＢＴモジュール６３に冷却器を取り付け
る場合、高熱伝導性絶縁基板４８、４９の上面及び下
面、即ち、絶縁膜６０の上面及び絶縁膜６１の下面にそ
れぞれ冷却器を取り付けるように構成されている。

【００９０】そして、第１０の実施例は、上述したよう
に構成されているので、ＩＧＢＴチップ５７から発生す
る熱は、ＩＧＢＴチップ５７の上下両主面にろう付けさ
れた電極５２、５３、５５を通って速やかに放熱される
ようになり、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得るこ
とができる。

【００９１】尚、上記実施例では、電極５２、５３、５
４、５５、５６を銅により構成したが、これに限られる
ものではなく、ＭｏやＷを含んだ金属により構成しても
良い。このような金属製の電極とすると、絶縁部材５
０、５１との熱膨張率のマッチングが良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すＩＧＢＴモジュー
ルの分解斜視図

【図２】ＩＧＢＴモジュールの斜視図

【図３】製造工程を示す拡大縦断面図

【図４】ＩＧＢＴモジュールの縦断面図

【図５】絶縁樹脂を充填したＩＧＢＴモジュールの縦断
面図

【図６】下側の高熱伝導性絶縁基板の上面図

【図７】上側の高熱伝導性絶縁基板の下面図

【図８】電気回路図

【図９】ＩＧＢＴチップの斜視図

【図１０】ＩＧＢＴチップの縦断面図

【図１１】ＦＷＤチップの斜視図

【図１２】ＦＷＤチップの縦断面図

【図１３】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図１４】図２相当図

【図１５】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図１６】図２相当図

【図１７】本発明の第４の実施例を示す図１相当図

【図１８】図２相当図

【図１９】本発明の第５の実施例を示す図１相当図

【図２０】図２相当図

【図２１】図３相当図

【図２２】図４相当図

【図２３】図５相当図

【図２４】本発明の第６の実施例を示す図１相当図

【図２５】図２相当図

【図２６】本発明の第７の実施例を示す図１相当図

【図２７】図２相当図

【図２８】本発明の第８の実施例を示す図１相当図

【図２９】図２相当図

【図３０】本発明の第９の実施例を示す分解縦断面図

【図３１】縦断面図

【図３２】本発明の第１０の実施例を示す図１相当図

【図３３】図２相当図

【図３４】図３相当図

【図３５】図４相当図

【図３６】図５相当図

【図３７】図７相当図

【図３８】図６相当図

【符号の説明】

１はＩＧＢＴモジュール（半導体装置）、２、３は高熱
伝導性絶縁基板、４はＩＧＢＴチップ（半導体チッ
プ）、４ａは上面（主面）、４ｂは下面（主面）、５は
ＦＷＤチップ（半導体チップ）、６はコレクタ電極（主
電極）、７はガードリング、８はゲート電極（制御電
極）、９はエミッタ電極（主電極）、１０は裏面側電
極、１１はガードリング、１２は表面側電極、１３は電
極パターン、１３ｂは外部配線接続用端子（主電極用端
子）、１３ｃは外部配線接続用端子（制御電極用端
子）、１３ｄ、１３ｅは接合部、１４は電極パターン、
１４ｂは外部配線接続用端子（主電極用端子）、１４ｃ
は外部配線接続用端子（制御電極用端子）、１４ｄは接
合部、１５は電極パターン、１５ｃは外部配線接続用端
子（制御電極用端子）、１５ｄは接合部、１９は電極パ
ターン、１９ｂは外部配線接続用端子（主電極用端
子）、１９ｃは外部配線接続用端子（制御電極用端
子）、１９ｄ、１９ｅは接合部、２０は電極パターン、
２０ｃは外部配線接続用端子（制御電極用端子）、２０
ｄは接合部、２１は絶縁樹脂、２８ａ、２８ｂは凸部、
２９ａ、２９ｂは凸部、３０ａ、３０ｂは凸部、３１
ａ、３１ｂは凹部、３２は高熱伝導性絶縁基板、３３は
窒化アルミニウム製基板（絶縁性部材）、３４は銅板
（高熱伝導性部材）、３４ａはろう材、３５は銅膜、３
６は高熱伝導性絶縁基板、３７は窒化アルミニウム製基
板（絶縁性部材）、３８は銅板（高熱伝導性部材）、３
８ａはろう材、３９は銅膜、４０ａ、４０ｂは凸部、４
１ａ、４１ｂは凸部、４２ａ、４２ｂは凸部、４３ａ、
４３ｂは凹部、４４は電極パターン、４５は半導体チッ
プ、４６は凸部、４７は電極パターン、４８、４９は高
熱伝導性絶縁基板、５７はＩＧＢＴチップ、５８はＦＷ
Ｄチップ、６３はＩＧＢＴモジュール（半導体装置）を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水越正人愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の主面に主電極を有すると共に他方
の主面に主電極及び制御電極を有する１個或いは複数個
の半導体チップと、この半導体チップを挟むように設けられ、各挟む側の面
に前記半導体チップの電極に接合するための電極パター
ンが配設された２枚の高熱伝導性絶縁基板とを備え、前記半導体チップの電極と前記高熱伝導性絶縁基板の電
極パターンとをろう付けにより接合したことを特徴とす
る半導体装置。
【請求項２】一方の主面に主電極を有すると共に他方
の主面に主電極及び制御電極を有する複数個の半導体チ
ップと、これら半導体チップを挟むように設けられ、各挟む側の
面に前記半導体チップの電極に接合するための電極パタ
ーンが配設された２枚の高熱伝導性絶縁基板とを備え、前記２枚の高熱伝導性絶縁基板間に、２つの主面の向き
が表裏反対となるような半導体チップが混在するように
挟むと共に、前記半導体チップの電極と前記高熱伝導性絶縁基板の電
極パターンとをろう付けにより接合したことを特徴とす
る半導体装置。
【請求項３】前記高熱伝導性絶縁基板の電極パターン
に、外部配線接続用の端子を前記高熱伝導性絶縁基板の
板面に平行となると共に外側へ延びるように設けたこと
を特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】前記外部配線接続用の端子のうちの前記
半導体チップの主電極に接続された主電極用端子を同じ
方向に延びるように設けると共に、前記外部配線接続用の端子のうちの前記半導体チップの
制御電極に接続された制御電極用端子を前記主電極用端
子と反対方向に延びるように設けたことを特徴とする請
求項３記載の半導体装置。
【請求項５】前記高熱伝導性絶縁基板は、窒化アルミ
ニウムから構成されていることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】前記高熱伝導性絶縁基板は、高熱伝導性
部材と絶縁性部材とを組み合わせて構成されていること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の記載
の半導体装置。
【請求項７】前記高熱伝導性部材は、銅、炭化けい素
セラミクス、炭化けい素に金属を含浸させたもの、炭化
けい素を添加した金属を鋳造成形したもののいずれかを
用いて形成された複合材から構成されていることを特徴
とする請求項６記載の記載の半導体装置。
【請求項８】前記高熱伝導性絶縁基板の少なくとも一
方における前記半導体チップを挟む側の面に凸部を設
け、この凸部の先端部を他方の高熱伝導性絶縁基板に接合し
たことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載
の記載の半導体装置。
【請求項９】前記高熱伝導性絶縁基板の少なくとも一
方における前記半導体チップを挟む側の面に凸部を設け
ると共に、他方の高熱伝導性絶縁基板における前記半導体チップを
挟む側の面に前記凸部が嵌合する凹部を設け、前記凸部を前記凹部に接合したことを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の記載の半導体装置。
【請求項１０】前記半導体チップの一方の主面の主電
極と、前記高熱伝導性絶縁基板の電極パターンとをろう
付けするろう材は、半導体チップ動作温度で軟化または
液化する低融点導電材料により構成されていることを特
徴とする請求項８または９記載の記載の半導体装置。
【請求項１１】前記低融点導電材料は、インジウム、
ガリウム或いは低温半田であることを特徴とする請求項
１０記載の記載の半導体装置。
【請求項１２】前記半導体チップのうちの制御電極が
設けられた側の主面の主電極と、前記高熱伝導性絶縁基
板の電極パターンとを、前記主電極上に密集して設けら
れた金属バンプにより接合したことを特徴とする請求項
１ないし９のいずれかに記載の記載の半導体装置。
【請求項１３】前記金属バンプは、金或いは半田から
構成されていることを特徴とする請求項１２記載の記載
の半導体装置。
【請求項１４】前記高熱伝導性絶縁基板の電極パター
ンのうちの前記半導体チップの電極との接合部は、高さ
が非接合部よりも高くなると共に、大きさが前記半導体
チップの電極と同じか或いは小さくなるように構成され
ていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか
に記載の半導体装置。
【請求項１５】一方の高熱伝導性絶縁基板の電極パタ
ーンのうちの前記半導体チップの電極と接合されない部
分に凸部を設け、この凸部を他方の高熱伝導性絶縁基板の電極パターンに
接合するように構成したことを特徴とする請求項１ない
し１４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１６】前記２枚の高熱伝導性絶縁基板の間
に、絶縁性樹脂を充填したことを特徴とする請求項１な
いし１５のいずれかに記載の半導体装置。