JPH11238826A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH11238826A JPH11238826A JP10344059A JP34405998A JPH11238826A JP H11238826 A JPH11238826 A JP H11238826A JP 10344059 A JP10344059 A JP 10344059A JP 34405998 A JP34405998 A JP 34405998A JP H11238826 A JPH11238826 A JP H11238826A
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Abstract
内部配線を簡単にするパワーモジュールを提供すること
にある。 【解決手段】 IGBTチップ13は、保持シム10及
び緩衝シム12を介してエミッタ電極1の柱4の上端面
に接触するとともに、コレクタ電極16に接触し、か
つ、コンタクトピン装置9に接触し、コンタクトピン装
置9は、エミッタ電極1のスロット3の内部で絶縁イン
サート6を介して薄銅板7に接触し、薄銅板7に接続さ
れたリード引き込みシール18がゲート電極となる。
Description
ジングへの複数の絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ
(IGBT)チップの封入のような半導体チップの封入
に関するものであり、任意の構成要素としてアンチパラ
レルダイオード及び/又は抵抗性接続経路が封入される
場合も含まれる。
なジオメトリー構造を持っているため、これによって許
容可能な歩留まりで処理することができるIGBTチッ
プの寸法は実際上制限される。より大きい寸法のIGB
Tデバイスが必要な場合は、チップの集合体を1つのユ
ニットとして封入したもの(IGBTモジュール)から
製造することができる。概して、このようなユニットの
装置は片面冷却型構成のものとして製造され、チップが
熱と電気を伝えるベースプレート、あるいはアノード端
子と冷却コンタクトをなすスタッド上に実装される。エ
ミッタリードとゲートリードは、ヘッダシール中のそれ
ぞれの電極に共通に接続される。別個のチップ間の望ま
しくない相互作用を避けるために、共通のゲートポイン
トから各個のチップまでの接続にはその経路にバラスト
抵抗が入れられるという特徴がある。エミッタリードと
ゲートリードの間の誘導ループも最小限に保つことが望
ましい。
ード、サイリスタ及びゲートターンオフ・サイリスタの
有効定格電流を最大にし、かつ冷却を効率的にすると共
に用途の柔軟性を高めるためには、主電流電極を形成す
る極片のどちらかあるいは両側から冷却することができ
る円板状モジュール(時として「ホッケーパックスタイ
ル」として知られている)を用いることが一般的に行わ
れるようになって来た。このようなモジュールの構造に
ついては、Thyristors Design and Realization; by P.
D. Taylor (Wiley, 1987)(1992年ペーパーバック
版の208ページ及び図6.7を参照)に記載されてい
る。IGBTデバイスを同様に封入すると、ユーザにと
って前記と同じような長所が得られる。欧州特許出願公
開第EP0702406号明細書には、このようなデバ
イスで複数のIGBTチップ組み込んだものが開示され
ている。
配線、特にゲート信号の分配に関連する内部配線は複雑
で、この形でデバイスを提供しようとしているメーカー
にとって困難な場合があり得る。また、先行技術として
は、欧州特許出願公開第EP0773585号及び第E
P0746023号明細書も引用することができる。
して、予め形成されたサブアセンブリに組み付けられ、
ハウジングのコレクタ電極(例えばアノード電極となる
コレクタ電極)及びエミッタ電極との接続のためのコン
タクト領域が得られるように配列された複数の半導体チ
ップと、前記サブアセンブリにおける電気的に絶縁され
た経路から突出し、導電性を有し、前記経路に挿入され
たときに、一方の端部が前記半導体チップの表面の一部
と電気的に接続するコンタクトピン装置と、前記エミッ
タ電極の内面の凹部に配置され、絶縁インサートによっ
て前記凹部から電気的に絶縁され、前記コンタクトピン
装置の他方の端部と接触して電気信号を分配する導電シ
ートと、を前記ハウジング内に含む。
ン装置の前記他方の端部と接触する面によって支持され
ていないときに、前記コンタクトピン装置が前記半導体
チップと非接触状態になるように、前記経路及びコンタ
クトピン装置が構成されていてもよい。
ールとすることができ、特に、IGBTが使用される場
合には、IGBTモジュールとすることができる。
よい。
の内側面とを有し、前記エミッタ電極の内側面には凹部
によって柱の輪郭が形成され、前記柱の壁面は前記エミ
ッタ電極の前記外側面とほぼ直角をなし、前記柱の上端
面は平坦であって前記外側面とほぼ平行であってもよ
い。
エミッタ電極の前記内側面に同一レベルの底面が形成さ
れてもよい。
ームであり、前記柱の上方から下降させて前記柱を収容
する開口が形成され、前記プリフォームは、最終的に組
み上がった状態で前記柱の上面より高くなる部分と、前
記柱の上端面と実質的に同じ高さであって浅く窪んだ中
央部分と、を有してもよい。
近して延びて前記絶縁性のプリフォームに形成されてい
てもよい。
部分に、導電性の保持シムが設けられ、前記保持シム
は、前記経路の端部の開口の閉塞を避けて形成されても
よい。
縁フレームが設けられ、前記窓の開口は、前記柱の水平
方向の境界線に対応するとともに前記経路の垂直投影輪
郭を含む領域に拡がり、前記窓の開口内及び前記窓の切
り欠き内に、導電性の緩衝シムと前記半導体チップのう
ちの1つが直列に配置されて、各柱の上端面の上方の保
持シム上に載置され、前記半導体チップの表面の前記一
部は、それぞれの経路を占有する導電の前記コンタクト
ピン装置の端部に向けられてもよい。
の前記半導体チップの上面に重ねられて接触してもよ
い。
緩衝シム、半導体チップ及び緩衝プレートが前記プリフ
ォームが組み付けられてもよい。
ダイオードチップのように異なる種類のものが混在して
もよく、コンタクトピン装置はそれらの中の必要なもの
にだけ設ければよい。
ばアノード電極となるコレクタ電極)のそれぞれには金
属フランジが形成され、一方の前記金属フランジには絶
縁カラーが取り付けられ、前記絶縁カラーは、他方の前
記金属フランジに(例えば溶接によって)接合される別
のフランジを有し、組み上がった全ての構成部品が、前
記ハウジングを構成する密封カプセルに封入されてもよ
い。
に前記導電シートに接続された引き込み導体の内端部
が、共通の電気信号ポイント又はゲートポイントとな
り、前記引き込み導体の外端部は信号電極又はゲート電
極用に使用されてもよい。
いは付加をおこなうことも可能である。
持する第1の部分と、柱を支持する第2の部分と、の2
つの部分を含んでもよい。
部分の材料は、柱同士を隔てている横方向の距離が半導
体チップの上部に重なる緩衝プレートのとほぼ同じ割合
で熱膨張により伸びるように選択することが可能であ
る。
んで前記導電シート及び対応する前記半導体チップの両
方との弾性接触を行う第1の手段と、導電シートが弾性
手段を含んでおり、前記コンタクトピン装置を、対応す
る前記半導体チップに接触させる第2の手段と、のいず
れか一方を含んでもよい。
着して、各コンタクトピン装置に至るそれぞれの経路に
入る抵抗を有する第1の手段と、各コンタクトピン装置
の構造中に抵抗が組み込まれる第2の手段と、抵抗が、
各コンタクトピン装置と接触する前記半導体チップの構
造中に又は構造に固着して設けられる第3の手段と、の
うちいずれか一つを含んでもよい。
め形成されたサブアセンブリに組み付けられ、ハウジン
グのコレクタ電極(例えばアノード電極となるコレクタ
電極)及びエミッタ電極との接続のためのコンタクト領
域が得られるように配列された複数の半導体チップと、
前記サブアセンブリにおける電気的に絶縁された経路か
ら突出し、導電性を有し、前記経路に挿入されたとき
に、一方の端部が前記半導体チップの表面の一部と電気
的に接続するコンタクトピン装置と、を前記ハウジング
内に有し、前記サブアセンブリが前記コンタクトピン装
置の他方の端部と影響し合う面上に支持されていないと
きに、前記コンタクトピン装置が前記半導体チップと非
接触状態になるように、前記経路及びコンタクトピン装
置が構成されている。
ールとすることができ、特に、IGBTが使用される場
合には、IGBTモジュールとすることができる。
り添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
レクタ(アノード及びカソード)の一方、例えばエミッ
タコンタクト及び冷却部材などとして使用することがで
きる銅などの導電材料で形成された円板状(形状はこれ
に限定されない)の主電極(エミッタ電極)1が示され
ている。主電極1には全体又は一部が平坦な面1aと、
他の部材に対向する対向面2とが形成されている。対向
面2には、一定のレベルの底面3aの深さまで切り込ま
れてスロット(凹部)3が形成され、1つ又は複数(例
えば7本)の直立状の柱4が形成されている。柱4は正
方形の水平横断面を有してもよい。図3に示すように、
その中の1つ又は複数(例えば5本)の柱4のそれぞれ
は、少なくとも一角から小さい正方形の部分(形状はこ
れに限定されない)が切除されて、例えばL字形の断面
が残るよう切欠部5が形成されている。切欠部5の正確
な形状は、後で組み立てられるチップのコンタクトの要
求によって決まり、それらの要求及び後で説明するこれ
と共に組み込まれる他の構成部品の形状に応じて種々変
わり得る。
るための手段として作用させるための薄銅板(導電シー
ト)7が配置され、主電極1に対して電気的に絶縁する
ために、好ましくは最小厚さの絶縁インサート6が設け
られている。
積層板として一体化するか、あるいは金属被覆された絶
縁体で置換しても同じ機能を得ることができる。
8は、直立状の柱4の上方及び周囲を取り囲むように取
り付けられ、嵌合してもよく、切欠部5によって形成さ
れた空間を埋める形状を有する。プリフォーム8は絶縁
インサート6の上方に載って、薄銅板7を正しい位置に
保持するよう作用する。絶縁プリフォーム8における切
欠部5の空間を占有する部分には、それぞれの柱4の高
さ方向と平行に延びる経路(ホール又は溝)8a(図
2、3参照)が形成されている。
どの弾性力を与えられるコンタクトピン装置9が挿入さ
れ、コンタクトピン装置9のヘッド9aは、経路8aか
ら抜け落ちることがないよう十分な大きさの径を有する
(図7参照)。各コンタクトピン装置9は、ばね9dの
力に抗してスリーブ9c中を摺動可能なコンタクトピン
9b及びヘッドコンタクト9eを具備する。また、この
実施の形態においては、各コンタクトピン装置9は、半
導体チップへの信号電流の分配を均等化するのに役立つ
ように、抵抗器9fによって直列抵抗を与えるように設
計される。
4の最上部より高い位置にある。プリフォーム8の中央
部8bは、柱4、スロット3及び切欠部5によって占め
られる領域を囲んでおり、柱4の上端面4aと実質的に
同じ高さ、又はそれより高くならないように窪んでい
る。凹部となったプリフォーム8の中央部8bには、ニ
ッケルメッキ銅製などの導電性の保持シム10が、柱4
の上面に平らに載置されるように独自の形で配置されて
いる。保持シム10には、コンタクトピン装置9のヘッ
ド9aを収容するために、切欠部5の位置に対応した開
口10aが設けられいる。窓(例えば一部に切り欠きが
形成された窓)11aを有する絶縁フレーム11が、保
持シム10の上に載置され、これを取り囲むプリフォー
ム8の外側部分に対応して位置している。各窓11a
は、半導体チップの種類に応じて、モリブデンなどで形
成された緩衝シム12又は12aが各柱4の上端面4a
の中心に置かれるように、柱4の正方形の水平方向の境
界線(端面)に対応して形成されている。各緩衝シム1
2は切欠部5が形成された柱4の横断面に対応する形状
を有し、組み立て時にはそれぞれの位置に応じた方向を
向けられる。一方、各緩衝シム12aは正方形である。
ンなどで形成された緩衝シム12又は12aよりわずか
に大きく、各窓11aの周りの切り欠き11bの寸法に
よってその位置が設定される。少なくとも一つ又は複数
のIGBTチップ13は、ゲート接続が必要で、エミッ
タ又はコレクタのうちの一方、例えばエミッタフェース
(エミッタ電極)を下向きにして柱4の上方に置かれ、
介在用の緩衝シム12を用いて、ゲートコンタクト領域
(ゲート電極)がコンタクトピン装置9の真上に来るよ
うに配向される。一方、少なくとも一つ又は複数の半導
体チップ13aは、ダイオードチップであり、介在用の
緩衝シム12aを用いて切欠部5のない柱4上に一方の
電極、例えばアノード(アノード電極)を下にして載置
される。各緩衝シム12、12aとその対応する半導体
チップ13、13aの厚さの和は、全ての半導体チップ
13、13aの上面が実質的に同一平面上にあり、かつ
絶縁フレーム11の高さより上に来て、できるだけ等し
くなるように整えられる。
には、モリブデンなどで形成された緩衝プレート14が
載置され、プリフォーム8の外側リム(外周端部)によ
って中心が取られると共に、プリフォーム8に固着可能
なカラークリップ15によって正しい位置に保持され
る。
コレクタ(アノード及びカソード)の他方、例えばアノ
ードコンタクト及び冷却部材として作用する円板状など
の電極例えば銅電極(アノード電極)16によって行わ
れ、銅電極16にはフランジ16aが取り付けられてい
る。フランジ16aは、例えば管状をなす絶縁カラー例
えばセラミックカラー17により支持されたフランジ1
7aに溶接することができ、セラミックカラー17の他
端部は、ダイヤフラム(フランジ)17bによってエミ
ッタ電極(主電極)1の周壁に固着することができる。
セラミックハウジング(密封カプセル)の壁中に固定す
ることができるリード引き込みシール(導電シート)1
8は、内部で薄銅板7に接続され、外部はゲート電極と
して機能する。ゲート端子(ゲート電極)から各個のI
GBTチップへの電気経路には、コンタクトピン装置9
に組み込まれた抵抗器9fによってそれぞれ独自のバラ
スト抵抗器(安定化するための抵抗器)が設けられる。
組立工程で、それぞれの抵抗器を各ピン9bが接触する
薄銅板7の表面上の位置に取り付けたり、あるいはIG
BTチップ自体の構造中に組み込むことも可能である。
スロット3のベース3aにおける薄銅板7とエミッタ電
極(主電極1)の材料との間、また柱4と各コンタクト
ピン9bとの間の距離が小さいことによって、ゲート電
極とエミッタ電極との間に印加される信号の経路のルー
プインダクタンスが確実に低く保たれ、その結果、電流
の分配は基本的にバラスト抵抗器によって決定されるこ
とになる。
長所は、組み立てを容易にするために、コンタクトピン
装置9がIGBTチップを上向きに押し上げてチップを
平らに載置する妨げにならないようにコンタクトピン装
置9の下端部が無支持の状態のまま、プリフォーム8及
びその上に載置される種々の構成部品を独立にサブアセ
ンブリとしてあらかじめ組み立てることができることで
ある。カラークリップ15を正しい位置に固定した後、
各構成部品を組み付けたプリフォーム8を柱4の上方か
ら容易に下降させて、絶縁インサート8上にもたせるこ
とができる。また、スプリング式のコンタクトピン装置
9の下端部(コンタクトピン9b)を、薄銅板7に接触
させ、他端部(ヘッドコンタクト9e)をIGBTチッ
プ13に接触させることができる。
つの長所は、各コンタクトピン9bの下端部への接続は
共通接続ではなく別々に接続できるが、組み付け部品か
らなるあらかじめ形成されたサブアセンブリをエミッタ
電極、アノード電極及びゲート電極によって得られる標
準的な接続をエミュレートする(模倣する)特殊なジグ
に挿入することも可能であることである。このようにす
ることによって、各チップをゲート応答について個別に
試験し、欠陥のあるチップを検出して、交換することが
可能になる。
ってチップと接触させるようにした非圧縮型のコンタク
トピン装置9を使うように変形することができ、これに
は、例えば適切な位置にスプリングコンタクトを形成す
るベリリウム銅あるいは燐青銅材料を用いるか、あるい
は経路8aに摩擦嵌めされるばね付きピンよりなるコン
タクトピン装置で、構成部品の組み立てによって圧縮さ
れたばね付きピン中に生じる推力より、臨界(最大)摩
擦力が小さいものをもちいることができる。こうするこ
とで、ピンが非接触位置で固着しないようになる。
カラークリップ15(図1、4、5)の機能を一つにま
とめた変形例のプリフォーム28と共に緩衝プレート1
4を示し、図示の矢印はこれらの2つの部分の最終段階
の組み立て方を示している。この変形例のプリフォーム
28は、所定の位置に押し込まれた時緩衝プレート14
を把持する保持弾性保持タブ28cを具備しており、こ
れによってカラークリップは不要になる。保持タブの変
形例の形状が部材23dとして図示されている(図9参
照)。この場合、保持タブの内側面には、緩衝プレート
14の外周面に形成された1つ又は複数の溝(図示省
略)と係合して保持をより確実にすることが可能な凸部
が設けられている。
となっているが、「アノード電極」を「コレクタ電極」
に置き換えれば、コレクタ電極がアノード電極である場
合のみならず、コレクタ電極がカソード電極である場合
も含むことになる。
ードチップを封入する本発明の一実施形態の半導体装置
アセンブリにおける一連の構成部品を示す分解図であ
る。
ある。
である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
構造を示す図である。
図である。
示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 予め形成されたサブアセンブリに組み付
けられ、ハウジングのアノード電極及びエミッタ電極と
の接続のためのコンタクト領域が得られるように配列さ
れた複数の半導体チップと、 前記サブアセンブリにおける電気的に絶縁された経路か
ら突出し、導電性を有し、前記経路に挿入されたとき
に、一方の端部が前記半導体チップの表面の一部と電気
的に接続するコンタクトピン装置と、 前記エミッタ電極の内面の凹部に配置され、絶縁インサ
ートによって前記凹部から電気的に絶縁され、前記コン
タクトピン装置の他方の端部と接触して電気信号を分配
する導電シートと、 を前記ハウジング内に含む半導体装置。 - 【請求項2】 前記サブアセンブリが、前記コンタクト
ピン装置の前記他方の端部と接触する面によって支持さ
れていないときに、前記コンタクトピン装置が前記半導
体チップと非接触状態になるように、前記経路及びコン
タクトピン装置が構成されている請求項1記載の半導体
装置。 - 【請求項3】 前記エミッタ電極は平坦な外側面と反対
側の内側面とを有し、前記エミッタ電極の内側面には凹
部によって柱の輪郭が形成され、前記柱の壁面は前記エ
ミッタ電極の前記外側面とほぼ直角をなし、前記柱の上
端面は平坦であって前記外側面とほぼ平行である請求項
1又は2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記エミッタ電極の前記内側面に形成さ
れた前記凹部は、複数でそれぞれが同じ深さまで形成さ
れ、エミッタ電極の前記内側面に同一レベルの底面が形
成される請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記サブアセンブリは、絶縁性のプリフ
ォームであり、前記柱の上方から下降させて前記柱を収
容する開口が形成され、 前記プリフォームは、最終的に組み上がった状態で前記
柱の上面より高くなる部分と、前記柱の上端面と実質的
に同じ高さであって浅く窪んだ中央部分と、を有する請
求項3又は4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記経路は、前記柱の壁面に平行でかつ
接近して延びて前記絶縁性のプリフォームに形成されて
いる請求項5記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記プリフォームにおける前記窪んだ中
央部分に、導電性の保持シムが設けられ、前記保持シム
は、前記経路の端部の開口の閉塞を避けて形成される請
求項5又は6に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 一部に切り欠きが形成された窓を有する
絶縁フレームが設けられ、前記窓の開口は、前記柱の水
平方向の境界線に対応するとともに前記経路の垂直投影
輪郭を含む領域に拡がり、 前記窓の開口内及び前記窓の切り欠き内に、導電性の緩
衝シムと前記半導体チップのうちの1つが直列に配置さ
れて、各柱の上端面の上方の保持シム上に載置され、 前記半導体チップの表面の前記一部は、それぞれの経路
を占有する導電の前記コンタクトピン装置の端部に向け
られる請求項7記載の半導体装置。 - 【請求項9】 熱及び電気を伝える緩衝プレートが、全
ての前記半導体チップの上面に重ねられて接触する請求
項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項10】 カラークリップによって、前記保持シ
ム、緩衝シム、半導体チップ及び緩衝プレートが前記プ
リフォームが組み付けられた請求項9に記載の半導体装
置。 - 【請求項11】 前記エミッタ電極及びアノード電極の
それぞれには金属フランジが形成され、 一方の前記金属フランジには絶縁カラーが取り付けら
れ、前記絶縁カラーは、他方の前記金属フランジに接合
される別のフランジを有し、 組み上がった全ての構成部品が、前記ハウジングを構成
する密封カプセルに封入された請求項1乃至10のいず
れかに記載の半導体装置。 - 【請求項12】 前記絶縁カラーの壁面に固定されて電
気的に前記導電シートに接続された引き込み導体の内端
部が、共通の電気信号ポイント又はゲートポイントとな
り、前記引き込み導体の外端部は信号電極又はゲート電
極用に使用される請求項11記載の半導体装置。 - 【請求項13】 前記エミッタ電極は、前記絶縁カラー
を支持する第1の部分と、柱を支持する第2の部分と、
の2つの部分を含む請求項11又は12に記載の半導体
装置。 - 【請求項14】 前記コンタクトピン装置が、ばね手段
を含んで前記導電シート及び対応する前記半導体チップ
の両方との弾性接触を行う第1の手段と、 導電シートが弾性手段を含んでおり、前記コンタクトピ
ン装置を、対応する前記半導体チップに接触させる第2
の手段と、 のいずれか一方を含む請求項1乃至13のいずれかに記
載の半導体装置。 - 【請求項15】 前記導電シートが、構造中に又は構造
に固着して、各コンタクトピン装置に至るそれぞれの経
路に入る抵抗を有する第1の手段と、 各コンタクトピン装置の構造中に抵抗が組み込まれる第
2の手段と、 抵抗が、各コンタクトピン装置と接触する前記半導体チ
ップの構造中に又は構造に固着して設けられる第3の手
段と、 のうちいずれか一つを含む請求項1乃至14のいずれか
に記載の半導体装置。 - 【請求項16】 予め形成されたサブアセンブリに組み
付けられ、ハウジングのアノード電極及びエミッタ電極
との接続のためのコンタクト領域が得られるように配列
された複数の半導体チップと、 前記サブアセンブリにおける電気的に絶縁された経路か
ら突出し、導電性を有し、前記経路に挿入されたとき
に、一方の端部が前記半導体チップの表面の一部と電気
的に接続するコンタクトピン装置と、 を前記ハウジング内に有し、 前記サブアセンブリが前記コンタクトピン装置の他方の
端部と影響し合う面上に支持されていないときに、前記
コンタクトピン装置が前記半導体チップと非接触状態に
なるように、前記経路及びコンタクトピン装置が構成さ
れている半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9725960.0 | 1997-12-08 | ||
GBGB9725960.0A GB9725960D0 (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Encapsulating semiconductor chips |
Publications (2)
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