JPH113972A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH113972A JPH113972A JP9155458A JP15545897A JPH113972A JP H113972 A JPH113972 A JP H113972A JP 9155458 A JP9155458 A JP 9155458A JP 15545897 A JP15545897 A JP 15545897A JP H113972 A JPH113972 A JP H113972A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、パワ−デバイス用
のプラスチックモジュ−ルに関するもので、特に電鉄、
車両用のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transisto
r ）モジュ−ルに使用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plastic module for a power device.
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transisto) for vehicles
r) Used for modules.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１７は、従来のＩＧＢＴモジュ−ルの
外観を示している。図１８は、図１７のＦ−Ｆ線に沿う
断面を示している。ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１
２及びタ−ミナルキャップ１３により箱体が構成されて
いる。板状のヒ−トシンクメタル１１は、熱伝導性の良
好な金属板から構成され、枠状のケ−ス１２及び板状の
タ−ミナルキャップ１３は、それぞれ樹脂から構成され
ている。ヒ−トシンクメタル１１には、箱体を鉄道車両
などのシステムに取り付けるためのネジ穴が設けられて
いる。2. Description of the Related Art FIG. 17 shows the appearance of a conventional IGBT module. FIG. 18 shows a cross section along the line FF of FIG. Heat sink metal 11, case 1
A box body is constituted by 2 and the terminal cap 13. The plate-shaped heat sink metal 11 is formed of a metal plate having good thermal conductivity, and the frame-shaped case 12 and the plate-shaped terminal cap 13 are each formed of a resin. The heat sink metal 11 is provided with a screw hole for attaching the box to a system such as a railway vehicle.
【０００３】上記ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１２
及びタ−ミナルキャップ１３から構成される箱体内にお
いて、ヒ−トシンクメタル１１上には、絶縁セラミック
基板１５が搭載される。絶縁セラミック基板１５の両面
には、所定のパタ−ンを有する銅板が形成されている。
絶縁セラミック基板１５の一面側の銅板１６ａは、半田
１７ａによってヒ−トシンクメタル１１に結合されてい
る。絶縁セラミック基板１５の他面側の銅板１６ｂ〜１
６ｄは、それぞれＩＧＢＴのゲ−ト、エミッタ、コレク
タに対応して設けられている。The above-mentioned heat sink metal 11 and case 12
In addition, an insulating ceramic substrate 15 is mounted on the heat sink metal 11 in the box including the terminal cap 13 and the heat sink metal 11. Copper plates having a predetermined pattern are formed on both surfaces of the insulating ceramic substrate 15.
The copper plate 16a on one side of the insulating ceramic substrate 15 is connected to the heat sink metal 11 by solder 17a. Copper plate 16b-1 on the other side of insulating ceramic substrate 15
6d are provided corresponding to the gate, emitter and collector of the IGBT, respectively.
【０００４】半導体チップ１８には、パワ−デバイスの
一種であるＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ１
８の裏面は、ＩＧＢＴのコレクタ電極になっており、ま
た、半導体チップ１８の裏面は、半田１７ｂによって銅
板１６ｂに接続されている。金属板から構成されるコレ
クタ端子１９の一端は、半田１７ｅによって銅板１６ｂ
に接続され、他端は、タ−ミナルキャップ１３を貫通し
て箱体の外部に導出されている。コレクタ端子１９の他
端は、システムとの接続を容易にするために、折り曲げ
られ、かつ、穴が設けられている。An IGBT, which is a kind of power device, is formed on the semiconductor chip 18. Semiconductor chip 1
The back surface of 8 is a collector electrode of the IGBT, and the back surface of the semiconductor chip 18 is connected to the copper plate 16b by solder 17b. One end of a collector terminal 19 made of a metal plate is connected to a copper plate 16b by solder 17e.
, And the other end is led out of the box through the terminal cap 13. The other end of the collector terminal 19 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【０００５】半導体チップ１８の表面には、ゲ−ト電極
及びエミッタ電極が設けられている。アルミニウムから
構成されるボンディングワイヤ２０ａは、銅板１６ｃと
半導体チップ１８のエミッタ電極とを互いに接続する。
ボンディングワイヤ２０ａは、ＩＧＢＴに流れる大電流
に十分に耐える程度の本数だけ存在する。金属板から構
成されるエミッタ端子２１の一端は、半田１７ｃによっ
て銅板１６ｃに接続され、他端は、タ−ミナルキャップ
１３を貫通して箱体の外部に導出されている。エミッタ
端子２１の他端は、システムとの接続を容易にするため
に、折り曲げられ、かつ、穴が設けられている。A gate electrode and an emitter electrode are provided on the surface of the semiconductor chip 18. A bonding wire 20a made of aluminum connects the copper plate 16c and the emitter electrode of the semiconductor chip 18 to each other.
The number of the bonding wires 20a is sufficient to sufficiently withstand a large current flowing through the IGBT. One end of the emitter terminal 21 made of a metal plate is connected to the copper plate 16c by solder 17c, and the other end is passed through the terminal cap 13 and led out of the box. The other end of the emitter terminal 21 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【０００６】アルミニウムから構成されるボンディング
ワイヤ２０ｂは、銅板１６ｄと半導体チップ１８のゲ−
ト電極とを互いに接続する。金属板から構成されるゲ−
ト端子２２の一端は、半田１７ｄによって銅板１６ｄに
接続され、他端は、タ−ミナルキャップ１３を貫通して
箱体の外部に導出されている。ゲ−ト端子２２の他端
は、システムとの接続を容易にするために、折り曲げら
れ、かつ、穴が設けられている。[0006] The bonding wire 20b made of aluminum is used as a gate between the copper plate 16d and the semiconductor chip 18.
The electrodes are connected to each other. A gate composed of a metal plate
One end of the terminal 22 is connected to the copper plate 16d by the solder 17d, and the other end is passed through the terminal cap 13 and led out of the box. The other end of the gate terminal 22 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【０００７】ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１２及び
タ−ミナルキャップ１３から構成される箱体内には、ゲ
ル状のシリコン樹脂２３が、少なくとも半導体チップ１
８及びボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂを覆う程度に
挿入されている。In a box formed of a heat sink metal 11, a case 12, and a terminal cap 13, a gel-like silicon resin 23 contains at least a semiconductor chip 1.
8 and the bonding wires 20a, 20b.
【０００８】図１９は、従来のＩＧＢＴモジュ−ルの他
の例を示すもので、図１７のＦ−Ｆ線に沿う断面に対応
している。ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１２及びタ
−ミナルキャップ１３により箱体が構成されている。板
状のヒ−トシンクメタル１１は、熱伝導性の良好な金属
板から構成され、枠状のケ−ス１２及び板状のタ−ミナ
ルキャップ１３は、それぞれ樹脂から構成されている。
ヒ−トシンクメタル１１には、箱体を鉄道車両などのシ
ステムに取り付けるためのネジ穴が設けられている。FIG. 19 shows another example of a conventional IGBT module, which corresponds to a cross section taken along line FF of FIG. The heat sink metal 11, the case 12, and the terminal cap 13 constitute a box. The plate-shaped heat sink metal 11 is formed of a metal plate having good thermal conductivity, and the frame-shaped case 12 and the plate-shaped terminal cap 13 are each formed of a resin.
The heat sink metal 11 is provided with a screw hole for attaching the box to a system such as a railway vehicle.
【０００９】上記ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１２
及びタ−ミナルキャップ１３から構成される箱体内にお
いて、ヒ−トシンクメタル１１上には、絶縁セラミック
基板１５が搭載される。絶縁セラミック基板１５の両面
には、所定のパタ−ンを有する銅板が形成されている。
絶縁セラミック基板１５の一面側の銅板１６ａは、半田
１７ａによってヒ−トシンクメタル１１に結合されてい
る。絶縁セラミック基板１５の他面側の銅板１６ｂ〜１
６ｄは、それぞれＩＧＢＴのゲ−ト、エミッタ、コレク
タに対応して設けられている。The above-mentioned heat sink metal 11 and case 12
In addition, an insulating ceramic substrate 15 is mounted on the heat sink metal 11 in the box including the terminal cap 13 and the heat sink metal 11. Copper plates having a predetermined pattern are formed on both surfaces of the insulating ceramic substrate 15.
The copper plate 16a on one side of the insulating ceramic substrate 15 is connected to the heat sink metal 11 by solder 17a. Copper plate 16b-1 on the other side of insulating ceramic substrate 15
6d are provided corresponding to the gate, emitter and collector of the IGBT, respectively.
【００１０】半導体チップ１８には、パワ−デバイスの
一種であるＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ１
８の裏面は、ＩＧＢＴのコレクタ電極になっており、ま
た、半導体チップ１８の裏面は、半田１７ｂによって銅
板１６ｂに接続されている。金属板から構成されるコレ
クタ端子１９の一端は、半田１７ｅによって銅板１６ｂ
に接続され、他端は、タ−ミナルキャップ１３を貫通し
て箱体の外部に導出されている。コレクタ端子１９の他
端は、システムとの接続を容易にするために、折り曲げ
られ、かつ、穴が設けられている。On the semiconductor chip 18, an IGBT, which is a kind of power device, is formed. Semiconductor chip 1
The back surface of 8 is a collector electrode of the IGBT, and the back surface of the semiconductor chip 18 is connected to the copper plate 16b by solder 17b. One end of a collector terminal 19 made of a metal plate is connected to a copper plate 16b by solder 17e.
, And the other end is led out of the box through the terminal cap 13. The other end of the collector terminal 19 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【００１１】半導体チップ１８の表面には、ゲ−ト電極
及びエミッタ電極が設けられている。半導体チップ１８
のエミッタ電極上には、半田２４を介して銅板２５が配
置されている。アルミニウムから構成されるボンディン
グワイヤ２０ａは、銅板１６ｃと銅板２５とを互いに接
続する。ボンディングワイヤ２０ａは、ＩＧＢＴに流れ
る大電流に十分に耐える程度の本数だけ存在する。金属
板から構成されるエミッタ端子２１の一端は、半田１７
ｃによって銅板１６ｃに接続され、他端は、タ−ミナル
キャップ１３を貫通して箱体の外部に導出されている。
エミッタ端子２１の他端は、システムとの接続を容易に
するために、折り曲げられ、かつ、穴が設けられてい
る。On the surface of the semiconductor chip 18, a gate electrode and an emitter electrode are provided. Semiconductor chip 18
A copper plate 25 is arranged on the emitter electrode through solder 24. A bonding wire 20a made of aluminum connects the copper plate 16c and the copper plate 25 to each other. The number of the bonding wires 20a is sufficient to sufficiently withstand a large current flowing through the IGBT. One end of the emitter terminal 21 made of a metal plate is
The other end is connected to the copper plate 16c by c and the other end is led out of the box through the terminal cap 13.
The other end of the emitter terminal 21 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【００１２】アルミニウムから構成されるボンディング
ワイヤ２０ｂは、銅板１６ｄと半導体チップ１８のゲ−
ト電極とを互いに接続する。金属板から構成されるゲ−
ト端子２２の一端は、半田１７ｄによって銅板１６ｄに
接続され、他端は、タ−ミナルキャップ１３を貫通して
箱体の外部に導出されている。ゲ−ト端子２２の他端
は、システムとの接続を容易にするために、折り曲げら
れ、かつ、穴が設けられている。The bonding wire 20b made of aluminum is used as a gate between the copper plate 16d and the semiconductor chip 18.
The electrodes are connected to each other. A gate composed of a metal plate
One end of the terminal 22 is connected to the copper plate 16d by the solder 17d, and the other end is passed through the terminal cap 13 and led out of the box. The other end of the gate terminal 22 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【００１３】ヒ−トシンクメタル１１、ケ−ス１２及び
タ−ミナルキャップ１３から構成される箱体内には、ゲ
ル状のシリコン樹脂２３が、少なくとも半導体チップ１
８及びボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂを覆う程度に
挿入されている。In a box formed of a heat sink metal 11, a case 12 and a terminal cap 13, a gel silicon resin 23 contains at least a semiconductor chip 1.
8 and the bonding wires 20a, 20b.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】図１８のＩＧＢＴモジ
ュ−ルにおいては、ＩＧＢＴに所定周期（周波数）で電
力を印加するパワ−サイクルモ−ドでの半導体チップ１
８とボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂのリフトオフに
ついて検討する必要がある。In the IGBT module shown in FIG. 18, the semiconductor chip 1 in a power cycle mode in which power is applied to the IGBT at a predetermined cycle (frequency).
8, it is necessary to consider the lift-off of the bonding wires 20a and 20b.
【００１５】従来、例えば、鉄道車両用のＩＧＢＴモジ
ュ−ルとして要求されるスペックは、ケ−ス温度Ｔｃを
８０℃に固定し、半導体チップとボンディングワイヤの
接続部の温度を８０℃と１２０℃の間で繰り返し変化さ
せる（ΔＴｊ＝４０℃）動作を９メガサイクル行っても
リフトオフが生じないというものであるが、現在の技術
では、その１／１０〜１／１００の実力しかない。Conventionally, for example, specifications required for an IGBT module for a railway vehicle are such that the case temperature Tc is fixed at 80.degree. C., and the temperature of the connection between the semiconductor chip and the bonding wire is 80.degree. The lift-off does not occur even if the operation of repeatedly changing (ΔTj = 40 ° C.) is performed for 9 mega cycles, but the current technology has only 1/10 to 1/100 of that ability.
【００１６】図１９のＩＧＢＴモジュ−ルにおいては、
熱疲労（ＴＦＴ）モ−ドにおける半田の劣化、半導体チ
ップに生じるクラックなどについて検討する必要があ
る。従来、例えば、鉄道車両用のＩＧＢＴモジュ−ルと
して要求されるスペックは、ケ−ス温度を４０℃と８０
℃の間で繰り返し変化させ（ΔＴｃ＝４０℃）、半導体
チップとボンディングワイヤの接続部の温度を４０℃と
１２０℃の間で繰り返し変化させる（ΔＴｊ＝８０℃）
動作を３０キロサイクル行っても半田の劣化や半導体チ
ップのクラックが生じないというものであるが、現在の
技術では、その１／３程度の実力しかない。In the IGBT module shown in FIG.
It is necessary to consider the deterioration of solder in the thermal fatigue (TFT) mode, cracks generated in the semiconductor chip, and the like. Conventionally, for example, specifications required for an IGBT module for a railway vehicle include a case temperature of 40 ° C. and 80 ° C.
C. (.DELTA.Tc = 40.degree. C.), and the temperature of the connection between the semiconductor chip and the bonding wire is repeatedly changed between 40.degree. C. and 120.degree. C. (.DELTA.Tj = 80.degree. C.).
Even though the operation is performed for 30 kilocycles, the deterioration of the solder and the cracking of the semiconductor chip do not occur.
【００１７】また、図１８及び図１９のＩＧＢＴモジュ
−ルは、樹脂封止を行う半気密構造を有しているため、
耐湿性が良好でない。よって、高温、高湿の環境条件で
は、水分がモジュ−ル内に進入し、素子（ＩＧＢＴ）の
特性劣化を引き起こす。また、樹脂中に含まれる不純物
が素子の信頼性を損ねる場合もある。Further, since the IGBT module shown in FIGS. 18 and 19 has a semi-hermetic structure for performing resin sealing,
Moisture resistance is not good. Therefore, under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture penetrates into the module, causing deterioration of the characteristics of the element (IGBT). Further, impurities contained in the resin may impair the reliability of the element in some cases.
【００１８】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、その目的は、鉄道車両用のＩＧＢＴモジュ−ル
のスペックを十分に満たす高信頼性の半導体装置（プラ
スチックモジュ−ル）を提供することである。また、本
発明の目的は、使い勝手の良いプラスチックモジュ−ル
の外形を維持しつつ、パワ−サイクルモ−ド及び熱疲労
モ−ドに対して良い結果が得られ、かつ、低コストで製
造できる圧接による電極取り出し構造を可能にすること
である。さらに、本発明の目的は、耐湿性の良好な気密
型のモジュ−ルを開発することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and has as its object to provide a highly reliable semiconductor device (plastic module) which sufficiently satisfies the specifications of an IGBT module for a railway vehicle. It is to be. It is another object of the present invention to provide a pressure welding method which can obtain good results in a power cycle mode and a thermal fatigue mode while maintaining the external shape of a plastic module which is easy to use, and can be manufactured at low cost. Is to enable an electrode take-out structure. It is a further object of the invention to develop an airtight module with good moisture resistance.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体チップが搭載され、
絶縁体から構成されるヒ−トシンクと、前記ヒ−トシン
クと一体化されると共に前記半導体チップを取り囲むよ
うに配置されるフランジと、前記フランジに結合され、
前記半導体チップが存在する空間を気密状態にするため
のハウジングとを備える。In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a semiconductor chip mounted thereon.
A heat sink composed of an insulator, a flange integrated with the heat sink and arranged to surround the semiconductor chip, and coupled to the flange;
A housing for sealing a space in which the semiconductor chip is present in an airtight state.
【００２０】本発明の半導体装置は、さらに、前記半導
体チップの電極に対して所定の圧接力を加える手段を備
え、前記所定の圧接力は、前記フランジにより支持され
る。また、本発明の半導体装置は、前記半導体チップが
存在する空間内に所定のガスを満たすためのパイプを備
える。The semiconductor device of the present invention further comprises means for applying a predetermined pressing force to the electrodes of the semiconductor chip, and the predetermined pressing force is supported by the flange. Further, the semiconductor device of the present invention includes a pipe for filling a predetermined gas in a space where the semiconductor chip exists.
【００２１】前記フランジは、前記ヒ−トシンクに結合
されたケ−スにより取り囲まれ、かつ、前記空間は、前
記ケ−ス内に満たされた樹脂により完全に覆われてい
る。前記ヒ−トシンクと前記フランジは、互いに異なる
材料から構成される。この場合、前記ヒ−トシンクは、
セラミックとアルミニウムの複合材料から構成され、前
記支柱は、アルミニウムから構成されるのがよい。The flange is surrounded by a case connected to the heat sink, and the space is completely covered by a resin filled in the case. The heat sink and the flange are made of different materials. In this case, the heat sink is:
The support is preferably made of a composite material of ceramic and aluminum, and the support is preferably made of aluminum.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の半導体装置について詳細に説明する。図１は、主と
してパワ−デバイス（ＩＧＢＴなど）用に使用されるプ
ラスチックモジュ−ルの外観を示すものである。図２
は、本発明の第１実施の形態に関わる内部圧接型の電極
構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルを示すもので、図１の
Ａ−Ａ線に沿う断面に対応している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the appearance of a plastic module mainly used for a power device (such as an IGBT). FIG.
FIG. 1 shows an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to the first embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA of FIG.
【００２３】ヒ−トシンク３１ａは、セラミック複合材
料（例えば、セラミック−アルミ複合材料）から構成さ
れている。高強度、低熱膨脹のセラミック複合材料は、
例えば、真空ダイキャスト方式で製造することができ
る。ヒ−トシンク３１ａの縁部には、ＭＭＣ（Metal Ma
trix Composite）３１ｂが形成されている。なお、ＭＭ
Ｃ３１ｂがヒ−トシンク３１ａの縁部のみに形成された
モジュ−ルは、ウインドウフレ−ム型と称されている。The heat sink 31a is made of a ceramic composite material (for example, a ceramic-aluminum composite material). High strength, low thermal expansion ceramic composite
For example, it can be manufactured by a vacuum die casting method. The edge of the heat sink 31a has an MMC (Metal Ma
(trix Composite) 31b is formed. Note that MM
A module in which C31b is formed only at the edge of the heat sink 31a is called a window frame type.
【００２４】ヒ−トシンク３１ａを構成する材料の具体
例としては、例えば、ＡｌＮがあり、ＭＭＣ３１ｂを構
成する材料の具体例としては、例えば、Ａｌ−ＳｉＣが
ある。A specific example of the material forming the heat sink 31a is, for example, AlN, and a specific example of the material forming the MMC 31b is, for example, Al-SiC.
【００２５】また、ヒ−トシンク３１ａ及びＭＭＣ３１
ｂの表面には、金属層３４ａ，３４ｂがコ−ティングさ
れている。金属層３４ａ，３４ｂは、ヒ−トシンク３１
ａを構成する材料の熱膨脹係数に近い熱膨脹係数を有す
る金属材料（例えばアルミニウム）から構成するのがよ
い。The heat sink 31a and the MMC 31
Metal layers 34a and 34b are coated on the surface of b. The metal layers 34a and 34b are
It is preferable to use a metal material (for example, aluminum) having a thermal expansion coefficient close to that of the material constituting a.
【００２６】ＭＭＣ３１ｂには、箱体を鉄道車両などの
システムに取り付けるためのネジ穴が設けられている。
ヒ−トシンク３１ａ、ＭＭＣ３１ｂ、ケ−ス３２及びタ
−ミナルキャップ３３により箱体が構成される。枠状の
ケ−ス３２及び板状のタ−ミナルキャップ３３は、それ
ぞれ樹脂から構成されている。The MMC 31b is provided with a screw hole for attaching the box to a system such as a railway car.
The heat sink 31a, the MMC 31b, the case 32, and the terminal cap 33 constitute a box. The frame-shaped case 32 and the plate-shaped terminal cap 33 are each made of resin.
【００２７】ヒ−トシンク３１ａ、ＭＭＣ３１ｂ、ケ−
ス３２及びタ−ミナルキャップ３３から構成される箱体
内において、ヒ−トシンク３１ａ上には、半導体チップ
（ＩＧＢＴ）３５が搭載される。半導体チップ３５の裏
面は、ＩＧＢＴのコレクタ電極になっており、また、半
導体チップ３５の裏面は、半田３６によって金属層３４
ｂに接続されている。半導体チップ３５の周囲には、半
導体チップを保護するためのチップフレ−ム３７が形成
されている。チップフレ−ム３７は、樹脂から構成され
る。Heat sink 31a, MMC 31b,
A semiconductor chip (IGBT) 35 is mounted on the heat sink 31a in a box formed by the heat sink 32 and the terminal cap 33. The back surface of the semiconductor chip 35 is a collector electrode of the IGBT, and the back surface of the semiconductor chip 35 is
b. Around the semiconductor chip 35, a chip frame 37 for protecting the semiconductor chip is formed. The chip frame 37 is made of resin.
【００２８】本発明では、内部圧接型の電極構造を達成
するために金属板３８を用いている。この金属板３８
は、例えば厚さが約０．２ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）か
ら構成され、ディンプル加工が施されており、突起部３
８´を有している。In the present invention, the metal plate 38 is used to achieve the internal pressure contact type electrode structure. This metal plate 38
Is made of, for example, molybdenum (Mo) having a thickness of about 0.2 mm, is subjected to dimple processing, and has a protrusion 3
8 '.
【００２９】例えば、半導体チップ３５のエミッタ電極
の圧接に用いる金属板３８の構成は、図４に示すように
なっている。即ち、金属板３８は、例えば、ガルウイン
グ状に折り曲げられており（２つの半導体チップを圧接
する場合）、半導体チップ３５のエミッタ電極に対応し
て突起部３８´が形成されている。また、金属板３８に
は、電極取り出し用の金属ポスト３９が取り付けられて
いる。金属ポスト３９は、例えば、銅から構成されてい
る。For example, the configuration of the metal plate 38 used for pressing the emitter electrode of the semiconductor chip 35 is as shown in FIG. That is, the metal plate 38 is bent, for example, in a gull-wing shape (when two semiconductor chips are pressed against each other), and the projections 38 ′ are formed corresponding to the emitter electrodes of the semiconductor chips 35. Further, a metal post 39 for taking out an electrode is attached to the metal plate 38. The metal post 39 is made of, for example, copper.
【００３０】同様に、半導体チップ３５のゲ−ト電極の
圧接に用いる金属板３８の構成は、図５に示すようにな
っている。即ち、金属板３８は、例えば、ガルウイング
状に折り曲げられており（２つの半導体チップを圧接す
る場合）、半導体チップ３５のエミッタ電極に対応して
突起部３８´が形成されている。また、金属板３８に
は、電極取り出し用の金属ポスト３９が取り付けられて
いる。金属ポスト３９は、例えば、銅から構成されてい
る。Similarly, the structure of the metal plate 38 used for pressing the gate electrode of the semiconductor chip 35 is as shown in FIG. That is, the metal plate 38 is bent, for example, in a gull-wing shape (when two semiconductor chips are pressed against each other), and the projections 38 ′ are formed corresponding to the emitter electrodes of the semiconductor chips 35. Further, a metal post 39 for taking out an electrode is attached to the metal plate 38. The metal post 39 is made of, for example, copper.
【００３１】半導体チップ３５に形成されるゲ−ト電極
の数は、エミッタ電極の数に比べれば少ない。よって、
ゲ−ト電極の圧接には、図５のような部材を用いること
なく、針状のコンタクトプロ−ブを用いるようにしても
よい。The number of gate electrodes formed on the semiconductor chip 35 is smaller than the number of emitter electrodes. Therefore,
For the pressure contact of the gate electrode, a needle-shaped contact probe may be used without using the member as shown in FIG.
【００３２】ディンプル加工が施された金属板３８上に
は、例えば銅から構成される金属片４０が配置されてい
る。金属片４０は、金属片４０上に配置されたバネ（コ
イルバネ、皿バネなど）４１によって金属板３８に押し
付けられている。よって、金属板３８の突起部３８´
は、半導体チップ３５のエミッタ電極又はゲ−ト電極を
圧接することになる。On the dimpled metal plate 38, a metal piece 40 made of, for example, copper is arranged. The metal piece 40 is pressed against the metal plate 38 by a spring (coil spring, disc spring, etc.) 41 disposed on the metal piece 40. Therefore, the projection 38 'of the metal plate 38
Presses the emitter electrode or the gate electrode of the semiconductor chip 35.
【００３３】バネ４１は、セラミックハウジング４２に
固定されている。セラミックハウジング４２において、
金属ポスト３９に対応する部分には穴４４が設けられて
いる。セラミックハウジング４２の穴４４の側面には、
金属キャップ４５が接続されている。金属キャップ４５
上には、エミッタ端子４６が取り付けられている。The spring 41 is fixed to the ceramic housing 42. In the ceramic housing 42,
A hole 44 is provided in a portion corresponding to the metal post 39. On the side of the hole 44 of the ceramic housing 42,
The metal cap 45 is connected. Metal cap 45
An emitter terminal 46 is mounted on the upper side.
【００３４】ここで、金属キャップ４５の一部をかしめ
る（潰す）と、図３に示すように、金属ポスト３８と金
属キャップ４５が電気的に接続される。よって、エミッ
タ端子４６は、金属板４０、金属ポスト３８及び金属キ
ャップ４５を介して半導体チップ３５のエミッタ電極に
電気的に接続されることになる。Here, when a part of the metal cap 45 is swaged (crushed), the metal post 38 and the metal cap 45 are electrically connected as shown in FIG. Therefore, the emitter terminal 46 is electrically connected to the emitter electrode of the semiconductor chip 35 via the metal plate 40, the metal post 38, and the metal cap 45.
【００３５】セラミックハウジング４２の縁部には、フ
ランジ４３ａが取り付けられている。また、ヒ−トシン
ク３１ａにも、半導体チップ３５及びその周辺を取り囲
むような壁状のフランジ４３ｂが取り付けられている。
このフランジ４３ｂは、金属層３４ａ，３４ｂと一体成
型されるものであり、例えば、アルミニウムから構成さ
れる。つまり、フランジ４３ｂは、ヒ−トシンク３１ａ
に一体化（互いに分離できない状態をいう）されてい
る。A flange 43a is attached to the edge of the ceramic housing 42. The heat sink 31a is also provided with a wall-shaped flange 43b surrounding the semiconductor chip 35 and its periphery.
The flange 43b is integrally formed with the metal layers 34a and 34b, and is made of, for example, aluminum. That is, the flange 43b is connected to the heat sink 31a.
(The state cannot be separated from each other).
【００３６】フランジ４３ｂは、内部圧接構造により生
じる圧接力を支持するためのものである。フランジ４３
ａとフランジ４３ｂは、結合部Ｑにおいて溶接又は半田
などにより互いに結合されることになる。この状態にお
いて、半導体チップ３５は完全に気密されたことにな
る。The flange 43b is for supporting the pressing force generated by the internal pressing structure. Flange 43
a and the flange 43b are connected to each other at the connection portion Q by welding or soldering. In this state, the semiconductor chip 35 is completely airtight.
【００３７】コレクタ端子４７は、金属板から構成され
ている。コレクタ端子４７の一端は、ネジ止めなどによ
り金属層３４ｂに接続される。よって、コレクタ端子４
７は、半導体チップ３５の裏面電極（コレクタ電極）に
電気的に接続される。コレクタ端子４３の他端は、タ−
ミナルキャップ３３を貫通して箱体の外部に導出されて
いる。コレクタ端子４３の他端は、システムとの接続を
容易にするために、折り曲げられ、かつ、穴が設けられ
ている。The collector terminal 47 is made of a metal plate. One end of the collector terminal 47 is connected to the metal layer 34b by screwing or the like. Therefore, the collector terminal 4
7 is electrically connected to the back electrode (collector electrode) of the semiconductor chip 35. The other end of the collector terminal 43 is
It penetrates through the minal cap 33 and is led out of the box. The other end of the collector terminal 43 is bent and provided with a hole to facilitate connection with the system.
【００３８】ゲ−ト端子４８は、図６に示すように、エ
ミッタ端子４６と同様の構成を有し、かつ、エミッタ端
子４６と同様に、ディンプル加工された金属板３８ａ、
金属ポスト３９ａ及び金属キャップを介して半導体チッ
プ３５のゲ−ト電極に電気的に接続されることになる。As shown in FIG. 6, the gate terminal 48 has the same configuration as the emitter terminal 46, and, like the emitter terminal 46, has a dimpled metal plate 38a.
It is electrically connected to the gate electrode of the semiconductor chip 35 via the metal post 39a and the metal cap.
【００３９】ここで、半導体チップ３５に加える圧接力
について検討する。通常、内部圧接型（面圧接型）の電
極構造を採用する半導体素子では、熱抵抗と電気抵抗が
十分に小さくなるように、面圧１ｋｇ／ｍｍ2 以上の圧
接力が半導体チップに加えられる。しかし、例えば、
３．３ｋＶ、１２００Ａというような大容量を有するＩ
ＧＢＴモジュ−ルになると、１つのモジュ−ル内には複
数の半導体チップ（ＩＧＢＴ）が搭載され、アクティブ
エリアは、２０００ｍｍ2 にも及ぶようになる。この場
合、単純に計算しても、半導体チップに加わる総圧力
は、２トンとなり、この圧接力を支持することは現実的
に不可能である。Here, the pressing force applied to the semiconductor chip 35 will be examined. Normally, in a semiconductor element employing an internal pressure contact type (surface pressure contact type) electrode structure, a pressure contact pressure of 1 kg / mm 2 or more is applied to a semiconductor chip so that thermal resistance and electric resistance are sufficiently reduced. But, for example,
I having a large capacity such as 3.3 kV and 1200 A
In the case of a GBT module, a plurality of semiconductor chips (IGBTs) are mounted in one module, and the active area is as large as 2000 mm 2 . In this case, even if it is simply calculated, the total pressure applied to the semiconductor chip is 2 tons, and it is practically impossible to support this pressing force.
【００４０】また、このような大きな圧接力を軽減する
ため、半導体チップのパッド上のほぼ全面を圧接する面
圧接構造に変えて、半導体チップのパッド上を部分的に
圧接する点圧接構造を採用する技術が存在する（例え
ば、特願平９−５７６６３号、平成９年３月１２日出
願）。この技術を採用すると、半導体チップに加わる総
圧力は、１／１００程度（２０キロ程度）となる。しか
し、半導体チップに加わる総圧力が軽減されたといって
も、少なくとも２０キロ程度の圧接力を支持することが
必要である。Further, in order to reduce such a large pressing force, a point pressing structure in which the surface of the semiconductor chip is partially pressed against the pad is adopted instead of the surface pressing structure in which the entire surface of the pad of the semiconductor chip is pressed. (For example, Japanese Patent Application No. 9-57663, filed on March 12, 1997). When this technology is adopted, the total pressure applied to the semiconductor chip becomes about 1/100 (about 20 km). However, even if the total pressure applied to the semiconductor chip is reduced, it is necessary to support a pressing force of at least about 20 kg.
【００４１】本発明では、ヒ−トシンク３１ａの表面を
覆う金属層３４ａ，３４ｂと一体成型されるフランジ４
３ｂによりこの圧接力を支持している。つまり、フラン
ジ４３ｂは、セラミック複合材料から構成される強固な
ヒ−トシンク３１と一体化されており、また、フランジ
４３ｂは、図６に示すように、半導体チップ３５を取り
囲むように壁状に形成されるため、圧接力を十分に支持
することができる。In the present invention, the flange 4 is formed integrally with the metal layers 34a and 34b covering the surface of the heat sink 31a.
3b supports this pressing force. That is, the flange 43b is integrated with the strong heat sink 31 made of a ceramic composite material, and the flange 43b is formed in a wall shape so as to surround the semiconductor chip 35 as shown in FIG. Therefore, the pressing force can be sufficiently supported.
【００４２】また、本発明では、フランジ４３ａ，４３
ｂによって半導体チップ３５の存在する空間が完全に気
密状態にされている。さらに、樹脂４９を、ヒ−トシン
ク３１ａ、ＭＭＣ３１ｂ、ケ−ス３２及びタ−ミナルキ
ャップ３３からなる箱体内に満たしている。樹脂４９
は、フランジ４３ａ，４３ｂを互いに結合した後に形成
される。In the present invention, the flanges 43a, 43
The space where the semiconductor chip 35 exists is completely airtight by b. Further, the resin 49 is filled in a box made of the heat sink 31a, the MMC 31b, the case 32, and the terminal cap 33. Resin 49
Is formed after the flanges 43a and 43b are joined together.
【００４３】パイプ５０は、気密状態にされた空間内に
所定のガス（例えば窒素ガス）を満たすためのものであ
る。パイプ５０は、図３に示すように、気密状態にされ
た空間内に所定のガスを満たした後に、溶接や半田など
によって吸入口が封止されることになる。The pipe 50 is for filling a predetermined gas (for example, nitrogen gas) in the airtight space. As shown in FIG. 3, the suction port of the pipe 50 is sealed by welding, soldering or the like after filling a predetermined gas in the airtight space.
【００４４】上記構成のＩＧＢＴモジュ−ルによれば、
鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプラス
チックモジュ−ルとすることができる。また、使い勝手
の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ−サ
イクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が得ら
れ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるため、低
コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。According to the IGBT module having the above configuration,
A highly reliable plastic module that sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be provided. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００４５】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジング４２及びフランジ４３ａ，４３ｂに
よって完全に気密状態となっている。よって、耐湿性が
非常に良好であり、高温、高湿の環境条件でも、水分が
モジュ−ル内に進入することがなく、素子（ＩＧＢＴ）
の特性劣化も引き起こさない。また、樹脂中に含まれる
不純物が素子の信頼性を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing 42 and the flanges 43a and 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high temperature and high humidity environmental conditions, moisture does not enter the module and the element (IGBT)
Does not cause any deterioration in the characteristics. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００４６】図７及び図８は、本発明の第２実施の形態
に関わる内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ
−ルを示すもので、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に対応し
ている。FIGS. 7 and 8 show an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to a second embodiment of the present invention, which corresponds to a cross section taken along line AA of FIG. ing.
【００４７】本実施の形態は、上述の第１実施の形態に
比べると、フランジ４３ａ，４３ｂの構成が異なってお
り、その他の構成については、図２及び図３に示すＩＧ
ＢＴモジュ−ルの構成と全く同じである。即ち、フラン
ジ４３ａは、金属層３４ａ，３４ｂを構成する材料とは
異なる材料により構成される。この場合、フランジ４３
ａと金属層３４ａ，３４ｂは、一体成型されない。但
し、フランジ４３ａは、ヒ−トシンク３１ａに一体化し
ている。This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the flanges 43a and 43b, and the other configurations are the same as those of the IG shown in FIGS.
The configuration is exactly the same as that of the BT module. That is, the flange 43a is formed of a material different from the material forming the metal layers 34a and 34b. In this case, the flange 43
a and the metal layers 34a and 34b are not integrally molded. However, the flange 43a is integrated with the heat sink 31a.
【００４８】このようなＩＧＢＴモジュ−ルにおいて
も、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプ
ラスチックモジュ−ルとすることができる。また、使い
勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ
−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が
得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるた
め、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。Even in such an IGBT module, a highly reliable plastic module which sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００４９】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジング４２及びフランジ４３ａ，４３ｂに
よって完全に気密状態となっている。よって、耐湿性が
非常に良好であり、高温、高湿の環境条件でも、水分が
モジュ−ル内に進入することがなく、素子（ＩＧＢＴ）
の特性劣化も引き起こさない。また、樹脂中に含まれる
不純物が素子の信頼性を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing 42 and the flanges 43a and 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high temperature and high humidity environmental conditions, moisture does not enter the module and the element (IGBT)
Does not cause any deterioration in the characteristics. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００５０】図９は、本発明の第３実施の形態に関わる
内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルを示
すものである。図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿う断面に
対応している。FIG. 9 shows an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to a third embodiment of the present invention. FIG. 10 corresponds to a cross section taken along line BB of FIG.
【００５１】本実施の形態は、上述の第１実施の形態に
比べると、ヒ−トシンク３１ａ及びＭＭＣ３１ｂの構成
が異なっている。つまり、本実施の形態のＩＧＢＴモジ
ュ−ルは、図２のＩＧＢＴモジュ−ルを４つ組み合わせ
た形となっている。This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the heat sink 31a and the MMC 31b. That is, the IGBT module of the present embodiment has a form in which four IGBT modules of FIG. 2 are combined.
【００５２】セラミック複合材料（セラミック−アルミ
複合材料（ＡｌＮ）など）から構成されるヒ−トシンク
３１ａは４つ存在し、これらヒ−トシンク３１ａの底面
及び側面は、ＭＭＣ（Ａｌ−ＳｉＣなど）３１ｂに覆わ
れている。ヒ−トシンク３１ａの表面及びＭＭＣ３１ｂ
の表面には、金属層（アルミニウムなど）３４ａ，３４
ｂが形成されると共に、金属層３４ａ，３４ｂと一体成
型されるフランジ（アルミニウムなど）４３ｂが形成さ
れている。There are four heat sinks 31a made of a ceramic composite material (ceramic-aluminum composite material (AlN) or the like), and the bottom and side surfaces of these heat sinks 31a are MMC (Al-SiC) 31b. Covered in. The surface of the heat sink 31a and the MMC 31b
The surface of the metal layer (aluminum etc.) 34a, 34
b, and a flange (such as aluminum) 43b integrally formed with the metal layers 34a and 34b is formed.
【００５３】フランジ４３ｂは、ヒ−トシンク３１ａに
対応して設けられている。１つのフランジ４３ｂは、４
つの半導体チップを取り囲むように壁状に形成されてい
る。各々のフランジ４３ｂ内の構成は、図２のＩＧＢＴ
モジュ−ルの構成と同じになる。The flange 43b is provided corresponding to the heat sink 31a. One flange 43b is 4
It is formed in a wall shape so as to surround one semiconductor chip. The configuration inside each flange 43b is the IGBT of FIG.
It has the same configuration as the module.
【００５４】ケ−ス３２は、各ヒ−トシンク３１ａに対
応して設けられ、フランジ４３ｂを取り囲むように配置
される。コレクタ端子４７は、フランジ４３ｂの外部か
つケ−ス３２の内部において、フランジ４３ｂに取り囲
まれた４つの半導体チップ３５に対応して１つずつ設け
られる。タ−ミナルキャップは、各ケ−ス３２上に配置
されることになる。ＭＭＣ３１ｂの縁部には、ＩＧＢＴ
モジュ−ルをシステムに接続するためのネジ穴が設けら
れている。The case 32 is provided corresponding to each heat sink 31a and is arranged so as to surround the flange 43b. The collector terminals 47 are provided one by one outside the flange 43b and inside the case 32, corresponding to the four semiconductor chips 35 surrounded by the flange 43b. A terminal cap will be placed on each case 32. An IGBT is provided on the edge of the MMC 31b.
Screw holes are provided for connecting the module to the system.
【００５５】このようなＩＧＢＴモジュ−ルにおいて
も、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプ
ラスチックモジュ−ルとすることができる。また、使い
勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ
−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が
得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるた
め、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。Even with such an IGBT module, a highly reliable plastic module which sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００５６】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジングとフランジ４３ｂによって完全に気
密状態となる。よって、耐湿性が非常に良好であり、高
温、高湿の環境条件でも、水分がモジュ−ル内に進入す
ることがなく、素子（ＩＧＢＴ）の特性劣化も引き起こ
さない。また、樹脂中に含まれる不純物が素子の信頼性
を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing and the flange 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture does not enter the module and the characteristics of the element (IGBT) do not deteriorate. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００５７】図１１は、本発明の第４実施の形態に関わ
る内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルを
示すものである。図１２は、図１１のＣ−Ｃ線に沿う断
面に対応している。FIG. 11 shows an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 corresponds to a cross section taken along line CC of FIG.
【００５８】本実施の形態は、上述の第２実施の形態に
比べると、ヒ−トシンク３１ａ及びＭＭＣ３１ｂの構成
が異なっている。つまり、本実施の形態のＩＧＢＴモジ
ュ−ルは、図７のＩＧＢＴモジュ−ルを４つ組み合わせ
た形となっている。This embodiment is different from the above-described second embodiment in the configuration of the heat sink 31a and the MMC 31b. That is, the IGBT module of the present embodiment has a form in which four IGBT modules of FIG. 7 are combined.
【００５９】セラミック複合材料（セラミック−アルミ
複合材料（ＡｌＮ）など）から構成されるヒ−トシンク
３１ａは４つ存在し、これらヒ−トシンク３１ａの底面
及び側面は、ＭＭＣ（Ａｌ−ＳｉＣなど）３１ｂに覆わ
れている。ヒ−トシンク３１ａの表面及びＭＭＣ３１ｂ
の表面には、金属層（アルミニウムなど）３４ａ，３４
ｂが形成されると共に、金属層３４ａ，３４ｂとは材質
が異なるフランジ（４２アロイなど）４３ｂが形成され
ている。There are four heat sinks 31a made of a ceramic composite material (such as a ceramic-aluminum composite material (AlN)), and the bottom and side surfaces of these heat sinks 31a are MMC (Al-SiC) 31b. Covered in. The surface of the heat sink 31a and the MMC 31b
The surface of the metal layer (aluminum etc.) 34a, 34
b, and a flange 43b (such as a 42 alloy) made of a different material from the metal layers 34a and 34b is formed.
【００６０】フランジ４３ｂは、ヒ−トシンク３１ａに
対応して設けられている。１つのフランジ４３ｂは、４
つの半導体チップを取り囲むように壁状に形成されてい
る。各々のフランジ４３ｂ内の構成は、図７のＩＧＢＴ
モジュ−ルの構成と同じになる。The flange 43b is provided corresponding to the heat sink 31a. One flange 43b is 4
It is formed in a wall shape so as to surround one semiconductor chip. The configuration inside each flange 43b is the IGBT of FIG.
It has the same configuration as the module.
【００６１】ケ−ス３２は、各ヒ−トシンク３１ａに対
応して設けられ、フランジ４３ｂを取り囲むように配置
される。コレクタ端子４７は、フランジ４３ｂの外部か
つケ−ス３２の内部において、フランジ４３ｂに取り囲
まれた４つの半導体チップ３５に対応して１つずつ設け
られる。タ−ミナルキャップは、各ケ−ス３２上に配置
されることになる。ＭＭＣ３１ｂの縁部には、ＩＧＢＴ
モジュ−ルをシステムに接続するためのネジ穴が設けら
れている。The case 32 is provided corresponding to each heat sink 31a, and is arranged so as to surround the flange 43b. The collector terminals 47 are provided one by one outside the flange 43b and inside the case 32, corresponding to the four semiconductor chips 35 surrounded by the flange 43b. A terminal cap will be placed on each case 32. An IGBT is provided on the edge of the MMC 31b.
Screw holes are provided for connecting the module to the system.
【００６２】このようなＩＧＢＴモジュ−ルにおいて
も、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプ
ラスチックモジュ−ルとすることができる。また、使い
勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ
−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が
得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるた
め、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。Even in such an IGBT module, a highly reliable plastic module that sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００６３】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジングとフランジ４３ｂによって完全に気
密状態となる。よって、耐湿性が非常に良好であり、高
温、高湿の環境条件でも、水分がモジュ−ル内に進入す
ることがなく、素子（ＩＧＢＴ）の特性劣化も引き起こ
さない。また、樹脂中に含まれる不純物が素子の信頼性
を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing and the flange 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture does not enter the module, and the characteristics of the element (IGBT) do not deteriorate. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００６４】図１３は、本発明の第５実施の形態に関わ
る内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルを
示すものである。図１４は、図１３のＤ−Ｄ線に沿う断
面に対応している。FIG. 13 shows an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 corresponds to a cross section taken along line DD of FIG.
【００６５】本実施の形態は、上述の第１実施の形態に
比べると、フランジ４３ｂ内の構成が異なっている。つ
まり、本実施の形態のＩＧＢＴモジュ−ルは、図２のＩ
ＧＢＴモジュ−ルのフランジ４３ｂ内に２５個の半導体
チップ３５を搭載したものとなっている。This embodiment is different from the first embodiment in the configuration inside the flange 43b. In other words, the IGBT module according to the present embodiment is
25 semiconductor chips 35 are mounted in the flange 43b of the GBT module.
【００６６】セラミック複合材料（セラミック−アルミ
複合材料（ＡｌＮ）など）から構成されるヒ−トシンク
３１ａの縁部には、ＭＭＣ（Ａｌ−ＳｉＣなど）３１ｂ
が形成されている。ヒ−トシンク３１ａの表面及びＭＭ
Ｃ３１ｂの表面には、金属層（アルミニウムなど）３４
ａ，３４ｂが形成されると共に、金属層３４ａ，３４ｂ
と一体成型されるフランジ（アルミニウムなど）４３ｂ
が形成されている。An edge of a heat sink 31a composed of a ceramic composite material (ceramic-aluminum composite material (AlN) or the like) has an MMC (Al-SiC) 31b
Are formed. Surface of heat sink 31a and MM
On the surface of C31b, a metal layer (such as aluminum) 34
a and 34b are formed, and the metal layers 34a and 34b are formed.
Flange (aluminum, etc.) 43b integrally molded with
Are formed.
【００６７】ケ−ス３２は、フランジ４３ｂを取り囲む
ように配置される。コレクタ端子４７は、フランジ４３
ｂの外部かつケ−ス３２の内部に配置される。タ−ミナ
ルキャップは、ケ−ス３２上に配置されることになる。
ＭＭＣ３１ｂの縁部には、ＩＧＢＴモジュ−ルをシステ
ムに接続するためのネジ穴が設けられている。The case 32 is arranged so as to surround the flange 43b. The collector terminal 47 is connected to the flange 43
b and inside the case 32. The terminal cap will be placed on case 32.
At the edge of the MMC 31b is provided a screw hole for connecting the IGBT module to the system.
【００６８】このようなＩＧＢＴモジュ−ルにおいて
も、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプ
ラスチックモジュ−ルとすることができる。また、使い
勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ
−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が
得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるた
め、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。Also in such an IGBT module, a highly reliable plastic module that sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００６９】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジングとフランジ４３ｂによって完全に気
密状態となる。よって、耐湿性が非常に良好であり、高
温、高湿の環境条件でも、水分がモジュ−ル内に進入す
ることがなく、素子（ＩＧＢＴ）の特性劣化も引き起こ
さない。また、樹脂中に含まれる不純物が素子の信頼性
を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing and the flange 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture does not enter the module and the characteristics of the element (IGBT) do not deteriorate. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００７０】図１５は、本発明の第６実施の形態に関わ
る内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルを
示すものである。図１６は、図１５のＥ−Ｅ線に沿う断
面に対応している。FIG. 15 shows an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 16 corresponds to a cross section taken along line EE in FIG.
【００７１】本実施の形態は、上述の第２実施の形態に
比べると、フランジ４３ｂ内の構成が異なっている。つ
まり、本実施の形態のＩＧＢＴモジュ−ルは、図７のＩ
ＧＢＴモジュ−ルのフランジ４３ｂ内に２５個の半導体
チップ３５を搭載したものとなっている。This embodiment is different from the second embodiment in the configuration inside the flange 43b. That is, the IGBT module of the present embodiment has
25 semiconductor chips 35 are mounted in the flange 43b of the GBT module.
【００７２】セラミック複合材料（セラミック−アルミ
複合材料（ＡｌＮ）など）から構成されるヒ−トシンク
３１ａの縁部には、ＭＭＣ（Ａｌ−ＳｉＣなど）３１ｂ
が形成されている。ヒ−トシンク３１ａの表面及びＭＭ
Ｃ３１ｂの表面には、金属層（アルミニウムなど）３４
ａ，３４ｂが形成されると共に、金属層３４ａ，３４ｂ
とは材質が異なるフランジ（４２アロイなど）４３ｂが
形成されている。An edge of a heat sink 31a made of a ceramic composite material (ceramic-aluminum composite material (AlN) or the like) is provided with an MMC (Al-SiC or the like) 31b.
Are formed. Surface of heat sink 31a and MM
On the surface of C31b, a metal layer (such as aluminum) 34
a and 34b are formed, and the metal layers 34a and 34b are formed.
Is formed with a flange (42 alloy or the like) 43b different from the material.
【００７３】ケ−ス３２は、フランジ４３ｂを取り囲む
ように配置される。コレクタ端子４７は、フランジ４３
ｂの外部かつケ−ス３２の内部に配置される。タ−ミナ
ルキャップは、各ケ−ス３２上に配置されることにな
る。ＭＭＣ３１ｂの縁部には、ＩＧＢＴモジュ−ルをシ
ステムに接続するためのネジ穴が設けられている。The case 32 is arranged so as to surround the flange 43b. The collector terminal 47 is connected to the flange 43
b and inside the case 32. A terminal cap will be placed on each case 32. At the edge of the MMC 31b is provided a screw hole for connecting the IGBT module to the system.
【００７４】このようなＩＧＢＴモジュ−ルにおいて
も、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信頼性のプ
ラスチックモジュ−ルとすることができる。また、使い
勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であり、パワ
−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良い結果が
得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用できるた
め、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造できる。In such an IGBT module as well, a highly reliable plastic module that sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００７５】また、半導体チップ３５を収める空間がセ
ラミックハウジングとフランジ４３ｂによって完全に気
密状態となる。よって、耐湿性が非常に良好であり、高
温、高湿の環境条件でも、水分がモジュ−ル内に進入す
ることがなく、素子（ＩＧＢＴ）の特性劣化も引き起こ
さない。また、樹脂中に含まれる不純物が素子の信頼性
を損ねることもなくなる。The space for accommodating the semiconductor chip 35 is completely airtight by the ceramic housing and the flange 43b. Therefore, the moisture resistance is very good, and even under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture does not enter the module and the characteristics of the element (IGBT) do not deteriorate. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００７６】なお、上述の第１乃至第６実施の形態で
は、内部圧接型の電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ル
について説明したが、本発明がボンディングワイヤによ
り外部端子と半導体チップとの電気的接続を確保するＩ
ＧＢＴモジュ−ルにも適用できることは言うまでもな
い。In the first to sixth embodiments, the IGBT module having the internal pressure contact type electrode structure has been described. However, the present invention provides an electrical connection between the external terminals and the semiconductor chip by bonding wires. I to secure
It goes without saying that the present invention can be applied to the GBT module.
【００７７】[0077]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。内部圧接型の
電極構造を有するＩＧＢＴモジュ−ルでは、圧接力を、
セラミック複合材料により構成される強固なヒ−トシン
クに一体化されたフランジにより支持することができ
る。よって、鉄道車両用のスペックを十分に満たす高信
頼性のプラスチックモジュ−ルとすることができる。ま
た、使い勝手の良いプラスチックモジュ−ルの外形であ
り、パワ−サイクルモ−ド及び熱疲労モ−ドに対して良
い結果が得られ、かつ、内部圧接型の電極構造を採用で
きるため、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造でき
る。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the following effects can be obtained. In an IGBT module having an internal pressure contact type electrode structure, the pressure contact force is
It can be supported by a flange integrated with a strong heat sink made of ceramic composite material. Therefore, a highly reliable plastic module that sufficiently satisfies the specifications for railway vehicles can be obtained. In addition, the external shape of the plastic module is easy to use, good results are obtained for the power cycle mode and the thermal fatigue mode, and the internal pressure welding type electrode structure can be adopted. IGBT modules can be manufactured.
【００７８】また、本発明では、半導体チップを収める
空間がセラミックハウジングとフランジによって完全に
気密状態となる。よって、耐湿性が非常に良好であり、
高温、高湿の環境条件でも、水分がモジュ−ル内に進入
することがなく、素子（ＩＧＢＴ）の特性劣化も引き起
こさない。また、樹脂中に含まれる不純物が素子の信頼
性を損ねることもなくなる。In the present invention, the space for accommodating the semiconductor chip is completely airtight by the ceramic housing and the flange. Therefore, the moisture resistance is very good,
Even under high-temperature and high-humidity environmental conditions, moisture does not enter the module, and the characteristics of the element (IGBT) do not deteriorate. Further, the impurities contained in the resin do not impair the reliability of the device.
【００７９】また、本発明では、半導体チップの圧接に
際し、ディンプル加工された金属板を用いている。つま
り、当該金属板の突起部という簡単な構成により半導体
チップの圧接が行えるため、製造コストの低下やモジュ
−ルの簡素化などに貢献することができる。Further, in the present invention, a dimple-processed metal plate is used for press-contacting a semiconductor chip. In other words, since the semiconductor chip can be pressed by the simple structure of the projecting portion of the metal plate, it is possible to contribute to a reduction in manufacturing cost and simplification of the module.
【図１】本発明のプラスチックモジュ−ルの外観を示す
図。FIG. 1 is a view showing the appearance of a plastic module of the present invention.
【図２】本発明の第１実施の形態に関わるＩＧＢＴモジ
ュ−ルを示す図。FIG. 2 is a diagram showing an IGBT module according to the first embodiment of the present invention.
【図３】図２のモジュ−ルの最終形状を示す図。FIG. 3 is a view showing a final shape of the module of FIG. 2;
【図４】エミッタ電極の圧接に用いる金属板の一例を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a metal plate used for press-contacting an emitter electrode.
【図５】ゲ−ト電極の圧接に用いる金属板の一例を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a metal plate used for pressure contact of a gate electrode.
【図６】図２のモジュ−ルの平面的な配置を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a planar arrangement of the module of FIG. 2;
【図７】本発明の第２実施の形態に関わるＩＧＢＴモジ
ュ−ルを示す図。FIG. 7 is a diagram showing an IGBT module according to a second embodiment of the present invention.
【図８】図７のモジュ−ルの最終形状を示す図。FIG. 8 is a view showing a final shape of the module of FIG. 7;
【図９】本発明の第３実施の形態に関わるＩＧＢＴモジ
ュ−ルを示す図。FIG. 9 is a diagram showing an IGBT module according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図。FIG. 10 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 9;
【図１１】本発明の第４実施の形態に関わるＩＧＢＴモ
ジュ−ルを示す図。FIG. 11 is a diagram showing an IGBT module according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１２】図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図。FIG. 12 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 11;
【図１３】本発明の第５実施の形態に関わるＩＧＢＴモ
ジュ−ルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing an IGBT module according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１４】図１３のＤ−Ｄ線に沿う断面図。FIG. 14 is a sectional view taken along the line DD in FIG. 13;
【図１５】本発明の第６実施の形態に関わるＩＧＢＴモ
ジュ−ルを示す図。FIG. 15 is a diagram showing an IGBT module according to a sixth embodiment of the present invention.
【図１６】図１５のＥ−Ｅ線に沿う断面図。FIG. 16 is a sectional view taken along the line EE in FIG. 15;
【図１７】従来のＩＧＢＴモジュ−ルの外観を示す図。FIG. 17 is a view showing the appearance of a conventional IGBT module.
【図１８】図１７のＦ−Ｆ線に沿う断面図。FIG. 18 is a sectional view taken along the line FF of FIG. 17;
【図１９】図１７のＦ−Ｆ線に沿う断面図。FIG. 19 is a sectional view taken along the line FF of FIG. 17;
１１，３１ ：ヒ−トシンク、 １２，３２ ：ケ−ス、 １３，３３ ：タ−ミナルキャップ、 １４ ：ネジ穴、 １５ ：絶縁セラミック基板、 １６ａ〜１６ｄ，２５ ：銅板、 １７ａ〜１７ｅ，２４，３６ ：半田、 １８，３５ ：半導体チップ、 １９ ：コレクタ端子、 ２０ａ，２０ｂ ：ボンディングワイヤ、 ２１ ：エミッタ端子、 ２２ ：ゲ−ト端子、 ２３ ：シリコン樹脂、 ３４ａ，３４ｂ ：金属層、 ３７ ：チップフレ−ム、 ３８，３８ａ ：金属板、 ３８´ ：突起部（ディンプル加
工部）、 ３９，３９ａ ：金属ポスト、 ４０ ：金属片、 ４１ ：バネ、 ４２ ：セラミックハウジン
グ、 ４３ａ，４３ｂ ：フランジ、 ４４ ：穴、 ４５ ：金属キャップ、 ４６ ：エミッタ端子、 ４７ ：コレクタ端子、 ４８ ：ゲ−ト端子、 ４９ ：樹脂、 ５０ ：パイプ。11, 31: heat sink, 12, 32: case, 13, 33: terminal cap, 14: screw hole, 15: insulating ceramic substrate, 16a to 16d, 25: copper plate, 17a to 17e, 24, 36: Solder, 18, 35: Semiconductor chip, 19: Collector terminal, 20a, 20b: Bonding wire, 21: Emitter terminal, 22: Gate terminal, 23: Silicon resin, 34a, 34b: Metal layer, 37: Chip frame 38, 38a: metal plate, 38 ': protrusion (dimple-processed portion), 39, 39a: metal post, 40: metal piece, 41: spring, 42: ceramic housing, 43a, 43b: flange, 44: Hole: 45: metal cap, 46: emitter terminal, 47: collector terminal, 48: gate terminal, 49: resin, 50: Pipe.
Claims (4)
機能を有するヒ−トシンクと、前記ヒ−トシンクと一体
化されると共に前記半導体チップを取り囲むように配置
されるフランジと、前記フランジに結合され、前記半導
体チップが存在する空間を気密状態にするためのハウジ
ングとを具備することを特徴とする半導体装置。1. A heat sink having an electrically insulating function on which a semiconductor chip is mounted, a flange integrated with the heat sink and arranged to surround the semiconductor chip, and coupled to the flange. And a housing for hermetically sealing a space in which the semiconductor chip is present.
圧接力を加える手段を具備し、前記所定の圧接力は、前
記フランジにより支持されることを特徴とする請求項１
記載の半導体装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising means for applying a predetermined pressing force to an electrode of the semiconductor chip, wherein the predetermined pressing force is supported by the flange.
13. The semiconductor device according to claim 1.
定のガスを満たすためのパイプを具備することを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a pipe for filling a predetermined gas in a space where said semiconductor chip exists.
合されたケ−スにより取り囲まれ、かつ、前記空間は、
前記ケ−ス内に満たされた樹脂により完全に覆われてい
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。4. The heat sink is surrounded by a case connected to the heat sink, and the space comprises:
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said case is completely covered with a resin filled in said case.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9155458A JPH113972A (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9155458A JPH113972A (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113972A true JPH113972A (en) | 1999-01-06 |
Family
ID=15606496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9155458A Pending JPH113972A (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH113972A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150303A (en) * | 2005-11-23 | 2007-06-14 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | Power semiconductor module provided with terminal element |
| JP2008205058A (en) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Semiconductor device |
| CN108010904A (en) * | 2016-11-02 | 2018-05-08 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | A kind of power semiconductor modular |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP9155458A patent/JPH113972A/en active Pending
Cited By (4)
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| JP2007150303A (en) * | 2005-11-23 | 2007-06-14 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | Power semiconductor module provided with terminal element |
| JP2008205058A (en) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Semiconductor device |
| CN108010904A (en) * | 2016-11-02 | 2018-05-08 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | A kind of power semiconductor modular |
| CN108010904B (en) * | 2016-11-02 | 2020-04-24 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | Power semiconductor module |
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