JPH113995A

JPH113995A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH113995A
Application number: JP15545797A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Hiyoshi; 道明日吉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】強度的、コスト的に有利で、取り扱い易いモ
ジュ−ルを提供する。【解決手段】プロ−ブホルダ４９には、半導体チップ
３８の電極を圧接するコンタクトプロ−ブ４０が固定さ
れている。ネジ５１により圧接力が印加される。ヒ−ト
シンク３１は、セラミックと金属の複合材料から構成さ
れる。ヒ−トシンク３１の表面には、金属層（アルミニ
ウムなど）３４ａが形成される。金属支柱（アルミニウ
ムなど）３４ｂは、金属層３４ａと一体成型されるた
め、ヒ−トシンク３１に一体化される。金属支柱３４ｂ
は、半導体チップ３８の電極に加える圧接力を支持する
役割を果たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【０００２】

【従来の技術】図２９は、従来のＩＧＢＴモジュ−ルの
外観を示している。図３０は、図２９のＣ−Ｃ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００８】図３１は、従来のＩＧＢＴモジュ−ルの他
の例を示すもので、図２９のＣ−Ｃ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図３０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。

【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。

【００１６】図３１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。

【００１７】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。

【００１８】

【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、コンタクトプロ−ブが固定
されるプロ−ブホルダと、前記コンタクトプロ−ブを半
導体チップの電極に対して所定の圧接力で圧接する手段
と、前記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
共に前記所定の圧接力を支持する支柱とを備える。

【００１９】前記手段としては、例えばネジが用いら
れ、この場合、前記ネジにより前記プロ−ブホルダが前
記支柱に固定される。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、前記半導体チップ
の電極に対して電気的に接続されると共に先端部が電極
取り出し用の端子となっている支柱とを備える。

【００２０】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、前記半導体チップの電極に対
して電気的に接続される支柱と、前記支柱の先端部に接
続される電極取り出し用の端子とを備える。

【００２１】前記ヒ−トシンクと前記支柱は、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。

【００２２】前記ヒ−トシンクと前記支柱は、同一の材
料から構成することもできる。この場合、前記ヒ−トシ
ンクと前記支柱は、共にセラミックとアルミニウムの複
合材料から構成されるのがよい。

【００２３】前記半導体チップと前記ヒ−トシンクの間
には、絶縁セラミック基板が配置される。前記絶縁セラ
ミック基板は、前記ヒ−トシンクに一体化されていて
も、又は一体化されていなくてもよい。

【００２４】

【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。

【００２５】ヒ−トシンク３１、ケ−ス３２及びタ−ミ
ナルキャップ３３により箱体が構成されている。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。

【００２６】ヒ−トシンク３１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。また、ヒ−トシンク３１の表面には、金属層３
４ａがコ−ティングされ、かつ、金属層３４ａと一体成
型される金属支柱３４ｂが設けられている。つまり、金
属支柱３４ｂは、ヒ−トシンク３１に一体化（互いに分
離できない状態をいう）されている。

【００２７】金属支柱３４ｂ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。金属支柱３４
ｂの形状としては、円柱状や角柱状のものが選択され、
金属支柱３４ｂの先端部は、ネジ止めできるようにネジ
溝が形成されている。

【００２８】ヒ−トシンク３１がセラミック−アルミニ
ウム複合材料により構成される場合、金属層３４ａ及び
金属支柱３４ｂは、共にアルミニウムから構成されるの
がよい。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。

【００２９】ヒ−トシンク３１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３１、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
３１上には、絶縁セラミック基板（例えば窒化アルミ）
３５が搭載される。絶縁セラミック基板３５の両面に
は、それぞれ所定のパタ−ンを有する銅板３６ａ、３６
ｂが形成されている。絶縁セラミック基板３５の一面側
の銅板３６ａは、半田３７ａによって金属層３４ａに結
合されている。

【００３０】半導体チップ３８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３
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３８の裏面は、半田３７ｂによって銅
板３６ｂに接続されている。半導体チップ３８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３９
が形成されている。チップフレ−ム３９は、樹脂から構
成される。

【００３１】本発明では、内部圧接型の電極構造を達成
するためにコンタクトプロ−ブ４０を用いている。図３
は、コンタクトプロ−ブ４０の構成を概略的に示すもの
である。コンタクトプロ−ブ４０の主要部は、円筒状の
本体４１、圧接部４２及びバネ（コイルバネ、皿バネな
ど）４８から構成される。本体４１及び圧接部４２は、
導電材料から構成され、互いに電気的接続が確保されて
いる。圧接部４２の先端は、テ−パ状になっており、半
導体チップ３８の電極（アルミニウム）に点圧接され
る。また、圧接部４２の先端には丸みが付けられている
ため、半導体チップ３８の電極（アルミニウム）を傷つ
けることがない。圧接部４２の先端には、プラチナ、ロ
ジウムなどの金属がメッキされる。

【００３２】コレクタ端子４３は、図４に示すように、
金属板から構成されている。コレクタ端子４３の一端の
縁部には、コンタクトプロ−ブ４０が複数接続されてお
り、これら複数のコンタクトプロ−ブ４０の先端は、図
２に示すように、銅板３６ｂを一定圧力で押し付けてい
る。コレクタ端子４３の他端は、タ−ミナルキャップ３
３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。

【００３３】エミッタ端子４４は、図５に示すように、
金属板から構成されている。エミッタ端子４４の一端
は、半導体チップ３８の表面に平行になるように折り曲
げられている。半導体チップ３８の表面に対向するエミ
ッタ端子４４の表面には、アレイ状に配置される複数の
コンタクトプロ−ブ４０が接続されている。これら複数
のコンタクトプロ−ブ４０の先端は、図２に示すよう
に、半導体チップ３８のエミッタ電極を一定圧力で押し
付けている。エミッタ端子４４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。エ
ミッタ端子４４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。

【００３４】ゲ−ト端子４５は、図６に示すように、金
属板から構成されている。ゲ−ト端子４５の一端の縁部
には、コンタクトプロ−ブ４０が例えば１つ接続されて
おり、この１つのコンタクトプロ−ブ４０の先端は、図
２に示すように、半導体チップ３８のゲ−ト電極を一定
圧力で押し付けている。ゲ−ト端子４５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。

【００３５】半導体チップ１８の表面には、図７に示す
ように、ゲ−ト電極４６及びエミッタ電極４７が設けら
れている。エミッタ電極４７の数は、エミッタ端子のプ
ロ−ブの数に対応し、ゲ−ト電極４６の数は、ゲ−ト端
子のプロ−ブの数に対応している。エミッタ電極４７の
数がゲ−ト電極４６の数よりも多いのは、ＩＧＢＴのエ
ミッタには大電流が流れるためである。

【００３６】全てのコンタクトプロ−ブ４０は、図８に
示すように、板状のプロ−ブホルダ４９に固定されてい
る。プロ−ブホルダ４９には、ヒ−トシンク３１に取り
付けられた金属支柱３４ｂに対応する位置にネジ穴５０
が設けられている。図９に示すような金属支柱３４ｂ
を、図８のプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入し、
かつ、ネジ５１によってプロ−ブホルダ４９を締め付け
ると、その力は、コンタクトプロ−ブ４０を経由して半
導体チップ３８及び銅板３６ｂに圧接力として印加され
る。

【００３７】ここで、半導体チップ３８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。

【００３８】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。

【００３９】本発明では、ヒ−トシンク３１の表面を覆
う金属層３４ａと一体成型される金属支柱３４ｂにより
この圧接力を支持している。つまり、金属支柱３４ｂ
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、金属支柱３４ｂを
適当な本数に設定し得ることにより、圧接力を十分に支
持することができる。

【００４０】プロ−ブホルダ４９上には、樹脂５２が形
成されている。樹脂５２は、ネジ５１によって半導体チ
ップ３８に所定の圧接力を印加し終わった後に形成され
る。樹脂５２は、箱体の内部に水分などが進入するのを
防ぐ役割を有する。

【００４１】図１０は、図２のＩＧＢＴモジュ−ルを主
要部ごとに分割して示している。本発明では、主として
真空ダイキャスト方式で製造される高強度、低熱膨張の
セラミック複合材料をヒ−トシンク３１として用い、か
つ、内部圧接型の電極構造の達成に必要な圧接力を支持
する手段としてヒ−トシンク３１の表面に形成される金
属層３４ａと一体成型される金属支柱３４ｂを設けてい
る。

【００４２】また、本発明では、圧接力を加える手段と
して、プロ−ブホルダ４９とこのプロ−ブホルダ４９に
結合されたコンタクトプロ−ブ４０とを設けている。つ
まり、金属支柱３４ｂをプロ−ブホルダ４９のネジ穴５
０に挿入し、ネジ５１によりプロ−ブホルダ４９をヒ−
トシンク３１に締め付ける。

【００４３】なお、同図では、図２の樹脂５２を省略し
ている。樹脂５２は、図１０の各部品を組み立てた後、
タ−ミナルキャップ３３を組み立てる前に形成されるも
のである。

【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。

【００４５】図１１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。本実施の形態は、上述の第１実施の形態に比べる
と、圧接力を支持する支柱３４とヒ−トシンク（セラミ
ック複合材料）３１が一体成型されることにより互いに
一体化される点に特徴を有する。

【００４６】ヒ−トシンク３１、ケ−ス３２及びタ−ミ
ナルキャップ３３により箱体が構成されている。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。

【００４７】ヒ−トシンク３１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。また、ヒ−トシンク３１には支柱３４が形成さ
れている。この支柱３４は、ヒ−トシンク３１を形成す
る際にヒ−トシンク３１と一体成型されるものである。

【００４８】支柱３４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。支柱３４の形状とし
ては、円柱状や角柱状のものが選択され、支柱３４の先
端部は、ネジ止めできるようにネジ溝が形成されてい
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。

【００４９】ヒ−トシンク３１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３１、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
３１上には、絶縁セラミック基板（例えば、窒化アル
ミ）３５が搭載される。絶縁セラミック基板３５の両面
には、それぞれ所定のパタ−ンを有する銅板３６ａ、３
６ｂが形成されている。絶縁セラミック基板３５の一面
側の銅板３６ａは、半田３７ａによって金属層３４ａに
結合されている。

【００５０】半導体チップ３８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３
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３８の裏面は、半田３７ｂによって銅
板３６ｂに接続されている。半導体チップ３８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３９
が形成されている。チップフレ−ム３９は、樹脂から構
成される。

【００５１】本発明では、内部圧接型の電極構造を達成
するためにコンタクトプロ−ブ４０を用いている。コン
タクトプロ−ブ４０としては、上述の第１実施の形態と
同様に、図３に示すようなものを用いることができる。

【００５２】コレクタ端子４３としては、例えば図４に
示すような構成が用いられる。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。

【００５３】エミッタ端子４４としては、例えば図５に
示すような構成が用いられる。エミッタ端子４４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。エミッタ端子４４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。

【００５４】ゲ−ト端子４５としては、例えば図６に示
すような構成が用いられる。ゲ−ト端子４５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。

【００５５】半導体チップ１８の表面には、図７に示す
ように、ゲ−ト電極４６及びエミッタ電極４７が設けら
れている。エミッタ電極４７の数は、エミッタ端子のプ
ロ−ブの数に対応し、ゲ−ト電極４８の数は、ゲ−ト端
子のプロ−ブの数に対応している。エミッタ電極４７の
数がゲ−ト電極４８の数よりも多いのは、ＩＧＢＴのエ
ミッタには大電流が流れるためである。

【００５６】全てのコンタクトプロ−ブ４０は、板状の
プロ−ブホルダ４９に固定されている。プロ−ブホルダ
４９には、ヒ−トシンク３１に取り付けられた支柱３４
に対応する位置にネジ穴５０が設けられている。支柱３
４をプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入し、かつ、
ネジ５１によってプロ−ブホルダ４９を締め付けると、
その力は、コンタクトプロ−ブ４０を経由して半導体チ
ップ３８及び銅板３６ｂに圧接力として印加される。

【００５７】本発明では、ヒ−トシンク３１と一体化し
た支柱３４により、この圧接力を支持している。支柱３
４の本数は、圧接力を十分に支持することができるよう
に適当な本数に設定される。

【００５８】プロ−ブホルダ４９上には、樹脂５２が形
成されている。樹脂５２は、ネジ５１によって半導体チ
ップ３８に所定の圧接力を印加し終わった後に形成され
る。樹脂５２は、箱体の内部に水分などが進入するのを
防ぐ役割を有する。

【００５９】上記構成の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。

【００６０】図１２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、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に対応してい
る。本実施の形態は、上述の第１実施の形態に比べる
と、絶縁セラミック基板３５がヒ−トシンク３１に一体
化されている点に特徴を有する。

【００６１】ヒ−トシンク３１、ケ−ス３２及びタ−ミ
ナルキャップ３３により箱体が構成されている。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。

【００６２】ヒ−トシンク３１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。また、ヒ−トシンク３１の表面には、金属層３
４ａ，３４ａ´がコ−ティングされ、かつ、金属層３４
ａ，３４ａ´と一体成型される金属支柱３４ｂが設けら
れている。

【００６３】また、本実施の形態では、絶縁セラミック
基板（例えば窒化アルミ）３５は、ヒ−トシンク（セラ
ミック複合材料）３１と一体化されている。即ち、絶縁
セラミック基板３５は、ヒ−トシンク３１上に搭載さ
れ、絶縁セラミック基板３５は、金属層３４ａ，３４ａ
´により覆われている。

【００６４】金属支柱３４ｂ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。金属支柱３４
ｂの形状としては、円柱状や角柱状のものが選択され、
金属支柱３４ｂの先端部は、ネジ止めできるようにネジ
溝が形成されている。

【００６５】ヒ−トシンク３１がセラミック−アルミニ
ウム複合材料により構成される場合、金属層３４ａ，３
４ａ´及び金属支柱３４ｂは、共にアルミニウムから構
成されるのがよい。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。

【００６６】ヒ−トシンク３１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３１、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、金属層３４ａ
´上には、半導体チップ３８が搭載されている。半導体
チップ３８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３８の裏面は、ＩＧＢ
Ｔのコレクタ電極になっており、半田３７ｂによって金
属層３４ａ´に接続されている。半導体チップ３８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
３９が形成されている。チップフレ−ム３９は、樹脂か
ら構成される。

【００６７】本発明では、内部圧接型の電極構造を達成
するためにコンタクトプロ−ブ４０を用いている。コン
タクトプロ−ブ４０としては、図３に示すようなものを
用いることができる。

【００６８】コレクタ端子４３には、例えば図４に示す
ような構成のものを用いる。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。

【００６９】エミッタ端子４４には、例えば図５に示す
ような構成のものを用いる。エミッタ端子４４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。エミッタ端子４４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。

【００７０】ゲ−ト端子４５は、例えば図６に示すよう
な構成のものを用いる。ゲ−ト端子４５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。

【００７１】半導体チップ１８の表面には、図７に示す
ように、ゲ−ト電極４６及びエミッタ電極４７が設けら
れている。エミッタ電極４７の数は、エミッタ端子のプ
ロ−ブの数に対応し、ゲ−ト電極４８の数は、ゲ−ト端
子のプロ−ブの数に対応している。エミッタ電極４７の
数がゲ−ト電極４８の数よりも多いのは、ＩＧＢＴのエ
ミッタには大電流が流れるためである。

【００７２】全てのコンタクトプロ−ブ４０は、板状の
プロ−ブホルダ４９に固定されている。プロ−ブホルダ
４９には、ヒ−トシンク３１に取り付けられた金属支柱
３４ｂに対応する位置にネジ穴５０が設けられている。
金属支柱３４ｂをプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿
入し、かつ、ネジ５１によってプロ−ブホルダ４９を締
め付けると、その力は、コンタクトプロ−ブ４０を経由
して半導体チップ３８及び銅板３６ｂに圧接力として印
加される。

【００７３】本発明では、ヒ−トシンク３１の表面を覆
う金属層３４ａと一体成型された金属支柱３４ｂにより
この圧接力を支持している。つまり、金属支柱３４ｂ
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、金属支柱３４ｂを
適当な本数に設定し得ることにより、圧接力を十分に支
持することができる。

【００７４】プロ−ブホルダ４９上には、樹脂５２が形
成されている。樹脂５２は、ネジ５１によって半導体チ
ップ３８に所定の圧接力を印加し終わった後に形成され
る。樹脂５２は、箱体の内部に水分などが進入するのを
防ぐ役割を有する。

【００７５】上記構成の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。

【００７６】図１３及び図１４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、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に対
応している。

【００７７】本実施の形態は、上述の第１又は第２実施
の形態に比べると、エミッタ端子４４に接続されるコン
タクトプロ−ブの形状を変えている点に特徴を有する。
つまり、本実施の形態におけるＩＧＢＴモジュ−ルの構
成は、エミッタ端子４４に接続されるコンタクトプロ−
ブの構成を除けば、全て図２又は図１１に示すＩＧＢＴ
モジュ−ルの構成と同じである。

【００７８】即ち、本実施の形態におけるコンタクトプ
ロ−ブは、エミッタ端子４４に接続される方形状の金属
片４０ａと、方形状の金属片に一体化し、半導体チップ
３８のエミッタ電極に対向して設けられるアレイ状に配
置された半円状の突起部４０ｂとからなる。

【００７９】このようなコンタクトプロ−ブにおいて
も、点圧接による内部圧接を可能とし、上述の第１及び
第２実施の形態と同様の効果を得ることができる。図１
５及び図１６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、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に対応している。

【００８０】本実施の形態は、上述の第１又は第２実施
の形態に比べると、エミッタ端子４４に接続されるコン
タクトプロ−ブによる点圧接に変えて、方形状の金属片
４０ｃを用いた面圧接を用いている点に特徴を有する。

【００８１】つまり、本実施の形態におけるＩＧＢＴモ
ジュ−ルの構成は、半導体チップ３８のエミッタ電極に
対する圧接構造を除けば、全て図２又は図１１に示すＩ
ＧＢＴモジュ−ルの構成と同じである。

【００８２】即ち、本実施の形態では、エミッタ端子４
４に接続される方形状の金属片４０ｃを用い、半導体チ
ップ３８のエミッタ電極を圧接し、エミッタ端子４４と
半導体チップ３８のエミッタ電極との電気的接続を確保
している。

【００８３】このようなコンタクトプロ−ブにおいて
は、面圧接による内部圧接を可能とし、かつ、半導体チ
ップ３８にかかる総圧力を支柱で支えることも可能であ
る。図１７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、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に対応している。

【００８４】本実施の形態におけるＩＧＢＴモジュ−ル
は、図１２に示す第３実施の形態に関わるＩＧＢＴモジ
ュ−ルの変形例であり、コレクタ端子の構成に特徴を有
するものである。つまり、本実施の形態におけるＩＧＢ
Ｔモジュ−ルの構成は、コレクタ端子の構成を除けば、
全て図１２に示すＩＧＢＴモジュ−ルの構成と同じであ
る。

【００８５】即ち、本実施の形態におけるコレクタ端子
４３ａは、金属支柱３４ｂと同様に、ヒ−トシンク（セ
ラミック複合材料）３１の表面に形成される金属層３４
ａ，３４ａ´と一体成型されるものである。ヒ−トシン
ク３１がセラミック−アルミ複合材料である場合、金属
層３４ａ，３４ａ´、金属支柱３４ｂ及びコレクタ端子
４３ａは、それぞれアルミニウムにより構成されるのが
よい。

【００８６】本実施の形態は、図１２に示すように、絶
縁セラミック基板３５が金属層３４ａ，３４ａ´により
覆われ、ヒ−トシンクと一体化されているものに適用さ
れ、この場合、コレクタ端子４３ａは、金属層３４ａ´
及び半田３７ｂを介して半導体チップ３８の裏面電極
（コレクタ電極）に電気的に接続される。

【００８７】但し、本実施の形態は、図２（第１実施の
形態）に示すような絶縁セラミック基板３５がヒ−トシ
ンク３１に一体化されていないものにも適用可能であ
る。この場合、コレクタ端子と半導体チップのコレクタ
電極の接続には、ワイヤボンディングが必要となる。

【００８８】図１８は、図１７のＩＧＢＴモジュ−ルを
主要部ごとに分割して示したものである。本発明では、
主として真空ダイキャスト方式で製造される高強度、低
熱膨張のセラミック複合材料をヒ−トシンク３１として
用い、かつ、内部圧接型の電極構造の達成に必要な圧接
力を支持する手段としてヒ−トシンク３１の表面に形成
される金属層３４ａ，３４ａ´と一体成型される金属支
柱３４ｂを設けている。

【００８９】また、圧接力を加える手段としては、プロ
−ブホルダ４９とこのプロ−ブホルダ４９に結合された
コンタクトプロ−ブ４０とを設けている。つまり、金属
支柱３４ｂをプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入
し、ネジ５１によりプロ−ブホルダ４９をヒ−トシンク
３１に締め付ける。

【００９０】また、本発明では、コレクタ端子４３ａ
を、金属支柱３４ｂと同様に、金属層３４ａ，３４ａ´
と一体成型することで形成するようにしている。半導体
チップ３８の裏面は、半田３７ｂによって金属層３４ａ
´に結合されるため、コレクタ端子４３ａと半導体チッ
プの裏面電極（コレクタ電極）の電気的接続が確保され
る。

【００９１】なお、同図では、図１７の樹脂５２を省略
している。樹脂５２は、図１８の各部品を組み立てた
後、タ−ミナルキャップ３３を組み立てる前に形成され
る。上記構成の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。

【００９２】また、コレクタ端子が、金属層及び金属支
柱との一体成型で形成できるため、コレクタ端子の形状
の自由度及び精度が高く、かつ、簡易にコレクタ端子を
設けることができる。

【００９３】図１９は、本発明の第７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。本実施の形態におけるＩＧＢＴモジュ−ルは、図１
２に示す第３実施の形態に関わるＩＧＢＴモジュ−ルの
変形例であり、ゲ−ト端子、エミッタ端子及びコレクタ
端子の構成に特徴を有するものである。

【００９４】ヒ−トシンク３１、ケ−ス３２及びタ−ミ
ナルキャップ３３により箱体が構成されている。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。

【００９５】ヒ−トシンク３１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。また、ヒ−トシンク３１の表面には、金属層３
４ａ，３４ａ´がコ−ティングされ、かつ、金属層３４
ａ，３４ａ´と一体成型される金属支柱３４ｂ、コレク
タ端子４３ａ、エミッタ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５
ａが設けられている。つまり、金属支柱３４ｂ、コレク
タ端子４３ａ、エミッタ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５
ａは、それぞれヒ−トシンク３１に一体化されている。

【００９６】また、本実施の形態では、絶縁セラミック
基板（例えば窒化アルミ）３５は、ヒ−トシンク（セラ
ミック複合材料）３１に一体化されている。即ち、絶縁
セラミック基板３５は、ヒ−トシンク３１上に搭載さ
れ、絶縁セラミック基板３５は、金属層３４ａ，３４ａ
´により覆われている。

【００９７】金属支柱３４ｂ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。金属支柱３４
ｂの形状としては、円柱状や角柱状のものが選択され、
金属支柱３４ｂの先端部は、ネジ止めできるようにネジ
溝が形成されている。

【００９８】ヒ−トシンク３１がセラミック−アルミニ
ウム複合材料により構成される場合、金属層３４ａ，３
４ａ´、金属支柱３４ｂ、コレクタ端子４３ａ、エミッ
タ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５ａは、共にアルミニウ
ムから構成されるのがよい。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。

【００９９】ヒ−トシンク３１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３１、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、金属層３４ａ
´上には、半導体チップ３８が搭載されている。半導体
チップ３８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３８の裏面は、ＩＧＢ
Ｔのコレクタ電極になっており、半田３７ｂによって金
属層３４ａ´に接続されている。半導体チップ３８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
３９が形成されている。チップフレ−ム３９は、樹脂か
ら構成される。

【０１００】本実施の形態では、内部圧接型の電極構造
を達成するためにコンタクトプロ−ブ４０を用いてい
る。コンタクトプロ−ブ４０としては、例えば図３に示
すものを用いることができる。

【０１０１】コレクタ端子４３ａの一端は、金属層３４
ａ´及び半田３７ｂを介して半導体チップ３８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４３ａ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４３ａの他
端は、例えば、折り曲げられ、かつ、穴が設けられる。

【０１０２】エミッタ端子４４ａには、金属板６０が接
続される。金属板６０には、アレイ状のコンタクトプロ
−ブ４０が結合されており、これらコンタクトプロ−ブ
４０は、半導体チップ３８のエミッタ電極を一定圧力で
圧接する。エミッタ端子４４ａと金属板６０は、ネジ５
１を絞め終えた後に結合部Ｃ１において互いに結合され
る。エミッタ端子４４ａ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。エミッタ
端子４４ａの他端は、例えば、折り曲げられ、かつ、穴
が設けられる。

【０１０３】ゲ−ト端子４５ａには、金属板６１が接続
される。金属板６１には、例えば１本のコンタクトプロ
−ブ４０が結合されており、この１本のコンタクトプロ
−ブ４０は、半導体チップ３８のゲ−ト電極を一定圧力
で圧接する。ゲ−ト端子４５ａと金属板６１は、ネジ５
１を絞め終えた後に結合部Ｃ２において互いに結合され
る。ゲ−ト端子４５ａの他端は、タ−ミナルキャップ３
３を貫通して箱体の外部に導出されている。ゲ−ト端子
４５ａの他端は、例えば、折り曲げられ、かつ、穴が設
けられる。

【０１０４】半導体チップ３８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。エミッタ電極の数
は、エミッタ端子４４ａに接続されるプロ−ブの数に対
応し、ゲ−ト電極の数は、ゲ−ト端子４５ａに接続され
るプロ−ブの数に対応している。

【０１０５】全てのコンタクトプロ−ブ４０は、図２０
に示すように、板状のプロ−ブホルダ４９に固定されて
いる。プロ−ブホルダ４９には、ヒ−トシンク３１に取
り付けられた金属支柱３４ｂに対応する位置にネジ穴５
０が設けられている。図２１に示す金属支柱３４ｂを図
２０に示すプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入し、
かつ、ネジ５１によってプロ−ブホルダ４９を締め付け
ると、その力は、コンタクトプロ−ブ４０を経由して半
導体チップ３８のエミッタ電極及びゲ−ト電極に圧接力
として印加される。

【０１０６】本発明では、ヒ−トシンク３１の表面を覆
う金属層３４ａと一体成型された金属支柱３４ｂにより
この圧接力を支持している。つまり、金属支柱３４ｂ
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に一体化されており、また、金属支柱３４ｂを
適当な本数に設定し得ることにより、圧接力を十分に支
持することができる。

【０１０７】また、圧接の際、コレクタ端子４３ａ、エ
ミッタ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５ａは、それぞれプ
ロ−ブホルダ４９に設けられた穴６２，６３，６４を通
り抜けることになる。

【０１０８】プロ−ブホルダ４９上には、樹脂５２が形
成されている。樹脂５２は、ネジ５１によって半導体チ
ップ３８に所定の圧接力を印加し終わった後に形成され
る。樹脂５２は、箱体の内部に水分などが進入するのを
防ぐ役割を有する。

【０１０９】図２２は、図１９のＩＧＢＴモジュ−ルを
主要部ごとに分割して示したものである。本発明では、
主として真空ダイキャスト方式で製造される高強度、低
熱膨張のセラミック複合材料をヒ−トシンク３１として
用い、かつ、内部圧接型の電極構造の達成に必要な圧接
力を支持する手段としてヒ−トシンク３１の表面に形成
される金属層３４ａ，３４ａ´と一体成型される金属支
柱３４ｂを設けている。

【０１１０】また、圧接力を加える手段としては、プロ
−ブホルダ４９とこのプロ−ブホルダ４９に結合された
コンタクトプロ−ブ４０とを設けている。つまり、金属
支柱３４ｂをプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入
し、ネジ５１によりプロ−ブホルダ４９をヒ−トシンク
３１に締め付ける。

【０１１１】また、本発明では、コレクタ端子４３ａ、
エミッタ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５ａを、金属支柱
３４ｂと同様に、金属層３４ａ，３４ａ´と一体成型す
ることで形成するようにしている。半導体チップ３８の
裏面は、半田３７ｂによって金属層３４ａ´に結合され
るため、コレクタ端子４３ａと半導体チップの裏面電極
（コレクタ電極）の電気的接続が確保される。

【０１１２】また、エミッタ端子４４ａは、金属板６０
及びコンタクトプロ−ブ４０を介して半導体チップ３８
のエミッタ電極に接続され、ゲ−ト端子４５ａは、金属
板６１及びコンタクトプロ−ブ４０を介して半導体チッ
プ３８のゲ−ト電極に接続される。

【０１１３】なお、同図では、図１９の樹脂５２を省略
している。樹脂５２は、図２２の各主要部を組み立てた
後、タ−ミナルキャップ３３を組み立てる前に形成され
るものである。

【０１１４】上記構成の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。

【０１１５】図２３は、本発明の第８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。本実施の形態におけるＩＧＢＴモジュ−ルは、図１
２に示す第３実施の形態に関わるＩＧＢＴモジュ−ルの
変形例であり、ゲ−ト端子、エミッタ端子及びコレクタ
端子の構成に特徴を有するものである。

【０１１６】ヒ−トシンク３１、ケ−ス３２及びタ−ミ
ナルキャップ３３により箱体が構成されている。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。

【０１１７】ヒ−トシンク３１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。また、ヒ−トシンク３１の表面には、金属層３
４ａ，３４ａ´がコ−ティングされ、かつ、金属層３４
ａ，３４ａ´と一体成型される金属支柱３４ｂ，４３
ｂ，４４ｂ，４５ｂが設けられている。つまり、金属支
柱３４ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂは、ヒ−トシンク３
１に一体化されている。

【０１１８】また、本実施の形態では、絶縁セラミック
基板（例えば窒化アルミ）３５は、ヒ−トシンク（セラ
ミック複合材料）３１に一体化されている。即ち、絶縁
セラミック基板３５は、ヒ−トシンク３１上に搭載さ
れ、絶縁セラミック基板３５は、金属層３４ａ，３４ａ
´により覆われている。

【０１１９】金属支柱３４ｂ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。金属支柱３４
ｂの形状としては、円柱状や角柱状のものが選択され、
金属支柱３４ｂの先端部は、ネジ止めできるようにネジ
溝が形成されている。

【０１２０】ヒ−トシンク３１がセラミック−アルミニ
ウム複合材料により構成される場合、金属層３４ａ，３
４ａ´、金属支柱３４ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂは、
共にアルミニウムから構成されるのがよい。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。

【０１２１】ヒ−トシンク３１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３１、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、金属層３４ａ
´上には、半導体チップ３８が搭載されている。半導体
チップ３８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３８の裏面は、ＩＧＢ
Ｔのコレクタ電極になっており、半田３７ｂによって金
属層３４ａ´に接続されている。半導体チップ３８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
３９が形成されている。チップフレ−ム３９は、樹脂か
ら構成される。

【０１２２】本実施の形態では、内部圧接型の電極構造
を達成するためにコンタクトプロ−ブ４０を用いてい
る。コンタクトプロ−ブ４０としては、例えば図３に示
すものを用いることができる。

【０１２３】コレクタ端子４３ａの一端は、金属支柱４
３ｂに接続されている。よって、コレクタ端子４３ａ
は、金属支柱４３ｂ、金属層３４ａ´及び半田３７ｂを
介して半導体チップ３８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４３ａと金属支柱４
３ｂは、ネジ５１を絞め終えた後に結合部Ｃ３において
互いに結合される。コレクタ端子４３ａ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４３ａの他端は、例えば、折り曲げ
られ、かつ、穴が設けられる。

【０１２４】エミッタ端子４４ａには、金属板６０が接
続される。即ち、金属板６０は、エミッタ端子４４ａと
金属支柱４４ｂの間に挟み込まれる。金属板６０には、
アレイ状のコンタクトプロ−ブ４０が結合されており、
これらコンタクトプロ−ブ４０は、半導体チップ３８の
エミッタ電極を一定圧力で圧接する。エミッタ端子４４
ａ、金属支柱４４ｂ及び金属板６０は、ネジ５１を絞め
終えた後に結合部Ｃ１において互いに結合される。エミ
ッタ端子４４ａ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。エミッタ端子４４
ａの他端は、例えば、折り曲げられ、かつ、穴が設けら
れる。

【０１２５】ゲ−ト端子４５ａには、金属板６１が接続
される。即ち、金属板６１は、ゲ−ト端子４５ａと金属
支柱４５ｂの間に挟み込まれる。金属板６１には、例え
ば１本のコンタクトプロ−ブ４０が結合されており、こ
の１本のコンタクトプロ−ブ４０は、半導体チップ３８
のゲ−ト電極を一定圧力で圧接する。ゲ−ト端子４５
ａ、金属支柱４５ｂ及び金属板６１は、ネジ５１を絞め
終えた後に結合部Ｃ２において互いに結合される。ゲ−
ト端子４５ａ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。ゲ−ト端子４５ａの
他端は、例えば、折り曲げられ、かつ、穴が設けられ
る。

【０１２６】半導体チップ３８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。エミッタ電極の数
は、エミッタ端子４４ａに接続されるプロ−ブの数に対
応し、ゲ−ト電極の数は、ゲ−ト端子４５ａに接続され
るプロ−ブの数に対応している。

【０１２７】全てのコンタクトプロ−ブ４０は、図２４
に示すように、板状のプロ−ブホルダ４９に固定されて
いる。プロ−ブホルダ４９には、ヒ−トシンク３１に取
り付けられた金属支柱３４ｂに対応する位置にネジ穴５
０が設けられている。図２５に示す金属支柱３４ｂを図
２４に示すプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入し、
かつ、ネジ５１によってプロ−ブホルダ４９を締め付け
ると、その力は、コンタクトプロ−ブ４０を経由して半
導体チップ３８のエミッタ電極及びゲ−ト電極に圧接力
として印加される。

【０１２８】本発明では、ヒ−トシンク３１の表面を覆
う金属層３４ａと一体成型された金属支柱３４ｂにより
この圧接力を支持している。つまり、金属支柱３４ｂ
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、金属支柱３４ｂを
適当な本数に設定し得ることにより、圧接力を十分に支
持することができる。

【０１２９】また、圧接の際、金属支柱４３ｂ，４４
ｂ，４５ｂは、それぞれプロ−ブホルダ４９に設けられ
た穴６２，６３，６４を通り抜けることになる。プロ−
ブホルダ４９上には、樹脂５２が形成されている。樹脂
５２は、ネジ５１によって半導体チップ３８に所定の圧
接力を印加し終わった後に形成される。樹脂５２は、箱
体の内部に水分などが進入するのを防ぐ役割を有する。

【０１３０】図２６は、図２３のＩＧＢＴモジュ−ルを
主要部ごとに分割して示したものである。本発明では、
主として真空ダイキャスト方式で製造される高強度、低
熱膨張のセラミック複合材料をヒ−トシンク３１として
用い、かつ、内部圧接型の電極構造の達成に必要な圧接
力を支持する手段としてヒ−トシンク３１の表面に形成
される金属層３４ａ，３４ａ´と一体成型される金属支
柱３４ｂを設けている。

【０１３１】また、圧接力を加える手段としては、プロ
−ブホルダ４９とこのプロ−ブホルダ４９に結合された
コンタクトプロ−ブ４０とを設けている。つまり、金属
支柱３４ｂをプロ−ブホルダ４９のネジ穴５０に挿入
し、ネジ５１によりプロ−ブホルダ４９をヒ−トシンク
３１に締め付ける。

【０１３２】また、本発明では、金属支柱４３ｂ，４４
ｂ，４５ｂを、金属支柱３４ｂと同様に、金属層３４
ａ，３４ａ´と一体成型することで形成するようにして
いる。コレクタ端子４３ａ、エミッタ端子４４ａ及びゲ
−ト端子４５ａは、それぞれ金属支柱４３ｂ，４４ｂ，
４５ｂに対応して設けられる。

【０１３３】なお、同図では、図２３の樹脂５２を省略
している。樹脂５２は、図２６の各主要部を組み立てた
後、タ−ミナルキャップ３３を組み立てる前に形成され
るものである。

【０１３４】上記構成の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。

【０１３５】図２７は、本発明の第９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２８は、図２７のＣ−Ｃ線に沿う断
面を示している。

【０１３６】本実施の形態におけるＩＧＢＴモジュ−ル
は、内部圧接型の電極構造を有する上述の第１乃至第８
実施の形態に関わるＩＧＢＴモジュ−ルとは異なり、ワ
イヤボンディングにより半導体チップと各端子の接続を
行うプラスチックモジュ−ルに関する。

【０１３７】本実施の形態のプラスチックモジュ−ルの
特徴は、ヒ−トシンク（セラミック複合材料）３１の表
面には、金属層３４ａ´がコ−ティングされ、かつ、金
属層３４ａ´と一体成型されるコレクタ端子４３ａ、エ
ミッタ端子４４ａ及びゲ−ト端子４５ａが設けられてい
る点にある。

【０１３８】即ち、ヒ−トシンク３１上には、１６個の
半導体チップ（ＩＧＢＴ）３８が搭載されている。コレ
クタ端子４３ａは、金属層３４ａ´を経由して半導体チ
ップ３８の裏面電極（コレクタ電極）に接続される。エ
ミッタ端子４４ａは、金属層３４ｃ´及びボンディング
ワイヤ３４ｃを経由して半導体チップ３８のエミッタ電
極に接続される。ゲ−ト端子４５ａは、金属層３４ｄ´
及びボンディングワイヤ３４ｄを経由して半導体チップ
３８のゲ−ト電極に接続される。

【０１３９】

【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。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る。さら
に、内部圧接型の電極構造を採用しても、強度的に十分
であり、かつ、低コストでＩＧＢＴモジュ−ルを製造で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモジュ−ルの外観を示す図。

【図２】本発明の第１実施の形態に関わるモジュ−ルを
示す図。

【図３】図２のコンタクトプロ−ブを詳細に示す図。

【図４】図２のコレクタ端子を詳細に示す図。

【図５】図２のエミッタ端子を詳細に示す図。

【図６】図２のゲ−ト端子を詳細に示す図。

【図７】図２の半導体チップ及びその近傍を示す図。

【図８】図２のプロ−ブホルダの構成を詳細に示す図。

【図９】図２のヒ−トシンク側の構成を詳細に示す図。

【図１０】図２のモジュ−ルを分解して示す図。

【図１１】本発明の第２実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１２】本発明の第３実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１３】本発明の第４実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１４】本発明の第４実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１５】本発明の第５実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１６】本発明の第５実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１７】本発明の第６実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図１８】図１７のモジュ−ルを分解して示す図。

【図１９】本発明の第７実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図２０】図１９のプロ−ブホルダの構成を詳細に示す
図。

【図２１】図１９の半導体チップ側の構成を詳細に示す
図。

【図２２】図１９のモジュ−ルを分解して示す図。

【図２３】本発明の第８実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図２４】図２３のプロ−ブホルダの構成を詳細に示す
図。

【図２５】図２３の半導体チップ側の構成を詳細に示す
図。

【図２６】図２３のモジュ−ルを分解して示す図。

【図２７】本発明の第９実施の形態に関わるモジュ−ル
を示す図。

【図２８】図２７のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図２９】従来のモジュ−ルを示す図。

【図３０】図２９のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図３１】図２９のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【符号の説明】

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、１５，３５：絶縁セラミック基
板、１６ａ〜１６ｄ，２５，３６ａ，３６ｂ：銅板、１７ａ〜１７ｄ，２４，３７ａ，３７ｂ：半田、１８，３８：半導体チップ、１９，４３，４３ａ：コレクタ端子、２０ａ，２０ｂ：ボンディングワイ
ヤ、２１，４４，４４ａ：エミッタ端子、２２，４５，４５ａ：ゲ−ト端子、２３：シリコン樹脂、３４ａ，３４ａ´ ：金属層、３４ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ：金属支柱、３９：チップフレ−ム、４０：コンタクトプロ−
ブ、４１：プロ−ブ本体、４２：圧接部、４６：ゲ−ト電極、４７：エミッタ電極、４８：バネ、４９：プロ−ブホルダ、５０：ネジ穴、５１：ネジ、５２：樹脂、６０，６１：金属板、６２〜６４：穴、Ｃ１〜Ｃ３：結合部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップの電極を所定の圧接力で圧
接する手段と、前記半導体チップが搭載される電気的に
絶縁機能を有するヒ−トシンクと、前記ヒ−トシンクと
一体化されると共に前記所定の圧接力を支持する支柱と
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】半導体チップが搭載される電気的に絶縁
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、前記半導体チップの電極に電気的に接続される
と共に先端部が電極取り出し用の端子となっている支柱
とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】半導体チップが搭載される電気的に絶縁
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、前記半導体チップの電極に電気的に接続される
支柱と、前記支柱の先端部に取り付けられる電極取り出
し用の端子とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】前記手段は、前記半導体チップの電極を
圧接する部材と、前記所定の圧接力を発生させるネジと
を含み、前記部材は、前記ネジにより前記支柱に固定さ
れることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】前記半導体チップと前記ヒ−トシンクの
間には、絶縁セラミック基板が配置されていることを特
徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体装置。
【請求項６】前記半導体チップと前記ヒ−トシンクの
間には、絶縁セラミック基板が配置され、前記絶縁セラ
ミック基板は、前記ヒ−トシンクに一体化されているこ
とを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体装
置。