KR20120116859A - 반도체장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전력 단자가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있는 반도체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원의 발명에 관한 반도체장치는, 절연 기판과, 상기 절연 기판 위에 형성된 금속 패턴과, 상기 금속 패턴 위에 고정된 전력 단자와, 상기 금속 패턴 위에 고정된 복수의 파워 칩을 구비한다. 그리고, 상기 복수의 파워 칩의 전체가, 상기 전력 단자와 열절연되는 거리만큼 상기 전력 단자로부터 떨어진 것을 특징으로 한다.

Description

반도체장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 예를 들면, 산업기기의 모터 제어 등에 사용되는 반도체장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 금속 패턴을 거쳐 전력 단자와 파워 칩이 접속된 반도체장치가 개시되어 있다.
일본국 특개 2000-307058호 공보
파워 칩에서 발생한 열이 금속 패턴을 거쳐 전력 단자에 전해져, 전력 단자가 고온으로 되는 일이 있었다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전력 단자가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있는 반도체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 발명에 관한 반도체장치는, 절연 기판과, 상기 절연 기판 위에 형성된 금속 패턴과, 상기 금속 패턴 위에 고정된 전력 단자와, 상기 금속 패턴 위에 고정된 복수의 파워 칩을 구비한다. 그리고, 상기 복수의 파워 칩의 전체가, 상기 전력 단자와 열절연되는 거리만큼 상기 전력 단자로부터 떨어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전력 단자와 파워 칩을 열절연하므로 전력 단자가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 반도체장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 단면의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3은 전력 단자의 온도와 거리 L의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 전력 단자와 IGBT 칩 사이에, 땜납을 거쳐 방열체를 고정한 것을 나타낸 단면도이다.
실시형태.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 반도체장치의 평면도이다. 반도체장치(10)는, 케이스(12)를 구비하고 있다. 케이스(12)에는 Cu 베이스(14)가 고정되어 있다. Cu 베이스(14) 위에는 복수의 절연 기판(16)이 고정되어 있다. 절연 기판(16)은 AlN 세라믹으로 형성되어 있다. 절연 기판(16) 위에는 금속 패턴(18)이 형성되어 있다. 금속 패턴(18)은 구리로 형성된 패턴이다.
금속 패턴(18) 위에는 IGBT 칩(20)이 고정되어 있다. 또한, 금속 패턴(18)의 위에는 다이오드 칩(22)이 고정되어 있다. 이것들은 땜납에 의해 고정되어 있다. 금속 패턴(18), IGBT 칩(20), 및 다이오드 칩(22)은 와이어(24)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. IGBT 칩(20)과 다이오드 칩(22)을 파워 칩으로 부르는 일이 있다. 금속 패턴(18)의 표면의 땜납 중, 파워 칩의 고정에 사용되지 않고 표면에 노출한 것은, 땜납 19로 표시되어 있다.
금속 패턴(18) 위에는 땜납 25를 거쳐 전력 단자(26)가 고정되어 있다. 전력 단자(26)는 반도체장치(10)의 주전류를 흘려보내는 단자다. 케이스(12)의 측면에는 신호 단자(28)가 고정되어 있다. 신호 단자(28)는 IGBT 칩(20)의 게이트와 접속되어 있다.
도 2는, 도 1의 II-II 단면의 화살표 방향에서 본 도면이다. 전력 단자(26)는 땜납 25를 거쳐 금속 패턴(18)에 고정되어 있다. IGBT 칩(20)은 땜납 21을 거쳐 금속 패턴(18)에 고정되어 있다. 전력 단자(26)와, 전력 단자(26)에 가장 근접하는 파워 칩(IGBT 칩(20))은 5mm만큼 떨어져 있다. 도 2에서는 전력 단자(26)와 파워 칩의 최단 거리는 거리 L(5mm)로 표시되어 있다. 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체장치는 파워 칩을 복수 갖는데, 그 모든 파워 칩이, 가장 근접하는 전력 단자(26)와 5mm 이상 떨어져 있다.
도 3은, 전력 단자(26)의 온도와 거리 L의 관계를 나타낸 그래프이다. 거리 L이 5mm보다 작으면, 거리 L이 작아질수록 파워 칩의 발열의 영향을 받아 전력 단자(26)의 온도가 상승한다. 한편, 거리 L이 5mm 이상이면, 전력 단자(26)의 온도와 거리 L의 유의한 상관이 없어진다. 따라서, 거리 L이 5mm 이상이면 전력 단자(26)와 IGBT 칩(20)을 열절연할 수 있다. 이때, 본 발명에 있어서의 「열절연」이란 완전히 전열을 차단하는 것은 아니고, 전열을 실용상 충분하게 억제하는 것이다.
전력 단자(26)의 온도 상승의 요인은, 전력 단자(26)에 흐르는 대전류와, 파워 칩으로부터의 열전도이다. 이들 요인에 의해 전력 단자의 온도가 상승하여 전력 단자가 고온으로 되는 일이 있었다. 그런데, 본 발명의 실시형태에 관한 반도체장치(10)에 따르면, 전력 단자(26)와 파워 칩을 열절연하고 있으므로 파워 칩으로부터의 열전도에 의한 전력 단자(26)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 전력 단자(26)가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 복수의 파워 칩의 전체가, 전력 단자(26)와 열절연되는 거리만큼 전력 단자(26)로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 따라서, 파워 칩은 IGBT 칩(20)과 다이오드 칩(22)에 한정되지 않고, 이들 중 한쪽이어도 되고, 다른 발열하는 칩이어도 된다. 또한, 금속 패턴(18)의 재료도 Cu에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은, 전력 단자와, 이것에 가장 근접하는 파워 칩의 거리가 5mm 이상인 것에 한정되지 않는다. 파워 칩과 전력 단자를 열절연하기 위해서 필요한 거리는, 금속 패턴의 재질과 파워 칩의 도달 온도 등을 고려해서 정하면 된다.
본 발명의 실시형태에 관한 반도체장치(10)는 도 2에 나타낸 것과 같이, 전력 단자(26)와 IGBT 칩(20) 사이는, 땜납 19가 형성되어 있지만 부품이 고정되지 않는 데드 스페이스로 했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전력 단자(26)와 파워 칩 사이의 금속 패턴(18)에 방열체를 고정해도 된다. 도 4는, 전력 단자(26)와 IGBT 칩(20) 사이의 금속 패턴(18)에, 땜납 19를 거쳐 방열체(40)를 고정한 것을 나타낸 단면도이다. 방열체(40)는 냉각 핀으로 형성되어 있다. 방열체(40)에 의해 거리 L을 짧게 하면서 전력 단자(26)와 IGBT 칩(20)의 열절연이 가능하다.
10 반도체장치, 12케이스, 14 Cu베이스, 16 절연 기판, 18 금속 패턴, 19 땜납, 20 IGBT 칩, 22 다이오드 칩, 24 와이어, 26 전력 단자

Claims (3)

  1. 절연 기판과,
    상기 절연 기판 위에 형성된 금속 패턴과,
    상기 금속 패턴 위에 고정된 전력 단자와,
    상기 금속 패턴 위에 고정된 복수의 파워 칩을 구비하고,
    상기 복수의 파워 칩의 전체가, 상기 전력 단자와 열절연되는 거리만큼 상기 전력 단자로부터 떨어진 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 단자와 상기 파워 칩 사이의 상기 금속 패턴 위에는 방열체가 고정된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 구리로 형성되어 있고,
    상기 파워 칩은 IGBT 칩 또는 다이오드 칩이고,
    상기 전력 단자와, 상기 복수의 파워 칩 중 상기 전력 단자와 가장 근접하는 파워 칩의 거리는, 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
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