JPH07122669A - 電力用半導体装置 - Google Patents
電力用半導体装置Info
- Publication number
- JPH07122669A JPH07122669A JP26935493A JP26935493A JPH07122669A JP H07122669 A JPH07122669 A JP H07122669A JP 26935493 A JP26935493 A JP 26935493A JP 26935493 A JP26935493 A JP 26935493A JP H07122669 A JPH07122669 A JP H07122669A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrode body
- emitter electrode
- main
- chip
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】実使用時における半導体チップへの応力集中を
軽減するようにした信頼性の高い電力用半導体装置、特
にそのパッケージ構造を提供する。 【構成】上面側の主面に主電極（エミッタ電極），制御
電極（ゲート電極）を有する半導体チップ（ＩＧＢＴチ
ップ１）を、該半導体チップを挟んでその上下両主面に
配したヒートシンク兼用の主電極用電極体（エミッタ電
極体２，コレクタ電極体３）と共に外囲ケース５ａと金
属ベース板５ｂからなるパッケージ５に収容した半導体
装置において、上面側のエミッタ電極とこれに対向する
エミッタ電極用電極体との間を面接触させるとともに、
パッケージの上面をエミッタ電極体２と接合した金属キ
ャップ１０で気密封止し、実使用時に外部からの加圧力
でＩＧＢＴチップ１のエミッタ電極とエミッタ電極体２
とを加圧接触させてチップへの熱応力集中を軽減させ
る。
軽減するようにした信頼性の高い電力用半導体装置、特
にそのパッケージ構造を提供する。 【構成】上面側の主面に主電極（エミッタ電極），制御
電極（ゲート電極）を有する半導体チップ（ＩＧＢＴチ
ップ１）を、該半導体チップを挟んでその上下両主面に
配したヒートシンク兼用の主電極用電極体（エミッタ電
極体２，コレクタ電極体３）と共に外囲ケース５ａと金
属ベース板５ｂからなるパッケージ５に収容した半導体
装置において、上面側のエミッタ電極とこれに対向する
エミッタ電極用電極体との間を面接触させるとともに、
パッケージの上面をエミッタ電極体２と接合した金属キ
ャップ１０で気密封止し、実使用時に外部からの加圧力
でＩＧＢＴチップ１のエミッタ電極とエミッタ電極体２
とを加圧接触させてチップへの熱応力集中を軽減させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のマイクロスタックなどを
対象とした電力用半導体装置、特にそのパッケージ構造
に関する。
ラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のマイクロスタックなどを
対象とした電力用半導体装置、特にそのパッケージ構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず、本発明の実施対象となるＩＧＢＴ
マイクロスタックの従来における組立構造を図３（ａ）
〜（ｃ）に示す。図において、１はＩＧＢＴチップ、２
はエミッタ電極体、３はコレクタ電極体、４はゲート端
子、５はパッケージ、６はＩＧＢＴチップ１のゲート電
極に接続したワイヤ、７はゲル状充填材、８は封止樹脂
である。
マイクロスタックの従来における組立構造を図３（ａ）
〜（ｃ）に示す。図において、１はＩＧＢＴチップ、２
はエミッタ電極体、３はコレクタ電極体、４はゲート端
子、５はパッケージ、６はＩＧＢＴチップ１のゲート電
極に接続したワイヤ、７はゲル状充填材、８は封止樹脂
である。
【０００３】ここで、ＩＧＢＴチップ１は（ｂ）図で示
すように複数（図示例では６個）のユニットパターンに
分割されており、各ユニットパターンごとにチップ１の
上面側主面にはエミッタ電極とゲート電極が、また下面
側の主面にはコレクタ電極が形成されている。また、パ
ッケージ５はセラミックなどで作られた外囲ケース５ａ
とその底面側に接着した金属ベース板５ｂとからなり、
外囲ケース５の内周面上に形成した導体パターン５ｃに
ＩＧＢＴチップ１のゲート電極から引出したワイヤ６を
接続するとともに、該導体パターン５ｃから外囲ケース
５ａを貫通してゲート端子４を外部に引出している。そ
して、ＩＧＢＴチップ１は金属ベース板５ｂに接合した
コレクタ電極体３の上に半田マウントされ、さらにエミ
ッタ電極体２がチップ１の中央部に形成したエミッタ電
極に半田接合されている。
すように複数（図示例では６個）のユニットパターンに
分割されており、各ユニットパターンごとにチップ１の
上面側主面にはエミッタ電極とゲート電極が、また下面
側の主面にはコレクタ電極が形成されている。また、パ
ッケージ５はセラミックなどで作られた外囲ケース５ａ
とその底面側に接着した金属ベース板５ｂとからなり、
外囲ケース５の内周面上に形成した導体パターン５ｃに
ＩＧＢＴチップ１のゲート電極から引出したワイヤ６を
接続するとともに、該導体パターン５ｃから外囲ケース
５ａを貫通してゲート端子４を外部に引出している。そ
して、ＩＧＢＴチップ１は金属ベース板５ｂに接合した
コレクタ電極体３の上に半田マウントされ、さらにエミ
ッタ電極体２がチップ１の中央部に形成したエミッタ電
極に半田接合されている。
【０００４】かかる構成のＩＧＢＴマイクロスタック
は、図４で示すように放熱体を兼ねた上下２枚の導電接
触板９の間に加圧挟持（加圧手段は図示せず）して使用
される。これにより、大電流の通電に伴ってＩＧＢＴチ
ップ１に発生する熱は、ヒートシンクとして機能するエ
ミッタ電極体２，コレクタ電極体３，およびパッケージ
５の金属ベース板５ｂを介して上下の導電板９に伝熱し
た後、強制風冷，水冷方式などにより外部に放熱され
る。
は、図４で示すように放熱体を兼ねた上下２枚の導電接
触板９の間に加圧挟持（加圧手段は図示せず）して使用
される。これにより、大電流の通電に伴ってＩＧＢＴチ
ップ１に発生する熱は、ヒートシンクとして機能するエ
ミッタ電極体２，コレクタ電極体３，およびパッケージ
５の金属ベース板５ｂを介して上下の導電板９に伝熱し
た後、強制風冷，水冷方式などにより外部に放熱され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の半導体装置組立構造では、両面冷却により高い放熱
性が得られて大容量の電流が扱える利点のある反面、実
使用面で次記のような問題点が残る。 （１）エミッタ電極体２はＩＧＢＴチップ１のエミッタ
電極に半田接合されているために、該半田接合部には大
電流の断続通電に伴い熱応力集中が発生して該部に接合
不良（半田接合部の劣化）を引き起こし、最悪の場合に
は熱応力集中によりＩＧＢＴチップにクラック，割れの
生じることがある。
来の半導体装置組立構造では、両面冷却により高い放熱
性が得られて大容量の電流が扱える利点のある反面、実
使用面で次記のような問題点が残る。 （１）エミッタ電極体２はＩＧＢＴチップ１のエミッタ
電極に半田接合されているために、該半田接合部には大
電流の断続通電に伴い熱応力集中が発生して該部に接合
不良（半田接合部の劣化）を引き起こし、最悪の場合に
は熱応力集中によりＩＧＢＴチップにクラック，割れの
生じることがある。
【０００６】（２）図４のようにＩＧＢＴマイクロスタ
ックを導電接触板の間に加圧挟持した際に、特にＩＧＢ
Ｔチップ１の上面側にはエミッタ電極体２（エミッタ電
極体はＩＧＢＴチップの上面側主面の一部に形成したエ
ミッタ電極に接合されている）を介して局部的に加圧応
力が集中し、これが基でチップにクラック，割れの生じ
ることがある。
ックを導電接触板の間に加圧挟持した際に、特にＩＧＢ
Ｔチップ１の上面側にはエミッタ電極体２（エミッタ電
極体はＩＧＢＴチップの上面側主面の一部に形成したエ
ミッタ電極に接合されている）を介して局部的に加圧応
力が集中し、これが基でチップにクラック，割れの生じ
ることがある。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決して実使用時におけ
る半導体チップへの応力集中が軽減できるようにした信
頼性の高い電力用半導体装置、特にそのパッケージ構造
を提供することにある。
であり、その目的は前記課題を解決して実使用時におけ
る半導体チップへの応力集中が軽減できるようにした信
頼性の高い電力用半導体装置、特にそのパッケージ構造
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、上面側の主面に主電極，制御電極
を有する半導体チップを、該半導体チップを挟んでその
上下両主面に配したヒートシンク兼用の主電極用電極体
と共に金属ベース板と外囲ケースからなるパッケージに
収容した半導体装置において、上面側の主電極とこれに
対向する主電極用電極体との間を面接触させるととも
に、パッケージの上面を前記電極体と接合した金属キャ
ップで気密シールして構成するものとする。
に、本発明によれば、上面側の主面に主電極，制御電極
を有する半導体チップを、該半導体チップを挟んでその
上下両主面に配したヒートシンク兼用の主電極用電極体
と共に金属ベース板と外囲ケースからなるパッケージに
収容した半導体装置において、上面側の主電極とこれに
対向する主電極用電極体との間を面接触させるととも
に、パッケージの上面を前記電極体と接合した金属キャ
ップで気密シールして構成するものとする。
【０００９】また、前記構成において、外部から加圧力
を加えた際に半導体チップに生じる応力集中を防ぐ手段
として、上面側の主電極用電極体を断面Ｔ字形の段付き
ブロック体となした上で、該電極体の段付き部と半導体
チップとの間に絶縁ばねを介装した構成がある。
を加えた際に半導体チップに生じる応力集中を防ぐ手段
として、上面側の主電極用電極体を断面Ｔ字形の段付き
ブロック体となした上で、該電極体の段付き部と半導体
チップとの間に絶縁ばねを介装した構成がある。
【００１０】
【作用】上記の構成において、半導体チップの上面側主
面に形成した主電極（ＩＧＢＴチップのエミッタ電極）
とこれに対向する主電極用電極体（エミッタ電極体）と
が半田接合されずに単に面接触しており、実使用時に外
部から加圧力を加えた際に両者間が加圧接触して良好な
通電状態となる。この場合に前記電極体はパッケージの
外囲ケース上面に被着した金属キャップに接合されてい
て加圧方向への自由度が確保されるので加圧接触に支障
を来すことがなく、また金属キャップがパッケージの上
部開放面をシールして気密封止構造のパッケージを構成
する。
面に形成した主電極（ＩＧＢＴチップのエミッタ電極）
とこれに対向する主電極用電極体（エミッタ電極体）と
が半田接合されずに単に面接触しており、実使用時に外
部から加圧力を加えた際に両者間が加圧接触して良好な
通電状態となる。この場合に前記電極体はパッケージの
外囲ケース上面に被着した金属キャップに接合されてい
て加圧方向への自由度が確保されるので加圧接触に支障
を来すことがなく、また金属キャップがパッケージの上
部開放面をシールして気密封止構造のパッケージを構成
する。
【００１１】これにより、良好な放熱性を確保しつつ、
しかも半田接合の場合に見られる半導体チップと主電極
用電極体との接合部に発生する熱応力集中のおそれが無
く、かつゲル状充填材，樹脂などで封止することなしに
パッケージ内への湿気，不純物の侵入を防いで半導体チ
ップを外部雰囲気から安全に保護できる。また、上面側
の主電極用電極体の段付き部と半導体チップとの間に絶
縁バネを介装することにより、実使用時に外部から加圧
した際に半導体チップ上に加わる加圧応力を絶縁ばねに
より分散させてチップのクラック，割れを防止できる。
しかも半田接合の場合に見られる半導体チップと主電極
用電極体との接合部に発生する熱応力集中のおそれが無
く、かつゲル状充填材，樹脂などで封止することなしに
パッケージ内への湿気，不純物の侵入を防いで半導体チ
ップを外部雰囲気から安全に保護できる。また、上面側
の主電極用電極体の段付き部と半導体チップとの間に絶
縁バネを介装することにより、実使用時に外部から加圧
した際に半導体チップ上に加わる加圧応力を絶縁ばねに
より分散させてチップのクラック，割れを防止できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、実施例の図中で図３に対応する同一部材に
は同じ符号が付してある。 実施例１：図１（ａ),（ｂ）において、ＩＧＢＴマイク
ロスタックは基本的に図３とほぼ同様な構成であるが、
図３との相違点として、エミッタ電極体２とＩＧＢＴチ
ップ１の上面側主面の中央部に形成されているエミッタ
電極との間が半田接合されてなく、単に面接触してい
る。また、パッケージ５はゲル状充填材，樹脂などで封
止することなく、外囲ケース５ａの上面に弾性を有する
金属キャップ１０を被着して開放面を気密シールすると
ともに、該金属キャップ１０の裏面側にエミッタ電極体
２が半田付けなどで一体に接合されている。
する。なお、実施例の図中で図３に対応する同一部材に
は同じ符号が付してある。 実施例１：図１（ａ),（ｂ）において、ＩＧＢＴマイク
ロスタックは基本的に図３とほぼ同様な構成であるが、
図３との相違点として、エミッタ電極体２とＩＧＢＴチ
ップ１の上面側主面の中央部に形成されているエミッタ
電極との間が半田接合されてなく、単に面接触してい
る。また、パッケージ５はゲル状充填材，樹脂などで封
止することなく、外囲ケース５ａの上面に弾性を有する
金属キャップ１０を被着して開放面を気密シールすると
ともに、該金属キャップ１０の裏面側にエミッタ電極体
２が半田付けなどで一体に接合されている。
【００１３】かかる構成により、パッケージ５に組み込
んだＩＧＢＴチップ１は金属キャップ１０により気密封
止される。また、図４で述べたようにＩＧＢＴマイクロ
スタックを上下の導電接触板９の間に加圧挟持した実使
用状態では、ＩＧＢＴチップ１のエミッタ電極とこれに
対向するエミッタ電極体２との間が圧接して両者間に良
好な導電状態が確保されるとともに、ＩＧＢＴチップ１
の発生熱はヒートシンクとして機能するエミッタ電極体
２，金属キャップ１０を介して導電板９へ放熱される。
しかも、ＩＧＢＴチップ１とエミッタ電極体２との間は
半田接合されてなく、機械的に自由な接触状態にあるの
で、大電流の通電によってＩＧＢＴチップ１に過大な熱
応力集中が生じるおそれはない。
んだＩＧＢＴチップ１は金属キャップ１０により気密封
止される。また、図４で述べたようにＩＧＢＴマイクロ
スタックを上下の導電接触板９の間に加圧挟持した実使
用状態では、ＩＧＢＴチップ１のエミッタ電極とこれに
対向するエミッタ電極体２との間が圧接して両者間に良
好な導電状態が確保されるとともに、ＩＧＢＴチップ１
の発生熱はヒートシンクとして機能するエミッタ電極体
２，金属キャップ１０を介して導電板９へ放熱される。
しかも、ＩＧＢＴチップ１とエミッタ電極体２との間は
半田接合されてなく、機械的に自由な接触状態にあるの
で、大電流の通電によってＩＧＢＴチップ１に過大な熱
応力集中が生じるおそれはない。
【００１４】実施例２：図２（ａ）〜（ｃ）は実施例１
をさらに発展させた応用実施例を示すものであり、この
実施例においては、図１の構成に加えて、断面Ｔ字形に
なるエミッタ電極体２の段付き部２ａとＩＧＢＴチップ
１の上面（エミッタ電極から外周域）との間に絶縁ばね
１１が数箇所に分散介装されている。この絶縁ばね１１
は（ｂ),（ｃ）図で示すように、上下の絶縁当板１１ａ
にコイルばね，あるいは皿ばねの圧縮ばね１１ｂを組合
わせたものであり、図４で示すようにＩＧＢＴマイクロ
スタックを導電板９の間に加圧挟持した際に、エミッタ
電極体２を介してＩＧＢＴチップ１に加わる荷重を分散
して応力集中の発生を防止する役目を果たす。
をさらに発展させた応用実施例を示すものであり、この
実施例においては、図１の構成に加えて、断面Ｔ字形に
なるエミッタ電極体２の段付き部２ａとＩＧＢＴチップ
１の上面（エミッタ電極から外周域）との間に絶縁ばね
１１が数箇所に分散介装されている。この絶縁ばね１１
は（ｂ),（ｃ）図で示すように、上下の絶縁当板１１ａ
にコイルばね，あるいは皿ばねの圧縮ばね１１ｂを組合
わせたものであり、図４で示すようにＩＧＢＴマイクロ
スタックを導電板９の間に加圧挟持した際に、エミッタ
電極体２を介してＩＧＢＴチップ１に加わる荷重を分散
して応力集中の発生を防止する役目を果たす。
【００１５】なお、上記実施例はＩＧＢＴマイクロスタ
ックを実施対象に説明したが、ＩＧＢＴ以外の電力用半
導体装置にも同様に実施適用できることは勿論である。
ックを実施対象に説明したが、ＩＧＢＴ以外の電力用半
導体装置にも同様に実施適用できることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、高い放熱性を確保しつつ、しかも半導体装置の通電
時に半導体チップと主電極用電極体との間に生じる熱応
力集中を従来の半田接合方式と比べて大幅に軽減するこ
とができ、これにより信頼性の改善が図れる。
ば、高い放熱性を確保しつつ、しかも半導体装置の通電
時に半導体チップと主電極用電極体との間に生じる熱応
力集中を従来の半田接合方式と比べて大幅に軽減するこ
とができ、これにより信頼性の改善が図れる。
【００１７】また、前記電極体の段付き部と半導体チッ
プとの間に絶縁ばねを介装することにより、実使用時に
外部から電極体を介して半導体チップに加わる加圧力を
分散して半導体チップをクラック，割れから安全に保護
できる。
プとの間に絶縁ばねを介装することにより、実使用時に
外部から電極体を介して半導体チップに加わる加圧力を
分散して半導体チップをクラック，割れから安全に保護
できる。
【図１】本発明の実施例１による半導体装置の組立構造
図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図
図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図
【図２】本発明の実施例２による半導体装置の組立構造
図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ),（ｃ）はそれぞれ
（ａ）図における絶縁ばねの異なる実施例の構成図
図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ),（ｃ）はそれぞれ
（ａ）図における絶縁ばねの異なる実施例の構成図
【図３】本発明の実施対象となるＩＧＢＴマイクロスタ
ックの従来における組立構造図であり、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は平面図
ックの従来における組立構造図であり、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は平面図
【図４】ＩＧＢＴマイクロスタックの実使用状態を表す
図
図
１ ＩＧＢＴチップ ２ エミッタ電極体 ２ａ 段付き部 ３ コレクタ電極体 ４ ゲート端子 ５ パッケージ ５ａ 外囲ケース ５ｂ 金属ベース板 １０ 金属キャップ １１ 絶縁ばね
Claims (2)
- 【請求項１】上面側の主面に主電極，制御電極を有する
半導体チップを、該半導体チップを挟んでその上下両主
面に配したヒートシンク兼用の主電極用電極体と共に金
属ベース板と外囲ケースからなるパッケージに収容した
半導体装置において、上面側の主電極とこれに対向する
主電極用電極体との間を面接触させるとともに、パッケ
ージの上面を前記電極体と接合した金属キャップで気密
シールしたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、上面
側の主電極用電極体が断面Ｔ字形の段付き構造体であ
り、かつ該電極体の段付き部と半導体チップとの間に外
部からの加圧力を分散させる絶縁ばねを介装したことを
特徴とする電力用半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26935493A JPH07122669A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 電力用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26935493A JPH07122669A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 電力用半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122669A true JPH07122669A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17471216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26935493A Pending JPH07122669A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 電力用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122669A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005197563A (ja) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Mitsubishi Electric Corp | 電力用半導体装置 |
| CN114203643A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 南瑞联研半导体有限责任公司 | 一种弹性压接式半导体模块封装结构 |
-
1993
- 1993-10-28 JP JP26935493A patent/JPH07122669A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005197563A (ja) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Mitsubishi Electric Corp | 電力用半導体装置 |
| CN114203643A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 南瑞联研半导体有限责任公司 | 一种弹性压接式半导体模块封装结构 |
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