JP2000243881A - 平形パワー半導体モジュール - Google Patents

平形パワー半導体モジュール

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JP2000243881A
JP2000243881A JP11045518A JP4551899A JP2000243881A JP 2000243881 A JP2000243881 A JP 2000243881A JP 11045518 A JP11045518 A JP 11045518A JP 4551899 A JP4551899 A JP 4551899A JP 2000243881 A JP2000243881 A JP 2000243881A
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JP
Japan
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chip
fixing frame
power semiconductor
semiconductor module
insulating layer
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Application number
JP11045518A
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English (en)
Inventor
Tetsumi Takano
哲美 高野
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体モジュールの組立工程などに侵入する塵
埃などの微小な異物がパワー半導体チップの耐電圧絶縁
層の沿面に付着して絶縁耐力が低下するのを防止できる
ようにチップ固定枠を改良する。 【解決手段】複数個のIGBTチップ(パワー半導体チ
ップ)1をパッケージに収容した平形パワー半導体モジ
ュールであって、各チップ組ごとに半導体チップ1,お
よびエミッタ,コレクタの端子板2,3を耐熱絶縁物の
チップ固定枠7に保持した上で、パッケージ内に組み込
んだ組立構造になるものにおいて、チップ固定枠7を弾
性材,ないし熱収縮材を用いた柔構造となし、IGBT
チップ1を保持した状態でチップのエッジ部周域に形成
した耐電圧絶縁層1bの沿面をチップ固定枠の一部で密
着状態に被覆し、組立工程で絶縁層の沿面に塵埃などの
異物が付着するのを防止して絶縁性能の向上化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧,大電流の
平形パワー半導体モジュールに関し、詳しくはその組立
構造に係わる。
【0002】
【従来の技術】まず、電力用IGBTモジュールを例
に、本発明の実施対象となる平形パワー半導体モジュー
ルの従来例の組立構造を図4(a),(b) に示す。
【0003】図において、1はプレーナ構造のIGBT
チップ(パワー半導体チップ)、2はIGBTチップ1
のエミッタ表面電極に重ね合わせたエミッタ端子板(M
o板)、3はコレクタの表面電極に重ね合わせて半田付
けしたコレクタ端子板、4はセラミックスの外囲ケース
4a,該ケース4aの上下端面に被せたエミッタ電極板
(Cu電極)4b,コレクタの電極板(Cu電極)4c
であり、パッケージ4には複数個(図示例では4個)の
IGBTチップ1が並置配列して組み込まれている。
【0004】ここで、図示のIGBTモジュールでは、
モジュール組立ての際に耐熱絶縁物(ポリイミド樹脂)
で作られた蓋付きのチップ固定枠5,およびチップ配列
固定枠6を用いて各IGBTチップ1をパッケージ5内
で位置決め配置するようにしている。
【0005】すなわち、各IGBTチップごとに、コレ
クタ端子板3と半田付けしたIGBTチップ1をチップ
固定枠5のケース部5a(方形状の皿体でその底壁には
端子板の挿入穴が開口している)に挿入し、さらにエミ
ッタ端子板2に差し込み結合した平角板状の蓋部5bを
上方からケース部5aに嵌合して仮組立する。次に、各
チップの配列に合わせてコレクタ端子板3の差し込み穴
を碁盤目状に開口した位置決め用の配列固定枠6に前記
の仮組立体を差し込みセットし、この状態でパッケージ
4に組み込んで上下の電極板4bと4cとの間に挟持し
て加圧接触させる。なお、パッケージ4の内部には不活
性ガスを封入しておく。
【0006】一方、プレーナ形IGBTチップ1のエミ
ッタ側主面には、図3で示すようにエミッタ表面電極1
aを包囲するようにチップのエッジ部周域に絶縁層1b
を形成してその外側領域1c(コレクタと同電位)との
間で所定の耐電圧を確保するようにしている。この絶縁
層1bは例えばPSG(ガラス層),アモルファスシリ
コン,ポリイミドの積層からなり、かつガードリングを
併用するなどして絶縁層1bの沿面における表面電界の
均等分布を図り、エミッタ表面電極1aのエッジに電界
が集中しないようにしていることは周知の通りである。
【0007】なお、前記絶縁層1bは、その沿面長dを
拡げれば高い耐電圧が確保できる反面、沿面長dを必要
以上に拡げるとそれだけエミッタ表面電極1bの有効通
電面積が制約を受け、逆に沿面幅dを狭めると耐電圧が
低下して信頼性が低下することから、設計面では絶縁層
1bの沿面長dを所定の耐電圧確保に必要な最小長に設
定するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図4に示し
た半導体モジュールの組立構造、特にIGBTチップ1
と端子板2,3を仮組立てする際に用いる従来のチップ
固定枠5の構造では次記のような問題点が残る。
【0009】すなわち、図4の組立構造に採用したチッ
プ固定枠5はのケース部5aが皿形でその上方が開放し
ており、図3に示したIGBTチップ1の絶縁層1bの
沿面がそのまま露呈している。このために、半導体モジ
ュールの組立工程でチップ固定枠5の内部に侵入した塵
埃などの微小な浮遊異物がIGBTチップ1の上面(エ
ミッタ側)に付着することがある。また、モジュール組
立後でもパッケージ内に発生した異物,例えばチップの
微細な破片などが前記と同様にIGBTチップ1の絶縁
層沿面に付着することが可能性がある。この場合に、異
物が先記した絶縁層1bの沿面上に付着すると、異物の
周辺で絶縁層沿面の表面電界が大きく変歪して絶縁破壊
電圧が急激に低下する。なお、この点について、発明者
等が実験により検証したところ、絶縁層1bの表面にそ
の沿面幅dの1/10程度である粒径ミクロンオーダー
の微小な異物が付着するだけで絶縁破壊電圧は約65%
に低下することが確認されている。
【0010】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は前記課題を解決し、半導体モジュールの
組立工程などに際して侵入する塵埃などの異物がパワー
半導体チップの耐電圧絶縁層の沿面に付着して絶縁耐力
が低下するのを確実に防止できるようにチップ固定枠を
改良した平形パワー半導体モジュールを提供することに
ある。
【0011】
【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、複数個のパワー半導体チップを並
置配列して単一のパッケージに収容した平形パワー半導
体モジュールであって、各チップ組ごとに半導体チッ
プ,および該半導体チップの上下表面電極に重ね合わせ
た端子板を耐熱絶縁物のチップ固定枠に保持した上で、
パッケージの上下電極板間に挟持した組立構造になるも
のにおいて、前記のチップ固定枠に半導体チップを保持
した状態でチップのエッジ部周域に形成した耐電圧絶縁
層の沿面をチップ固定枠の一部で密着被覆する(請求項
1)ものとし、具体的には次記のような態様で構成す
る。
【0012】(1) チップ固定枠を例えばシリコーンゴム
などのゴム状弾性体で構成する(請求項2)。 (2) チップ固定枠を熱収縮性樹脂で構成し、該固定枠内
に半導体チップを保持した状態で固定枠を熱収縮させて
耐電圧絶縁層の沿面に固定枠を密着被覆させるようにす
る(請求項3)。
【0013】(3) 前項(1) ,(2) において、チップ固定
枠を、パワー半導体チップの周縁,および上下面の周域
を包囲する胴部と、その上下開口部に端子板を挿入保持
するフランジ部を形成した異形の筒状体で構成する(請
求項4)。
【0014】(4) 半導体チップの耐電圧絶縁層の沿面と
該部を被覆するチップ固定枠のとの間の隙間に接着性,
もしくは粘着性の封止充填材を充填して絶縁層の沿面を
封止する(請求項5)。
【0015】上記構成のように、モジュールの組立時に
パワー半導体チップのエッジ部周域に形成した耐電圧絶
縁層の沿面を該チップをチップ固定枠に保持させた状態
で固定枠で密着状態で被覆することにより、耐電圧絶縁
層の沿面がそのまま露呈することがない。これにより、
モジュール組立工程で塵埃などの微小な異物が絶縁層の
沿面に付着することが避けられてその絶縁耐力に対する
信頼性が向上する。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図
1,図2に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施
例の図中で図3,図4に対応する同一部材には同じ符号
を付してその説明は省略する。
【0017】〔実施例1〕図1は本発明の請求項1〜4
に対応する実施例について、IGBTチップ1に本発明
に基づくチップ固定枠7を装着し、これにエミッタ端子
板2,コレクタ端子板3を組み付けた仮組立体を表す図
である。
【0018】ここで、チップ固定枠7は、図示のように
IGBTチップ1の周縁,および上下主面の外周域を包
囲する胴部7aと、該胴部7aの上下端面の開口部に形
成した端子板保持用のフランジ部7b,7cを備えた異
形(提灯形)の筒体としてなり、例えばシリコーンゴム
などの高い耐熱性,ゴム状弾性を有する材料を用いてI
GBTチップ1の外形寸法よりも一回り小さく作られて
いる。そして、組立工程では各IGBTチップごとに、
チップ固定枠7の胴部7aを拡げた状態でIGBTチッ
プ1に被せ、さらにエミッタ端子板2,コレクタ端子板
3をフランジ部7b,7cで定位置に弾性保持する。
【0019】この組立状態では、図から判るようにチッ
プ固定枠7がIGBTチップ1の周面に殆ど隙間なしに
密着し、IGBTチップ1のエミッタ側でチップのエッ
ジ周域に形成した耐電圧絶縁層1bの沿面を固定枠5の
胴部が覆っている。したがって、図4で述べたように図
1の仮組立体をモジュールのパッケージ4へ組み込む組
立工程で周囲から侵入した塵埃などの微小な異物が絶縁
層1bの沿面に付着するおそれはなく、これにより異物
の付着に起因する絶縁耐力の低下を確実に防ぐことがで
きる。また、図4の従来例ではチップ固定枠5が二つの
部品5aと5bから構成されているのに対して、この実
施例ではチップ固定枠7が一部品であり、この1個の部
品でIGBTチップ1に対してエミッタ,コレクタの端
子板2,3を所定位置に位置決め保持することができて
組立工程の簡便化が図れる。
【0020】また、チップ固定枠7の材料には、耐熱性
に優れた熱収縮性のシリコーン樹脂,またはその変性体
などを用いることもできる。そして、この熱収縮性樹脂
で作られたチップ固定枠7をIGBTチップ1に被せた
状態で熱を加えることにより、チップ固定枠7が熱収縮
してIGBTチップ1の周面へ強固に密着して耐電圧絶
縁層1bの沿面を被覆する。なお、熱収縮性材には熱収
縮の加熱温度,収縮率が異なる各種仕様のものがあり、
IGBTチップ1に対する熱的影響を勘案して適正なも
のを使用する。
【0021】〔実施例2〕次に本発明の請求項5に対応
する応用実施例を図2に示す。この実施例においては、
IGBTチップ1のエミッタ側に形成した耐電圧絶縁層
1bの沿面(表面)と先記実施例1で述べたチップ固定
枠7との間に接着性,もしくは粘着性の封止充填材8を
充填して絶縁層1bの沿面をより一層確実に封止するよ
うにしている。ここで、封止充填材8はチップ固定枠7
を被せる以前にIGBTチップ1の絶縁層1bの沿面に
被着しておくか、あるいは事前にチップ固定枠7の内面
に塗布してIGBTチップ1に被せるようにすることが
できる。
【0022】この実施例のように、実施例1で述べたチ
ップ固定枠7に封止充填材8を併用することで、異物の
付着防止に対する信頼性,並びに絶縁耐力の向上が期待
できる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、平形パワー半導体モジュールの組立てに用いるチッ
プ固定枠を弾性体,熱収縮材などを用いた柔構造とし
て、チップのエッジ周域に形成した耐電圧絶縁層の沿面
をチップ固定枠で密着状態に被覆するようにしたことに
より、モジュール組立工程で侵入する塵埃などの微小な
異物が絶縁層の沿面に付着することに起因する半導体チ
ップの耐電圧低下を未然に防いで、絶縁性能に対する信
頼性の向上化が図れるほか、1個の固定枠部品で同時に
半導体チップ,およびその上下主面に重ね合わせた端子
板を定位置に位置決め保持できて部品点数,組立工数の
削減化が図れる。
【0024】さらに加えて、請求項5記載の封止充填材
を併用することにより、異物の付着防止に対する信頼
性,並びに絶縁耐力の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に対応するチップ固定枠を用
いた半導体チップ組の組立構造図
【図2】本発明の実施例2に対応する実施例の構造図
【図3】IGBTチップを例示したパワー半導体チップ
の外形斜視図
【図4】従来における平形パワー半導体モジュールの組
立構造図であり、(a) は縦断側面図、(b) は内部構造を
模式的に表した平面図
【符号の説明】
1 IGBTチップ(パワー半導体チップ) 1a エミッタ表面電極 1b 耐電圧絶縁層 2 エミッタ端子板 3 コレクタ端子板 4 パッケージ 4a 外囲ケース 4b エミッタ電極板 4c コレクタ電極板 7 チップ固定枠 7a 胴部 7b,7c フランジ部 8 封止充填材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個のパワー半導体チップを並置配列し
    て単一のパッケージに収容した平形パワー半導体モジュ
    ールであって、各チップ組ごとに半導体チップ,および
    該半導体チップの上下表面電極に重ね合わせた端子板を
    耐熱絶縁物のチップ固定枠に保持した上で、パッケージ
    の上下電極板間に挟持した組立構造になるものにおい
    て、前記のチップ固定枠に半導体チップを保持した状態
    でチップのエッジ部周域に形成した耐電圧絶縁層の沿面
    をチップ固定枠の一部で密着被覆するようにしたことを
    特徴とする平形パワー半導体モジュール。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体モジュールにおい
    て、チップ固定枠がゴム状弾性体からなることを特徴と
    する平形パワー半導体モジュール。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体モジュールにおい
    て、チップ固定枠が熱収縮性樹脂からなり、該固定枠内
    に半導体チップを保持した状態で固定枠を熱収縮させて
    耐電圧絶縁層の沿面に固定枠を密着被覆させるようにし
    たことを特徴とする平形パワー半導体モジュール。
  4. 【請求項4】請求項2,または3記載の半導体モジュー
    ルにおいて、チップ固定枠が、パワー半導体チップの周
    縁,および上下面の周域を包囲する胴部と、その上下開
    口部に端子板を挿入保持するフランジ部を形成した異形
    の筒状体になることを特徴とする平形パワー半導体モジ
    ュール。
  5. 【請求項5】請求項1記載の半導体モジュールにおい
    て、半導体チップの耐電圧絶縁層の沿面と該部を被覆す
    るチップ固定枠のとの間の隙間に接着性,もしくは粘着
    性の封止充填材を充填して絶縁層の沿面を封止したこと
    を特徴とする平形パワー半導体モジュール。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7242582B2 (en) 2004-04-20 2007-07-10 Denso Corporation Semiconductor module mounting structure, a cardlike semiconductor module, and heat receiving members bonded to the cardlike semiconductor module
JP7439521B2 (ja) 2020-01-10 2024-02-28 富士電機株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法

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