JP2005101256A - 電力用半導体装置 - Google Patents

電力用半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2005101256A
JP2005101256A JP2003332847A JP2003332847A JP2005101256A JP 2005101256 A JP2005101256 A JP 2005101256A JP 2003332847 A JP2003332847 A JP 2003332847A JP 2003332847 A JP2003332847 A JP 2003332847A JP 2005101256 A JP2005101256 A JP 2005101256A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power semiconductor
wiring
inductor
semiconductor chip
main electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003332847A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4142539B2 (ja
Inventor
Isao Umezaki
勲 梅嵜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2003332847A priority Critical patent/JP4142539B2/ja
Publication of JP2005101256A publication Critical patent/JP2005101256A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4142539B2 publication Critical patent/JP4142539B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49113Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting different bonding areas on the semiconductor or solid-state body to a common bonding area outside the body, e.g. converging wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/30107Inductance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3011Impedance

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

【課題】 複数の半導体チップの各主電極電位を揃える事、半導体チップ間に流れる高周波電波を抑制する事、且つ、半導体装置の安定動作を確保する事。
【解決手段】 エミッタ基板3A,3B上の配線パターン3a及び3bは、アルミワイヤー9A,9Bを介して、対応するIGBTチップ1A,1Bのエミッタに接続されており、パターン3a及び3bの互いに対向し合う端部には、突出状の第1、第3パッド部13AP1,13BP3が接続されている。各基板3A,3B上には、パッド部13AP1,13BP3に対向する様に、第2及び第4パッド部13AP2,13BP4が配設されており、インダクター部材13A,13Bが電気的に配設されている。同部材13A,13Bのインダクタンス値は、アルミワイヤー9A,9B,11,12のそれよりも十分に大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置内部に搭載されている複数個のパワー半導体チップが互いに並列接続された電力用半導体装置に関する。例えば、本発明は、パワーモジュールに適用可能な技術を提供する。
装置内に複数のパワー半導体チップを並列に配置した半導体装置においては、電流の導通時、及び、阻止時における複数の半導体チップの電位を揃えるために、出来る限り半導体チップの近傍で、陰極間、及び、陽極間を、ワイヤー配線で接続している。
特開2001−185679号公報 特開2002−141465号公報 特開2002−153079号公報 特開2000−311983号公報 特開平9−270491号公報
しかし、電流の通電、遮断を繰り返す半導体装置においては、通電や遮断時の急峻な電流変化の過程では、半導体チップの特性のバラツキ、配線のインピーダンスの差異に起因して、半導体チップ間に電位差が生じ、そのため、上述のワイヤー配線を通して、チップ間を比較的高周波の電流が流れる。又、急峻な電流変化に伴い半導体装置の内外に磁界が発生し、当該磁界が上述のワイヤー配線等にノイズとして乗ることで、同様に、高周波電流がこの配線に流れる。これらのパワー半導体チップ間配線に流れる高周波電流が過大な場合には、パワー半導体装置の誤動作や複数の半導体チップの不均一動作と言う様な悪影響が惹起され、半導体装置の安定動作の障害となる。
この発明は、斯かる懸案事項を踏まえて創作されたものであり、装置内に複数のパワー半導体チップを搭載する電力用半導体装置において、複数個のパワー半導体チップの電位を合わせるための配線に発生する、高周波の電流を阻止ないしは抑制させる事で、当該半導体装置及びその周辺機器の安定動作を実現させることを、目的とする。
この発明の主題に係る電力用半導体装置は、互いに並列接続される第1及び第2パワー半導体チップと、前記第1パワー半導体チップの一方の主電極と、前記第1パワー半導体チップの前記一方の主電極と同電位にある前記第2パワー半導体チップの一方の主電極とを互いに接続する配線経路とを備え、前記配線経路は、その途中に、インダクター部材を含んでおり、前記インダクター部材は、前記インダクター部材を除く前記配線経路の他の部分のインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有することを特徴とする。
以下、この発明の主題の様々な具体化を、添付図面を基に、その効果・利点と共に、詳述する。
この発明の主題に係る電力用半導体装置によれば、1)半導体チップの動作時に半導体チップ間電位差に起因して半導体チップ間を流れる高周波電流を、インダクター部材による回路配線の高インピーダンス化によって抑制することが出来、これに伴い本半導体装置の安定動作の確保及び信頼性の向上を図ることが出来る。
本発明の特徴点は、互いに並列接続された複数のパワー半導体チップの同電極間の配線に、アルミワイヤー等のワイヤー配線のインダクタンス値(それ自体無視し得る程の値である)よりも遥かに大きな(つまり、無視し得ない)インダクタンス値を有する、1)インダクター部材(例えばチップインダクターやコイル部品の様なディスクリート部品)を、若しくは、2)配線インダクター部(電気配線自体が有するインダクタンス)を、積極的に導入・配置する点にある。換言すれば、1)第1パワー半導体チップの一方の主電極と、当該第1パワー半導体チップの一方の主電極と同電位にある第2パワー半導体チップの一方の主電極とを互いに接続する配線経路中に含まれるインダクター部材は、当該インダクター部材を除く配線経路の他の部分のインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有する、若しくは、2)配線経路は、その一部に、当該配線経路のその他の部分におけるインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有する配線インダクター部を有する。この構成により、イ)電流導通時及び阻止時における電流変化の少ない状態においては、同電極間の配線は低インピーダンスのため、半導体チップ間の電位を容易に合わすことが出来る。ロ)その一方で、電流の通電及び遮断時などの電流変化が大きな状態においては、同電極間の配線が高インピーダンスとなるため、その際にチップ間を流れようとする高周波電流を遮断、あるいは低減することが可能となり、電力用半導体装置の動作の安定性を確保する事が出来る。以下、この様な特徴点を、実施の形態1及び2として、詳述する。
(実施の形態1)
図1及び図2は、各々、本実施の形態に係る電力用半導体装置の内部構成を模式的に示す上面図及び側面図である。又、図3は、本実施の形態に係る電力用半導体装置の内部構成の等価回路を示す図である。尚、図3の等価回路は、後述する実施の形態2に係る電力用半導体装置にも妥当する(符号13A及び13Bがそれぞれ符号14A及び14Bに置換わるだけである)。図1乃至図3に示される通り、本装置は、1)主基板ないしは母基板としての、金属ベース板(以下、単に基板と称す)100と、2)当該基板100の表面ないしは主面100Sの左側中央領域上に配設された絶縁性のコレクタ基板(第1主電極用第1基板に該当)2Aと、3)コレクタ基板2Aの表面上に形成・配設されたコレクタ用配線パターン(第1主電極用第1配線パターンに該当)2aと、4)コレクタ用配線パターン2aの対応箇所に電気的に結合(例えば接着)された裏面側のコレクタ領域(図示せず:第1主電極に該当)と、表面側のエミッタ領域(図示せず:第2主電極に該当)と、表面側のゲート領域(図示せず:制御電極に該当)とを有するIGBTチップ(第1パワー半導体チップに該当:本例では、2個の第1パワー半導体チップが同一基板2A上に搭載されている)1Aと、5)基板表面100Sの左側上方領域上に別個に搭載・配設された絶縁性のエミッタ基板(第2主電極用第2基板に該当)3Aと、6)エミッタ基板3Aの表面上に形成・配設されたエミッタ用配線パターン(第2主電極用第2配線パターンに該当)3aと、7)基板表面100Sの左側下方領域上に搭載・配設された絶縁性のゲート基板(制御電極用基板)4Aと、8)ゲート基板4Aの表面上に形成・配設されたゲート用配線パターン4aとを、備えている。更に、本装置は、9)エミッタ基板3Aの表面の他領域(基板端部近傍面)上に配設され且つエミッタ用配線パターン3aと一体的に接続された突出状の第1インダクター部材用第1パッド部13AP1と、10)エミッタ基板3Aの表面の右上コーナー近傍領域上に配設されており、従って、配線パターン3aに直接的に接続されることなく(一体化されることなく)、第1パッド13AP1部に対向配置された第1インダクター部材用第2パッド部13AP2と、11)IGBTチップ1Aのエミッタ領域と配線パターン3aとを互いに電気的に接続する様にボンディングされた第1ワイヤー(例えばアルミワイヤーより成る)9Aと、12)第1パッド部13AP1と第2パッド部13AP2との間に半田付けにより配設された第1インダクター部材13Aとを、備えている。そして、コレクタ電極5、エミッタ電極6、制御エミッタ電極7及びゲート電極8が、それぞれ、図示される様に、形成されている。更に、本装置は、第1パワー半導体チップ1Aと並列接続される第2パワー半導体チップ側の構成部材として、13)基板表面100Sの右側中央領域上に搭載・配設された絶縁性のコレクタ基板(第1主電極用第3基板に該当)2Bと、14)コレクタ基板2Bの表面上に形成・配設されたコレクタ用配線パターン(第1主電極用第3配線パターンに該当)2bと、15)コレクタ用配線パターン2bの対応箇所に電気的に結合(例えば接着)された裏面側のコレクタ領域(図示せず:第1主電極に該当)と、表面側のエミッタ領域(図示せず:第2主電極に該当)と、表面側のゲート領域(図示せず:制御電極に該当)とを有するIGBTチップ(第2パワー半導体チップに該当:本例では、2個の第2パワー半導体チップが同一基板2B上に搭載されている)1Bと、16)基板表面100Sの右側上方領域上に搭載・配設された絶縁性のエミッタ基板(第2主電極用第4基板に該当)3Bと、17)エミッタ基板3Bの表面上に形成・配設されたエミッタ用配線パターン(第2主電極用第4配線パターンに相当)3bと、18)基板表面100Sの右側下方領域上に搭載・配設された絶縁性のゲート基板(制御電極用基板)4Bと、19)ゲート基板4Bの表面上に形成・配設されたゲート用配線パターン4bとを、備えている。加えて、本装置は、20)エミッタ基板3Bの表面(基板3A側端部の表面)上に形成・配設され且つエミッタ用配線パターン3bと一体的に接続された突出状の第2インダクター部材用第3パッド部13BP3と、21)エミッタ基板3Bの左上コーナー近傍領域における表面上に配設されており、配線パターン3bには一体的に接続されることなく、第3パッド部13BP3に対向した第2インダクター部材用第4パッド部13BP4と、22)IGBTチップの1Bのエミッタ領域とエミッタ用配線パターン3bとを互いに接続する第2ワイヤー(例えばアルミワイヤーより成る)9Bと、23)第3パッド部13BP3と第4パッド部13BP4との間に半田付けにより配設された第2インダクター部材13Bとを、備えている。
更に、本装置は、24)ワイヤーボンディングによって形成された、第2パッド部13AP2と第4パッド部13BP4とを互いに接続する第3ワイヤー(例えばアルミワイヤーより成る)11と、25)同じくワイヤーボンディングによって形成された、第1配線パターン2aと第3配線パターン2bとを互いに接続する第4ワイヤー(例えばアルミワイヤーより成る)12とを備えている。ここで、第3ワイヤー11は、互いに隣接する回路パターン13AP2,13BP4のそれぞれの隣接端側を接続している。この配線構成により、第3ワイヤー11のワイヤー長さを最短な値にすることが出来る。同様に、第4ワイヤー12も、互いに隣接する回路パターン2a,2bのそれぞれの隣接端側を接続しており、以って、第4ワイヤー12のワイヤー長を最短化している。尚、参照符号11及び12の部材は、第3及び第4ワイヤー11,12の様にアルミワイヤーで構成されている必要性はなく、そのインダクタンス値がインダクター部材13A,13Bのそれらと比較して無視し得る程の小さい値である導電性の板(金属板等)あるいは金属の線材であっても良い。その意味で、第3及び第4ワイヤー11,12や、それらに代わる接続配線部材の各々を、「導電性配線部材」と称呼する。要は、導電性配線部材のインダクタンス値<<インダクター部材13A,13Bのインダクタンス値と言う関係が成立すれば良い。本装置においては、第1インダクター部材13Aの第1インダクタンス値と、第2インダクター部材13Bの第2インダクタンス値とは共に、第1ワイヤー乃至第4ワイヤー9A,9B,11,12の各々が有するインダクタンス値よりも、相対的に見て十分に大きい値である。即ち、高周波電流が並列接続された両IGBT1A,1Bのエミッタ領域間ないしはエミッタ電極間を流れる際に、当該回路配線中のインダクタンス成分がその流れを妨げるバリアと成り得るだけの高インピーダンスを呈する様に、上記第1及び第2インダクタンス値が設定されている。
又、図1の構造においては(後述する図4でも同様)、第1配線パターン2aと第3配線パターン2bとは、それらの中間位置から見て互いに中間対称となる様に隣接配置されており(線対称配置関係)、同じく、第2配線パターン3aと第4配線パターン3bも、それらの中間位置から見て互いに中間対称となる様に隣接配置されている(線対称配置関係)。又、第1及び第2インダクター部材13A,13Bの両インダクタンス値は、互いに同一値に設定されているのが好ましい。この様な好ましい構成例に設定する場合には、設計及び部材配置・配線が容易となり、装置のコスト低減化をもたらす。
以上の通り、IGBTチップ1A,1Bからのエミッタ配線を接続したエミッタ基板3A,3Bの配線パターン部に、別個のインダクター部材13A,13Bを配置していると共に、この部位より、隣り合うエミッタ基板間を第3ワイヤー11で接続している。
本構成により、高周波電流がエミッタ基板間に流れるときに、インダクター部材13A,13Bが回路配線の高インピーダンス化をもたらすため、その結果、エミッタ基板間に流れる高周波電流が遮断ないしは抑制され、本装置の誤動作あるいはチップ間の不均一動作が抑制される。これにより、安定した動作が確保される。更に、本構成では、エミッタ用配線パターン3a,3bとは別個に同一基板3A,3B上にインダクター部材13A,13Bをそれぞれ配設しているので、高インピーダンス化のためのインダクター設計の自由度を高め得ると言う利点が得られる。即ち、第2主電極用配線パターンとは別個に同一基板上にインダクター部材を配設しているので、高インピーダンス化のためのインダクター設計の自由度を高め得る。
尚、突出した第1パッド部13AP1を積極的に設けずに、第1パッド部13AP1に相当する部分、つまり、第1インダクター部材13Aの一方の電極を半田付けするためのパターン部分を、第2配線パターン3aの端部自身としても良い。即ち、第2配線パターン3aの端部が、第1パッド部13AP1に相当する部分として兼用されるのである。この様な変形は、第3パッド部13BP3についても同様に適用可能である。これらの変形は、後述する変形例1にも妥当する。
<変形例1>
図1の特徴的構成部に代えて、あるいは、図1の特徴的構成部に加えて、IGBTチップが配置されたコレタタ基板の配線パターンに対して、実施の形態1のインダクター部材13A,13Bに相当するものを同一基板上に別個に配置した上で、この部位より、隣り合うコレクタ基板の配線パターンを第4ワイヤーで接続することとしても良い。その様な変形例1の構成例を、図1に相当する図4に示す。又、そのときの等価回路を図5に示す。本変形例によれば、高周波電流がコレクタ基板間に流れるときに、インダクター部が高インピーダンスとなるため、コレクタ基板間に流れる高周波電流が遮断あるいは抑制され、本装置の誤動作やチップ間の不均一動作が抑制される事で、安定した動作が確保される。同様に、コレクタ基板間の回路配線に対しても、高インピーダンス化のためのインダクター設計の自由度を高め得ると言う利点が得られる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、実施の形態1における様な別個に設けたインダクター部材の搭載に代えて、IGBTチップからの工ミッタ配線を接続したエミッタ基板自体が、その配線パターン部の一部をくし型配線とすることで形成された配線インダクター部14A,14Bを有する。この部位より、隣り合うエミッタ基板同士は、第3ワイヤー11で接続される。
本実施の形態の特徴部分のみを抽出して拡大的に描いた構成図が、図6の平面図である。図6に描かれていない部分は、図1中の対応部分と同一である。尚、このときの等価回路は、図3に示される通りである。図6に例示されている通り、本装置における第2主電極用第2配線パターン3aは、エミッタ基板(第2基板)3Aの表面上に配設されており、その端部が、他部とは相違した形状(ここでは、くし型構造)を有することにより、第1配線インダクター部14Aを形成しており、第1ワイヤー9Aは、第1パワー半導体チップ1Aの第2主電極(エミッタ)と第2配線パターン3aの上記他部とを、互いに接続している。更に、本装置における第2主電極用第4配線パターン3bは、エミッタ基板(第4基板)3Bの表面上に配設されており、その端部が、他部とは相違した形状(ここでは、くし型構造)を有することにより、第2配線インダクター部14Bを形成しており、第2ワイヤー9Bは、第2パワー半導体チップ1Bの第2主電極(エミッタ)と第4配線パターン3bの上記他部とを、互いに接続している。しかも、第3ワイヤー11は、第1配線インダクター部14Aの端部14AEと第2配線インダクター部14Bの端部14BEとを、互いに接続している。又、第4ワイヤー12は、第1配線パターン2aと第3配線パターン2bとを、互いに接続している。そして、第1配線インダクター部14Aの第1インダクタンス値と第2配線インダクター部14Bの第2インダクタンス値とは、共に、第1ワイヤー乃至第4ワイヤー9A,9B,11,12の各々のインダクタンス値よりも、相対的に見て十分に大きな値である。
又、図6の構造においては(後述する図7でも同様)、第1配線パターン2aと第3配線パターン2bとは、それらの中間位置から見て互いに中間対称となる様に隣接配置されており(線対称配置関係)、同じく、第2配線パターン3aと第4配線パターン3bも、それらの中間位置から見て互いに中間対称となる様に隣接配置されている(線対称配置関係)。又、第1及び第2配線インダクター部14A,14Bの両インダクタンス値は、互いに同一値に設定されているのが好ましい。この様な好ましい構成例に設定する場合には、設計及び部材配置・配線が容易となり、装置のコスト低減化をもたらす。
本実施の形態の動作原理は、基本的に、実施の形態1のそれと同一である。従って、本実施の形態の構成によれば、高周波電流がエミッタ基板間に流れる際に、配線インダクター部が高インピーダンス部となるため、エミッタ基板間に流れる高周波電流が遮断あるいは抑制され、本装置の誤動作やチップ間の不均一動作が抑制される。その結果、安定した動作が確保され得る。
<変形例2>
実施の形態2に対しても、変形例1で記載したものと同様の修正を成すことが可能である。その様な変形例の核心部を図7に拡大して示す。図7に示す通り、IGBTチップ1A,1Bが配置されたコレタタ基板2A,2Bの各配線パターン2a,2bの対向し合う端部には、例えば櫛型状の(各ワイヤーと比較して)高インダクタンス値を有する第1及び第2配線インダクター部14A,14Bが、形成されている。そして、各配線インダクター部の端部14AE,14BEは、互いに、第4ワイヤー12で接続されている。従って、隣り合うコレクタ基板を結ぶ回路配線パターン自体が、高インダクタンスの配線インダクターを備えている状態が実現されている。
本変形例によっても、変形例1と同様に、高周波電流がコレクタ基板間に流れるときに、インダクター部が高インピーダンスとなるため、コレクタ基板間に流れる高周波電流が遮断あるいは抑制され、本装置の誤動作やチップ間の不均一動作が抑制される事で、安定した動作が確保される。
以上の通り、本実施の形態及びその変形例によれば、1)実施の形態1と同様に、半導体チップの動作時に半導体チップ間電位差に起因して半導体チップ間を流れる高周波電流を、配線インダクター部の存在による回路配線の高インピーダンス化によって抑制することが出来、これに伴い本半導体装置の安定動作の確保及び信頼性の向上を図ることが出来ると共に、2)主回路パターンの一部を、即ち、各パワー半導体チップのエミッタ電極用配線パターン及び/又はコレクタ電極用配線パターンの一部を配線インダクター部として用いているので、主回路パターンとは別体のインダクター部の配設が不要となり、組立上の生産性に優れた安価なパワー半導体装置を提供することも出来ると言う効果がある。
(付記)
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。例えば、本発明における「パワー半導体チップ」とは、IGBT以外のパワートランジスタ(縦型MOSFET等)や、サイリスタや、あるいは、ダイオード(この場合、特にリカバリー動作時に本発明は効を奏する)を包含し得る概念である。これらの場合、複数の、ダイオード、あるいはトランジスタ、あるいはサイリスタなどのパワー半導体チップを並列に配置する半導体装置において、各半導体チップの陽極基板に、及び/又は、陰極基板に、実施の形態1及び/又は実施の形態2で記載した様な中核的構成部材を施し、同電極基板間をワイヤーで接続する。又、パワー半導体チップの陽極を「第1主電極」と称するならば、その陰極が「第2主電極」に該当し、逆に、陰極を「第1主電極」と称するならば、陽極が「第2主電極」に該当する。又、第1基板2Aと第3基板2Bとを一体化して、第1配線パターン2aと第3配線パターン2bとを一体化しても良い。この変形を図4に適用する場合には、ワイヤー12に代えて、配線パターンが直接に両インダクター部材13A、13Bの対応電極を電気的に接続することになる。しかも、両インダクター部材13A、13Bを1個のインダクター部材に置き換えても良く成る。つまり、インダクター部材の数はすくなくとも1個である。又、第2基板3Aと第4基板3Bとを一体化して、第2配線パターン3aと第4配線パターン3bとを一体化しても良い。この様な変形を図1に適用する場合には、ワイヤー11に代えて、配線パターンが直接に両インダクター部材13A、13Bの対応電極を電気的に接続することになる。この変形においても、同様に、両インダクター部材13A、13Bを1個のインダクター部材に置き換えても良く成る。即ち、インダクター部材の個数は1個以上となる。
本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の内部構成を模式的に示す上面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の内部構成を模式的に示す側面図である。 本発明の各実施の形態に係る電力用半導体装置の内部構成の等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態1の変形例に係る電力用半導体装置の内部構成を模式的に示す上面図である。 本発明の各変形例に係る電力用半導体装置の内部構成の等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置におけるエミッタ基板上配線パターンの構成を模式的に示す上面図である。 本発明の実施の形態2の変形例に係る電力用半導体装置におけるコレクタ基板上配線パターンの構成を模式的に示す上面図である。
符号の説明
1A,1B 電力用半導体装置内のIGBTチップ(半導体チップ)、2A,2B コレクタ基板、2a,2b コレクタ用配線パターン、3A,3B エミッタ基板、3a,3b エミッタ用配線パターン、4A,4B ゲート基板、4a,4b ゲート用配線パターン、5 コレクタ電極、6 エミッタ電極、7 制御エミッタ電極、8 ゲート電極、9A,9B 第1エミッタ配線(ワイヤ配線)、10A,10B ゲート配線(ワイヤ配線)、11 第2エミッタ配線(ワイヤ配線)、12 コレクタ配線(ワイヤ配線)、13A,13B インダクター部材、14A,14B 配線インダクター部。

Claims (7)

  1. 互いに並列接続される第1及び第2パワー半導体チップと、
    前記第1パワー半導体チップの一方の主電極と、前記第1パワー半導体チップの前記一方の主電極と同電位にある前記第2パワー半導体チップの一方の主電極とを互いに接続する配線経路とを備え、
    前記配線経路は、その途中に、インダクター部材を含んでおり、
    前記インダクター部材は、前記インダクター部材を除く前記配線経路の他の部分のインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有することを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  2. 請求項1記載の電力用半導体装置であって、
    前記第1パワー半導体チップの他方の主電極と、前記第1パワー半導体チップの前記他方の主電極と同電位にある前記第2パワー半導体チップの他方の主電極とを互いに接続する他方の配線経路とを備え、
    前記他方の配線経路は、その途中に、前記他方の配線経路自体のインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有する個別部品としてのインダクター部材を含むことを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  3. 請求項1記載の電力用半導体装置であって、
    前記配線経路は、そのインダクタンス値が前記インダクター部材のそれと比較して無視し得る程の小さい値である導電性配線部材を介して互いに接続された、第1パワー半導体チップ用第1インダクター部材及び第2パワー半導体チップ用第2インダクター部材を、前記インダクター部材として有しており、
    しかも、前記導電性配線部材は、互いに隣接する第1インダクター部材用回路パターン及び第2インダクター部材用回路パターンの互いの隣接端側を接続していることを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  4. 請求項3記載の電力用半導体装置であって、
    前記第1パワー半導体チップの前記一方の主電極から前記第1インダクター部材用回路パターンまでの配線経路と、前記第2パワー半導体チップの前記一方の主電極から前記第2インダクター部材用回路パターンまでの配線経路とは、互いに線対称な配置関係に設定されており、
    前記第1インダクター部材のインダクタンス値及び前記第2インダクター部材のインダクタンス値とは互いに等しいことを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  5. 互いに並列接続される第1及び第2パワー半導体チップと、
    前記第1パワー半導体チップの一方の主電極と、前記第1パワー半導体チップの前記一方の主電極と同電位にある前記第2パワー半導体チップの一方の主電極とを互いに接続する配線経路とを備え、
    前記配線経路は、その一部に、前記配線経路のその他の部分におけるインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有する配線インダクター部を有することを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  6. 請求項5記載の電力用半導体装置であって、
    前記第1パワー半導体チップの他方の主電極と、前記第1パワー半導体チップの前記他方の主電極と同電位にある前記第2パワー半導体チップの他方の主電極とを互いに接続する他方の配線経路とを備え、
    前記他方の配線経路は、その一部に、前記他方の配線経路のその他の部分におけるインダクタンス値よりも大きなインダクタンス値を有する配線インダクター部を有することを特徴とする、
    電力用半導体装置。
  7. 請求項5記載の電力用半導体装置であって、
    前記配線経路は、そのインダクタンス値が前記配線インダクター部のそれと比較して無視し得る程の小さい値である導電性配線部材を介して互いに接続された、第1パワー半導体チップ用第1配線インダクター部及び第2パワー半導体チップ用第2配線インダクター部を、前記配線インダクター部として有しており、
    前記第1パワー半導体チップの前記一方の主電極から前記第1配線インダクター部と前記導電性配線部材の一端との接続部までの配線経路と、前記第2パワー半導体チップの前記一方の主電極から前記第2配線インダクター部と前記導電性配線部材の他端との接続部までの配線経路とは、互いに線対称な配置関係に設定されており、
    前記第1配線インダクター部のインダクタンス値及び前記第2配線インダクター部のインダクタンス値とは互いに等しいことを特徴とする、
    電力用半導体装置。
JP2003332847A 2003-09-25 2003-09-25 電力用半導体装置 Expired - Lifetime JP4142539B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003332847A JP4142539B2 (ja) 2003-09-25 2003-09-25 電力用半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003332847A JP4142539B2 (ja) 2003-09-25 2003-09-25 電力用半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005101256A true JP2005101256A (ja) 2005-04-14
JP4142539B2 JP4142539B2 (ja) 2008-09-03

Family

ID=34461035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003332847A Expired - Lifetime JP4142539B2 (ja) 2003-09-25 2003-09-25 電力用半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4142539B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012038803A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
KR101186744B1 (ko) 2011-01-03 2012-09-28 주식회사 케이이씨 기판 및 이를 갖는 파워 모듈
EP2541596A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-02 Hitachi, Ltd. Power semiconductor module
US8531013B2 (en) 2010-06-11 2013-09-10 Casio Computer Co., Ltd. Semiconductor device equipped with bonding wires and manufacturing method of semiconductor device equipped with bonding wires
WO2019064874A1 (ja) * 2017-09-29 2019-04-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
CN111801795A (zh) * 2018-09-14 2020-10-20 富士电机株式会社 半导体装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8531013B2 (en) 2010-06-11 2013-09-10 Casio Computer Co., Ltd. Semiconductor device equipped with bonding wires and manufacturing method of semiconductor device equipped with bonding wires
JP2012038803A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
KR101186744B1 (ko) 2011-01-03 2012-09-28 주식회사 케이이씨 기판 및 이를 갖는 파워 모듈
EP2541596A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-02 Hitachi, Ltd. Power semiconductor module
US9000601B2 (en) 2011-06-29 2015-04-07 Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. Power semiconductor module
WO2019064874A1 (ja) * 2017-09-29 2019-04-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP2019068534A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
US11127695B2 (en) 2017-09-29 2021-09-21 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power conversion device for reducing an inductance difference between control signal wires of a power semiconductor and suppressing a current unbalancing of the control signals
CN111801795A (zh) * 2018-09-14 2020-10-20 富士电机株式会社 半导体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4142539B2 (ja) 2008-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6865838B2 (ja) 半導体モジュール及び電力変換装置
JP6623283B2 (ja) パワー半導体モジュール
JP5434986B2 (ja) 半導体モジュールおよびそれを備えた半導体装置
JP6520437B2 (ja) 半導体装置
JP6451747B2 (ja) 半導体装置
US7821128B2 (en) Power semiconductor device having lines within a housing
WO2013021647A1 (ja) 半導体モジュール、半導体モジュールを備えた半導体装置、および半導体モジュールの製造方法
JP6405383B2 (ja) パワートランジスタモジュール
JP2002110905A (ja) 半導体装置
JP6103122B1 (ja) パワー半導体モジュール用信号中継基板
WO2020059285A1 (ja) 半導体装置
TWI716075B (zh) 功率模組
WO2020021843A1 (ja) 半導体装置
JP6439750B2 (ja) 半導体装置
JP2017162866A (ja) 半導体装置
JP4127763B2 (ja) 半導体装置
JP4142539B2 (ja) 電力用半導体装置
JP5710555B2 (ja) 半導体装置
JP2016195223A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP6727328B2 (ja) 半導体モジュール
JP3648954B2 (ja) 半導体装置
JP2010118699A (ja) 電力用半導体装置
JP2016001644A (ja) 半導体モジュール
US20240038750A1 (en) Semiconductor module
JP6645707B2 (ja) 半導体パワーモジュール

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060703

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080514

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080514

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080610

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080612

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4142539

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130620

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term