JP4572736B2

JP4572736B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4572736B2
Application number: JP2005135820A
Authority: JP
Inventors: 俊昭長瀬; 宏幸大西; 純石川
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: JP2006313821A

Description

この発明は、半導体装置に係り、特に複数の半導体素子を備えたパワーモジュール等の半導体装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されている半導体装置では、それぞれその表面に２つの制御電極部を有する複数の半導体素子が基板上に配置されると共に、複数の半導体素子に共通の２つの制御端子が外方へ引き出されている。また、２つの制御端子はそれぞれ基板上に配置される長板状の内部電極部を有しており、各半導体素子の２つの制御電極部がそれぞれ対応する制御端子の内部電極部にボンディングワイヤを介して接続されている。

特開平１１−１７７０２１号公報

しかしながら、上述のように、複数の半導体素子の２つの制御電極部をそれぞれボンディングワイヤを介して制御端子の内部電極部に接続するには、長大な内部電極部を用いる必要があり、このような内部電極部を基板上に配置すると、半導体装置が大型化してしまうという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型の半導体装置を提供することを目的とする。

この発明に係る半導体装置は、それぞれの表面に複数の電極部が形成された複数の半導体素子を備える半導体装置において、一方向に整列して配置された複数の半導体素子と、複数の半導体素子の対応する電極部同士にそれぞれ直接に接続される複数の共通配線部材であって、それぞれが複数の半導体素子の整列方向に沿って延伸している複数の共通配線部材と、複数の共通配線部材にそれぞれ対応すると共に互いに隣接して配置され且つ一部が外方に引き出される複数の外部端子と、各半導体素子から複数の共通配線部材の延伸方向に対してほぼ垂直な方向に引き出される主電流配線とを備え、複数の共通配線部材は、互いに近接して平行に配置されると共にそれぞれ対応する外部端子に接続されており、各共通配線部材は、外部端子からの制御信号を各半導体素子の対応する電極部に伝達する制御配線として用いられるものである。

また、複数の半導体素子の整列方向の一方の端部または中央部に複数の外部端子を配置することができる。

複数の共通配線部材は、ボンディングワイヤ、または板状の導電部材から形成することができる。
また、複数の共通配線部材が板状の導電部材からなる場合に、複数の共通配線部材が絶縁部材を介して互いに固定されていることが好ましい。

この発明によれば、小型の半導体装置を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る半導体装置の構造を示す。この半導体装置は、パワーモジュール等として用いられるものであり、基板１上に複数の半導体素子２が配置されて筐体状のケース３内に収容されている。これら複数の半導体素子２は一方向に整列して配置されており、その整列方向の一方の端部には第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７が互いに隣接して配置されている。また、第１制御端子４及び第２制御端子６はそれぞれの内部電極部５及び７からケース３の外部にまで引き出されることにより外部端子として図示しない外部機器に接続されている。

また、複数の半導体素子２はそれぞれその表面に第１電極部８及び第２電極部９を有している。ここで、個々の半導体素子２の第１電極部８に制御配線としての共通の第１ボンディングワイヤ１０が直接に接続されることにより、複数の半導体素子２のすべての第１電極部８が第１ボンディングワイヤ１０を介して互いに接続されている。第１ボンディングワイヤ１０は複数の半導体素子２の整列方向に沿って延伸しており、この第１ボンディングワイヤ１０の一方の端部が第１制御端子４の内部電極部５に電気的に接続されている。
同様に、個々の半導体素子２の第２電極部９に制御配線としての共通の第２ボンディングワイヤ１１が直接に接続されることにより、複数の半導体素子２のすべての第２電極部９が第２ボンディングワイヤ１１を介して互いに接続されている。第２ボンディングワイヤ１１も複数の半導体素子２の整列方向に沿って延伸しており、この第２ボンディングワイヤ１１の一方の端部が第２制御端子６の内部電極部７に接続されている。なお、第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１は互いに近接して平行に延伸している。

また、主電流端子がケース３内にインサート成形されてケース３の内部から外部に引き出され、ケース３内に位置する主電流端子の内部電極部１２に複数の半導体素子２の第２電極部９がそれぞれ主電流配線としての複数の第３ボンディングワイヤ１３を介して接続されている。また、それぞれの第３ボンディングワイヤ１３は半導体素子２の第２電極部９から第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１の延伸方向に対してほぼ垂直な方向に引き出されている。

例えば、図１の左方から右方に向かって第１ボンディングワイヤ１０を複数の半導体素子２表面の第１電極部８に順次ワイヤボンディングすると共に第１ボンディングワイヤ１０の右側の端部を第１制御端子４の内部電極部５にワイヤボンディングすることにより、複数の半導体素子２の第１電極部８と第１制御端子４の内部電極部５とを第１ボンディングワイヤ１０を介して互いに電気的に接続することができる。同様に、図１の左方から右方に向かって第２ボンディングワイヤ１１を複数の半導体素子２表面の第２電極部９に順次ワイヤボンディングすると共に第２ボンディングワイヤ１１の右側の端部を第２制御端子６の内部電極部７にワイヤボンディングすることにより、複数の半導体素子２の第２電極部９と第２制御端子６の内部電極部７とを第２ボンディングワイヤ１１を介して互いに電気的に接続することができる。

また、第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７からの制御信号がそれぞれ第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１を介して各半導体素子２の第１電極部８及び第２電極部９に伝達されることにより、それぞれの半導体素子２の動作を制御することができる。
例えば、各半導体素子２の第１電極部８をゲート電極部、第２電極部９をソース（またはエミッタ）電極部とし、第１ボンディングワイヤ１０を制御用ゲート配線、第２ボンディングワイヤ１１を制御用ソース（またはエミッタ）配線としてそれぞれ用いることができる。

次に、この実施の形態１に係る半導体装置の作用について説明する。複数の半導体素子２の第１電極部８同士及び第２電極部９同士にそれぞれ第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１が直接に接続され、第１ボンディングワイヤ１０の一端部及び第２ボンディングワイヤ１１の一端部のみがそれぞれ第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７に接続されるので、小さい面積の内部電極部５及び７を用いることができ、これにより半導体装置の小型化を達成することができる。
また、個々の半導体素子２の第１電極部８及び第２電極部９からそれぞれ別個にボンディングワイヤを引き出して第１制御端子４及び第２制御端子６に接続する場合に比べて、ワイヤボンディングを行う回数が低減され、したがって配線作業を容易に行うことができる。

また、制御配線としての第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１の延伸方向と、主電流配線としての複数の第３ボンディングワイヤ１３の延伸方向とが互いにほぼ垂直であるため、第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１は、第３ボンディングワイヤ１３に大電流が流れた際などに発生するノイズの影響を受けにくい。また、第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１は互いに近接して平行に配置されているため、さらにノイズの影響を受けにくくなる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
また、このように互いに近接して平行に配置されている第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１に互いに逆方向の電流が流れるように構成すれば、相互インダクタンスの効果によりこれら第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１のインダクタンスを低減することができる。

実施の形態２．
次に図２を参照して、この発明の実施の形態２に係る半導体装置を説明する。この実施の形態２は、上述の実施の形態１において、複数の半導体素子２の整列方向の一方の端部に第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７を配置する代わりに、複数の半導体素子２の整列方向の中央部に第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７をそれぞれ配置したものである。すなわち、複数の半導体素子２の整列方向の中央部において互いに隣接する半導体素子２の間に、第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７が互いに隣接して配置され、第１ボンディングワイヤ１０の中間部及び第２ボンディングワイヤ１１の中間部がそれぞれ第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７に接続されている。

このような構成にしても、第１ボンディングワイヤ１０の中間部及び第２ボンディングワイヤ１１の中間部のみがそれぞれ第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７に接続されるので、小さい面積の内部電極部５及び７を用いることができる。これにより、上述の実施の形態１と同様に、半導体装置の小型化が達成される。

なお、１本の第１ボンディングワイヤ１０により複数の半導体素子２の第１電極部８及び第１制御端子４の内部電極部５をすべて接続する代わりに、２本の第１ボンディングワイヤを用意し、第１制御端子４の一方の側に位置する複数の半導体素子２の第１電極部８に１本目の第１ボンディングワイヤを直接に接続すると共に他方の側に位置する複数の半導体素子２の第１電極部８に２本目の第１ボンディングワイヤを直接に接続し、第１制御端子４の内部電極部５にこれら２本の第１ボンディングワイヤの対応する端部を接続することもできる。同様に、一本の第２ボンディングワイヤ１１の代わりに、第２制御端子部６の一方の側に位置する複数の半導体素子２と他方の側に位置する複数の半導体素子２とに対してそれぞれ別個の第２ボンディングワイヤを用いて配線を行うこともできる。

実施の形態３．
次に図３を参照して、この発明の実施の形態３に係る半導体装置を説明する。この実施の形態３は、上述の実施の形態１において、第１ボンディングワイヤ１０及び第２ボンディングワイヤ１１の代わりに、ＣｕまたはＡｌ等からなる板状の第１導電部材２１及び第２導電部材２２をそれぞれ制御配線として用いるものである。

ここで、第１導電部材２１は、直線部とその下方に垂下する複数の脚部を有し、複数の脚部のうち一方の端部に位置する１つの脚部が第１制御端子４の内部電極部５に接続されると共に、それ以外の脚部がそれぞれ複数の半導体素子２の第１電極部８に接続されている。同様に、第２導電部材２２も、直線部とその下方に垂下する複数の脚部を有しており、複数の脚部のうち一方の端部に位置する１つの脚部が第２制御端子６の内部電極部７に接続されると共に、それ以外の脚部がそれぞれ複数の半導体素子２の第２電極部９に接続されている。また、第１導電部材２１の直線部と第２導電部材２２の直線部とは互いに近接して平行に配置されている。
なお、第１導電部材２１の複数の脚部及び第２導電部材２２の複数の脚部と対応する電極部との接続は、例えばはんだ付けによりなされている。

このような構成にしても、複数の半導体素子２の第１電極部８同士及び第２電極部９同士にそれぞれ第１導電部材２１及び第２導電部材２２が直接に接続され、第１導電部材２１の１つの脚部及び第２導電部材２２の１つの脚部のみがそれぞれ第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７に接続されるので、小さい面積の内部電極部５及び７を用いることができる。これにより、上述の実施の形態１と同様に、半導体装置の小型化が達成される。
加えて、この実施の形態３では、板状の第１導電部材２１及び第２導電部材２２を用いるため、断面積を大きくして電流を流れやすくすることができる。
また、第１導電部材２１及び第２導電部材２２は、予め所定の形に形成されると共に剛性を有するため、第１導電部材２１の複数の脚部及び第２導電部材２２の複数の脚部と対応する電極部との間にそれぞれはんだを配置して加熱すれば、一度にはんだ付けすることができ、したがって組み立て工数の低減及び製造コストの低減を実現することができる。

なお、この実施の形態３でも、上述の実施の形態２のように、複数の半導体素子２の整列方向の中央部に第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７を互いに隣接して配置し、第１導電部材２１の中間部に位置する１つの脚部及び第２導電部材２２の中間部に位置する１つの脚部をそれぞれ第１制御端子４の内部電極部５及び第２制御端子６の内部電極部７に接続することもできる。
また、この場合、１つの第１導電部材２１の代わりに、２つの第１導電部材を用意し、第１制御端子４の一方の側に位置する複数の半導体素子２に１つ目の導電部材を用い、第１制御端子４の他方の側に位置する複数の半導体素子２に２つ目の導電部材を用いて配線することもできる。同様に、１つの第２導電部材２２の代わりに、第２制御端子６の一方の側に位置する複数の半導体素子２と第２制御端子６の他方の側に位置する複数の半導体素子２とに対してそれぞれ別個の第２導電部材を用いて配線を行うこともできる。

実施の形態４．
次に図４を参照して、この発明の実施の形態４に係る半導体装置を説明する。この実施の形態４は、上述の実施の形態３において、第１導電部材２１の直線部と第２導電部材２２の直線部とを樹脂等からなるフィルム状の絶縁部材２３を介して互いに貼り合わせたものである。このように、板状の第１導電部材２１及び第２導電部材２２の直線部が絶縁部材２３を介して互いに固定されているため、確実に第１導電部材２１と第２導電部材２２とを互いに近接して平行に配置することができる。
また、第１導電部材２１及び第２導電部材２２が一体に形成されているため、第１導電部材２１及び第２導電部材２２のそれぞれの脚部と対応する電極部との位置決め等が容易になり、したがって組み立てを容易に行うことができる。

なお、第１導電部材２１と第２導電部材２２をフィルム状の絶縁部材２３を介して貼り合わせる代わりに、第１導電部材２１の直線部及び第２導電部材２２の直線部が樹脂を介して互いに近接するように予めインサート成型したものを用いることもできる。

また、上述の実施の形態１〜４では、複数の半導体素子２が１列に整列していたが、これに限定されるものではなく、この発明は、複数の半導体素子２が２列以上に整列して配置されている半導体装置についても適用することができる。

なお、各半導体素子２の表面に２つの電極部８及び９が形成されている場合について説明したが、各半導体素子２の表面に３つ以上の電極部が形成されている場合についても、複数の半導体素子の対応する電極部にボンディングワイヤまたは板状の導電部材等からなる共通配線部材をそれぞれ直接に接続すると共に複数の共通配線部材をそれぞれ対応する外部端子の内部電極部に接続することにより、上述の実施の形態１〜４と同様に、小型の半導体装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。この発明の実施の形態３に係る半導体装置における第１導電部材及び第２導電部材近傍の構造を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係る半導体装置における第１導電部材及び第２導電部材近傍の構造を示す側面図である。

符号の説明

１基板、２半導体素子、３ケース、４第１制御端子、５，７，１２内部電極部、６第２制御端子、８第１電極部、９第２電極部、１０第１ボンディングワイヤ、１１第２ボンディングワイヤ、１３第３ボンディングワイヤ、２１第１導電部材、２２第２導電部材、２３絶縁部材。

Claims

それぞれの表面に複数の電極部が形成された複数の半導体素子を備える半導体装置において、
一方向に整列して配置された複数の半導体素子と、
複数の半導体素子の対応する電極部同士にそれぞれ直接に接続される複数の共通配線部材であって、それぞれが複数の半導体素子の整列方向に沿って延伸している複数の共通配線部材と、
前記複数の共通配線部材にそれぞれ対応すると共に互いに隣接して配置され且つ一部が外方に引き出される複数の外部端子と、
各半導体素子から前記複数の共通配線部材の延伸方向に対してほぼ垂直な方向に引き出される主電流配線と
を備え、
前記複数の共通配線部材は、互いに近接して平行に配置されると共にそれぞれ対応する外部端子に接続されており、
各共通配線部材は、前記外部端子からの制御信号を各半導体素子の対応する電極部に伝達する制御配線として用いられることを特徴とする半導体装置。
複数の半導体素子の整列方向の一方の端部に前記複数の外部端子が配置されている請求項１に記載の半導体装置。
複数の半導体素子の整列方向の中央部に前記複数の外部端子が配置されている請求項１に記載の半導体装置。
前記複数の共通配線部材は、ボンディングワイヤからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記複数の共通配線部材は、板状の導電部材からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記複数の共通配線部材は、絶縁部材を介して互いに固定されている請求項５に記載の半導体装置。