JPH06232303A - 電力用半導体素子 - Google Patents
電力用半導体素子Info
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- JPH06232303A JPH06232303A JP1775393A JP1775393A JPH06232303A JP H06232303 A JPH06232303 A JP H06232303A JP 1775393 A JP1775393 A JP 1775393A JP 1775393 A JP1775393 A JP 1775393A JP H06232303 A JPH06232303 A JP H06232303A
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- electrode
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
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- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ゲート電極とゲート引き出し端子との接続に導
線のボンディングを用いた電力用半導体素子の不利を解
消して容器の小形化を図る。 【構成】ゲート電極上のゲートパッド電極にゲート引き
出し端子の先端部を加圧接触させる。あるいは半導体基
板の一隅に絶縁して設けた中継電極とゲート電極とを導
線で接続し、その中継電極にゲート引き出し端子の先端
部を加圧接触させる。加圧力はばねあるいは引き出し端
子自体の弾性力による。
線のボンディングを用いた電力用半導体素子の不利を解
消して容器の小形化を図る。 【構成】ゲート電極上のゲートパッド電極にゲート引き
出し端子の先端部を加圧接触させる。あるいは半導体基
板の一隅に絶縁して設けた中継電極とゲート電極とを導
線で接続し、その中継電極にゲート引き出し端子の先端
部を加圧接触させる。加圧力はばねあるいは引き出し端
子自体の弾性力による。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主電流制御用のゲート
電極をもち、ゲート電圧によりオン・オフ動作をする絶
縁ゲートバイポーラトランジスタ (以下ＩＧＢＴと略
す) 、ＭＯＳ型電界効果トランジスタなどの電力用半導
体素子に関する。
電極をもち、ゲート電圧によりオン・オフ動作をする絶
縁ゲートバイポーラトランジスタ (以下ＩＧＢＴと略
す) 、ＭＯＳ型電界効果トランジスタなどの電力用半導
体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような電力用の半導体素子は、半
導体チップを金属などの基板上に固定し、主電極と絶縁
されたゲート電極とゲート端子とは、その電極面に設け
られたゲートパッド部にボンディングされる導線により
接続される。通常、半導体チップの固定基板側は、ドレ
イン電極 (あるいはコレクタ電極) となっており、半導
体チップの表面側、すなわち固定基板側と反対の側の主
電極は、ソース電極 (あるいはエミッタ電極) となって
いる。ソース電極への接続は、導線によるボンディング
方法が用いられることが多い。
導体チップを金属などの基板上に固定し、主電極と絶縁
されたゲート電極とゲート端子とは、その電極面に設け
られたゲートパッド部にボンディングされる導線により
接続される。通常、半導体チップの固定基板側は、ドレ
イン電極 (あるいはコレクタ電極) となっており、半導
体チップの表面側、すなわち固定基板側と反対の側の主
電極は、ソース電極 (あるいはエミッタ電極) となって
いる。ソース電極への接続は、導線によるボンディング
方法が用いられることが多い。
【０００３】しかし、ソース電極側も金属などの固定基
板を接触させる構造のものが考えられている。ドレイン
電極およびソース電極の両面に固定基板を接触させるこ
とで、素子の放熱効率をよくすることができ、チップあ
たりの電流容量を向上させることができる。また、従来
のボンディング配線による電圧低下がなくなり、その分
飽和電圧を低くすることができる。同時に、ボンディン
グ配線によるインダクタンス成分もなくなり、電圧の跳
ね上がり等も抑えることができる。さらに、チップが破
壊した場合の爆発をボンディング方法よりも小さく抑え
ることができる。
板を接触させる構造のものが考えられている。ドレイン
電極およびソース電極の両面に固定基板を接触させるこ
とで、素子の放熱効率をよくすることができ、チップあ
たりの電流容量を向上させることができる。また、従来
のボンディング配線による電圧低下がなくなり、その分
飽和電圧を低くすることができる。同時に、ボンディン
グ配線によるインダクタンス成分もなくなり、電圧の跳
ね上がり等も抑えることができる。さらに、チップが破
壊した場合の爆発をボンディング方法よりも小さく抑え
ることができる。
【０００４】図２(a) 、(b) は両面加圧接触構造のＩＧ
ＢＴ素子を示し、ＩＧＢＴチップ１の上面のソース電極
２にソース接触板３が、下面の図示しないコレクタ電極
にコレクタ接触板４が接合され、上、下端子板51、52お
よび絶縁性側壁53からなる容器内に収容されている。接
触板３、４および端子板51、52はいずれも金属よりな
る。チップ１上のゲート電極の縁部に設けられたゲート
パッド電極６は、側壁53を貫通するゲート端子71の端部
と導線72により接続されている。上、下端子板51、52と
接触板３、４との間の電気的、熱的導通は、外部からの
圧力による接触によって行われる。
ＢＴ素子を示し、ＩＧＢＴチップ１の上面のソース電極
２にソース接触板３が、下面の図示しないコレクタ電極
にコレクタ接触板４が接合され、上、下端子板51、52お
よび絶縁性側壁53からなる容器内に収容されている。接
触板３、４および端子板51、52はいずれも金属よりな
る。チップ１上のゲート電極の縁部に設けられたゲート
パッド電極６は、側壁53を貫通するゲート端子71の端部
と導線72により接続されている。上、下端子板51、52と
接触板３、４との間の電気的、熱的導通は、外部からの
圧力による接触によって行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２のようなＩＧＢＴ
素子を組み立てるには、チップ１のドレイン電極側とソ
ース電極２とにコレクタ接触板４およびソース接触板３
をはんだ付けなどで接着したのち、チップを容器に入れ
る。その後、チップ１のゲートパッド電極６にゲート引
き出し導線72をゲート端子71へとボンディング法により
接続する。容器側壁53は、金属線よりなるゲート端子71
を貫通させる必要があり、またそのゲート端子の位置も
ボンディングの関係からチップ１の近傍で、しかもチッ
プと同程度の高さにする必要がある。また、チップのゲ
ートパッド電極６にゲート引き出し導線72をゲート端子
71と接続のためボンディングするために、ボンディング
ツールがはいるだけのスペースが必要である。このよう
な理由から、容器の寸法が大きくなる。また、ボンディ
ングツールがはいるようにソース接触板３をゲートパッ
ド電極６の部分だけかなり削らなければならないなどの
制約がある。
素子を組み立てるには、チップ１のドレイン電極側とソ
ース電極２とにコレクタ接触板４およびソース接触板３
をはんだ付けなどで接着したのち、チップを容器に入れ
る。その後、チップ１のゲートパッド電極６にゲート引
き出し導線72をゲート端子71へとボンディング法により
接続する。容器側壁53は、金属線よりなるゲート端子71
を貫通させる必要があり、またそのゲート端子の位置も
ボンディングの関係からチップ１の近傍で、しかもチッ
プと同程度の高さにする必要がある。また、チップのゲ
ートパッド電極６にゲート引き出し導線72をゲート端子
71と接続のためボンディングするために、ボンディング
ツールがはいるだけのスペースが必要である。このよう
な理由から、容器の寸法が大きくなる。また、ボンディ
ングツールがはいるようにソース接触板３をゲートパッ
ド電極６の部分だけかなり削らなければならないなどの
制約がある。
【０００６】本発明の目的は、このような観点から、ゲ
ートパッド電極とゲート端子の接続構造を工夫すること
により、コンパクトな容器寸法の電力用半導体素子を提
供することにある。
ートパッド電極とゲート端子の接続構造を工夫すること
により、コンパクトな容器寸法の電力用半導体素子を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、容器に収容される半導体基板が両主面
上にそれぞれ主電極、一主面上に半導体基板と絶縁され
た制御電極を有し、主電極と容器両面の端子板との間に
接触板が介在する電力用半導体素子において、制御電極
に容器に固定される制御電極引き出し端子の先端部が加
圧接触するものとする。あるいは、半導体基板の主面上
に絶縁して設けられ、制御電極と導線によって接続され
た中継電極に制御電極引き出し端子の先端部が加圧接触
するものとする。そして、制御電極と同一主面上に存在
する主電極のための接触板の制御電極引き出し端子に対
向する部分に穴、凹部あるいは切り欠き部を有すること
が有効である。また、加圧接触のための圧力が容器端子
板の凹部に収納されたばねによること、あるいは制御電
極引き出し端子の弾性力によることが有効である。
めに、本発明は、容器に収容される半導体基板が両主面
上にそれぞれ主電極、一主面上に半導体基板と絶縁され
た制御電極を有し、主電極と容器両面の端子板との間に
接触板が介在する電力用半導体素子において、制御電極
に容器に固定される制御電極引き出し端子の先端部が加
圧接触するものとする。あるいは、半導体基板の主面上
に絶縁して設けられ、制御電極と導線によって接続され
た中継電極に制御電極引き出し端子の先端部が加圧接触
するものとする。そして、制御電極と同一主面上に存在
する主電極のための接触板の制御電極引き出し端子に対
向する部分に穴、凹部あるいは切り欠き部を有すること
が有効である。また、加圧接触のための圧力が容器端子
板の凹部に収納されたばねによること、あるいは制御電
極引き出し端子の弾性力によることが有効である。
【０００８】
【作用】制御電極と制御電極引き出し端子との接続も直
接あるいは中継電極を介しての加圧接触によることによ
り、導線のボンディングによる場合に比してボンディン
グツールのためのスペースが必要でなく、また引き出し
端子の位置などに対する制約もなくなるので、容器の寸
法が小さくなる。そして、主電極接触板制御電極引き出
し端子に対向して切り欠き部、穴あるいは凹部を形成す
ることにより、もしくは加圧のためのばね収納のための
凹部を容器端子板に形成することにより、一層の小形化
が可能になる。
接あるいは中継電極を介しての加圧接触によることによ
り、導線のボンディングによる場合に比してボンディン
グツールのためのスペースが必要でなく、また引き出し
端子の位置などに対する制約もなくなるので、容器の寸
法が小さくなる。そして、主電極接触板制御電極引き出
し端子に対向して切り欠き部、穴あるいは凹部を形成す
ることにより、もしくは加圧のためのばね収納のための
凹部を容器端子板に形成することにより、一層の小形化
が可能になる。
【０００９】
【実施例】図１(a) 、(b) は本発明の一実施例のＩＧＢ
Ｔ素子を示し、図２と共通の部分には同一の符号が付さ
れている。図１(b) はＩＧＢＴチップ上方から見た平面
図で、チップ１の大きさ20mm角であり、その中央に0.３
mm角のゲートパッド電極６が配置され、その周囲全面に
ソース電極２が設けられている。ソース電極２の点線60
で囲まれた区域にはソース電極２およびシリコン基板と
絶縁されたゲート電極が形成されており、ゲートパッド
電極６はその表面に接触している。また、チップ周辺に
は耐圧向上のためのガードリング11が設けられている。
このチップ１の下面の図示しないコレクタ電極には図１
(a) に示すコレクタ接触板４を、上面のソース電極２に
はソース接触板３をはんだ付け法で接合する。ソース接
触板３には、図３に示すように中央に穴31が明いてい
る。そして図１(b) の線30がソース接触板３とソース電
極２との接合区域を示している。この一体化したチップ
１、ソース接触板３、コレクタ接触板４を、下端子板52
と絶縁性側壁53とからなる容器下部内に組み込んだの
ち、ソース接触板３の穴31にゲート引き出し端子７の先
端部73を挿入する。次いで、ゲート引き出し端子71の入
る溝54を有する上端子板51をかぶせ、容器側壁53の上端
と結合する。ゲート引き出し端子は図４に詳細に示すよ
うに直径0.５mmの銅線71の先端の直径１mmの円板部73
が、ソース接触板３の凹部55内に収容される絶縁板81で
絶縁された皿ばね８の力によりゲートパッド電極６と加
圧接触する。そして、銅線71の周りなどにはふっ素樹脂
のような絶縁物74が取り囲んで、上端子板51およびソー
ス接触板３との絶縁をとっている。上、下端子板51、52
は通常の平形半導体素子と同様にインバータなどの接続
電極体と加圧接触により接続することができ、その際上
端子板51とソース接触板３ならびに下端子板52とコレク
タ接触板４も加圧接触する。しかし、それぞれを加圧し
た状態でろう付けしてもよい。また、外部のゲート配線
は、ゲート引き出し端子７の銅線71の先端と接続する。
Ｔ素子を示し、図２と共通の部分には同一の符号が付さ
れている。図１(b) はＩＧＢＴチップ上方から見た平面
図で、チップ１の大きさ20mm角であり、その中央に0.３
mm角のゲートパッド電極６が配置され、その周囲全面に
ソース電極２が設けられている。ソース電極２の点線60
で囲まれた区域にはソース電極２およびシリコン基板と
絶縁されたゲート電極が形成されており、ゲートパッド
電極６はその表面に接触している。また、チップ周辺に
は耐圧向上のためのガードリング11が設けられている。
このチップ１の下面の図示しないコレクタ電極には図１
(a) に示すコレクタ接触板４を、上面のソース電極２に
はソース接触板３をはんだ付け法で接合する。ソース接
触板３には、図３に示すように中央に穴31が明いてい
る。そして図１(b) の線30がソース接触板３とソース電
極２との接合区域を示している。この一体化したチップ
１、ソース接触板３、コレクタ接触板４を、下端子板52
と絶縁性側壁53とからなる容器下部内に組み込んだの
ち、ソース接触板３の穴31にゲート引き出し端子７の先
端部73を挿入する。次いで、ゲート引き出し端子71の入
る溝54を有する上端子板51をかぶせ、容器側壁53の上端
と結合する。ゲート引き出し端子は図４に詳細に示すよ
うに直径0.５mmの銅線71の先端の直径１mmの円板部73
が、ソース接触板３の凹部55内に収容される絶縁板81で
絶縁された皿ばね８の力によりゲートパッド電極６と加
圧接触する。そして、銅線71の周りなどにはふっ素樹脂
のような絶縁物74が取り囲んで、上端子板51およびソー
ス接触板３との絶縁をとっている。上、下端子板51、52
は通常の平形半導体素子と同様にインバータなどの接続
電極体と加圧接触により接続することができ、その際上
端子板51とソース接触板３ならびに下端子板52とコレク
タ接触板４も加圧接触する。しかし、それぞれを加圧し
た状態でろう付けしてもよい。また、外部のゲート配線
は、ゲート引き出し端子７の銅線71の先端と接続する。
【００１０】図５(a) 、(b) 、(c) は本発明の別の実施
例をＩＧＢＴ素子を示し、(a) が横断面図、(b) は図
(a) の下方から、(c) は図(a) の右方から見た断面図で
あり、前述の各図と共通の部分には同一の符号が付され
ている。この場合は、ＩＧＢＴチップの一隅にゲート配
線中継板９を接着剤を用いて固定している。この中継板
９は図６に拡大して示すような形状を有し、１辺１mm程
度で厚さ１mm程度のふっ素樹脂基板91の表面にAlよりな
る電極板92を接着したものである。このゲート配線中継
板９の電極板92とチップ一隅のゲートパッド電極６を導
線72のボンディングで接続する。上端子板51には、ゲー
ト引き出し端子用の溝と皿ばね用の凹部があり、絶縁物
74に囲まれたゲート引き出し端子７はその溝54に収容さ
れて固定され、ゲート引き出し端子７の先端部73は、凹
部55に収容された皿ばね８によってゲート配線中継板９
の電極板92に対して加圧される。この素子の使用方法も
上記の実施例の素子と同様である。
例をＩＧＢＴ素子を示し、(a) が横断面図、(b) は図
(a) の下方から、(c) は図(a) の右方から見た断面図で
あり、前述の各図と共通の部分には同一の符号が付され
ている。この場合は、ＩＧＢＴチップの一隅にゲート配
線中継板９を接着剤を用いて固定している。この中継板
９は図６に拡大して示すような形状を有し、１辺１mm程
度で厚さ１mm程度のふっ素樹脂基板91の表面にAlよりな
る電極板92を接着したものである。このゲート配線中継
板９の電極板92とチップ一隅のゲートパッド電極６を導
線72のボンディングで接続する。上端子板51には、ゲー
ト引き出し端子用の溝と皿ばね用の凹部があり、絶縁物
74に囲まれたゲート引き出し端子７はその溝54に収容さ
れて固定され、ゲート引き出し端子７の先端部73は、凹
部55に収容された皿ばね８によってゲート配線中継板９
の電極板92に対して加圧される。この素子の使用方法も
上記の実施例の素子と同様である。
【００１１】図７は本発明のさらに別の実施例のＩＧＢ
Ｔ素子を示し、前述の各図と共通の部分には同一の符号
が付されている。この場合は、ソース接触板３の中央に
穴31が明いていることは図１の場合と同様であるが、ゲ
ート引き出し端子７のゲートパッド電極６への加圧を皿
ばねによらないで、ゲート引き出し端子７の金属線75に
弾力性のあるものを使用し、その弾性力によっている。
この素子は、ＩＧＢＴチップ１の両面にコレクタ接触板
４およびソース接触板をはんだ付け法にて接合したのち
ゲート引き出し端子７の先端部73を手で持ち上げ、それ
と反対側の端部を図(b) に示すように容器側壁53の穴56
に通した後手を離す。手を離したとき、先端部73がチッ
プ１の表面に向かって近づくように金属線が曲がるよう
にすれば、ゲートパット電極６にゲート引き出し端子７
の先端部73が加圧接触し、良好な電気的接続が行われ
る。この構造によれば、皿ばねが不要になると共に、上
端子板51の結合の前にゲート引き出し端子７をゲートパ
ッド電極６に接続することができ、組立てが容易にな
る。またこの構造は、図５に示した構造の素子にも適用
できる。
Ｔ素子を示し、前述の各図と共通の部分には同一の符号
が付されている。この場合は、ソース接触板３の中央に
穴31が明いていることは図１の場合と同様であるが、ゲ
ート引き出し端子７のゲートパッド電極６への加圧を皿
ばねによらないで、ゲート引き出し端子７の金属線75に
弾力性のあるものを使用し、その弾性力によっている。
この素子は、ＩＧＢＴチップ１の両面にコレクタ接触板
４およびソース接触板をはんだ付け法にて接合したのち
ゲート引き出し端子７の先端部73を手で持ち上げ、それ
と反対側の端部を図(b) に示すように容器側壁53の穴56
に通した後手を離す。手を離したとき、先端部73がチッ
プ１の表面に向かって近づくように金属線が曲がるよう
にすれば、ゲートパット電極６にゲート引き出し端子７
の先端部73が加圧接触し、良好な電気的接続が行われ
る。この構造によれば、皿ばねが不要になると共に、上
端子板51の結合の前にゲート引き出し端子７をゲートパ
ッド電極６に接続することができ、組立てが容易にな
る。またこの構造は、図５に示した構造の素子にも適用
できる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、制御電極と制御電極引
き出し端子とを加圧接触によって接続することにより、
導線のボンディングによって接続する場合に比して各種
の制約がなくなり、容器寸法の小形化が可能となった。
また、制御電極と導線によって接続される半導体基板上
の中継電極に引き出し端子を加圧接触させることによ
り、基板の縁部を有効に利用でき、接触板の形状が簡単
となり、容器組み立ても簡単になる効果が生ずる。
き出し端子とを加圧接触によって接続することにより、
導線のボンディングによって接続する場合に比して各種
の制約がなくなり、容器寸法の小形化が可能となった。
また、制御電極と導線によって接続される半導体基板上
の中継電極に引き出し端子を加圧接触させることによ
り、基板の縁部を有効に利用でき、接触板の形状が簡単
となり、容器組み立ても簡単になる効果が生ずる。
【図１】本発明の一実施例のＩＧＢＴ素子を示し、(a)
が縦断面図、(b) がチップ平面図
が縦断面図、(b) がチップ平面図
【図２】従来のＩＧＢＴ素子を示し、(a) が横断面図、
(b) が縦断面図
(b) が縦断面図
【図３】図１の素子のソース接触板の斜視図
【図４】図１のゲート引き出し端子の斜視図
【図５】本発明の別の実施例のＩＧＢＴ素子を示し、
(a) はチップ平面図、(b) は縦断面図、(c) は(b) と垂
直の縦断面図
(a) はチップ平面図、(b) は縦断面図、(c) は(b) と垂
直の縦断面図
【図６】図５の素子のゲート配線中継板の斜視図
【図７】本発明のさらに別の実施例のＩＧＢＴ素子を示
し、(a) は縦断面図、(b) は(a) のＡ部斜視図
し、(a) は縦断面図、(b) は(a) のＡ部斜視図
１ ＩＧＢＴチップ ２ ソース電極 ３ ソース接触板 ３１ 穴 ４ コレクタ接触板 ５１ 上端子板 ５２ 下端子板 ５５ 凹部 ６ ゲートパッド電極 ７ ゲート引き出し端子 ７１ 銅線 ７２ 導線 ７３ ゲート引き出し端子先端部 ７４ 絶縁物 ７５ 弾力性金属線 ８ 皿ばね ９ ゲート配線中継板
Claims (5)
- 【請求項１】容器に収容される半導体基板の両主面上に
それぞれ主電極、一主面上に半導体基板と絶縁された制
御電極を有し、主電極と容器両面の端子板との間に接触
板が介在するものにおいて、制御電極に容器に固定され
る制御電極引き出し端子の先端部が加圧接触することを
特徴とする電力用半導体素子。 - 【請求項２】容器に収容される半導体基板の両主面上に
それぞれ主電極、一主面上に半導体基板と絶縁された制
御電極を有し、主電極と容器両面の端子板との間に接触
板が介在するものにおいて、半導体基板の主面上に絶縁
して設けられ、制御電極と導線によって接続された中継
電極に制御電極引き出し端子の先端部が加圧接触するこ
とを特徴とする電力用半導体素子。 - 【請求項３】制御電極と同一主面上に存在する主電極の
ための接触板の制御電極引き出し端子に対向する部分に
穴、凹部あるいは切り欠き部を有する請求項１あるいは
２記載の電力用半導体素子。 - 【請求項４】加圧接触のための圧力が容器端子板の凹部
に収納されたばねである請求項１、２あるいは３記載の
電力用半導体素子。 - 【請求項５】加圧接触のための圧力が制御電極引き出し
端子の弾性力である請求項１、２あるいは３記載の電力
用半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1775393A JP2940328B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 電力用半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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