JPH10284522A - 平型半導体装置 - Google Patents

平型半導体装置

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Publication number
JPH10284522A
JPH10284522A JP9089540A JP8954097A JPH10284522A JP H10284522 A JPH10284522 A JP H10284522A JP 9089540 A JP9089540 A JP 9089540A JP 8954097 A JP8954097 A JP 8954097A JP H10284522 A JPH10284522 A JP H10284522A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spring
contact terminal
unit
chip
semiconductor chip
Prior art date
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Pending
Application number
JP9089540A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanori Saotome
全紀 早乙女
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH10284522A publication Critical patent/JPH10284522A/ja
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    • 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
    • H01L2224/71Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/72Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • 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]

Landscapes

  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】組立工数が少なく、且つ、素子輸送時の振動、
衝撃などに対し、位置ずれが起きにくいばねを有する平
型半導体装置を提供すること。 【解決手段】外形がほぼ正方形の環状のばね材を折り曲
げて単位ばね31とし、この単位ばね31を外枠32で
互いに接続して、一体型ばね30を形成し、この一体型
ばね30の外枠32と単位ばね31の足部35を平型半
導体装置の上部板と接触させ、単位ばね31の頂点33
をコンタクト端子体と接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタやフリーホイールダイオードな
ど、対向する二つの主面にそれぞれ第一、第二の主電極
を有する半導体チップを組み込み、上下に主電極をもつ
平型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
(以下IGBTと略す)は、電圧駆動型で扱い易く、ま
た少数キャリアの注入による伝導度変調によりオン電圧
が小さい等の特長があり、パワースイッチングデバイス
として、モータのPWM制御インバータなどに幅広く使
われている。そして、最近の市場の要求は、大容量化へ
と向かってきている。このような中で、IGBTの大容
量化のために、一個のチップを大容量化する他に、チッ
プを複数個、同一パッケージ内に集積したモジュール構
造が採用されてきている。
【0003】ところで、IGBTのようなMOS(金属
−酸化膜−半導体)構造の制御電極をもつパワーデバイ
スでは、半導体チップの一主面上にエミッタ電極とゲー
ト電極とが並んで作られている。このために、IGBT
チップをパッケージ容器に組み込む場合に、下面側に作
られたコレクタ電極は、IGBTチップを放熱体兼用の
金属ベース上にマウントして外部に引き出すことができ
るが、エミッタ電極と、ゲート電極とは別々に外部リー
ド端子を介して引き出す必要がある。そこで、従来のパ
ッケージ組立構造では、前記の金属ベースとともにパッ
ケージ容器の上面側にエミッタ、ゲート用の外部リード
端子を装備しエミッタ電極と外部リード端子、およびゲ
ート電極と外部リード端子との間に線径300μm 程度
のアルミニウム導線をワイヤボンディングして、引き出
すようにしていた。ところで、前記した従来の組立構造
では、コレクタ側からの放熱はできるが、エミッタ側か
らの放熱は殆ど行われないために電流容量が大幅に制限
される。また、大電流容量のものではエミッタ電極に接
続したボンディングワイヤの本数も多くなり、特に複数
個のIGBTチップを同一パッケージ内に組み込んでモ
ジュール化した構成では、ワイヤ本数が数百本にもおよ
ぶため、内部配線インダクタンスが増大して、スイッチ
ング動作時に大きなサージが発生するといった問題や、
信頼性的な問題なども発生する。
【0004】そこで、前記のワイヤボンディング構造に
よる放熱性、配線インダクタンスの問題解消を狙って、
平型半導体と同様にIGBTチップを平型パッケージに
組み込み、その主面に形成されたエミッタ電極、コレク
タ電極をそれぞれパッケージの上下面に露出する電極板
に面接触させて引き出すようにすることが考えられる。
しかしながら、IGBTはゲート電極にパッケージ側の
電極板を加圧接触させると、ゲート構造に加圧力が加わ
って、応力の生じる恐れがあり、従来の平型半導体装置
のままでは実用に供し得ない。
【0005】このため、MOS構造のデバイスのエミッ
タ側にMOS構造をつくらずに電流通路と放熱を目的と
した、集電極とよばれる部分を設け、その集電極上に、
コンタクト端子体を位置決めガイドによって正確に配置
する方法が取られている。図4は、従来の平型半導体装
置の要部構成図で、同図(a)は断面図、同図(b)は
上部板を除いた平面図である。図4において、上部板7
と下部板8との間に、下から基板9、基板9にはんだ1
0によってはんだ付けされたチップ1、コンタクト端子
体4のそれぞれが位置決めガイド11によって、位置決
めされている。12は上部板7と下部板8とに固着さ
れ、IGBTチップ1を包含する絶縁環である。ばね1
5はコンタクト端子体4の上部凸部14で位置決めさ
れ、このばね15が上部板7とコンタクト端子体4とを
押さえつけている。使用時は、上部板7と下部板8とに
圧力を加えることにより、チップ1とコンタクト端子体
4の間で良好な面接触を得ている。前記のばね15は各
コンタクト端子体4に一個づつ独立して挿入されてい
る。
【0006】図5はIGBTチップのエミッタ側の平面
図である。エミッタ電極と接続されたMOS構造を持た
ない集電極2が配置され、この集電極2にコンタクト端
子体が加圧接触される構造となっている。他に、ゲート
電極と接続され、ゲートリードを取り出すためのゲート
パッド3が設けられている。図6はコンタクト端子体の
要部構造図で、同図(a)は平面図、同図(b)は断面
図である。図6において、コンタクト端子体4は、IG
BTチップのエミッタ側を加圧するために設けた凸状の
チップ加圧部5と、その対向する面に上部凸部14が設
けられている。本コンタクト端子の構造としては、上部
凸部14がチップ加圧部5の外側を結んだ線を対向する
面に投影した線の範囲内に設けられている。このコンタ
クト端子体4は、電流通路と冷却体とを兼ねている。
【0007】図7は従来のばね15の斜視図である。外
形がほぼ正方形の環状のばね材を折り曲げ、ばねとし
た。このばね15をコンタクト端子体4の上部凸部14
に合わせて組み立てられる。この場合頂点33が上部板
7に足部35がコンタクト端子体4に接触する。またア
ーム部34がばね作用をする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、各半導
体チップに独立した一個のばねを装着すると、組立工数
が増大する。また素子輸送時に、振動や衝撃などでばね
が位置ずれを起こして、半導体チップを破損する不具合
を生じる。本発明の目的は、前記の課題を解決して、組
立工数が少なく、且つ、素子輸送時の振動、衝撃などに
対し、位置ずれが起きにくいばねを有する平型半導体装
置を提供することにある。
【0009】
【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、本発明の半導体素子は、二つの主面にそれぞれ第
一、第二の主電極を有する複数個の半導体チップと、そ
の半導体チップの第一の主電極に接触する凸状のチップ
加圧部をもち、コンタクト端子体のチップ加圧部のある
面と対向する面に、チップ加圧部の外周を結んだ線をそ
の面に投影した線より内側に凸部を有し、各コンタクト
端子体の周囲に配置され、各半導体チップにそれぞれ対
応する個別のコンタクト端子体と、それらの半導体チッ
プとコンタクト端子体とを上下から挟む上部板と下部板
と、それら上部板と下部板とに固着され半導体チップを
包含する絶縁環とを備え、上部板と下部板とに加圧しな
い状態で、各コンタクト端子体を各半導体チップに押し
つける単位ばねとを備えるものにおいて、各単位ばねが
互いに接続される一体型ばねである構成とする。
【0010】前記の単位ばねが互いに接続される一体型
ばねとすることで、組立工数を減じ、製造コストを低減
できる。また、単位ばねが互いに接続されず、独立して
いる場合と比べて、輸送時の振動等で単位ばねが位置ず
れを起こす確率を大幅に低減できる。また前記の単位ば
ねが環状で、且つ、折れ曲がった板ばねで形成されると
よい。
【0011】このように、板ばねとすることで、小さな
ばねの厚みで所定の加圧力が得られる。また、折れ曲が
った板ばねの頂点が所定の幅で切り離されていると効果
的である。このようにすると、加圧力よる板ばねの変形
がスムーズに行われる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施例の平型
半導体装置の構成図で、同図(a)はIGBTチップを
実装した平型半導体装置の要部断面図、同図(b)は同
図(a)の平型半導体装置の上部板を除いた状態の要部
平面図である。図1(a)において、セラミック製の絶
縁環12と、それに固着されたベロー部をもつ上部板
7、下部板8からなるパッケージ内に、下から下部板8
と上部板7との間に、基板9、基板9にはんだ10によ
りはんだ付けされたチップ1およびコンタクト端子体4
がそれぞれ位置決めガイド11によって、正確に位置決
めされ、単位ばね31を有する一体型ばね30がコンタ
クト端子体4の上部凸部14の周囲に挿入されて位置決
めされている。基板9は図示されない手段によって、パ
ッケージの下部板7に位置決めされている。16は半田
逃げ部である。位置決めガイド11は基板9に設けられ
た溝13によって位置決めされている。それぞれのコン
タクト端子体4が素子加圧時以外でも、一体型ばね30
によってパッケージ内で予備加圧されている。使用時
は、上部板7と下部板8とに、この予備加圧以上の圧力
を加えることにより、チップ1とコンタクト端子体4と
の間で良好な面接触を得る。なお、IGBTチップ1の
ゲート電極は、コンタクト端子体4と位置決めガイド1
1の穴を通って、基板9上に設けられた図示されていな
い絶縁端子を介して絶縁環12のゲート端子17にワイ
ヤボンディングされている。前述のようにIGBTは電
圧駆動型であり、ゲート信号は僅かな電流ですむので、
ゲートリードはワイヤボンディング方式でも構わない。
【0013】図1(b)において、絶縁環12内に、基
板9の溝13に置かれた位置決めガイド11、その中に
コンタクト端子体4が装着され、そのコンタクト端子体
の上部凸部14の周囲を取り囲むように単位ばね31が
装着され、各単位ばね31は外枠32に部分的に接続さ
れている。この外枠32で接続された単位ばね31で一
体型ばね30が構成されている。セラミック製の絶縁環
12は、図ではモデル化してコーナー部を直角に描いて
いるが、実際は円弧状をしている。
【0014】図2は図1で適用される一体型ばねの一例
で、その斜視図を示す。外形がほぼ正方形の環状のばね
材を折り曲げて単位ばね31とし、この単位ばね31を
外枠32で互いに接続して、一体型ばね30が形成され
る。この一体型ばね30は図1のように、外枠32と単
位ばね31の足部35は上部板7と接触し、単位ばね3
1の頂点33はコンタクト端子体4と接触するようにし
て使用される。丁度、図2と上下を逆にして使用する。
尚、単位ばね31は図で示すような板ばねである。
【0015】このようにすると、各半導体チップ毎に独
立のばねを使用する従来の平型半導体装置と比べ、部品
点数を減少させることができて、組立時の工数を大幅に
低減できる。また一体型ばねとすることで、輸送等によ
るばねの位置ずれの発生を防止できる。図3は図2の変
形例で、別の一体型ばねの斜視図である。単位ばね31
の頂点33aは所定の幅Wで切り離されている。
【0016】このように所定の幅Wだけ切り離すことに
よって、加圧で板ばねが沈んだときにアーム部34の変
形が足部35に及び、足部34が異常に変形することを
防止できる。そのため、板ばねの圧力が半導体チップに
スムーズに伝達され、ばね機能が図2よりも向上する。
尚、所定の幅Wとは板ばねが沈んだときに切り離された
頂点33aが互いに接触しない幅で、1mmから数mm
程度がよい。
【0017】前記の単位ばね31の内寸は、コンタクト
端子体4の上部凸部14の形状に合わせてあり、上部凸
部14に各単位ばね31が挿入され一体型ばね30は位
置決めされる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、単
位ばねを部分的に結合して一体型ばねとすることで、組
立工程における作業の簡略化および組立効率の向上を図
り、組立工数を低減することができる。またばねが一体
化されることで、輸送時の素子無加圧状態においても、
半導体チップおよびコンタクト端子体のそれぞれがフリ
ーな状態となることなく、振動などによるばねの位置ず
れのは発生を防止して、半導体チップが損傷することを
防ぎ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の平型半導体装置の構成図
で、(a)はIGBTチップを実装した平型半導体装置
の要部断面図、(b)は(a)の平型半導体装置の上部
板を除いた状態の要部平面図
【図2】図1で適用される一体型ばねの斜視図
【図3】図2の変形例で、一体型ばねの斜視図
【図4】従来の平型半導体装置の要部構成図で、(a)
は断面図、(b)は上部板を除いた状態の平面図
【図5】IGBTチップのエミッタ側平面図
【図6】コンタクト端子体の要部構造図で、(a)は平
面図、(b)は断面図
【図7】従来のばね15の斜視図
【符号の説明】
1 IGBTチップ 2 エミッタ集電極 3 ゲートパッド 4 コンタクト端子体 5 チップ加圧部 6 上部加圧面 7 上部板 8 下部板 9 金属基板 10 半田 11 位置決めガイド 12 絶縁環 13 溝 14 上部凸部 15 ばね 16 半田逃げ部 17 ゲート端子 30 一体型ばね 31 単位ばね 32 外枠 33 頂点 33a 頂点 34 アーム部 35 足部 W 所定の幅

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二つの主面にそれぞれ第一、第二の主電極
    を有する複数個の半導体チップと、その半導体チップの
    第一の主電極に接触する凸状のチップ加圧部をもち、コ
    ンタクト端子体のチップ加圧部のある面と対向する面
    に、チップ加圧部の外周を結んだ線をその面に投影した
    線より内側に凸部を有し、各コンタクト端子体の周囲に
    配置され、各半導体チップにそれぞれ対応する個別のコ
    ンタクト端子体と、それらの半導体チップとコンタクト
    端子体とを上下から挟む上部板と下部板と、それら上部
    板と下部板とに固着され半導体チップを包含する絶縁環
    とを備え、上部板と下部板とに加圧しない状態で、各コ
    ンタクト端子体を各半導体チップに押しつける単位ばね
    とを備えるものにおいて、各単位ばねが互いに接続され
    る一体型ばねであることを特徴とする平型半導体装置。
  2. 【請求項2】単位ばねが環状で、且つ、折れ曲がった板
    ばねで形成されることを特徴とする請求項1記載の平型
    半導体装置。
  3. 【請求項3】折れ曲がった板ばねの頂点が所定の幅で切
    り離されていることを特徴とする請求項2記載の平型半
    導体装置。
JP9089540A 1997-04-08 1997-04-08 平型半導体装置 Pending JPH10284522A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6108026B1 (ja) * 2016-12-16 2017-04-05 富士電機株式会社 圧接型半導体モジュール

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6108026B1 (ja) * 2016-12-16 2017-04-05 富士電機株式会社 圧接型半導体モジュール

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