(57)【要約】【課題】小型の半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１０１，１０４と、導電性の接合材３を介して半導体チップ１０１，１０４が面接合されるブスバー６ｃ，６ｅｃと、半導体チップ１０１，１０４およびブスバー６ｃ，６ｅｃに接続されてこれら半導体チップ１０１，１０４およびブスバー６ｃ，６ｅｃからの信号を入力または出力する端子群５１，５２と、ブスバー６ｃ，６ｅｃと端子群５１，５２を一体化する樹脂モールド７とを備え、端子群は、ボンディングワイヤ４により半導体チップ１０１，１０４と接続される第１の端子５１と、ブスバー６ｃ，６ｅｃと一体化された第２の端子５２とを有する。【選択図】図６
2006294973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
導電性の接合材を介して前記半導体チップが面接合されるブスバーと、
前記半導体チップおよび前記ブスバーに接続されてこれら半導体チップおよびブスバーからの信号を入力または出力する端子群と、
前記ブスバーと前記端子群を一体化する樹脂モールドとを備え、
前記端子群は、ボンディングワイヤにより前記半導体チップと接続される第１の端子と、前記ブスバーと一体化された第２の端子とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
予め前記第１の端子が一体成形された端子ユニットを有し、この端子ユニットに前記第２の端子が挿通する挿通孔が設けられ、挿通孔に第２の端子を挿通した状態で前記ブスバーと前記端子ユニットが一体化されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記挿通孔に、前記第２の端子に対して前記端子ユニットを位置決めする位置決め部が設けられることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が接合されたブスバーと信号入出力用の複数の端子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置を用いて、電気自動車の電力変換回路を構成したものが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、ブスバー上に半導体チップを面接合するとともに、ブスバーの側端部近傍に信号入出力用の複数の端子を配設し、これら端子と半導体チップをボンディングワイヤで接続する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５３３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、端子には半導体チップからの信号だけでなく、ブスバーからの信号も入力される。しかしながら、この場合に端子とブスバーをボンディングワイヤで接続したのでは、ブスバーにワイヤボンディングのためのツールスペースが必要となり、ブスバーが大型化して、小型の半導体装置を提供することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による半導体装置は、半導体チップと、導電性の接合材を介して半導体チップが面接合されるブスバーと、半導体チップおよびブスバーに接続されてこれら半導体チップおよびブスバーからの信号を入力または出力する端子群と、ブスバーと端子群を一体化する樹脂モールドとを備え、端子群が、ボンディングワイヤにより半導体チップと接続される第１の端子と、ブスバーと一体化された第２の端子とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体チップおよびブスバーに対して信号を入出力する端子群のうち、ブスバーに対する信号入力用の第２の端子をブスバーと一体化したので、ブスバーと第２の端子をボンディングワイヤで接続するためのブスバー上のスペースが不要となり、半導体装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図８を参照して本発明による半導体装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図であり、とくに電気自動車に搭載される三相インバータの回路図を示している。なお、図１では、ＩＧＢＴ１０１〜１０６とダイオード２０１〜２０６を用いて直流Ｐ，Ｎを交流Ｕ，Ｖ，Ｗに変換しているが、トランジスタ、サイリスタ等の半導体チップを用いたものでもよい。
【０００８】
ＩＧＢＴ１０１〜１０３のコレクタ（ドレイン）はそれぞれＰ極用ブスバー６ｃに接続され、ＩＧＢＴ１０４〜１０６のエミッタ（ソース）はそれぞれＮ極用ブスバー６ｅに接続されている。ＩＧＢＴ１０１のエミッタおよびＩＧＢＴ１０４のコレクタはそれぞれインバータ出力用（Ｕ相）のブスバー６ｅｃに接続され、ＩＧＢＴ１０２のエミッタおよびＩＧＢＴ１０５のコレクタはそれぞれＶ相用のブスバー６ｅｃに接続され、ＩＧＢＴ１０３のエミッタおよびＩＧＢＴ１０６のコレクタはそれぞれＷ相用のブスバー６ｅｃに接続されている。なお、ＩＧＢＴ１０１〜１０６のゲートは、後述する信号入出力用の端子５１（図３参照）に接続されている。各ＩＧＢＴ１０１〜１０６にはそれぞれダイオード２０１〜２０６が並列に接続されている。
【０００９】
図２は図１の一部（Ｕ相のインバータ回路）を示しており、図３はこの回路図に対応した半導体モジュールの平面図，図４は図３のIV-IV線断面図である。なお、Ｖ相およびＷ相に対応した半導体モジュールの構成も同様であり、それらの図示および説明を省略する。本実施の形態では各相毎に半導体モジュールを構成しているが、図１に示すＵ，Ｖ，Ｗ相を一体の半導体モジュールとしてもよい。
【００１０】
図３，４においてＩＧＢＴ１０１，１０４のチップ裏面側（ブスバー６ｃ，６ｅｃ側）にはコレクタ用電極がそれぞれ形成され、チップ表面側にはエミッタ用電極およびゲート用電極がそれぞれ形成されている。また、ダイオード２０１，２０４のチップ裏面側（ブスバー６ｃ，６ｅｃ側）にはカソード用電極がそれぞれ形成され、チップ表面側にはアノード用電極がそれぞれ形成されている。
【００１１】
ＩＧＢＴ１０１およびダイオード２０１はブスバー６ｃ上に設けられ、各チップの裏面は導電性の接合材３を介してブスバー６ｃに面接合されている。接合材３にはハンダや導電性接着剤等が用いられる。ＩＧＢＴ１０４およびダイオード２０４についても、同様にしてブスバー６ｅｃ上に固着される。図３に示すようにＩＧＢＴ１０１，１０４とダイオード２０１，２０４は、略矩形状の縁部７ａを有する樹脂モールド７内に、ダイオード２０１，２０４が内側に、ＩＧＢＴ１０１，１０４が外側となるように配設されている。
【００１２】
ＩＧＢＴ１０１，１０４の外側、すなわちＩＧＢＴ１０１，１０４と樹脂モールド７の縁部７ａの間には端子ユニット５０が配置されている。端子ユニット５０の斜視図を図５に示す。端子ユニット５０は、平面部５ａと鉛直部５ｂを有する断面略Ｌ字状の複数の端子５１を等間隔に配設して樹脂成形（一次モールド）により一体化したものである。各端子５１の平面部５ａの上面および鉛直部５ｂの上部は露出しており、この平面部５ａの上面にボンディングワイヤ４（図３）が接続され、鉛直部５ｂの上部に駆動信号制御基板１１（図４）が接続される。これによりＩＧＢＴ１０１，１０４からの信号は端子５１を介して上部の基板１１に入出力される。
【００１３】
端子ユニット５０の端部には上下方向に貫通孔５５が設けられている。貫通孔５５と端子５１との距離ｔ１は端子５１間の距離ｔ２よりも大きい。貫通孔５５には後述するように端子５２の鉛直部５ｂが嵌合し、ブスバー６ｃ，６ｅｃからの信号が端子５２を介して駆動制御基板１１に入力される。ブスバー６ｃ，６ｅｃと端子５２との接続は以下のように行う。
【００１４】
図６は端子５２の構成を示す斜視図である。ブスバー６ｃ，６ｅｃの端部には端子５２が一体に設けられている。端子５２は、例えばプレス成形によりブスバー６ｃ，６ｅｃと一体に成形された後、上方に折り曲げ加工することにより略Ｌ字形状とされる。なお、プレス成形により端子５２とブスバー６ｃ，６ｅｃを一体化するのではなく、導電性部材を介して端子５２の端部をブスバー６ｃ，６ｅｃに溶接またはロー付けすることにより端子５２とブスバー６ｃ，６ｅｃを一体化してもよい。
【００１５】
一体化された端子５２の鉛直部５ｂには図６に示すように端子ユニット５０の貫通孔５５が嵌合される。これによりブスバー６ｃ，６ｅｃに対して端子ユニット５０が位置決めされる。この状態で図７に示すようにブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子ユニット５０が樹脂モールド７（二次モールド）により一体化される。樹脂モールド７は、各ブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子ユニット５０の隙間に充填されてこれらを一体化する結合部７ｂ（図４参照）と、縁部７ａとによりモールドケースを形成し、半導体装置のケーシングとしても機能する。また、樹脂モールド７は電位の異なるブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅ間を電気的に絶縁する絶縁体としても機能する。
【００１６】
この場合、端子５１の平面部５ａと端子５２の平面部５ａの間には上下方向に段差があり、しかも端子５１，５２間の水平方向のクリアランスｔ１は各端子５１間のクリアランスｔ２よりも大きく設定されている（図５）。そのため、端子５１，５２間の沿面距離は大きくなり、端子５１，５２間を効果的に絶縁することができる。
【００１７】
樹脂モールド７によりブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子ユニット５０が一体化されると、図３に示すように半導体チップ１０１，１０４，２０１，２０４はそれぞれボンディングワイヤ４によりブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子５１に接続される。すなわちＩＧＢＴ１０１のエミッタとブスバー６ｅｃ，ダイオード２０１のアノードとブスバー６ｅｃ，ＩＧＢＴ１０４のエミッタとブスバー６ｅ，ダイオード２０４のアノードとブスバー６ｅ，ＩＧＢＴ１０１，１０４と端子５１がそれぞれボンディングワイヤ４により接続される。
【００１８】
ＩＧＢＴ１０１，１０４と端子５１の接続により、端子５１には、ＩＧＢＴ１０１，１０４に設けられた不図示の温度センサからの信号、エミッタセンス信号，ゲート信号等が入力または出力される。端子５２はブスバー６ｃ，６ｅｃと一体であるので、端子５２にはブスバー６ｃ，６ｅｃからのコレクタ信号が入力される。
【００１９】
一体化されたブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅは、放熱効率を高めるために図４に示すように絶縁体９を挟んでヒートシンク１０に取り付けられる。樹脂モールド７の縁部７ａの内側空間にはシリコンゲルやエポキシ樹脂等の絶縁封止材８が封入される。封止剤８は、半導体チップ１０１，１０４，２０１，２０４への汚染物付着の防止、結露による絶縁不良の防止、ボンディングワイヤの保護等を目的として封入される。
【００２０】
封止剤８が封入された後、樹脂モールド７の縁部７ａおよび端子５１，５２の鉛直部５ｂに沿って、樹脂モールド７の上部に駆動信号制御基板１１が取り付けられ、樹脂モールド７の内側上部は基板１１によって覆われる。このとき各端子５１，５２の鉛直部５ｂに駆動信号制御基板１１が接続され、ＩＧＢＴ１０１，１０４およびブスバー６ｅｃ，６ｃからの信号が端子５１，５２を介して基板１１に入力される。駆動信号制御基板１１はこれらの信号に基づき例えば半導体装置の異常検出等を行うが、この点についての説明は省略する。
【００２１】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ブスバー６ｃ，６ｅｃの端部に、ブスバー６ｃ，６ｅｃからの信号を入力するための端子５２を一体に設けるようにしたので、端子５２とブスバー６ｅｃをボンディングワイヤ４で接続するためのツールスペースを樹脂モールド７内に設ける必要がなく、半導体装置を小型化することができる。すなわち図８に示すように端子５２とブスバー６ｅｃをボンディングワイヤ４で接続する場合、ＩＧＢＴ１０４の側方にボンディングワイヤ４で接続するためのスペースＳＰが必要となるためブスバー６ｅｃが大型化し、半導体装置も大型化するが、本実施の形態ではこのスペースＳＰが不要であるため、図３に示すように半導体装置を小型化することができる。
【００２２】
（２）ボンディングワイヤ４による接続箇所が減少するので、ワイヤ４の断線の可能性が小さくなり、信頼性が向上する。
（３）端子ユニット５０に貫通孔５５を設け、貫通孔５５に端子５２を嵌合して端子５２に対して端子ユニット５０を位置決めした後、ブスバー６ｃ，６ｅｃと端子ユニット５０を樹脂モールド７により一体化するので、端子５１，５２間のクリアランスｔ１を確保することができ、端子５１，５２間を良好に絶縁することができる。
（４）端子５２と一体化されたブスバー６ｃ，６ｅｃの上方に端子５１を配置するので、平面部５ａにおいて端子５１，５２間に段差が設けられる。その結果、クリアランスｔ１を大きくしなくても端子５１，５２間の沿面距離を大きくすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００２３】
−第２の実施の形態−
図９〜１１を参照して本発明による半導体装置の第２の実施の形態について説明する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、端子ユニット５０と端子５２の嵌合部の形状である。
【００２４】
図９は第２の実施の形態に係る端子ユニット５０の貫通孔５５の形状を示す斜視図であり、図１０は端子５２の斜視図である。端子ユニット５０の底面には端子５２の平面部５ａに対応して凹部５６が設けられている。貫通孔５５には上下方向に凸部５５ａが延設され、この凸部５５ａに対応して端子５２の鉛直部５ｂには凹部５ｃが形成されている。貫通孔５５ａは上方にかけて先細に形成され、貫通孔５５ａの上端部において貫通孔５５ａの幅と端子５２の鉛直部５ｂの幅はほぼ等しい。
【００２５】
第２の実施の形態においても、ブスバー６ｃ，６ｅｃと一体化された端子５２の鉛直部５ｂに端子ユニット５０の貫通孔５５が嵌合された後、ブスバー６ｃ，６ｅｃと端子ユニット５０が樹脂モールド７により一体化される。この場合、貫通孔５５の凸部５５ａと端子５２の凹部５ｃが嵌合するので、端子５２に対し端子ユニット５０を精度よく位置決めすることができる。貫通孔５５は上方にかけて先細となっているので、端子ユニット５０への端子５２の挿入が容易である。端子ユニット５０の底面の凹部５６に端子５２の平面部５ａが嵌合するので、端子５２の平面部５ａに対しても端子ユニット５０が位置決めされ、端子５１，５２間を精度よく絶縁することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、ブスバー６ｃ，６ｅｃの端部に略Ｌ字状の端子５２（第２の端子）を一体化するようにしたが、端子５２の形状および端子５２の取付位置は上述したものに限定されない。半導体チップ（ＩＧＢＴ１０１，１０４）およびブスバー６ｃ，６ｅｃからの信号を入力する端子群として、ブスバー６ｃ，６ｅｃの端部近傍に端子５１（第１の端子）および端子５２を配設し、このうち端子５１を端子ユニット５０によりユニット化して設けたが、端子５１をユニット化せずに設けてもよい。端子ユニット５０に貫通孔５５を設けて端子５２を挿通したが、貫通孔５５以外を設けて端子ユニット５０を端子５２にセットするようにしてもよい。
【００２７】
貫通孔５５に凸部５５ａを設けて端子ユニット５０を位置決めするようにしたが、位置決め部は凸部でなくてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の半導体装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す回路図。
【図２】図１の一部を示す図。
【図３】図２の回路図に対応した半導体モジュールの平面図。
【図４】図３のIV-IV線断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る端子ユニットの要部斜視図。
【図６】ブスバーと一体化された端子を示す斜視図。
【図７】ブスバーと端子ユニットを樹脂モールドにより一体化した状態を示す斜視図。
【図８】本発明と対比する半導体装置の問題点を示す図。
【図９】第２の実施の形態に係る端子ユニットの要部斜視図。
【図１０】図９の端子ユニットに挿通する端子の斜視図。
【符号の説明】
【００２９】
４  ボンディングワイヤ
６ｃ，６ｅｃ，６ｅ  ブスバー
７  樹脂モールド
５１，５２  端子
５ｃ  凹部
５５  貫通孔
５５ａ  凸部
１０１〜１０６  ＩＧＢＴ
２０１〜２０６  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006294973.tif 000011
【図１０】
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