(57)【要約】【課題】半導体チップの接続を容易にする。【解決手段】パワー半導体チップ３ａを備える半導体装置３であって、上記パワー半導体チップ３ａの一方の面に設けられる第１電極３ｂと、上記パワー半導体チップ３ａの他方の面に設けられる第２電極３ｃと、上記パワー半導体チップ３ａのいずれかの面に設けられる信号電極と、上記第１電極３ｂと接続される第１リード部材３ｅと上記第２電極３ｃと接続される第２リード部材３ｆと上記信号電極に接続される信号端子３ｇとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを備える半導体装置であって、
前記半導体チップの一方の面に設けられる第１電極と、
前記半導体チップの他方の面に設けられる第２電極と、
前記半導体チップのいずれかの面に設けられる信号電極と、
前記第１電極と接続される第１リード部材と
前記第２電極と接続される第２リード部材と
前記信号電極に接続される信号端子と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１電極、前記第２電極及び前記信号電極の少なくともいずれかは、凹部を有し、
前記第１リード部材、前記第２リード部材及び前記信号端子の少なくともいずれかは、前記凹部に挿入されて接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極、前記第２電極及び前記信号電極の一部を露出状態とすると共に、前記第１電極、前記第２電極及び前記信号電極の間を封止する樹脂部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置を複数備え、
第１リード部材及び第２リード部材の少なくともいずれかは、前記半導体装置同士を相互接続するバスバである
ことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項５】
絶縁部材を介して前記半導体装置が配置される冷却器を備えることを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記半導体装置の一部を封止する樹脂ケースを備えることを特徴とする請求項４または５に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びパワーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されるパワーモジュールは、半導体チップを相互に接続し、さらに半導体チップとモータ等の出力先とを電気的に接続する必要がある。例えば、特許文献１には、バスバとダイオード及びＩＧＢＴとの接続構造が開示されている。この特許文献１によれば、半導体チップの一部であるバスバとＩＧＢＴとをボンディングワイヤにより接続しており、また、バスバとダイオードとをボンディングテープにより接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のバスバとダイオード及びＩＧＢＴとの接続構造では、ボンディングを用いるため、ＩＧＢＴ及びダイオードとバスバとを１個ずつ接続する必要があり、工数が多くなると共に、接続状態が接続個所ごとにばらつきやすい。また、パワーモジュールの製造時において、バスバとダイオード及びＩＧＢＴとの接続状態の品質を一定に保つために、製造にかかる時間が長くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、半導体チップの接続を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、半導体装置に係る第１の手段として、半導体チップを備える半導体装置であって、上記半導体チップの一方の面に設けられる第１電極と、上記半導体チップの他方の面に設けられる第２電極と、上記半導体チップのいずれかの面に設けられる信号電極と、上記第１電極と接続される第１リード部材と上記第２電極と接続される第２リード部材と上記信号電極に接続される信号端子とを備える、という構成を採用する。
【０００７】
半導体装置に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記第１電極、上記第２電極及び上記信号電極の少なくともいずれかは、凹部を有し、上記第１リード部材、上記第２リード部材及び上記信号端子の少なくともいずれかは、上記凹部に挿入されることにより接続されるという構成を採用する。
【０００８】
半導体装置に係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記第１電極、上記第２電極及び上記信号電極の一部を露出状態とすると共に、上記第１電極、上記第２電極及び上記信号電極の間を封止する樹脂部材を有するという構成を採用する。
【０００９】
パワーモジュールに係る第１の手段として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置を複数備え、第１リード部材及び第２リード部材の少なくともいずれかは、上記半導体装置同士を相互接続するバスバである、という構成を採用する。
【００１０】
パワーモジュールに係る第２の手段として、上記第１の手段において、絶縁部材を介して上記半導体装置が配置される冷却器を備える、という構成を採用する。
【００１１】
パワーモジュールに係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記半導体装置の一部を封止する樹脂ケースを備える、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１電極、第２電極及び信号電極のそれぞれに接続される第１リード部材、第２リード部材及び信号端子を備えている。したがって、ボンディングワイヤやボンディングテープなどを用いることなく、外部の装置と電気的に接続することができる。したがって、ボンディング作業を実施する必要が無く、半導体チップの接続を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態におけるパワーモジュールの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるパワーモジュールが備える半導体装置の拡大斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態における半導体装置の第１電極及び信号電極を含む拡大斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における半導体装置の樹脂モールドを含む拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るパワーモジュールの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、本実施形態におけるパワーモジュール１の概略斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、パワーモジュール１は、樹脂ケース２と、１４個の半導体装置３と、絶縁シート４と、冷却器５とを備えている。また、パワーモジュール１は、半導体装置３がそれぞれ振り分けられることにより、昇降圧コンバータＣと、発電用インバータＩｇと、モータ駆動用インバータＩｍとを備えている。すなわち、昇降圧コンバータＣ、発電用インバータＩｇ及びモータ駆動用インバータＩｍは、それぞれ複数の半導体装置３により構成されている。具体的には、パワーモジュール１は、一端側の２個の半導体装置３が昇降圧コンバータＣとして機能し、中央部の６個の半導体装置３が発電用インバータＩｇとして機能し、他端側の６個の半導体装置３がモータ駆動用インバータＩｍとして機能する。
【００１６】
樹脂ケース２は、１４個の半導体装置３の後述する信号端子３ｇの端部を露出させた状態で、半導体装置３を収容する直方体の箱型とされる。すなわち、樹脂ケース２は、半導体装置３の一部を封止している。
【００１７】
図２は、本実施形態におけるパワーモジュール１が備える半導体装置３の拡大斜視図である。また、図３は、本実施形態における半導体装置３の第１電極３ｂ及び信号電極３ｄを含む拡大斜視図である。
半導体装置３は、パワーモジュール１において、７個を１列として、隣接してａ１列及びａ２列の２列配置されている。半導体装置３は、図２〜４に示すように、パワー半導体チップ３ａと、第１電極３ｂと、第２電極３ｃと、５つの信号電極３ｄと、第１リード部材３ｅと、第２リード部材３ｆと、信号端子３ｇと、樹脂モールド３ｈとを備えている。
【００１８】
パワー半導体チップ３ａは、薄板状のパワー半導体素子である。パワー半導体チップ３ａは、各半導体装置３にそれぞれ１つずつ備えられている。このようなパワー半導体チップ３ａは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等である。ａ１列のパワー半導体チップ３ａは、図１における上面に配置されており、それぞれ第１リード部材３ｅと接続されている。また、ａ２列のパワー半導体チップ３ａは、ａ１列のパワー半導体チップ３ａと表裏面が反対となるように設置されており、図１における下面に配置され、それぞれ第１リード部材３ｅと接続されている。
【００１９】
第１電極３ｂは、図３に示すように、パワー半導体チップ３ａの一方の面に接合され、パワー半導体チップ３ａに内蔵された不図示のトランジスタの端子と接続されている。また、第１電極３ｂは、矩形状の薄板状とされ、パワー半導体チップ３ａとの接合面と対向する面において、平面形状が矩形の凹部３ｂ１が形成されている。また、図４に示すように、第１電極３ｂの凹部３ｂ１の底面は、樹脂モールド３ｈから露出すると共に、第１リード部材３ｅの端部が挿入されることで当接している。
【００２０】
第２電極３ｃは、パワー半導体チップ３ａの他方の面に接合され、パワー半導体チップ３ａに内蔵された不図示のトランジスタの端子と接続されている。また、第２電極３ｃは、矩形状の薄板状とされ、パワー半導体チップ３ａとの接合面と対向する面において、平面形状が矩形の凹部３ｃ１が形成されている。また、図４に示すように、第２電極３ｃの凹部３ｃ１の底面は、樹脂モールド３ｈから露出すると共に、第２リード部材３ｆの端部が挿入されることで当接している。
【００２１】
信号電極３ｄは、ａ１列においては、パワー半導体チップ３ａの第１電極３ｂが設けられる面に等間隔で複数（本実施形態においては５個）接合されている。また、信号電極３ｄは、ａ２列においては、パワー半導体チップ３ａの第２電極３ｃが設けられる面に等間隔で５個接合されている。それぞれの信号電極３ｄは、図２に示すように、樹脂モールド３ｈから端面が露出しており、該端面に信号端子３ｇが当接した状態とされる。
【００２２】
第１リード部材３ｅは、金属等により構成された帯状とされており、一端が第１電極３ｂの凹部３ｂ１に挿入され、他端が同じ列の隣接する半導体装置の第１リード部材３ｅと接続される。第１リード部材３ｅは、同じ列の隣接する半導体装置３における第１リード部材３ｅと連続的に形成されることで、半導体装置３同士を相互に接続するバスバＢ１を形成している。すなわち、バスバＢ１は、ａ１列の７個の半導体装置３を相互に接続している。また、同様に、ａ２列の７個の半導体装置３においてもバスバＢ１が形成されている。ａ１列のバスバＢ１はＰ端子（高圧側端子）となり、ａ２列のバスバＢ１はＮ端子（低圧側端子）となる。
【００２３】
第２リード部材３ｆは、第１リード部材３ｅと同様に、金属等により構成された帯状とされており、一端が第２電極３ｃの凹部３ｃ１に挿入され、他端が他の列の対向する半導体装置の第２リード部材３ｆと接続される。第２リード部材３ｆは、対向する半導体装置３における第２リード部材３ｆと連続的に形成されることで、２つの半導体装置３同士を接続するバスバＢ２を形成している。すなわち、パワーモジュール１全体としては、バスバＢ２を７本備えている。このようなバスバＢ２は、ａ１列の１つの半導体装置３におけるパワー半導体チップ３ａの下面に設けられた第２電極３ｃに接続されると共に、対向するａ２列のパワー半導体チップ３ａの上面に設けられた第２電極３ｃに接続される。すなわち、７本のバスバＢ２は、対向する２つの半導体装置３を相互に接続する。このバスバＢ２は、出力端子として機能し、不図示のモータまたは発電機と電気的に接続されている。
【００２４】
複数の信号端子３ｇは、信号電極３ｄにそれぞれ接続されると共に、パワー半導体チップ３ａの信号電極３ｄが接合された面から垂直な方向に立設されている。信号端子３ｇは、図４に示すように、本実施形態においては、１つの半導体装置３に対して、信号電極３ｄに対応して５本設けられている。この信号端子３ｇは、樹脂ケース２から露出すると共に、樹脂ケース２上に設けられた不図示の電子回路基板と接続されている。
【００２５】
図４は、本実施形態における半導体装置３の樹脂モールド３ｈを含む拡大斜視図である。
樹脂モールド３ｈは、図４に示すように、パワー半導体チップ３ａと、第１電極３ｂ、第２電極３ｃ及び信号電極３ｄの一部とを覆った状態で固化された樹脂部材である。樹脂モールド３ｈは、第１電極３ｂ及び第２電極３ｃの凹部３ｂ１、３ｃ１の底部及び信号電極３ｄの端面を露出状態とすると共に、隣接する信号電極３ｄの間と、第１電極３ｂと信号電極３ｄとの間とをそれぞれ封止し、パワー半導体チップ３ａへの水滴等の侵入を防止している。
【００２６】
絶縁シート４は、半導体装置３の下面に設けられ、冷却器５との間を絶縁している。冷却器５は、半導体装置３のパワー半導体チップ３ａから発生する熱を冷却する装置であり、例えば冷媒が流通しており、冷媒と熱交換することにより、パワー半導体チップ３ａを冷却する。
【００２７】
本実施形態における半導体装置３は、第１リード部材３ｅ、第２リード部材３ｆ及び信号端子３ｇが設けられている。これにより、ボンディングワイヤまたはボンディングテープを用いることなく、半導体装置３同士を相互に接続することができる。したがって、本実施形態における半導体装置３は、ボンディング作業を行う必要がなく、製造が容易となる。また、したがって、半導体装置３とバスバとのボンディング作業における接続不良が発生することがない。
【００２８】
また、本実施形態における半導体装置３は、第１電極３ｂ及び第２電極３ｃには凹部３ｂ１、３ｃ１が設けられている。これにより、第１リード部材３ｅ及び第２リード部材３ｆの端部を、凹部３ｂ１、３ｃ１にそれぞれ挿入することができ、第１リード部材３ｅ及び第２リード部材３ｆの位置決めが容易となり、第１リード部材３ｅ及び第２リード部材３ｆと第１電極３ｂ及び第２電極３ｃとを安定的に接続することができる。
【００２９】
また、本実施形態における半導体装置３は、樹脂モールド３ｈにより、第１電極３ｂ、第２電極３ｃ及び信号電極３ｄの一部を露出させた状態で、パワー半導体チップ３ａを封止する樹脂モールド３ｈを有している。これにより、パワー半導体チップ３ａに水滴や塵等が付着することを防止できる。
【００３０】
また、本実施形態におけるパワーモジュール１は、各半導体装置３に備えられた第１リード部材３ｅがバスバＢ１を構成し、第２リード部材３ｆがバスバＢ２を構成している。これにより、バスバを別途設けることなく、半導体装置３同士を相互に接続することができる。したがって、パワーモジュール１は、ボンディング作業を行うことなく組立を実施でき、製造が容易となる。また、半導体装置３ごとにボンディングを行うことにより発生する接続状態のバラツキを低減することができる。
【００３１】
また、本実施形態におけるパワーモジュール１は絶縁シート４を介して半導体装置３が当接する冷却器５を備えている。これにより、パワー半導体チップ３ａから発生する熱を冷却器５により冷却することができる。
【００３２】
また、本実施形態におけるパワーモジュール１は、樹脂ケース２を備え、信号端子３ｇの一部を露出させた状態で、１４個の半導体装置３を封止している。これにより、半導体装置３が外部に露出することがなく、半導体装置３に水滴及び塵等が付着しにくい。
【００３３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
（１）上記実施形態においては、第１電極３ｂ及び第２電極３ｃに凹部３ｂ１、３ｃ１が形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、信号電極３ｄに凹部が形成され、信号端子３ｇの端部が挿入されるものとしてもよい。この場合、信号端子の位置決めが容易となる。
【００３５】
（２）また、上記実施形態のパワーモジュール１は、１４個の半導体装置３を備えるものとしたが、本発明はこれに限定されない。パワーモジュール１が備える半導体装置３の数は、設計等に合わせて適宜変更可能である。また、同様に、昇降圧コンバータＣ、発電用インバータＩｇ及びモータ駆動用インバータＩｍのパワーモジュール１上の配置は、回路設計に応じて変更可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１……パワーモジュール
２……樹脂ケース
３……半導体装置
３ａ……パワー半導体チップ
３ｂ……第１電極
３ｂ１……凹部
３ｃ……第２電極
３ｃ１……凹部
３ｄ……信号電極
３ｅ……第１リード部材
３ｆ……第２リード部材
３ｇ……信号端子
３ｈ……樹脂モールド
４……絶縁シート
５……冷却器
Ｂ１……バスバ
Ｂ２……バスバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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