(57)【要約】【課題】搭載される電力用半導体チップの構造を変更させることなく、十分な実質的熱抵抗の低下や破壊耐量の向上を図る電力用半導体装置を提供する。【解決手段】所定の基板の主表面上にエミッタ電極，コレクタ電極及びゲート電極が形成され、該コレクタ電極の形成領域上に、電力用半導体チップが搭載され、また、電力用半導体チップ上の略全域にエミッタ電極部が形成され、該エミッタ電極部が、その一端側から平行して複数本延びる線状のゲート電極部によりその大部分の領域で区画され、全体として略櫛状をなしている電力用半導体装置において、上記ゲート電極部により区画化されてなるエミッタ電極部の区画領域同士を電気的に接続する区画領域中継用ワイヤを設ける。【選択図】　　　　図１
2004055589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基板の主表面上にエミッタ電極，コレクタ電極及びゲート電極が形成され、該コレクタ電極の形成領域上に、電力用半導体チップが搭載された電力用半導体装置において、
電力用半導体チップ上の略全域にエミッタ電極部が形成され、該エミッタ電極部が、その一端側から平行して複数本延びる線状のゲート電極部によりその大部分の領域で区画され、全体として略櫛状をなしており、
上記ゲート電極部により区画化されてなるエミッタ電極部の区画領域同士を電気的に接続する区画領域中継用ワイヤが設けられていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
上記区画領域中継用ワイヤの各区画領域での接合点が、各区画領域の延びる方向において前後交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
上記区画領域中継用ワイヤとして、上記区画領域のうちの最も外側の区画領域と中央又はその近傍の区画領域とを優先して電気的に接続するワイヤと、残りの区画領域同士を電気的に接続するワイヤが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用インバータ等に採用される電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、従来の電力用半導体装置の一例を示す。この電力用半導体装置５０では、矩形状のセラミック絶縁基板５５の主表面上に、基板５５の長手方向に沿って、エミッタ電極５６，コレクタ電極５７及びゲート電極５８が順に形成され、コレクタ電極５７の形成領域上に、電力用半導体チップ５１が搭載されている。電力用半導体チップ５１上には、エミッタ電極部５６が略全域に形成され、このエミッタ電極部５６は、ゲート電極５８側からエミッタ電極５６側へ平行して複数本延びる線状のゲート電極部５３Ａによりその大部分の領域で区画化され、全体として略櫛状をなしている。図４に示す例では、ゲート電極部５３Ａによってエミッタ電極部５２の大部分の領域が５等分され、エミッタ電極部５２は、５本の歯をもつ櫛状をなしている。
【０００３】
エミッタ電極部５２の各区画領域５２ａは、エミッタ電極５６とそれぞれアルミワイヤ５４を介して接続される。他方、ゲート電極５８側では、線状のゲート電極部５３Ｂとともに、エミッタ電極部５２の中央の区画領域５２ａに形成されたゲート電極部５３Ａが、アルミワイヤ５９を介して、エミッタ電極５６と接続される。
【０００４】
以上の構成を備えた電力用半導体装置５０の動作について説明する。例えば電力用半導体チップ５１に接続されるゲート電極５６とエミッタ電極５８との間に、所定の外部回路を用いて＋１５Ｖの電圧を印加した場合、主電流が、コレクタ電極５７から電力用半導体チップ５１のエミッタ電極部５２を通過し、アルミワイヤ４を介してエミッタ電極５８へ流れる。また、一方、ゲート電極５６とエミッタ電極５８との間に、−１５Ｖの電圧を印加した場合には、主電流が遮断される。このようにして、外部回路からのゲート〜エミッタ間の電圧の制御によりスイッチング動作が実行可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の電力用半導体装置５０では、電力用半導体チップ５１上のゲート電極部５３Ａにより、エミッタ電極部５２が大部分の領域で複数の区画領域５２ａをなすように区画されているため、区画領域５２ａ間の電気抵抗やインダクタンスが大きく、電流が通過している状態で、それら区画領域５２ａ間の電流均一性が悪くなり、実質的な発熱源に偏りを生じたり、スイッチング時の過渡的アンバランスが大きくなり、スイッチング時の損失アンバランスにより破壊耐量の低下を起こしたりする等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、搭載される電力用半導体チップの構造を変更させることなく、十分な実質的熱抵抗の低下や破壊耐量の向上を図る電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、所定の基板の主表面上にエミッタ電極，コレクタ電極及びゲート電極が形成され、該コレクタ電極の形成領域上に、電力用半導体チップが搭載された電力用半導体装置において、電力用半導体チップ上の略全域にエミッタ電極部が形成され、該エミッタ電極部が、その一端側から平行して複数本延びる線状のゲート電極部によりその大部分の領域で区画され、全体として略櫛状をなしており、上記ゲート電極部により区画化されてなるエミッタ電極部の区画領域同士を電気的に接続する区画領域中継用ワイヤが設けられていることを特徴としたものである。
【０００８】
また、本願の第２の発明は、上記区画領域中継用ワイヤの各区画領域での接合点が、各区画領域の延びる方向において前後交互に配置されていることを特徴としたものである。
【０００９】
更に、本願の第３の発明は、上記区画領域中継用ワイヤとして、上記区画領域のうちの最も外側の区画領域と中央又はその近傍の区画領域とを優先して電気的に接続するワイヤと、残りの区画領域同士を電気的に接続するワイヤが設けられていることを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す平面図である。この電力用半導体装置１０では、矩形状のセラミック絶縁基板５の主表面上に、基板５の長手方向に沿って、エミッタ電極６，コレクタ電極７及びゲート電極８が順に形成され、コレクタ電極７の形成領域上に、電力用半導体チップ１が搭載されている。電力用半導体チップ１上には、エミッタ電極部６が略全域に形成され、このエミッタ電極部６は、ゲート電極８側からエミッタ電極６側へ平行して複数本延びる線状のゲート電極部３Ａによりその大部分の領域で区画され、全体として略櫛状をなしている。図１に示す例では、ゲート電極部３Ａによってエミッタ電極部２の大部分の領域が５等分され、エミッタ電極部２は、全体として５本の歯をもつ櫛状をなしている。
【００１１】
エミッタ電極部２の各区画領域２ａは、エミッタ電極６とそれぞれアルミワイヤ４を介して接続される。他方、ゲート電極８側では、線状のゲート電極部３Ｂとともに、エミッタ電極部２の中央の区画領域２ａに形成されたゲート電極部３Ａが、アルミワイヤ９を介して、エミッタ電極６と接続される。アルミワイヤ４又は９は、超音波接合等により各区画領域２ａや電極６又は８に対してボンディングされてもよい。
【００１２】
この実施の形態１では、更に、ゲート電極部３Ａにより区画化されたエミッタ電極部２の区画領域２ａを、基板５の幅方向に沿って電気的に接続する１本のアルミ製のワイヤ（以下、区画領域中継用ワイヤという）１５が設けられている。この区画領域中継用ワイヤ１５は、その両端部でそれぞれ最も外側の区画領域２ａに接合され、その途中部において、内側の各区画領域２ａに接合され、これにより、全ての区画領域２ａを電気的に接続している。各区画領域２ａでの接合点は、ほぼ一直線上に配置されている。なお、区画領域中継用ワイヤ１５としては、アルミ製のものに限定されることはなく、適切であれば他の金属製のワイヤを用いてもよい。
【００１３】
以上の構成を備えた電力用半導体装置１０によれば、大掛かりなチップ構造の変更を実施することなく、区画領域中継用ワイヤ１５により区画領域２ａ間を電気接続することで、電力用半導体チップ１内の電流分布を改善することができ、これにより、実効通電面積が増大し、発熱面積を増大させることが可能である。その結果、実質熱抵抗の低減及び破壊耐量の向上を実現することができる。
【００１４】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す平面図である。この電力用半導体装置２０は、上記実施の形態１における場合とほぼ同じ構成を有しているもので、この実施の形態２では、各区画領域２ａ間を電気接続するための区画領域中継用ワイヤ２５が、各区画領域２ａでの接合点が一直線上に配置されるように設けられていない。ここでは、図２に示すように、区画領域中継用ワイヤ２５が、各区画領域２ａでの接合点が各区画領域２ａの延びる方向において前後交互に配置されるように接続されている。
【００１５】
かかる構成を備えた電力用半導体装置２０では、上記実施の形態１において各区画領域２ａでの接合点が一直線上に配置される場合と比較して、区画領域中継用ワイヤ２５を太く設定することが可能となる。これにより、電力用半導体チップ１内の電流分布を一層良好に改善することができ、実質熱抵抗の低減及び破壊耐量の向上を実現することができる。また、かかる区画領域中継用ワイヤ２５は、チップサイズが小さい場合においても、装置の組立性を損なうことなく適用可能である。
【００１６】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置を示す平面図である。この電力用半導体装置３０は、上記実施の形態１及び２における場合とほぼ同様の構成を有しているもので、この実施の形態３では、区画領域２ａ間を電気接続するための区画領域中継用ワイヤとして、上記実施の形態１及び２における場合のように全ての区画領域２ａ間を１本で電気接続するワイヤ１５又は２５でなく、複数（ここでは２本）の区画領域中継用ワイヤ３５Ａ及び３５Ｂを用いる。
【００１７】
区画領域中継用ワイヤ３５Ａは、その両端部で、最も外側の区画領域２ａに接合されるとともに、その途中部で、中央の区画領域２ａに接合されている。他方、区画領域中継用ワイヤ３５Ｂは、その両端部で、最も外側の区画領域２ａより内側のまた中央の区画領域２ａより外側の区画領域２ａ（図３に示す例では中央の区画領域２ａの両隣の区画領域２ａ）に接合されている。
【００１８】
このように、区画領域中継用ワイヤ３５Ａを用いて、最も外側の区画領域２ａと中央の区画領域２ａとを優先して電気的に接続することにより、区画領域中継用ワイヤがない条件下で、内側の区画領域２ａに比べて区画化が良好でないすなわち電流均一性を確保し得ない外側の区画領域２ａを優先して補うことができる。また、残りの区画領域２ａ同士を別の区画領域中継用ワイヤ３５Ｂを用いて接続することにより、電気抵抗について各区画領域２ａ間の差を小さくすることができ、この作用により、更なる効果の増大が得られる。
【００１９】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本願の請求項１の発明によれば、所定の基板の主表面上にエミッタ電極，コレクタ電極及びゲート電極が形成され、該コレクタ電極の形成領域上に、電力用半導体チップが搭載された電力用半導体装置において、電力用半導体チップ上の略全域にエミッタ電極部が形成され、該エミッタ電極部が、その一端側から平行して複数本延びる線状のゲート電極部によりその大部分の領域で区画され、全体として略櫛状をなしており、上記ゲート電極部により区画化されてなるエミッタ電極部の区画領域同士を電気的に接続する区画領域中継用ワイヤが電気的に低いインピーダンスとインダクタンスが得られるように設けられているので、安定して電力用半導体チップ内の電流分担を改善することができ，低熱抵抗及び高破壊耐量を実現することができる。
【００２１】
また、本願の請求項２の発明によれば、上記区画領域中継用ワイヤの各区画領域での接合点が、各区画領域の延びる方向において前後交互に配置されているので、各区画領域での接合点が一直線上に配置される場合と比較して、区画領域中継用ワイヤを太く設定することが可能であり、電力用半導体チップ内の電流分布を一層良好に改善することができる。
【００２２】
更に、本願の請求項３の発明によれば、上記区画領域中継用ワイヤとして、上記区画領域のうちの最も外側の区画領域と中央又はその近傍の区画領域とを優先して電気的に接続するワイヤと、残りの区画領域同士を電気的に接続するワイヤが設けられているので、区画領域中継用ワイヤがない条件下で、内側の区画領域に比べて区画化が良好でないすなわち電流均一性を確保し得ない外側の区画領域を優先して補うことができ、また、残りの区画領域同士を別の区画領域中継用ワイヤを用いて接続することにより、電気抵抗について各区画領域間の差を小さくすることができ、電力用半導体チップ内の電流分布を一層良好に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置を示す平面図である。
【図４】従来の電力用半導体装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１　電力用半導体チップ，２　半導体チップ上のエミッタ電極部，２ａ　区画領域，３Ａ，３Ｂ　半導体チップ上のゲート電極部，４　エミッタ電極−電極部間接続用ワイヤ，５　絶縁基板，６　絶縁基板上のエミッタ電極，７　絶縁基板上のコレクタ電極，８　絶縁基板上のゲート電極，９　ゲート電極−電極部間接続用ワイヤ，１０　電力用半導体装置，１５，２５，３５Ａ，３５Ｂ　区画領域中継用ワイヤ。
【図１】
2004055589.tif 000003
【図２】
2004055589.tif 000004
【図３】
2004055589.tif 000005
【図４】
2004055589.tif 000006