(57)【要約】【課題】大電力用半導体装置の小型化、および高信頼化を実現すること。【解決手段】電力用半導体チップ５を第１の絶縁回路基板３と、第２の積層絶縁回路基板９で挟み込み固着し、第２の積層絶縁回路基板９内に、線膨張係数の小さな材料からなる基板２０を嵌合することで、電力用半導体チップ５との固着部の導体層の変形を抑制し、電力用半導体チップ５と第２の積層絶縁回路基板９との固着部分に生じる応力の緩和を図ることができる。【選択図】　図１
2004088022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、
前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、
前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、
前記第２の絶縁回路基板は、
上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の両主面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、
前記導体層より小さい線膨張係数を有し、前記電力用半導体チップの主電極と対向配置されて該導体層に固着された緩衝部材と
を有することを特徴とする大電力用半導体装置。
【請求項２】
前記緩衝部材が、セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
更に、前記第１及び第２の絶縁回路基板、前記電力用半導体チップ及び前記外部導出端子の一部を封止する外囲器を有することを特徴とする請求項１または２に記載の大電力用半導体装置。
【請求項４】
前記電力用半導体チップ及び前記緩衝部材の各々が、複数個からなり、前記緩衝部材が前記電力用半導体チップに対向配置されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の大電力用半導体装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁回路基板上に前記電力用半導体チップと電気的接続される制御回路ＩＣが配置されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の大電力用半導体装置。
【請求項６】
上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、
前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、
前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、
前記第２の絶縁回路基板は、
上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の両面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、
前記電力用半導体チップ側の前記導体層に固着され、且つ前記電力用半導体チップの主電極と固着される網状金属細線の緩衝部材と
を有することを特徴とする大電力用半導体装置。
【請求項７】
前記緩衝部材は、銅からなる網状金属細線であることを特徴とする請求項６に記載の大電力用半導体装置。
【請求項８】
上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、
前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、
前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、
前記第２の絶縁回路基板は、
上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の両面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、
前記電力用半導体チップ側の前記導体層に固着され、且つ前記電力用半導体チップの主電極と固着されるモリブデン製緩衝部材と
を有することを特徴とする大電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバーターやコンバーター、スィッチング電源などに用いられる大電力用半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の大電力用半導体装置は、一般に、図１６に示すような構造になっている。図１６は、従来の大電力用半導体装置の断面図である。
【０００３】
図１６において、１０１は樹脂製の側壁部分からなる無底箱体状のケースで、このケース１０１の底部には放熱を兼ねた金属ベース１０２が取り付けられている。この金属ベース１０２上には、第１の絶縁回路基板１０３がハンダを介して固着されている。
【０００４】
この第１の絶縁回路基板１０３の上に設けた所定の導体層１０４上にはパワー素子としてのＩＧＢＴが形成された電力用半導体チップ１０５がハンダを介して固着されており、電力用半導体チップ１０５のエミッタ電極と信号電極の各々が第１の絶縁回路基板１０３上の所定の導体層１０４に金属ワイヤ１０６および１０７を介してそれぞれ電気的に接続されている。
【０００５】
また、第１の絶縁回路基板１０３の所定の導体層１０４とケース１０１にインサート成形された外部導出用リード１０８とが、金属ワイヤ１０９を介して電気的に接続されている。一方、第２の絶縁回路基板１１１が、第１の絶縁回路基板１０３の上方に配置されて、ケース１０１内壁の段部に支持されている。この第２の絶縁回路基板１１１上の所定の導体層１１５に制御回路ＩＣ１１０が固着され、これらの第１および第２の絶縁回路基板１０３、１１１の所定の導体層１０４、１１５が金属ワイヤ１１２で互いに電気的に接続している。
【０００６】
また、信号導出用リード１１３を支持した蓋体１１４がケース１０１の最上部に配置され、信号導出用リード１１３が第２の絶縁回路基板１１１の所定の導体層１１５に固着されている。そして、ケース１０１内の空間には、ゲル状のシリコーン樹脂１１６が封入されている。
【０００７】
このような従来の大電力用半導体装置においては、多数の金属ワイヤ１０６、１０７、１０９、１１２に対するボンディング配線領域を確保する必要があり、装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
この問題を解決するための大電力用半導体装置の例が、特開平１０−１２８１２号公報に開示されている。この大電力用半導体装置は、放熱ベースを兼ねた金属ベース上に設けた第１の絶縁回路基板上に電力用半導体チップを配置し、この電力用半導体チップ上に第２の絶縁回路基板を配置して、電力用半導体チップの各電極と第１の絶縁回路基板および第２の絶縁回路基板の各導体層とをハンダにより固着することにより、小型化を図ったものである。
【０００９】
このような大電力用半導体装置においては、電流容量が増えるに従い、電力用半導体チップ自体の発熱、および電力用半導体チップの電極と第２の絶縁回路基板の導体層との固着部分の電気抵抗による発熱が増え、電力用半導体チップの電極と第２の絶縁回路基板の導体層との固着部分において温度上昇が起こる。
【００１０】
そして、電力用半導体チップ、例えばシリコンと第２の絶縁回路基板の導体層、例えばＣｕ（銅）との線膨張係数の差により、電力用半導体チップの電極と第２の絶縁回路基板の導体層との固着部分への応力が生じ、その固着部分が剥離し、大電力半導体装置の信頼性が低下する問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の大電力用半導体装置においては、装置の小型化が困難である。
また、温度上昇する電力用半導体チップと第２の絶縁回路基板の導体層の線膨張係数の差により、電力用半導体チップの電極と第２の絶縁回路基板の導体層との固着部分の剥離が起こり、装置の信頼性が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、小型で、かつ信頼性の高い大電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の大電力用半導体装置は、上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、前記第２の絶縁回路基板は、上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の両主面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、前記導体層より小さい線膨張係数を有し、前記電力用半導体チップの主電極と対向配置されて該導体層に固着された緩衝部材とを有することを特徴とする。
【００１４】
このように構成された本発明の大電力用半導体装置によれば、電力用半導体チップは、第１の絶縁回路基板の導体層と第２の積層絶縁回路基板の両面及びビア内に形成された導体層を介して外部導出用端子と接続しているため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり、小型化が可能である。
【００１５】
また、第２の積層絶縁回路基板内に導体層より小さい線膨張係数を有する緩衝部材を電力用半導体チップの主電極と対向配置し、且つ電力用半導体チップの主電極が固着される該導体層に固着している。そのため、電力用半導体チップと積層絶縁回路基板の導体層との線膨張係数の差による応力が緩和され、積層絶縁回路基板の導体層と電力用半導体チップの主電極との固着部分の信頼性を向上し得る。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の大電力用半導体装置は、上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、前記第２の絶縁回路基板は、上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の両面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、前記電力用半導体チップ側の前記導体層に固着され、且つ前記電力用半導体チップの主電極と固着される網状金属細線の緩衝部材とを有することを特徴とする。
【００１７】
このような構成の本発明の大電力用半導体装置によれば、電力用半導体チップは、第１の絶縁回路基板の導体層と第２の積層絶縁回路基板の両面及びビア内に形成された導体層を介して外部導出用端子と接続しているため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり、小型化が可能である。
【００１８】
また、電力用半導体チップの主電極と固着される導体層に網状金属細線の緩衝部材を固着しており、この緩衝部材の変形により、電力用半導体チップと積層絶縁回路基板の導体層との線膨張係数の差による応力が緩和され、積層絶縁回路基板の導体層と電力用半導体チップの主電極との固着部分の信頼性を向上し得る。
【００１９】
更に、上記目的を達成するために、本発明の大電力用半導体装置は、上面に導体層を有する第１の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の導体層上に固着され、且つ上面に主電極を有する電力用半導体チップと、前記電力用半導体チップの上方に配置され、且つ前記電力用半導体チップの主電極に導体層が固着された第２の絶縁回路基板と、前記第１及び第２の絶縁回路基板の導体層に各々電気的接続された外部導出端子とを具備し、前記第２の絶縁回路基板は、上下両面を貫通するビアを有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の両面及び前記ビアの内壁部に形成された導体層と、前記電力用半導体チップ側の前記導体層に固着され、且つ前記電力用半導体チップの主電極と固着されるモリブデン製緩衝部材とを有することを特徴とする。
【００２０】
このような構成の本発明の大電力用半導体装置によれば、電力用半導体チップは、第１の絶縁回路基板の導体層と第２の積層絶縁回路基板の両面及びビア内に形成された導体層を介して外部導出用端子と接続しているため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり、小型化が可能である。
【００２１】
また、電力用半導体チップの主電極と固着される導体層にモリブデン製の緩衝部材を固着しているため、電力用半導体チップと積層絶縁回路基板の導体層との線膨張係数の差による応力が緩和され、積層絶縁回路基板の導体層と電力用半導体チップの主電極との固着部分の信頼性を向上し得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る大電力用半導体装置を示す断面図である。まず、本実施の形態の大電力用半導体装置の構造の概略を説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態の大電力用半導体装置は、樹脂製の側壁部分からなる無底箱体状のケース１の底部には、放熱を兼ねた金属ベース２が取り付けられている。
【００２５】
この金属ベース２上には、第１の絶縁回路基板３がハンダを介して固着されている。この第１の絶縁回路基板３上の所定の導体層４には、パワー素子としてＩＧＢＴが形成された電力用半導体チップ５のコレクタ電極８がハンダを介して固着される。
【００２６】
また、この電力用半導体チップ５上には、第２の積層絶縁回路基板９が配置され、この第２の積層絶縁回路基板９の下面に設けられた所定のエミッタ導体層１０および信号導体層１１が電力用半導体チップ５の上面に設けられたエミッタ電極６および信号電極７に、それぞれハンダを介して固着されている。
【００２７】
そして、この第２の積層絶縁回路基板９の内部にエミッタ導体層１０より小さい線膨張係数を有するセラミックスなどの緩衝部材２０が、このエミッタ電極６と対向して配置され、かつエミッタ導体層１０に固着されている。
【００２８】
また、第２の積層絶縁回路基板９の上面に形成された図示略の信号導体層上に制御回路ＩＣ１６が固着され、第２の積層絶縁回路基板９によって電力用半導体チップ５と電気的に接続されている。
【００２９】
そして、コレクタ導出用リード１２が第２の積層絶縁回路基板９に嵌挿されて第１の絶縁回路基板３上の導体層４にハンダによって固着され、一方、エミッタ導出用リード１３は、コレクタ導出用リード１２に絶縁部材１４によって支持され、第２の積層絶縁回路基板９内に挿入されて、第２の積層絶縁回路基板９内部に設けたエミッタ導体層１５にハンダによって固着されている。
【００３０】
また、コレクタ導出用リード１２とエミッタ導出用リード１３と信号導出用リード３０を支持した、蓋体１７がケース１の最上部に配置され、信号導出用リード３０は、第２の積層絶縁回路基板９内部の信号導体層２９にハンダによって固着される。そして、ケース１内の空間には、ゲル状のシリコーン樹脂１８が封入されている。
【００３１】
次に、上記第１の絶縁回路基板３の具体的な構造を図２を参照して説明する。なお、図２は、第１の絶縁回路基板３上に電力用半導体チップ５が実装された状態を示した平面図である。
【００３２】
図２に示すように、第１の絶縁回路基板３は、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性基板３ａを有する。この絶縁性基板３ａの下面には図示略の導体層が形成されて、上面には導体層４が形成されている。そしてこの導体層４上には、例えば４個の電力用半導体チップ５がハンダを介して固着されている。また、この導体層４には、中央の接続部２３においてハンダを介してコレクタ導出用リード１２が固着されている。
【００３３】
この電力用半導体チップ５は、図１３に示すように、上面にエミッタ電極６および信号電極７が、下面にコレクタ電極８が形成されている。各電極は導電性接着性を高めるメタライズ処理が行われている。
【００３４】
なお、図２では更に導体層４上に、インダクタンスを含む負荷を駆動した時に生じる逆バイアス電流をバイパスし電力用半導体チップ５を保護するためのダイオードが形成された半導体チップ２１が固着されている。
【００３５】
次に、上記第２の積層絶縁回路基板９の具体的構造を図３乃至図６を参照して説明する。図３乃至図６は、第２の積層絶縁回路基板９を構成する各層の平面図およびＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３６】
図３は、下側から第１層目の絶縁回路基板２４の平面図と断面図である。同図に示すように、第１層目の絶縁回路基板２４は、ガラスエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性基板２４ａを有する。この絶縁性基板２４ａの中央部には、コレクタ導出用リード１２と絶縁部材１４が通過する穴２４ｂが設けられている。
【００３７】
また、絶縁性基板２４ａの下面の周辺部には、下側のエミッタ導体層１０が電力用半導体チップ５のエミッタ電極６に対向して設けられ、またその上面には、穴２４ａを取囲むように環状の上側のエミッタ導体層１５が設けられ、この下側のエミッタ導体層１０と上側のエミッタ導体層１５とはビアに埋め込まれた導体層２５によって電気的に接続されている。
【００３８】
そして、このエミッタ導体層１５にエミッタ導出用リード１３を接続するための接続部２６が設けられ、ここにエミッタ導出用リード１３が接続される。
【００３９】
また、絶縁性基板２４ａの下面には、下側の信号導体層１１が電力用半導体チップ５の信号電極７に対向して設けられ、またその上面には、上側の信号導体層２４ｃが設けられ、この下側の信号導体層１１と上側の信号導体層２４ｃとは、ビアに埋め込まれた導体層１９ａによって電気的に接続されている。
【００４０】
なお、図示しないが、半導体チップ２１の電極と接続される導体層が絶縁性基板２４ａに設けられている。
【００４１】
図４は、積層絶縁回路基板９を構成する第２層目の絶縁回路基板２７の平面図と断面図である。同図に示すように、第２層目の絶縁回路基板２７は、ガラスエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性基板２７ａを有する。この絶縁性基板２７ａの中央部には、コレクタ導出用リード１２と絶縁部材１４とエミッタ導出用リード１３が通過する穴２７ｂが第１層目の絶縁回路基板２４の穴２４ｂに対応して設けられている。
【００４２】
また、絶縁性基板２７ａには、電力用半導体チップ５のエミッタ電極６に対応する位置に設けられた穴に、この絶縁性基板２７ａより線膨張係数の小さなセラミックなどの材料からなる緩衝部材２０が嵌合されている。この緩衝部材２０は、エミッタ電極６とほぼ同一の形状および面積に形成されている。
【００４３】
そして、この緩衝部材２０の下面は、メッキなどでメタライズ処理された接続層２０ａが設けられ、第１層目の絶縁回路基板２４のエミッタ導体層１５にハンダを介して固着されている。
【００４４】
また、絶縁性基板２７ａの下面には、第１層目の絶縁回路基板２４の信号導体層２４ｃと対向して下側の信号導体層２７ｃが設けられ、その上面には、上側の信号導体層２７ｄが設けられ、この下側の信号導体層２７ｃと上側の信号導体層２７ｄとは、ビアに埋め込まれた導体層１９ｂによって電気的に接続されている。そして、この下側の信号導体層２７ｃと第１層目の絶縁回路基板２４の上側の信号導体層２４ｃとが電気的接続されている。
【００４５】
図５は、積層絶縁回路基板９を構成する第３層目の絶縁回路基板２８の平面図と断面図である。同図に示すように、第３層目の絶縁回路基板２８は、ガラスエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性基板２８ａを有する。この絶縁性基板２８ａの中央部には、コレクタ導出用リード１２と絶縁部材１４とエミッタ導出用リード１３が通過する穴２８ｂが第２層目の絶縁回路基板２７の穴２７ｂに対応して設けられている。
【００４６】
また、絶縁性基板２８ａの下面の周辺部には、第２層目の絶縁回路基板２７の信号導体層２７ｄと対向して下側の信号導体層２８ｃが設けられ、その上面には、各信号導電層を電気的接続するための所定パターンを有する上側の信号導体層２９が設けられ、この下側の信号導体層２８ｃと上側の信号導体層２９とは、ビアに埋め込まれた導体層１９ｃによって電気的に接続されている。
【００４７】
そして、この下側の信号導体層２８ｃと第２層目の絶縁回路基板２７の上側の信号導体層２７ｄとが電気的接続されている。
【００４８】
そして、上側の信号導体層２９には、信号導出用リード３０を接続するための接続部３１が設けられ、ここに信号導出用リード３０が接続される。
【００４９】
図６は積層絶縁回路基板９の最上側の第４層目の絶縁回路基板３２の平面図である。同図に示すように、第４層目の絶縁回路基板３２は、ガラスエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性基板３２ａを有する。この絶縁性基板３２ａには、コレクタ導出用リード１２とエミッタ導出用リード１３と絶縁部材１４が通過する穴３２ｂおよび信号導出用リード３０が通過する穴３２ｃが、第３層目の絶縁回路基板２８の穴２８ｂ及び信号導出用リード３０の接続部３１に対応して夫々設けられている。
【００５０】
また、この第４層目の絶縁回路基板３２の上面には、図示しないが制御回路ＩＣ１６と電力用半導体チップ５の所定の電極とを電気的に接続するための配線導体層が設けられている。
【００５１】
次に、上記コレクタ導出用リード１２およびエミッタ導出用リード１３の具体的構成を図７および図８を参照して説明する。図７は、端子部の平面図で、図８は、図７の端子部のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００５２】
同図に示すように、コレクタ導出用リード１２とエミッタ導出用リード１３は、いずれも金属板を成形加工して作られ、上端部は逆Ｌ型に折り曲げられ、外部回路の電力配線体をネジ止めするための、ネジ穴が設けられ、また下端部もＬ字形に折り曲げ加工され、絶縁回路基板上の導体層との接続面積を増加させて確実な固着を実現するようにしている。
【００５３】
このような第１の実施の形態の大電力半導体装置によれば、電力用半導体チップ５は、第１の絶縁回路基板３の導体層４と第２の積層絶縁回路基板９の両面およびビア内に形成されたエミッタ導体層１０および信号導体層１１等の導体層を介してコレクタ導出用リード１２、エミッタ導出用リード１３および信号導出用リード３０等の外部導出用端子に接続されている。このため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり装置の小型化が実現できる。
【００５４】
また、第２の積層絶縁回路基板９内に絶縁基板２７ａのエミッタ導体層より小さい線膨張係数を有するセラミックからなる緩衝部材２０を電力用半導体チップ５のエミッタ電極６と対向配置し、且つ電力用半導体チップ５のエミッタ電極６が固着されるエミッタ導体層１０に固着している。そのため、電力用半導体チップ５と積層絶縁回路基板９のエミッタ導体層１０との線膨張係数の差による応力が緩和され、積層絶縁回路基板９のエミッタ導体層１０と電力用半導体チップ５のエミッタ電極６との固着部分における剥離等の故障を減少でき、信頼性の高い大電力用半導体装置を実現し得る。
【００５５】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態に係る大電力用半導体装置を図９を参照して説明する。図９は、第２の実施の形態に係る大電力半導体装置の断面図である。この第２の実施の形態の各部について、上記第１の実施の形態に係る大電力用半導体装置の各部同一部分は同一符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
この本実施の形態の大電力用半導体装置が、第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態の第２の積層絶縁回路基板９における第２層目の絶縁回路基板２７を取り除き、第２の積層絶縁回路基板３３における第１層目の絶縁回路基板の電力用半導体チップ５側のエミッタ導体層１０および信号導体層１１の各々に、緩衝部材としての例えば銅からなる網状金属細線３４および３５を固着し、この網状金属細線３４および３５を電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７にハンダにより固着した構成にしていることにある。
【００５７】
すなわち、図１０に示すように、第２の積層絶縁回路基板３３における第１層目の絶縁回路基板２４は、絶縁性基板２４ａの中央部に、コレクタ導出用リード１２と絶縁部材１４が通過する穴２４ｂが設けられ、絶縁性基板２４ａの下面の周辺部には、下側のエミッタ導体層１０が電力用半導体チップ５のエミッタ電極６に対向して設けられ、またその上面には、穴２４ａを取囲むように環状の上側のエミッタ導体層１５が設けられ、この下側のエミッタ導体層１０と上側のエミッタ導体層１５とはビアに埋め込まれた導体層２５によって電気的に接続されている。
【００５８】
また、絶縁性基板２４ａの下面には、下側の信号導体層１１が電力用半導体チップ５の信号電極７に対向して設けられ、またその上面には、上側の信号導体層２４ｃが設けられ、この下側の信号導体層１１と上側の信号導体層２４ｃとは、ビアに埋め込まれた導体層１９ａによって電気的に接続されている。
【００５９】
この下側のエミッタ導体層１０および下側の信号導体層１１には、Ｃｕなどの網状の導電性金属からなる網状金属細線３４および３５が固着されている。
【００６０】
それ以外の構成については、上記第１の実施の形態と同じである。また、この網状金属細線は、少なくとも特に発熱の大きなエミッタ電極６とエミッタ導体層１０との間に設ければ良く、信号電極７と信号導体層１１との間に、必ずしも設ける必要はない。
【００６１】
このような第２の実施の形態の大電力半導体装置によれば、電力用半導体チップ５は、第１の絶縁回路基板３の導体層４と第２の積層絶縁回路基板３３の両面およびビア内に形成されたエミッタ導体層１０および信号導体層１１等の導体層を介してコレクタ導出用リード１２、エミッタ導出用リード１３および信号導出用リード３０等の外部導出用端子に接続されている。このため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり装置の小型化が実現できる。
【００６２】
また、第２の積層絶縁回路基板３３のエミッタ導体層１０および信号導体層１１の各々に、網状金属細線３４および３５を固着し、この網状金属細線３４および３５を電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７に固着している。
【００６３】
そのため、電力用半導体チップ５からの熱によりエミッタ導体層１０および信号導体層１１が熱膨張する時に、この網状金属細線３４および３５が柔軟に変形して、エミッタ電極６および信号電極７とエミッタ導体層１０および信号導体層１１との固着部分に加わる応力が小さくなるので、第２の積層絶縁回路基板３３のエミッタ導体層１０および信号導体層１１と電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７との固着部分における剥離等の故障を減少でき、信頼性の高い大電力用半導体装置を実現し得る。
【００６４】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態に係る大電力用半導体装置を図１１を参照して説明する。図１１は、第３の実施の形態に係る大電力半導体装置の断面図である。この第３の実施の形態の各部について、上記第１の実施の形態に係る大電力用半導体装置の各部同一部分は同一符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
この本実施の形態の大電力用半導体装置が、第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態の第２の積層絶縁回路基板９における第２層目の絶縁回路基板２７を取り除き、第２の積層絶縁回路基板３６における第１層目の絶縁回路基板の電力用半導体チップ５側のエミッタ導体層１０および信号導体層１１の各々に、例えばモリブデン製緩衝部材３７および３８を固着し、このモリブデン製緩衝部材３７および３８を電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７にハンダにより固着した構成にしていることにある。
【００６６】
すなわち、図１２に示すように、第２の積層絶縁回路基板３６における第１層目の絶縁回路基板２４は、絶縁性基板２４ａの中央部に、コレクタ導出用リード１２と絶縁部材１４が通過する穴２４ｂが設けられ、絶縁性基板２４ａの下面の周辺部には、下側のエミッタ導体層１０が電力用半導体チップ５のエミッタ電極６に対向して設けられ、またその上面には、穴２４ａを取囲むように環状の上側のエミッタ導体層１５が設けられ、この下側のエミッタ導体層１０と上側のエミッタ導体層１５とはビアに埋め込まれた導体層２５によって電気的に接続されている。
【００６７】
また、絶縁性基板２４ａの下面には、下側の信号導体層１１が電力用半導体チップ５の信号電極７に対向して設けられ、またその上面には、上側の信号導体層２４ｃが設けられ、この下側の信号導体層１１と上側の信号導体層２４ｃとは、ビアに埋め込まれた導体層１９ａによって電気的に接続されている。
【００６８】
この下側のエミッタ導体層１０および下側の信号導体層１１に、これらの導体層に比べて線膨張係数の小さい、モリブデン製緩衝部材３７および３８が固着されている。
【００６９】
それ以外の構成については、上記第１の実施の形態と同じである。また、このモリブデン製緩衝部材は、少なくとも特に発熱の大きなエミッタ電極６とエミッタ導体層１０との間に設ければ良く、信号電極７と信号導体１１との間に、必ずしも設ける必要はない。
【００７０】
このような第３の実施の形態の大電力半導体装置によれば、電力用半導体チップ５は、第１の絶縁回路基板３の導体層４と第２の積層絶縁回路基板３６の両面およびビア内に形成されたエミッタ導体層１０および信号導体層１１等の導体層を介してコレクタ導出用リード１２、エミッタ導出用リード１３および信号導出用リード３０等の外部導出用端子に接続されている。このため、金属ワイヤによるボンディング領域が不要となり装置の小型化が実現できる。
【００７１】
また、第２の積層絶縁回路基板３６のエミッタ導体層１０および信号導体層１１の各々に、モリブデン製緩衝部材３７および３８を固着し、このモリブデン製緩衝部材３７および３８を電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７に固着している。そのため、電力用半導体チップ５からの熱によりエミッタ導体層１０および信号導体層１１が熱膨張する時に、このモリブデン製緩衝部材３７および３８の線膨張係数が電力用半導体チップ５の線膨張係数との差が小さいために、エミッタ電極６および信号電極７とエミッタ導体層１０および信号導体層１１との固着部分に加わる応力が小さくなるので、第２の積層絶縁回路基板３３のエミッタ導体層１０および信号導体層１１と電力用半導体チップ５のエミッタ電極６および信号電極７との固着部分における剥離等の故障を減少でき、信頼性の高い大電力用半導体装置を実現し得る。
【００７２】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し、実施できることは勿論である。
【００７３】
例えば、上記実施の形態においてケース１の代わりに、エポキシ等の樹脂でモールドして良いし、熱抵抗・コストを下げるためベース２を省いた構造としても良い。
【００７４】
また、電力用半導体チップ５は、図１３に示すエミッタ電極の構造に限定されず、図１４に示すように複数の島状に分割されたエミッタ電極構造を有するものでも良く、この場合には、積層絶縁回路基板の導体層との固着部分における応力を小さくすることができる。
【００７５】
また、電力用半導体チップ５は、図１５に示すように複数の制御信号電極３９を設けて制御回路を内蔵してもよく、過昇温防止機能や過電圧防止機能、省エネ機能などを持つ制御回路が内蔵されるため、最上層の絶縁回路基板を含めたスペース分大電力用半導体装置が小型化される。
【００７６】
また、上記第１乃至第３実施の形態において、第２の積層絶縁回路基板９、３３、３６の第１層目の絶縁回路基板２４のエミッタ導体層１５の配線形状は、環状に限定されるものでなく、接続部２６と、電力用半導体チップ５のエミッタ電極および半導体チップ２１との間の電気的接続が確保できる配線形状にしてもよい。
【００７７】
また、上記第１乃至第３実施の形態において、第１の絶縁回路基板３と、第２の積層絶縁回路基板９、３３、３６を全てセラミックスよりなる絶縁性基板で構成してもよく、この場合は、絶縁回路基板の線膨張係数と電力用半導体チップ５の線膨張係数との差が小さいために、電力用半導体チップ５のエミッタ電極および信号電極およびコレクタ電極と、エミッタ導体層および信号導体層およびコレクタ導体層とのそれぞれの固着面に加わる応力が小さくなり、信頼性が向上する。
【００７８】
また、上記第１乃至第３実施の形態において、第２の積層絶縁回路基板９、３３、３６の第１層目の絶縁回路基板２４の下面にエミッタ導体層１５をエミッタ導体層１０を覆うように設け、更に、上面にはエミッタ導出用リードを接続する接続部２６部分に相当するエミッタ導体層と信号導体層２９を設け、上面の接続部２６のエミッタ導体層と下面のエミッタ導体層１５とをビアまたは断面がＵ字型に折り曲げられた金属板を用いて接続するようにしてもよく、このように構成することで、第３層目の絶縁回路基板２８を取り除くことができる。
【００７９】
また、上記第１乃至第３実施の形態において、第２の積層絶縁回路基板９、３３、３９の第１層目の絶縁回路基板２４のエミッタ導体層１５が、エミッタ導体層を設けた複数の絶縁回路基板を積層して構成されるようにしてもよい。
【００８０】
また、上記第１乃至第３実施の形態において、第２の積層絶縁回路基板９、３３、３９の最上層に、エミッタ導体層を有する絶縁回路基板を追加して設けるようにしても良く、エミッタ導体層の電流密度の低減させて導体層での発熱を減少させるとともに、信号導体層への外部からのノイズ信号の混入を低減させることができる。
【００８１】
また、上記第２および第３実施の形態において、積層絶縁回路基板３３および３６に第１の実施の形態の第２層目の絶縁回路基板を追加して、４層構造にしても良い。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で、かつ信頼性の高い大電力用半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の第１の絶縁回路基板の平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第１層目の絶縁回路基板の平面図と断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第２層目の絶縁回路基板の平面図と断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第３層目の絶縁回路基板の平面図と断面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第４層目の絶縁回路基板の平面図。
【図７】本発明の第２の積層絶縁回路基板を構成する外部導出端子部の平面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿う外部導出端子部の断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る大電力用半導体装置の断面図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第１層目の絶縁回路基板の平面図と断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る大電力用半導体装置の断面図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る大電力用半導体装置の第２の積層絶縁回路基板を構成する第１層目の絶縁回路基板の平面図と断面図。
【図１３】電力用半導体チップの電極構造を示す平面図
【図１４】電力用半導体チップの他の電極構造を示す平面図
【図１５】電力用半導体チップの更に他の電極構造を示す平面図
【図１６】従来の大電力用半導体装置の構成図。
【符号の説明】
１、１０１　ケース
２、１０２　金属ベース
３、１０３　第１の絶縁回路基板
４、１０４　第１の絶縁回路基板上の導体層
５、１０５　電力用半導体チップ
６　エミッタ電極
７　信号電極
８　コレクタ電極
９、３３、３６　第２の積層絶縁回路基板
１０、１５　第２の積層絶縁回路基板上のエミッタ導体層（導体層）
１１　第２の積層絶縁回路基板上の信号導体層（導体層）
１２　コレクタ導出用リード（外部導出端子）
１３　エミッタ導出用リード（外部導出端子）
３０　信号導出用リード（外部導出端子）
１４　絶縁部材
１６、１１０　制御回路ＩＣ
１７、１１４　蓋体
１８、１１６　シリコーン樹脂
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、２５　ビア内の導体層
２０、３４、３５、３７、３８　緩衝部材
２１　半導体チップ
２３、２６、３１　接続部
２４、２７、２８、３２、３３、３６　第２の積層絶縁回路基板を構成する絶縁回路基板
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ　電力用半導体チップの制御信号電極
１０６、１０７、１０９、１１２　金属ワイヤ
１０８，１１３　外部導出用リード
１１１　第２の絶縁回路基板
１１５　第２の絶縁回路基板上の導体層
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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