(57)【要約】【課題】電力用半導体装置における形状の小型化並びに製品供給スピードの向上を図る。【解決手段】絶縁基板１上に形成される主回路パターン２０ａ，２０ｂは、その一部に外部接続端子としての主回路端子を有する。さらに当該主回路端子部の一部又は全部を他の部分よりも厚くすることで放熱性能を向上させる。それにより、主回路パターン２０ａ，２０ｂに外部接続端子の機能並びにヒートシンクの機能を兼ね備えさせることができる。よって、電力用半導体モジュールにおける部品点数の削減による装置の小型化および、組立工程数の削減による製品提供スピードの向上に寄与できる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、
前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、
前記主回路パターンの外部接続端子部分の一部または全部の厚さが、他の部分よりも厚い
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、
前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、
前記主回路パターンの外部接続端子部分は、前記絶縁基板の外側の領域において、前記絶縁基板に対し上方向へ屈曲した形状を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、
前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、
前記主回路パターンの外部接続端子部分は、前記絶縁基板の外側の領域において、前記絶縁基板に対し水平方向へ屈曲した形状を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に固定され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する互いに同形状の少なくとも一対の主回路パターンと、
前記主回路パターン上に固定され、ゲート電極を有する半導体チップと、
前記絶縁基板上に固定され、前記ゲート電極と装置外部とを電気的に接続するための互いに同形状の少なくとも一対のゲート端子とを備える半導体装置であって、
対となる互いに同形状の前記主回路パターン同士および前記ゲート電極同士が、対称に配置される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置であって、
前記主回路パターンの前記外部接続端子における装置外部との接続部分と、前記ゲート端子における装置外部との接続部分とが、前記絶縁基板に平行な同一平面上に配置されないように、前記外部接続端子および前記ゲート端子のうち少なくともどちらか片方が屈曲する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置が、前記外部接続端子を介して複数個連結する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記外部接続端子を介して複数個連結した前記主回路パターンを準備する工程と、
（ｂ）前記複数個の主回路パターンが連結された状態で、前記半導体装置を形成する工程とを備える
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に電力用の半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の電力用半導体モジュールの構成を示す側断面図である。例えばセラミック製の絶縁基板１は、その上面に銅の主回路パターン２が形成され、下面には銅板３がコーティングされている。絶縁基板１は、銅板３を介して銅ベース版４に半田５によって半田付けされる。主回路パターン２上には装置外部と電気的に接続するための主回路端子６ａ，６ｂがそれぞれ半田付けされる。さらに、主回路端子６ｂ上には、半導体素子が形成されたシリコンチップ７が設置される。このときシリコンチップ７はその種類に応じて、主回路端子６ａ上に直接半田付けされたり、ヒートシンク８を介して半田付けされる。さらに、シリコンチップ７と主回路端子６ｂとはワイヤ９を解して電気的に接続されている。
【０００３】
また、図９は従来の電力用半導体モジュールの構成の他の例を示す側断面図である。この図において、図８と同様の機能を有する要素には同一符号を付しているので、それらの詳細な説明は省略する。この例では、銅ベース板４並びに主回路端子６ａ，６ｂがケース５１と一体化した構造を有している。電力用半導体モジュール本体はパッケージの内部に形成され、主回路端子６ａ，６ｂとはワイヤ９により接続されている。また、ケース５１の内部には絶縁用のゲル５２が封入され、樹脂５３及び蓋５４により密閉される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電力用半導体モジュールは、多品種の材料及び部品から成る多層構造を有しているため、電力用半導体モジュールの形状は大きくなってしまう。
【０００５】
また、それら多くの部品同士を接続するために、多くの個所で半田付けやワイヤによる接続が必要であるので、その組立には相当の時間を要するという問題が生じていた。この問題は、例えば、顧客から仕様の変更の要求があった場合、従来の電力用半導体モジュールは、組立工程途中において仕様を変更することが不可能であり、再度製造ラインに投入し直す必要があるために、製品供給スピードの低下を招く大きな原因となっている。
【０００６】
さらに、従来の電力用半導体モジュールが、各製品毎に構造が大きく異なるために、顧客から仕様の変更の要求に対応するのが困難であることも製品供給スピードを低下させる原因となっている。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、装置形状の小型化並びに製品供給スピードの向上に寄与できる電力用の半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、前記主回路パターンの外部接続端子部分の一部または全部の厚さが、他の部分よりも厚いことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、前記主回路パターンの外部接続端子部分は、前記絶縁基板の外側の領域において、前記絶縁基板に対し上方向へ屈曲した形状を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する主回路パターンと、前記主回路パターン上に固定された半導体チップとを備える半導体装置であって、前記主回路パターンの外部接続端子部分は、前記絶縁基板の外側の領域において、前記絶縁基板に対し水平方向へ屈曲した形状を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に固定され、その一部に装置外部と電気的に接続するための外部接続端子を有する互いに同形状の少なくとも一対の主回路パターンと、前記主回路パターン上に固定され、ゲート電極を有する半導体チップと、前記絶縁基板上に固定され、前記ゲート電極と装置外部とを電気的に接続するための互いに同形状の少なくとも一対のゲート端子とを備える半導体装置であって、対となる互いに同形状の前記主回路パターン同士および前記ゲート電極同士が、対称に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の半導体装置は、請求項４に記載の半導体装置であって、前記主回路パターンの前記外部接続端子における装置外部との接続部分と、前記ゲート端子における装置外部との接続部分とが、前記絶縁基板に平行な同一平面上に配置されないように、前記外部接続端子および前記ゲート端子のうち少なくともどちらか片方が屈曲することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の半導体装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置が、前記外部接続端子を介して複数個連結することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法は、請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、（ａ）前記外部接続端子を介して複数個連結した前記主回路パターンを準備する工程と、（ｂ）前記複数個の主回路パターンが連結された状態で、前記半導体装置を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、本実施の形態に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。電力用半導体モジュールの小型化を図るためには、部品点数の削減を図ることは有効である。例えば、図１（ａ）に示すように絶縁基板１上に形成される主回路パターン２０，２０ｂの一部を延長し、装置外部と電気的に接続するための主回路端子の機能を持たせる。即ち、主回路パターン２０ａ，２０ｂは、その一部に外部接続端子としての主回路端子を有する。言い換えれば、主回路パターン２０ａ，２０ｂは、それぞれ図８における主回路パターン２の機能と、主回路端子６の機能とを兼ね備える。つまり、従来装置に比べ部品点数が減り小型化に寄与できる。それに伴い、組立工程数も減るために製品提供スピードの向上も図ることができる。
【００１６】
また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電力用半導体モジュールの上面図である。この図において図１（ａ）と同一の要素には同一符号を付してある。なお、１０はシリコンチップ７のゲート電極を装置外部と電気的に接続するためのゲート端子であり、主回路パターン２０ａａ、２０ｂと同様に絶縁基板１上に固定される。ゲート端子１０は、ワイヤ９を介してシリコンチップ７のゲート電極に接続される。
【００１７】
本実施の形態においては、さらに図２（ａ），（ｂ），（ｃ）のように、主回路パターン２０ａ，２０ｂにおける主回路端子部の一部又は全部を他の部分よりも厚くする。それにより、主回路パターン２０ａ，２０ｂによる放熱性能が向上し、その結果、図１の構造からさらにヒートシンク８を削除することが可能になる。言い換えれば、主回路パターン２０ａ，２０ｂは、ヒートシンク８の機能も兼ね備える。
【００１８】
以上のように、本実施の形態によれば、電力用半導体モジュールにおける部品点数の削減による装置の小型化および、組立工程数の削減による製品提供スピードの向上に寄与できる。
【００１９】
＜実施の形態２＞
例えば図１に示した主回路パターン２０ａ，２０ｂのように、その主回路端子部分が上方向に直立する場合、上方向からの外力を緩和するベンド効果が低い。そのため、主回路端子毎に接触状態の差が生じ易く、端子によっては接触不良となる恐れもある。また、当該端子部分に外力が加わった場合、その外力が装置本体に伝わりやすいため、装置本体の破損を招く恐れもある。従来、そのような問題を回避するために、主回路端子上部に例えばＳ字型のベンドを設ける等の対応がなされていた。しかし、それにより部品点数の増加を招くこととなる。
【００２０】
そこで、本実施の形態では、図３のように主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分を絶縁基板１の外側から上方向へ屈曲させる。主回路端子部分をこのような形状とすると、上方向からの外力が加わった場合、当該主回路端子部分における絶縁基板１の水平方向に突き出た部分の撓りによって、当該外力を吸収することができる。つまり、部品点数を増加させることなく、主回路端子部分のベンド効果を向上させることができる。
【００２１】
よって、結果として電力用半導体モジュールにおける部品点数の削減による装置の小型化および、組立工程数の削減による製品提供スピードの向上に寄与できる。また、主回路端子部分の形状も比較的単純であるため、主回路パターン２０ａ，２０ｂの加工が容易であるという効果もある。
【００２２】
さらに、主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分を、絶縁基板１の外側の領域で曲げる方向を、図４のように左右方向（即ち、絶縁基板１に対し水平方向）とすると、装置外部の例えばブスバーや他の装置との接続位置の自由度が増し、当該電力用半導体モジュールの汎用性が向上するという効果も得られる。
【００２３】
また、主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分を屈曲させる位置を絶縁基板１の外側とすることは、例えば電力用半導体モジュール本体を蔽うパッケージの形状の変更を必要としないため、顧客からの要望に応じた製品供給スピードの低下を抑えることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、主回路パターン２０ａ，２０ｂを絶縁基板１に固定した後で主回路端子部分を屈曲させるものであってもよいし、予め主回路端子部分が屈曲した主回路パターン２０ａ，２０ｂを用いて装置の組立を行うものであってもよい。前者の場合は屈曲のための工程が必要となるために製造工程数が増加するが、製造者が準備しておく部品の種類数の増加は抑えられる。逆に後者の場合は、部品の種類数は増加するが、製造工程数の増加は抑えられる。
【００２５】
＜実施の形態３＞
図５は、実施の形態３に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。本実施の形態では、図５（ａ）に示すようにゲート端子１０を左右両方に形成することで、当該電力用半導体モジュールの絶縁基板１上から突き出す外部端子構造（主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分およびゲート端子１０）を左右対称にする。それにより、電力用半導体モジュールの外部端子構造の機能変更対し、パッケージ等の形状の変更をすることなく対応しやすくなり、顧客からの要望に応じた製品供給スピードの低下を抑えることができる。
【００２６】
さらに図５（ｂ）のように一対の主回路パターン２０ａと２０ｂとの形状を互いに同一にし、主回路パターン２０ａと２０ｂとを対称に配置すると共に、二つのゲート電極１０を対称に配置する。それによって、上記の効果に加え、主回路パターンの形状が統一されて標準化が図れ、製造者が準備しておく部品の種類数を抑えることができる。
【００２７】
またさらに、本実施の形態に係る電力用半導体モジュールにおいて、主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分における外部との接続部分と、ゲート端子における外部との接続部分との高さが異なるように、即ち、絶縁基板に平行な同一平面上に配置されないように、当該主回路端子部分およびゲート端子のうち少なくともどちらか片方を屈曲させると、電力用半導体モジュールの外部との接続が容易になる。
【００２８】
図６はその効果を説明するための図である。例えば、電力用半導体モジュールが平行直線形状のブスバーに接続される場合を考える。図６（ａ）のように、主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子部分を屈曲させてゲート端子１０の高さと異なるようにすると、ブスバー１５ａに接続する主回路端子部分が、ゲート端子１０が接続するブスバー１５ｂと接触することを防止できる。また、図６（ｂ）のようにゲート端子１０を屈曲させても同様の効果を得ることができる。但し、一般にゲート端子１０は比較的厚さが薄く屈曲の加工が容易であるので、ゲート端子１０のみを屈曲させる形態の場合は、特に生産効率の向上を図ることができる。
【００２９】
＜実施の形態４＞
図７は、実施の形態４に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。同図に示すように、電力用半導体モジュールは、主回路パターン２０ａ，２０ｂの主回路端子を介して複数個連結された状態で製造される。そして、電力用半導体モジュールの必要個数だけ切断して使用され、或いは、顧客に提供される。
【００３０】
また、電力用半導体モジュールの製造は、主回路端子を介して複数個連結した主回路パターンを用い、当該複数個の主回路パターンが連結された状態で行われる。つまり、その製造過程では、主回路パターンが平行して並んだ状態となるので一度に複数個の製品を製造することが可能になる。
【００３１】
また、製造ラインに主回路パターンを投入する際は、複数個連結した主回路パターンから必要な数だけ切断して投入すればよく、多数の主回路パターンの提供を効率良く行うことができる。特に、例えば上記した実施の形態３の電力用半導体モジュールのように主回路パターンの形状が標準化された場合、予め準備しておく主回路パターンの種類の数を抑えられる分、同一種類の主回路パターンの使用頻度が高くなることが考えられ、本実施の形態に係る主回路パターンの適用は有効である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の半導体装置によれば、主回路パターンの外部接続端子部分の一部または全部の厚さが、他の部分よりも厚いので、主回路パターンの外部接続端子部分による放熱性能が向上し、ヒートシンクの機能も兼ね備えることができる。よって、電力用半導体モジュールにおける部品点数の削減による装置の小型化および、組立工程数の削減による製品提供スピードの向上に寄与できる。
【００３３】
請求項２に記載の半導体装置によれば、主回路パターンの外部接続端子部分は、絶縁基板の外側の領域において、絶縁基板に対し上方向へ屈曲した形状を有するので、外部接続端子部分における絶縁基板から外部に突き出た部分の撓りによって、上方向からの外力を吸収することができる。つまり、部品点数を増加させることなく、外部接続端子部分のベンド効果を向上させることができる。結果として電力用半導体モジュールにおける部品点数の削減による装置の小型化および、組立工程数の削減による製品提供スピードの向上に寄与できる。また、外部接続端子を屈曲させる位置を絶縁基板の外側とすることで、例えば電力用半導体モジュール本体を蔽うパッケージの形状の変更を必要としないため、顧客からの要望に応じた製品供給スピードの低下を抑えることができる。
【００３４】
請求項３に記載の半導体装置によれば、主回路パターンの外部接続端子部分は、絶縁基板の外側の領域において、絶縁基板に対し水平方向へ屈曲した形状を有するので、装置外部の例えばブスバーや他の装置との接続位置の自由度が増し、当該電力用半導体モジュールの汎用性が向上するという効果がある。また、外部接続端子を屈曲させる位置を絶縁基板の外側とすることで、例えば電力用半導体モジュール本体を蔽うパッケージの形状の変更を必要としないため、顧客からの要望に応じた製品供給スピードの低下を抑えることができる。
【００３５】
請求項４に記載の半導体装置によれば、対となる互いに同形状の主回路パターン同士およびゲート電極同士が、対称に配置されるので、外部端子構造が対象となり、その機能変更対しパッケージ等の形状の変更をすることなく対応しやすくなり、顧客からの要望に応じた製品供給スピードの低下を抑えることができる。また、主回路パターンの形状が統一され標準化が図れ、製造者が準備しておく部品の種類数を抑えることができる。
【００３６】
請求項５に記載の半導体装置によれば、請求項４に記載の半導体装置において、主回路パターンの外部接続端子における装置外部との接続部分と、ゲート端子における装置外部との接続部分とが、絶縁基板に平行な同一平面上に配置されないように、外部接続端子およびゲート端子のうち少なくともどちらか片方が屈曲するので、例えばブズバ−や他の装置との接続が容易になる。また一般的に、ゲート端子は比較的薄い形状であるため、ゲート端子のみを屈曲させる形態の場合は特に生産効率の向上を図ることができる。
【００３７】
請求項６に記載の半導体装置によれば、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置が、外部接続端子を介して複数個連結するので、その製造過程では、主回路パターンが平行して並んだ状態となるので一度に複数個の製品を製造することが可能になる。
【００３８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法によれば、請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、（ａ）外部接続端子を介して複数個連結した主回路パターンを準備する工程と、（ｂ）複数個の主回路パターンが連結された状態で、半導体装置を形成する工程とを備えるので、主回路パターンが平行して並んだ状態となるので一度に複数個の半導体装置を製造することが可能になる。また、製造ラインに主回路パターンを投入する際は、複数個連結した主回路パターンから必要な数だけ切断して投入すればよく、多数の主回路パターンの提供を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図２】実施の形態１に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図３】実施の形態２に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図４】実施の形態２に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図５】実施の形態３に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図６】実施の形態３に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図７】実施の形態４に係る電力用半導体モジュールを説明するための図である。
【図８】従来の電力用半導体モジュールの構成を示す側断面図である。
【図９】従来の電力用半導体モジュールの構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
１　絶縁基板、３　銅板、４　銅ベース板、５　半田、７　シリコンチップ、８　ヒートシンク、９　ワイヤ、１０　ゲート端子、１５ａ，１５ｂ　ブスバー、２０ａ，２０ｂ　主回路パターン。
【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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