扁平型半导体装置和使用该装置的电力变换装置制造方法及图纸

从内置在扁平型管壳内的多个半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线和用于将其与主电极布线绝缘的绝缘用部件具有兼有在扁平型管壳内的各半导体芯片的定位的功能。此外，将一体型的控制电极布线网容纳在管壳的共同电极内部，通过将从各半导体芯片上的控制电极引出的上述引出电极与其连接，可以使非常多的栅极信号布线的处理简化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将多个半导体芯片并联连接组装到1个管壳中的扁平型半导体装置和使用该装置的电力变换装置。
技术介绍
使用半导体电子技术控制主电路电流的电力电子技术已应用在广泛的领域，并且其应用领域正在扩大。特别是，近年来作为利用向MOS栅极的输入信号控制主电流的MOS控制器件的绝缘栅型双极性晶体管(以下，简称为IGBT)及MOS型场效应晶体管(以下，简称为MOSFET)等受到注目，例如，IGBT作为电力开关器件在电机PWM控制反相器的应用等中已在广泛地使用。在这样的MOS控制器件中，在半导体芯片的第1主面上并列地形成主电极(发射极)和控制电极(栅极)，在第2主面上形成另一方的主电极(集电极)。因此，在组装这些电极时，必须将第1主面上的主电极和控制电极分别分离并通过外部导出端子而引出。因此，在现有的称为模块结构的IGBT等的组件形态下，通常将半导体芯片的第2主面的主电极直接全部安装到兼作散热体用的金属基板上，同时，利用铝等导线将第1主面上的主电极(发射极)和控制电极(栅极)键合到设置在管壳上的发射极和栅极用的外部导出端子之间，向管壳外部引出。最近，伴随芯片的大型化，越来越要求大容量化，为了扩大容量，开发了将多个(数个～10个左右)IGBT芯片并列到同一个管壳内利用引线而将它们的电极相互并联连接的模块结构组件。但是，在这样的模块型组件的情况下，由于只使在元件内部发生的热从管壳的一个面即直接安装在金属基板上的集电极侧散逸，所以，通常热阻大，对所能安装的芯片的散热量或电流容量有限制。另外，随着电流容量增大，与发射极连接的键合金属线的条数也增多，所以，内部布线电感将增大，这样，在进行开关工作时将发生大的电涌。此外，随着元件数增多，键合的导线的布线将变得复杂，在容器内容易引起断线、短路等现象，另外，由于导线细，在流过电流时，也容易由于发热而引起断线等问题。作为解决上述问题的方法，已提出了将IGBT组装到扁平型的管壳内、使在其主面上形成的发射极和集电极分别与设置在管壳侧的上下电极板进行面接触而引出的加压接触结构的管壳。例如，在富士时报的Vol.69，No.5(1996)中登载了安装12个半导体芯片(9个IGBT和3个二极管)的耐压2.5kV、电流容量1kA的扁平型IGBT管壳，另外，在特开平7-94673号公报中公开了将5个IGBT和1个二极管并列组装的扁平型IGBT组件。该组件结构的代表例示于图17。各芯片1、2的第2主面(集电极侧)用焊锡62键合到设置在组件的共同电极板(Cu)8上的1块电极用基板(Mo)61上，第1主面(发射极侧)通过与各芯片分离的个别的接触端子体(Mo)63、64与组件的共同电极(Cu)7连接。各半导体芯片在管壳内的定位是通过将定位导轨66嵌入到在上述电极用基板(Mo)61上的芯片固定区域的周围形成的狭缝65中以直立状态固定支撑于指定位置而进行。即，将该定位导轨66作为外框导轨将半导体芯片1、2和接触端子体63、64保持在指定位置。各半导体芯片的控制电极(栅极)是利用键合引线69与设置在集电极用基板61的周边部的布线台67上的布线网68连接的。此外，为了避免与该引线接触，在接触端子体63上形成凹状切口部。另一方面，在特开平8-88240号公报的实施例中，公开了安装了21个半导体芯片(9个IGBT和12个二极管)的扁平型IGBT组件。该组件结构的代表例示于图18。各芯片1、2的第2主面(集电极侧)安装到设置在组件的共同电极板(Cu)8上的1块电极用基板(Mo)61上，第1主面(发射极侧)通过与各芯片分离的个别的压接板(Mo)63、64与组件的共同电极板(Cu)7连接。各半导体芯片在管壳内的定位，使用设置在各半导体芯片上的芯片框70进行。即，将各个芯片框70安装到各半导体芯片的外周边部，使该芯片框相互嵌合而将各芯片配置到同一平面上，此外，通过使用外部框71将所配置的芯片的最外周包围，从而最后决定各芯片的位置。各芯片框可以将芯片和压接板63、64固定，外部框71可以准确地保持栅极4的位置关系。探针72的尖端与各半导体芯片的栅极部4接触，由使用插孔73与其连接的各芯片的栅极引线74个别地向管壳外周部布线。另一方面，在发射极侧电极板7的内表面(压接面)上，在芯片之间相邻接的部分(与半导体芯片相对的部分的周围)形成槽75，将上述多条栅极引线74配置到该槽75内。如上所述，按照扁平型管壳结构，与现有的模块型的管壳相比，在以下几个方面得到了改善。即，1)主电极的连接不是引线键合，提高了连接的可靠性，2)连接导体的电感和电阻小了，3)由于可以从两面将半导体芯片冷却，所以，可以提高冷却效率等。但是，在为了实现大容量化而并联连接的半导体芯片的数目进一步增多时，即实际装配到同一管壳内的半导体元件的数目达到数十个到上百个以上从而容量非常大、管壳体积很大时，使用上述已知例的管壳方式，各芯片难于准确地定位，由于应处理的栅极布线的条数非常多，所以，栅极布线的处理将非常困难。另外，由布线电感引起的栅极电路发生的噪音等问题也不可忽视。此外，为了适应高耐压的要求而提高芯片的耐压时，通常，由于发热增大，因构成管壳的部件之间的热膨胀系数不同引起的位置偏离等影响将更为严重。因此，实现高耐压、大电流容量的大型管壳的是非常困难的。本专利技术就是鉴于上述问题而提出的，以将多个半导体芯片组装到1个扁平型管壳内的扁平型半导体装置为对象，第1个目的旨在提供在大型的扁平型管壳内以高精度并且简便而低成本地进行超多芯片定位的方法；第2个目的在于使内置了多个芯片的组件的栅极信号布线的处理简单化和高可靠化。另外，第3个目的旨在提供使用了通过上述处理得到的半导体装置的特别是适合于大容量的系统的电力变换装置。专利技术的公开上述第1个目的可以通过将兼有在扁平型管壳内各半导体芯片定位的功能赋予从各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线和用于使其与主电极布线绝缘的绝缘用部件而实现。理想的情况是，可以通过采用以下结构而实现。即，在介于半导体芯片的第1主电极间的中间电极上形成贯通孔或切口，通过与主电极布线绝缘用的绝缘用部件将从上述各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线与在该中间电极上形成的贯通孔(或切口)和在与第1主电极相对的共同电极板上形成的孔(或槽)相连接，从而兼有从半导体芯片的控制电极引出的控制电极布线引出和将上述中间电极与共同电极板的相互位置定位于指定位置的功能。另外，关于作为第2个目的的应从各半导体芯片引出的多条控制电极布线的处理，可以通过将控制电极布线网容纳于组件的共同电极内部而将从各半导体芯片的控制电极引出的引出电极与其连接而解决。最好在上述组件的共同电极内部形成的控制电极布线网是一体化的，在共同电极的表面的槽内部形成，该槽穿过与相对的半导体芯片上的控制电极位置对应的位置，此外，与上述控制电极布线网的上述引出电极电气连接的面朝向半导体芯片侧形成。此外，通过使用内置本专利技术的MOS控制器件(例如，IGBT)的多芯片的高耐压、大电流容量的扁平型半导体装置，与现有的使用在高耐压、大电流容量的领域使用的GTO等的电力变换装置相比，可以实现大幅度地减小装置的体积和成本的大容量电力变换装置。附图的简单说明图1是本专利技术实施例1的半导体装置的剖面图。图2是表示中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将在第１主面上具有第１主电极和控制电极、在第２主面上具有第２主电极的多个半导体芯片并列地配置并组装到利用绝缘性的外筒对在两面露出的一对共同电极板之间进行外部绝缘的扁平型管壳中的扁平型半导体装置，其特征在于：从各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线和用于将其与主电极布线绝缘的绝缘用部件对该共同电极板的至少一方具有兼有各半导体芯片的定位功能的结构。

【技术特征摘要】
1.一种将在第1主面上具有第1主电极和控制电极、在第2主面上具有第2主电极的多个半导体芯片并列地配置并组装到利用绝缘性的外筒对在两面露出的一对共同电极板之间进行外部绝缘的扁平型管壳中的扁平型半导体装置，其特征在于从各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线和用于将其与主电极布线绝缘的绝缘用部件对该共同电极板的至少一方具有兼有各半导体芯片的定位功能的结构。2.一种将在第1主面上具有第1主电极和控制电极、在第2主面上具有第2主电极的多个半导体芯片并列地配置并组装到利用绝缘性的外筒对在两面露出的一对共同电极板之间进行外部绝缘的扁平型管壳中的扁平型半导体装置，其特征在于至少在各半导体芯片的主电极与和其相对的共同电极板之间的第1主电极一侧装配兼有导电和散热的功能的中间电极，从上述各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线和用于将其与主电极布线绝缘的绝缘用部件对该共同电极板的至少一方具有兼有该第1主电极侧中间电极的定位功能的结构。3.如权利要求2所述的扁平型半导体装置，其特征在于用于将从上述各半导体芯片上的控制电极引出的控制电极布线与主电极布线绝缘的绝缘用部件，具有通过将在上述第1主电极侧中间电极上形成的贯通孔或切口部与在和该半导体芯片的第1主电极相对的共同电极板的指定位置上形成的孔或槽连接来确定该中间电极与共同电极板的相互位置的结构。4.一种将在第1主面上至少具有第1主电极、在第2主面上具有第2主电极的多个半导体芯片并列地配置并组装到利用绝缘性的外筒对在两面露出的一对共同电极板之间进行外部绝缘的扁平型管壳中的扁平型半导体装置，其特征在于至少在各半导体芯片的主电极与和其相对的共同电极板之间的第1主电极侧装配兼有导电和散热的功能的中间电极，此外，还具有通过将在上述第1主电极侧中间电极上形成的贯通孔或切口部与在和该半导体芯片的第1主电极相对的共同电极板的指定位置上...

【专利技术属性】
技术研发人员：児玉弘则，长洲正浩，井上広一，大曾根靖夫，上田茂太，山田一二，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]