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JP7427927B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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JP7427927B2 JP2019209131A JP2019209131A JP7427927B2 JP 7427927 B2 JP7427927 B2 JP 7427927B2 JP 2019209131 A JP2019209131 A JP 2019209131A JP 2019209131 A JP2019209131 A JP 2019209131A JP 7427927 B2 JP7427927 B2 JP 7427927B2
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Description

本発明は、パワー半導体素子等を搭載する半導体装置(半導体モジュール)に関する。 The present invention relates to a semiconductor device (semiconductor module) equipped with a power semiconductor element and the like.

従来の一般的な半導体モジュールは、セラミクス絶縁基板の片面に半導体チップが搭載され、内部では、ワイヤボンディングやリボンボンディング、リードフレーム接続で配線される(特許文献1の図15参照)。セラミクス絶縁基板は、熱拡散機能を持つ金属ベースに搭載され、主に樹脂のケースで覆われ、ケースの内部はゲルを満たすことで、絶縁性を向上させている。特許文献1の図15では、模式的に1個の半導体チップを記載しているが、複数の半導体チップを並列に搭載することもある。また、特許文献1の図15では、1回路分だけ記載しているが、必要に応じて、2回路分の半導体素子が入ったいわゆる2in1構成や、6回路分の半導体素子が入った6in1構成等になることもある。 A conventional general semiconductor module has a semiconductor chip mounted on one side of a ceramic insulating substrate, and is internally wired by wire bonding, ribbon bonding, or lead frame connection (see FIG. 15 of Patent Document 1). The ceramic insulating substrate is mounted on a metal base with a heat diffusion function, and is covered with a mainly resin case.The inside of the case is filled with gel to improve insulation. Although FIG. 15 of Patent Document 1 schematically shows one semiconductor chip, a plurality of semiconductor chips may be mounted in parallel. Although FIG. 15 of Patent Document 1 only shows one circuit, if necessary, a so-called 2-in-1 configuration containing semiconductor elements for two circuits, or a 6-in-1 configuration containing semiconductor elements for six circuits may be used. etc.

一方、特許文献1の図15に記載の半導体装置に搭載される半導体チップを構成する半導体の中で、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga)等のワイドバンドギャップ半導体は、シリコン(Si)に比べて、高速動作、低損失、高耐熱等の特徴がある。しかし、ワイドバンドギャップ半導体は、結晶欠陥の多さからチップを大型化すると歩留まりが低下してコストが増大するため、一般的に小型である。そのため、ワイドバンドギャップ半導体は、接続用パッドも小さく、リボンボンディングやリードフレームはおろか、太いワイヤボンディングも難しいため、スイッチングできる電流(定格電流)に見合わない細いワイヤを使う必要がある。 On the other hand, among the semiconductors constituting the semiconductor chip mounted on the semiconductor device shown in FIG. Bandgap semiconductors have characteristics such as high speed operation, low loss, and high heat resistance compared to silicon (Si). However, wide bandgap semiconductors are generally small because they have many crystal defects and increasing the size of the chip lowers the yield and increases the cost. For this reason, wide bandgap semiconductors have small connection pads, making it difficult to perform ribbon bonding, lead frames, or even thick wire bonding, which necessitates the use of thin wires that are not commensurate with the switching current (rated current).

製造コストを度返しして、ワイドバンドギャップ半導体のチップを大型化し、パッドサイズを確保して、リボンボンディングやリードフレーム接続する場合もある。しかし、接続面積が大きくなったところに、高耐熱の特徴を活かして広い温度域でパワーサイクルやヒートサイクルをかけると、チップと配線材料の熱膨張差が大きくなって、チップ電極部やはんだ等の接続部にクラックが入り易くなる。そのため、チップを大型化しても、Siより広い温度域、即ち高温で使うことができず、やはり本来の性能を活かし難い場合がある。そこで、特許文献1に見られるような小型チップを多数集約し、微細なピンを半導体チップのパッドに接続する例もある。 In some cases, manufacturing costs are increased to increase the size of wide bandgap semiconductor chips, ensure pad size, and perform ribbon bonding or lead frame connections. However, when the connection area is increased and power cycles or heat cycles are applied over a wide temperature range by taking advantage of its high heat resistance, the difference in thermal expansion between the chip and wiring material increases, causing chip electrodes, solder, etc. Cracks are likely to occur at the connections. Therefore, even if the chip is made larger, it cannot be used in a wider temperature range than Si, that is, at high temperatures, and it may still be difficult to take advantage of its original performance. Therefore, there is an example in which a large number of small chips are aggregated and minute pins are connected to the pads of the semiconductor chips, as shown in Patent Document 1.

特許文献1には、複数のパワー半導体チップが実装された複数の導電パターン部材と、導電パターン部材との対向面にパワー半導体チップ及び導電パターン部材にそれぞれ接続する複数の棒状導電接続部材を配置したプリント基板とを備える半導体装置が記載されている。特許文献2には、絶縁基板と、絶縁基板に固着された金属ブロックと、金属ブロックに固着された、ワイドバンドギャップ半導体を用いた複数の半導体素子と、半導体素子に固着された複数のインプラントピンと、インプラントピンに固着され、半導体素子に対向して配置されたプリント基板と、半導体素子とプリント基板の間に配置された封止材とを備える半導体装置が記載されている。また、特許文献3には複数の半導体素子の第1の主電極に第1の共通主電源板を電気的に接続し、第2の主電極に第2の共通主電源板を電気的に接続し、複数の半導体素子を圧接した状態で収納している圧接型半導体装置が記載されている。特許文献4には、半導体素子の複数を並列に接続し、半導体素子の出力電極の複数を互いに接続した出力電極接続体と、半導体素子の共通電極の複数を互いに接続した共通電極接続体とを備える半導体集積回路が記載されている。特許文献5には、半導体装置の第1及び第2主回路電極にそれぞれ接続された第1及び第2電極導体を備え、半導体装置が複数個の半導体素子を組み合わせた状態になっている平形半導体装置が記載されている。非特許文献1には、セラミック基板に厚銅板を貼り合わせた放熱基板にパワーチップを搭載し、パワーチップを銅ピンでパワー基板に接続したパワーモジュールが記載されている。 Patent Document 1 discloses a plurality of conductive pattern members on which a plurality of power semiconductor chips are mounted, and a plurality of rod-shaped conductive connection members that are connected to the power semiconductor chips and the conductive pattern members, respectively, on a surface facing the conductive pattern members. A semiconductor device including a printed circuit board is described. Patent Document 2 discloses an insulating substrate, a metal block fixed to the insulating substrate, a plurality of semiconductor elements using a wide bandgap semiconductor fixed to the metal block, and a plurality of implant pins fixed to the semiconductor element. , a semiconductor device is described that includes a printed circuit board fixed to an implant pin and disposed facing a semiconductor element, and a sealing material disposed between the semiconductor element and the printed circuit board. Furthermore, in Patent Document 3, a first common main power supply board is electrically connected to a first main electrode of a plurality of semiconductor elements, and a second common main power supply board is electrically connected to a second main electrode of a plurality of semiconductor elements. However, a press-contact type semiconductor device is described in which a plurality of semiconductor elements are housed in a press-contact state. Patent Document 4 describes an output electrode connection body in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel, a plurality of output electrodes of the semiconductor elements are connected to each other, and a common electrode connection body in which a plurality of common electrodes of the semiconductor elements are connected to each other. A semiconductor integrated circuit comprising the following is described. Patent Document 5 discloses a flat semiconductor device including first and second electrode conductors connected to first and second main circuit electrodes of a semiconductor device, and in which the semiconductor device is a combination of a plurality of semiconductor elements. The equipment is described. Non-Patent Document 1 describes a power module in which a power chip is mounted on a heat dissipation board made by bonding a thick copper plate to a ceramic board, and the power chip is connected to the power board with copper pins.

国際公開第2014/061211号International Publication No. 2014/061211 特開2012-191010号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-191010 特開2001-298152号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-298152 特開平6-349845号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-349845 特開平1-122146号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-122146

梨子田典弘,日向裕一朗,堀尾真史著,「All-SiCモジュール技術」,富士電機技報,2012年,vol.85,no.6,p.403-407Norihiro Nashida, Yuichiro Hinata, and Masashi Horio, “All-SiC Module Technology,” Fuji Electric Technical Report, 2012, vol. 85, no. 6, p. 403-407

特許文献1の図15の構成は、半導体モジュールメーカ側で必要な容量且つ回路構成になるように半導体チップを組み合わせ、ワイヤボンディング等の接続を行って、パッケージの外に端子を出しておくことで、ユーザは、微細な半導体チップ自体を取り扱う必要が無く、パッケージの端子にバスバー等の配線を機械的に取り付けるだけでよい。しかし、特許文献1の図15に記載の半導体装置は汎用的に作られるため、半導体チップ自体の大きさに比べて圧倒的に体積が大きく、内部配線が長くなる。 The configuration shown in FIG. 15 of Patent Document 1 is such that the semiconductor module manufacturer combines semiconductor chips to achieve the required capacity and circuit configuration, performs connections such as wire bonding, and exposes the terminals to the outside of the package. , the user does not need to handle the minute semiconductor chip itself, and only needs to mechanically attach wiring such as bus bars to the terminals of the package. However, since the semiconductor device shown in FIG. 15 of Patent Document 1 is manufactured for general purpose, the volume is overwhelmingly large compared to the size of the semiconductor chip itself, and the internal wiring becomes long.

これに対し、昨今のワイドバンドギャップ半導体の登場とその特性を生かす高速スイッチング化に対応するために、低インダクタンス化を目指して、配線の短縮が求められている。更に、電気自動車等の普及に伴い、インバータ等の装置の小型化要求の流れがある。そのため、汎用の半導体モジュールを使わず、ワイドバンドギャップ半導体専用モジュールを組む事例が増えているが、更に進んで、半導体チップそのものとコンデンサ等の一般電子回路部品、ひいては冷却フィンまで一体化することで、ユーザ側で高密度実装し、装置全体で配線の短縮と小型化を図る流れとなっている。 On the other hand, in order to respond to the recent appearance of wide bandgap semiconductors and high-speed switching that takes advantage of their characteristics, there is a need to shorten wiring with the aim of lowering inductance. Furthermore, with the spread of electric vehicles and the like, there is a trend toward miniaturization of devices such as inverters. For this reason, there are an increasing number of cases in which modules dedicated to wide bandgap semiconductors are assembled without using general-purpose semiconductor modules. , the trend is for high-density packaging on the user side to shorten wiring and downsize the entire device.

しかし、前述のように、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップのような小型のチップは、接続用パッドが小さく、一般的なSiチップで専用モジュールを組むユーザや、電子部品を組み立てる一般のユーザによって、自由に配線を行いにくいという課題がある。 However, as mentioned above, small chips such as semiconductor chips using wide bandgap semiconductors have small connection pads, and are not suitable for users who build dedicated modules with general Si chips or general users who assemble electronic components. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform wiring freely.

上記課題に鑑み、本発明は、半導体チップ単体を組み合わせた場合と同等の集積化が可能でありながら、その取扱いが容易なチップサイズパッケージを実現可能な半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can realize a chip-sized package that is easy to handle while allowing the same level of integration as a combination of individual semiconductor chips.

本発明の一態様は、(a)第1主電極と、第2主電極及び制御電極とを互いに対向する主面にそれぞれ有する複数の半導体チップと、(b)複数の半導体チップのそれぞれの第1主電極を一方の主面に搭載した第1共通電極と、(c)第1共通電極の一方の主面に対向する一方の主面を有するプリント基板と、(d)プリント基板の他方の主面に対向する一方の主面を有する第2共通電極と、(e)複数の半導体チップ及びプリント基板を封止し、且つ第2共通電極の他方の主面、及び第1共通電極の他方の主面を露出する封止部材と、(f)プリント基板に挿入され、複数の半導体チップのそれぞれの制御電極に一端が接続され、第2共通電極から他端が離間する複数の制御ピンと、(g)プリント基板に挿入され、複数の半導体チップのそれぞれの第2主電極に一端が接続され、第2共通電極に他端が接続された複数の主電流ピンと、(h)プリント基板に挿入され、前記プリント基板を介して一端が前記複数の制御ピンに電気的に接続され、前記封止部材から他端が露出する外部接続ピンとを備える半導体装置であることを要旨とする。 One aspect of the present invention provides (a) a plurality of semiconductor chips each having a first main electrode, a second main electrode, and a control electrode on mutually opposing main surfaces; (c) a printed circuit board having one main surface opposite to one main surface of the first common electrode; and (d) the other main surface of the printed circuit board. (e) a second common electrode having one main surface facing the main surface; and (e) sealing a plurality of semiconductor chips and a printed circuit board, and the other main surface of the second common electrode and the other of the first common electrode. (f) a plurality of control pins inserted into the printed circuit board, one end of which is connected to each control electrode of the plurality of semiconductor chips, and the other end of which is spaced apart from the second common electrode; (g) a plurality of main current pins inserted into the printed circuit board, one end of which is connected to the second main electrode of each of the plurality of semiconductor chips, and the other end of which is connected to the second common electrode; and (h) inserted into the printed circuit board. and an external connection pin whose one end is electrically connected to the plurality of control pins via the printed circuit board and whose other end is exposed from the sealing member.

本発明によれば、半導体チップ単体を組み合わせた場合と同等の集積化が可能でありながら、その取扱いが容易なチップサイズパッケージを実現可能な半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that can achieve the same level of integration as a combination of individual semiconductor chips, and yet can realize a chip size package that is easy to handle.

本発明の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の他の斜視図である。FIG. 3 is another perspective view of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の内部構造の斜視図である。1 is a perspective view of an internal structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の内部構造の分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of the internal structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の内部構造の他の分解斜視図である。FIG. 3 is another exploded perspective view of the internal structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の側面図である。1 is a side view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の第1共通電極及び半導体チップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a first common electrode and a semiconductor chip of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置のプリント基板の配線層を省略した平面図である。1 is a plan view of a printed circuit board of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, with wiring layers omitted; FIG. 本発明の実施形態に係る半導体装置のプリント基板の平面図である。1 is a plan view of a printed circuit board of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の第2共通電極の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a second common electrode of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の適用例の側面図である。1 is a side view of an application example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 第1比較例に係る半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first comparative example. 第2比較例に係る半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second comparative example. 本発明の実施形態の第1変形例に係る半導体装置の側面図である。FIG. 7 is a side view of a semiconductor device according to a first modification of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の第2変形例に係る半導体装置の側面図である。FIG. 7 is a side view of a semiconductor device according to a second modification of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の第3変形例に係る半導体装置の第2共通電極の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a second common electrode of a semiconductor device according to a third modification of the embodiment of the present invention. 図16のA-A方向から見た断面図である。17 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 16. FIG.

以下において、図面を参照して実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to in the following description, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols. However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between thickness and planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, etc. are different from reality. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined with reference to the following explanation. Furthermore, it goes without saying that the drawings include portions with different dimensional relationships and ratios.

また、本明細書において、半導体チップ(半導体素子)の「第1主電極」とは、半導体チップが電界効果トランジスタ(FET)や静電誘導トランジスタ(SIT)の場合には、ソース電極又はドレイン電極のいずれか一方となる、主電流が流入若しくは流出する電極を意味する。半導体チップの「第1主電極」とは、半導体チップに主電流が流入若しくは流出する電極を意味する。例えば、半導体チップが絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)の場合には、「第1主電極」はエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方となる電極に対応する。半導体チップが静電誘導(SI)サイリスタやゲートターンオフ(GTO)サイリスタの場合には、「第1主電極」はアノード電極又はカソード電極のいずれか一方となる電極を意味する。また、半導体チップの「第2主電極」とは、半導体チップがFETやSITであれば、上記第1主電極とはならないソース電極又はドレイン電極のいずれか一方となる電極を意味する。IGBTにおいては、「第2主電極」は上記第1主電極とはならないエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方となる電極を意味する。SIサイリスタやGTOサイリスタにおいては、「第2主電極」は上記第1主電極とはならないアノード電極又はカソード電極のいずれか一方となる電極を意味する。このように、半導体チップの「第1主電極」がソース電極であれば、「第2主電極」はドレイン電極を意味する。半導体チップの「第1主電極」がエミッタ電極であれば、「第2主電極」はコレクタ電極を意味する。半導体チップの「第1主電極」がアノード電極であれば、「第2主電極」はカソード電極を意味する。MISFET等で対称構造の半導体チップとなる場合は、バイアス関係を交換すれば「第1主電極」の機能と「第2主電極」の機能を交換可能な場合もある。 In addition, in this specification, the "first main electrode" of a semiconductor chip (semiconductor element) refers to a source electrode or a drain electrode when the semiconductor chip is a field effect transistor (FET) or a static induction transistor (SIT). means an electrode into which the main current flows or flows out. The "first main electrode" of a semiconductor chip means an electrode through which a main current flows into or out of the semiconductor chip. For example, when the semiconductor chip is an insulated gate bipolar transistor (IGBT), the "first main electrode" corresponds to an electrode that is either an emitter electrode or a collector electrode. When the semiconductor chip is a static induction (SI) thyristor or a gate turn-off (GTO) thyristor, the "first main electrode" means an electrode that becomes either an anode electrode or a cathode electrode. Moreover, the "second main electrode" of a semiconductor chip means an electrode that becomes either a source electrode or a drain electrode, but does not become the first main electrode, if the semiconductor chip is an FET or SIT. In an IGBT, a "second main electrode" means an electrode that does not become the first main electrode but becomes either an emitter electrode or a collector electrode. In an SI thyristor or a GTO thyristor, the "second main electrode" means an electrode that does not become the first main electrode but becomes either an anode electrode or a cathode electrode. In this way, if the "first main electrode" of the semiconductor chip is the source electrode, the "second main electrode" means the drain electrode. If the "first main electrode" of a semiconductor chip is an emitter electrode, the "second main electrode" means a collector electrode. If the "first main electrode" of a semiconductor chip is an anode electrode, the "second main electrode" means a cathode electrode. In the case of a semiconductor chip with a symmetrical structure such as a MISFET, the functions of the "first main electrode" and "second main electrode" may be interchangeable by exchanging the bias relationship.

<半導体装置の構成>
本発明の実施形態に係る半導体装置(半導体モジュール)は、図1に示すように、全体が封止部材10で覆われた略直方体形状を有する。本発明の実施形態に係る半導体装置の略直方体形状の同一の面において、封止部材10から第2共通電極9及び外部接続ピン8が露出している。以下においては、本発明の実施形態に係る半導体装置の第2共通電極9及び外部接続ピン8が露出する面の法線方向をZ軸方向とし、第2共通電極9及び外部接続ピン8が露出する面に連続し、且つ直交する面の法線方向をX軸方向とし、X軸方向及びZ軸方向に直交する方向をY軸方向と定義する。
<Configuration of semiconductor device>
As shown in FIG. 1, the semiconductor device (semiconductor module) according to the embodiment of the present invention has a substantially rectangular parallelepiped shape entirely covered with a sealing member 10. The second common electrode 9 and the external connection pin 8 are exposed from the sealing member 10 on the same surface of the substantially rectangular parallelepiped shape of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In the following, the normal direction of the surface where the second common electrode 9 and the external connection pin 8 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention are exposed is taken as the Z-axis direction, and the second common electrode 9 and the external connection pin 8 are exposed. The normal direction of a surface that is continuous with and perpendicular to the surface is defined as the X-axis direction, and the direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction is defined as the Y-axis direction.

図2に示すように、本発明の実施形態に係る半導体装置の略直方体形状の第2共通電極9及び外部接続ピン8が露出する面に対向する面において、封止部材10から第1共通電極1が露出している。 As shown in FIG. 2, the sealing member 10 connects the first common electrode to the surface opposite to the surface where the substantially rectangular parallelepiped-shaped second common electrode 9 and external connection pin 8 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention are exposed. 1 is exposed.

図3は、図1に示した本発明の実施形態に係る半導体装置の封止部材10の図示を省略し、封止部材10の外形のみを破線で示した場合の内部構造の斜視図である。図3に示した本発明の実施形態に係る半導体装置の内部構造を、第2共通電極9側から見た分解斜視図を図4に示し、第1共通電極1側から見た分解斜視図を図5に示す。 FIG. 3 is a perspective view of the internal structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, with illustration of the sealing member 10 omitted and only the outer shape of the sealing member 10 shown by broken lines. . FIG. 4 shows an exploded perspective view of the internal structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. Shown in Figure 5.

図4及び図5に示すように、第1共通電極1の一方の主面(素子搭載面)には、複数の接合材2を介して、複数の半導体チップ(半導体素子)3の一方の主面(非素子面)の第1主電極33が接合されている。接合材2の材料としては、例えばはんだや、銀(Ag)や銅(Cu)系の焼結材が使用可能である。複数の半導体チップ3の他方の主面(素子面)には、プリント基板5の一方の主面(素子対向面)が対向するように配置されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, one main surface (element mounting surface) of the first common electrode 1 is connected to one main surface of a plurality of semiconductor chips (semiconductor elements) 3 via a plurality of bonding materials 2. The first main electrode 33 on the surface (non-element surface) is bonded. As the material of the bonding material 2, for example, solder or a silver (Ag) or copper (Cu) based sintered material can be used. One main surface (element facing surface) of the printed circuit board 5 is arranged to face the other main surface (element surface) of the plurality of semiconductor chips 3 .

プリント基板5には、複数の制御ピン6、複数の主電流ピン7及び外部接続ピン8が挿入され、インプラント基板11を構成している。複数の制御ピン6及び複数の主電流ピン7の一端が、複数の接合材4を介して、複数の半導体チップ3の他方の主面(素子面)の制御電極31及び第2主電極32にそれぞれ接続されている。接合材4の材料としては、例えばはんだや、銀(Ag)や銅(Cu)系の焼結材が使用可能である。プリント基板5の他方の主面(非素子対向面)には、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)が配置されている。 A plurality of control pins 6, a plurality of main current pins 7, and external connection pins 8 are inserted into the printed circuit board 5, forming an implant board 11. One ends of the plurality of control pins 6 and the plurality of main current pins 7 are connected to the control electrode 31 and second main electrode 32 on the other main surface (element surface) of the plurality of semiconductor chips 3 via the plurality of bonding materials 4. each connected. As the material for the bonding material 4, for example, solder or a silver (Ag) or copper (Cu) based sintered material can be used. One main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 is arranged on the other main surface (non-element facing surface) of the printed circuit board 5 .

次に、本発明の実施形態に係る半導体装置のより詳細な構成を説明する。本発明の実施形態に係る半導体装置は、図6及び図7に示すように、複数の半導体チップ3a,3b,3c,3dと、複数の半導体チップ3a~3dを接合材2a,2b等を介して搭載した第1共通電極1を備える。接合材2a,2bは、図4及び図5に示した接合材2に含まれる。複数の半導体チップ3a~3dは、図4及び図5に示した複数の半導体チップ3に対応する。 Next, a more detailed configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIGS. 6 and 7, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a plurality of semiconductor chips 3a, 3b, 3c, and 3d, and a plurality of semiconductor chips 3a to 3d bonded together through bonding materials 2a, 2b, etc. A first common electrode 1 is provided. The bonding materials 2a and 2b are included in the bonding material 2 shown in FIGS. 4 and 5. The plurality of semiconductor chips 3a to 3d correspond to the plurality of semiconductor chips 3 shown in FIGS. 4 and 5.

半導体チップ3a~3dとしては、例えばIGBT、MOSトランジスタ、SIサイリスタ、GTOサイリスタ等が採用可能であるが、ここでは半導体チップ3a~3dがIGBTの場合を例示する。半導体チップ3a~3dは、例えば、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga)等のワイドバンドギャップ半導体基板で構成してもよく、シリコン(Si)基板で構成してもよい。 As the semiconductor chips 3a to 3d, for example, IGBTs, MOS transistors, SI thyristors, GTO thyristors, etc. can be employed, but here, a case where the semiconductor chips 3a to 3d are IGBTs will be exemplified. The semiconductor chips 3a to 3d may be configured with a wide bandgap semiconductor substrate such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or gallium oxide (Ga 2 O 3 ), or may be configured with a silicon (Si) substrate. You may.

図7に示すように、半導体チップ3a~3dのそれぞれは、一方の主面(非素子面)に対向する他方の主面(素子面)側に制御電極(ゲート電極)31a,31b,31c,31d及び第2主電極(エミッタ電極)32a,32b,32c,32dを有する。図7では図示を省略するが、半導体チップ3a~3dのそれぞれは、一方の主面(非素子面)側に第1主電極(コレクタ電極)を有する。 As shown in FIG. 7, each of the semiconductor chips 3a to 3d has control electrodes (gate electrodes) 31a, 31b, 31c, 31d and second main electrodes (emitter electrodes) 32a, 32b, 32c, and 32d. Although not shown in FIG. 7, each of the semiconductor chips 3a to 3d has a first main electrode (collector electrode) on one main surface (non-element surface) side.

半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極31a~31dは、制御電極31a~31dに印加される所定の制御信号に応じて、半導体チップ3a~3dのそれぞれの第2主電極32a~32dと第1主電極の間を流れる主電流を制御する。 The respective control electrodes 31a to 31d of the semiconductor chips 3a to 3d are connected to the second main electrodes 32a to 32d and the first main electrodes of the semiconductor chips 3a to 3d, respectively, according to a predetermined control signal applied to the control electrodes 31a to 31d. Controls the main current flowing between the main electrodes.

図7に示すように、半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極31a~31d同士が近接するように、半導体チップ3a~3dが配置されている。Y軸方向において、半導体チップ3a,3bの制御電極31a,31bを対向させて、半導体チップ3a,3bが隣接して配置されている。また、半導体チップ3c,3dの制御電極31c,31dを対向させて、半導体チップ3c,3dが隣接して配置されている。X軸方向において、半導体チップ3a,3cが同じ向きで隣接して配置されている。また、半導体チップ3b,3dが同じ向きで隣接して配置されている。 As shown in FIG. 7, the semiconductor chips 3a to 3d are arranged such that the control electrodes 31a to 31d of the semiconductor chips 3a to 3d are close to each other. In the Y-axis direction, the semiconductor chips 3a and 3b are arranged adjacent to each other with control electrodes 31a and 31b of the semiconductor chips 3a and 3b facing each other. Further, the semiconductor chips 3c and 3d are arranged adjacent to each other with the control electrodes 31c and 31d of the semiconductor chips 3c and 3d facing each other. In the X-axis direction, semiconductor chips 3a and 3c are arranged adjacent to each other in the same direction. Moreover, the semiconductor chips 3b and 3d are arranged adjacently in the same direction.

なお、半導体チップ3a~3dの配置位置は図7に示した配置位置に限定されない。また、図7では4つの半導体チップ3a~3dを例示したが、半導体チップの個数は限定されない。例えば、3つ以下の半導体チップを有していてもよく、5個以上の半導体チップを有していてもよい。 Note that the arrangement positions of the semiconductor chips 3a to 3d are not limited to the arrangement positions shown in FIG. Furthermore, although four semiconductor chips 3a to 3d are illustrated in FIG. 7, the number of semiconductor chips is not limited. For example, it may have three or less semiconductor chips, or it may have five or more semiconductor chips.

半導体チップ3a~3dのそれぞれの一方の主面(非素子面)側の第1主電極(コレクタ電極)は、接合材2a,2d等を介して第1共通電極1の一方の主面(素子搭載面)に搭載されている。第1共通電極1は、板状の導電部材で構成されている。第1共通電極1の材料としては、例えば銅(Cu)等の金属が使用可能である。図7に示すように、第1共通電極1は、例えば略矩形の平面パターンを有する。図2及び図6に示すように、第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)は、封止部材10から露出して、半導体チップ3a~3dの第1主電極(コレクタ電極)に共通の電極パッドを構成する。 The first main electrode (collector electrode) on one main surface (non-element surface) side of each of the semiconductor chips 3a to 3d is connected to one main surface (element surface) of the first common electrode 1 via bonding materials 2a, 2d, etc. mounted on the mounting surface). The first common electrode 1 is made of a plate-shaped conductive member. As the material of the first common electrode 1, for example, metal such as copper (Cu) can be used. As shown in FIG. 7, the first common electrode 1 has, for example, a substantially rectangular plane pattern. As shown in FIGS. 2 and 6, the other main surface (non-element mounting surface) of the first common electrode 1 is exposed from the sealing member 10 and serves as the first main electrode (collector electrode) of the semiconductor chips 3a to 3d. ) constitute a common electrode pad.

図6に示すように、プリント基板5は、絶縁層51と、絶縁層51の一方の主面(素子対向面)に配置された配線層(53a,53b)と、絶縁層51の他方の主面(非素子対向面)に配置された配線層(52a,52b)とを備える。絶縁層51は、例えばアルミナ(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)等を主成分としたセラミクスや樹脂等の絶縁材料で構成できる。絶縁層51は、ガラス繊維とエポキシ樹脂との組み合わせ等からなる樹脂基板であってよい。配線層(52a,52b)及び配線層(53a,53b)は、Cu板やAl板の貼り合わせでもよく、Cuやニッケル(Ni)、錫(Sn)等のめっきが施されていてもよい。 As shown in FIG. 6, the printed circuit board 5 includes an insulating layer 51, a wiring layer (53a, 53b) disposed on one main surface (element facing surface) of the insulating layer 51, and Wiring layers (52a, 52b) arranged on the surface (non-element facing surface). The insulating layer 51 can be made of an insulating material such as ceramics or resin whose main component is, for example, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or the like. The insulating layer 51 may be a resin substrate made of a combination of glass fiber and epoxy resin. The wiring layers (52a, 52b) and the wiring layers (53a, 53b) may be made by laminating Cu plates or Al plates, or may be plated with Cu, nickel (Ni), tin (Sn), or the like.

図8は、絶縁層51の一方の主面(素子対向面)側の配線層(52a,52b)を省略したプリント基板5の平面図である。図8において破線で模式的に示すように、配線層(53a,53b)は、制御配線領域53aと、制御配線領域53aから離間した主配線領域53bとを有する。制御配線領域53aは、略矩形の平面パターンを有する。主配線領域53bは、制御配線領域53aの周囲を囲むU字状の平面パターンを有する。 FIG. 8 is a plan view of the printed circuit board 5 with the wiring layers (52a, 52b) on one main surface (element facing surface) side of the insulating layer 51 omitted. As schematically shown by broken lines in FIG. 8, the wiring layer (53a, 53b) has a control wiring region 53a and a main wiring region 53b spaced apart from the control wiring region 53a. The control wiring region 53a has a substantially rectangular planar pattern. The main wiring area 53b has a U-shaped planar pattern surrounding the control wiring area 53a.

図9は、プリント基板5の配線層(52a,52b)側から見た平面図である。図9に示すように、配線層(52a,52b)は、制御配線領域52aと、制御配線領域52aから離間した主配線領域52bとを有する。制御配線領域52aは、制御配線領域53aと同様の略矩形の平面パターンを有し、制御配線領域53aに対向するように配置されている。主配線領域52bは、主配線領域53bと同様のU字状の平面パターンを有し、主配線領域53bに対向するように配置されている。 FIG. 9 is a plan view of the printed circuit board 5 viewed from the wiring layer (52a, 52b) side. As shown in FIG. 9, the wiring layer (52a, 52b) has a control wiring region 52a and a main wiring region 52b spaced apart from the control wiring region 52a. The control wiring area 52a has a substantially rectangular planar pattern similar to the control wiring area 53a, and is arranged to face the control wiring area 53a. The main wiring area 52b has a U-shaped planar pattern similar to the main wiring area 53b, and is arranged to face the main wiring area 53b.

図6、図8及び図9に示すように、プリント基板5には、絶縁層51、配線層(53a,53b)及び配線層(52a,52b)を貫通する複数の貫通孔(スルーホール)が設けられている。プリント基板5の複数の貫通孔のそれぞれには、複数の主電流ピン7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h、複数の制御ピン6a,6b,6c,6d及び外部接続ピン8がそれぞれ挿入され、プリント基板5に接合されている。複数の主電流ピン7a~7hは、図4及び図5に示した複数の主電流ピン7に対応する。複数の制御ピン6a~6dは、図4及び図5に示した複数の制御ピン6に対応する。 As shown in FIGS. 6, 8, and 9, the printed circuit board 5 has a plurality of through holes that penetrate the insulating layer 51, the wiring layers (53a, 53b), and the wiring layers (52a, 52b). It is provided. Each of the plurality of through holes of the printed circuit board 5 includes a plurality of main current pins 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, a plurality of control pins 6a, 6b, 6c, 6d, and an external connection pin 8. are respectively inserted and bonded to the printed circuit board 5. The plurality of main current pins 7a to 7h correspond to the plurality of main current pins 7 shown in FIGS. 4 and 5. The plurality of control pins 6a to 6d correspond to the plurality of control pins 6 shown in FIGS. 4 and 5.

図6、図8及び図9に示した主電流ピン7a~7hは、Z軸方向に延伸するように配置されている。主電流ピン7a~7hのそれぞれの一端は2本ずつ、接合材4a,4d等を介して、図7に示した半導体チップ3a~3dのそれぞれの第2主電極32a~32dにそれぞれ接続されている。なお、第2主電極32a~32dの1つ当たりに接続される主電流ピンの数は特に限定されない。主電流ピン7a~7hのそれぞれは、プリント基板5の主配線領域52b,53bに電気的に接続されており、主配線領域52b,53bは互いに同電位となる。主電流ピン7a~7hのそれぞれの他端は、図6に示した第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)に接続されている。 The main current pins 7a to 7h shown in FIGS. 6, 8, and 9 are arranged to extend in the Z-axis direction. Two ends of each of the main current pins 7a to 7h are connected to second main electrodes 32a to 32d of the semiconductor chips 3a to 3d shown in FIG. 7, respectively, via bonding materials 4a, 4d, etc. There is. Note that the number of main current pins connected to each of the second main electrodes 32a to 32d is not particularly limited. Each of the main current pins 7a to 7h is electrically connected to the main wiring areas 52b and 53b of the printed circuit board 5, and the main wiring areas 52b and 53b are at the same potential. The other ends of each of the main current pins 7a to 7h are connected to one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 shown in FIG.

主電流ピン7a~7hの材料としては、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の導電性材料が使用可能である。主電流ピン7a~7hの形状は、ここでは円柱状(棒状)の場合を例示するが、角柱状、板状、ブロック状等の他の形状であってもよい。 As the material for the main current pins 7a to 7h, conductive materials such as copper (Cu) and aluminum (Al) can be used. The shape of the main current pins 7a to 7h is exemplified here as being cylindrical (bar-shaped), but may be in other shapes such as a prismatic shape, a plate shape, or a block shape.

図6、図8及び図9に示した制御ピン6a~6dは、Z軸方向に延伸するように配置されている。制御ピン6a~6dのそれぞれの一端は、接合材4b,4c等を介して、図7に示した半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極31a~31dにそれぞれ接続されている。制御ピン6a~6dのそれぞれは、プリント基板5の制御配線領域52a,53aに電気的に接続されており、制御配線領域52a,53aは互いに同電位となる。制御ピン6a~6dのそれぞれの他端は、図6に示した第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)から離間する。 The control pins 6a to 6d shown in FIGS. 6, 8, and 9 are arranged to extend in the Z-axis direction. One end of each of the control pins 6a to 6d is connected to each of the control electrodes 31a to 31d of the semiconductor chips 3a to 3d shown in FIG. 7 via bonding materials 4b and 4c, respectively. Each of the control pins 6a to 6d is electrically connected to control wiring areas 52a and 53a of the printed circuit board 5, and the control wiring areas 52a and 53a are at the same potential. The other ends of each of the control pins 6a to 6d are spaced apart from one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 shown in FIG.

制御ピン6a~6dの材料としては、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の導電性材料が使用可能である。制御ピン6a~6dの形状は、ここでは円柱状(棒状)の場合を例示するが、角柱状、板状、ブロック状等の他の形状であってもよい。 As the material for the control pins 6a to 6d, conductive materials such as copper (Cu) and aluminum (Al) can be used. Although the shape of the control pins 6a to 6d is exemplified here as being cylindrical (rod-like), it may be in other shapes such as a prismatic shape, a plate shape, or a block shape.

制御ピン6a~6dは、例えば、主電流ピン7a~7hと同一の太さ(直径)を有する。制御ピン6a~6dは、主電流ピン7a~7hよりも太くてもよく、主電流ピン7a~7hよりも細くてもよい。ここでは、制御ピン6a~6dと第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)との接触を防止するため、制御ピン6a~6dの長さは、主電流ピン7a~7hの長さよりも短い場合を例示している。 The control pins 6a to 6d have, for example, the same thickness (diameter) as the main current pins 7a to 7h. The control pins 6a to 6d may be thicker than the main current pins 7a to 7h, or may be thinner than the main current pins 7a to 7h. Here, in order to prevent contact between the control pins 6a to 6d and one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9, the lengths of the control pins 6a to 6d are the same as the lengths of the main current pins 7a to 7h. This example shows a case where the length is shorter than .

図6、図8及び図9に示した外部接続ピン8は、Z軸方向に延伸するように配置されている。外部接続ピン8の半導体チップ3a~3d側の一端は、半導体チップ3a~3dから離間する。外部接続ピン8は、制御配線領域52a,53aに電気的に接続されている。即ち、外部接続ピン8は、制御配線領域52a,53a及び制御ピン6a~6dを介して、半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極31a~31dに電気的に接続されている。 The external connection pins 8 shown in FIGS. 6, 8, and 9 are arranged to extend in the Z-axis direction. One end of the external connection pin 8 on the side of the semiconductor chips 3a to 3d is separated from the semiconductor chips 3a to 3d. External connection pin 8 is electrically connected to control wiring areas 52a and 53a. That is, the external connection pin 8 is electrically connected to the control electrodes 31a to 31d of the semiconductor chips 3a to 3d, respectively, via the control wiring regions 52a and 53a and the control pins 6a to 6d.

外部接続ピン8の他端は、封止部材10から露出して、半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極31a~31dの共通の電極パッドを構成している。外部接続ピン8の他端は、第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)と面一に配置されている。なお、外部接続ピン8は、第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)よりも突出していてもよい。 The other end of the external connection pin 8 is exposed from the sealing member 10 and constitutes a common electrode pad for the control electrodes 31a to 31d of the semiconductor chips 3a to 3d, respectively. The other end of the external connection pin 8 is arranged flush with the other main surface (non-element facing surface) of the second common electrode 9. Note that the external connection pin 8 may protrude from the other main surface (non-element facing surface) of the second common electrode 9.

外部接続ピン8の材料としては、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の導電性材料が使用可能である。外部接続ピン8の形状は、ここでは円柱状(棒状)の場合を例示するが、角柱状、板状、ブロック状等の他の形状であってもよい。 As the material for the external connection pin 8, conductive materials such as copper (Cu) and aluminum (Al) can be used. Although the shape of the external connection pin 8 is exemplified here as being cylindrical (rod-like), it may be in other shapes such as a prismatic shape, a plate shape, or a block shape.

例えば、外部接続ピン8の封止部材10から露出した一端にワイヤボンディングやリボンボンディングが可能なように、外部接続ピン8は、制御ピン6a~6d及び主電流ピン7a~7hのそれぞれよりも太いことが好ましい。なお、外部接続ピン8は、制御ピン6a~6d又は主電流ピン7a~7hと同じ太さであってもよく、制御ピン6a~6d又は主電流ピン7a~7hよりも細くてもよい。 For example, the external connection pin 8 is thicker than each of the control pins 6a to 6d and the main current pins 7a to 7h so that wire bonding or ribbon bonding can be performed on one end of the external connection pin 8 exposed from the sealing member 10. It is preferable. Note that the external connection pin 8 may have the same thickness as the control pins 6a to 6d or the main current pins 7a to 7h, or may be thinner than the control pins 6a to 6d or the main current pins 7a to 7h.

なお、プリント基板5は、配線層(53a,53b)及び配線層(52a,52b)のいずれか一方のみを有していてもよい。例えば、プリント基板5は、絶縁層51及び配線層(53a,53b)のみで構成されていてもよく、絶縁層51及び配線層(52a,52b)のみで構成されていてもよい。また、配線層(53a,53b)は、制御ピン6a~6d及び外部接続ピン8に電気的に接続される制御配線領域53aのみで構成されていてもよい。同様に、配線層(52a,52b)は、制御ピン6a~6d及び外部接続ピン8に電気的に接続される制御配線領域52aのみで構成されていてもよい。 Note that the printed circuit board 5 may have only one of the wiring layers (53a, 53b) and the wiring layers (52a, 52b). For example, the printed circuit board 5 may be composed only of the insulating layer 51 and the wiring layers (53a, 53b), or may be composed only of the insulating layer 51 and the wiring layers (52a, 52b). Further, the wiring layer (53a, 53b) may be composed only of the control wiring region 53a electrically connected to the control pins 6a to 6d and the external connection pin 8. Similarly, the wiring layer (52a, 52b) may be composed only of the control wiring region 52a electrically connected to the control pins 6a to 6d and the external connection pin 8.

図6及び図10に示すように、プリント基板5の他方の主面(非素子対向面)に対向するように第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)が配置されている。第2共通電極9は、板状の導電部材で構成されている。第2共通電極9の材料としては、例えば銅(Cu)等の金属が使用可能である。第1共通電極1及び第2共通電極9は、互いに同一材料で構成されていてよく、互いに異なる材料で構成されていてもよい。 As shown in FIGS. 6 and 10, one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 is arranged to face the other main surface (non-element facing surface) of the printed circuit board 5. The second common electrode 9 is made of a plate-shaped conductive member. As the material of the second common electrode 9, for example, metal such as copper (Cu) can be used. The first common electrode 1 and the second common electrode 9 may be made of the same material, or may be made of different materials.

図10に破線で模式的に示すように、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)には、複数の溝部(凹部)9a,9b,9c,9d,9e,9f,9g,9hが設けられている。複数の溝部9a~9hには、図6、図8及び図9に示した主電流ピン7a~7hのそれぞれの他端が圧入されて接合されている。なお、複数の溝部9a~9hは必ずしも設けられなくてもよく、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)に接合材を介して主電流ピン7a~7hのそれぞれの他端が接合されていてもよい。 As schematically shown by broken lines in FIG. 10, one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 has a plurality of grooves (recesses) 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h is provided. The other ends of the main current pins 7a to 7h shown in FIGS. 6, 8, and 9 are press-fitted and joined to the plurality of grooves 9a to 9h. Note that the plurality of grooves 9a to 9h do not necessarily have to be provided, and the other ends of the main current pins 7a to 7h are connected to one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9 via a bonding material. They may be joined.

第2共通電極9は、主電流ピン7a~7hを介して、半導体チップ3a~3dのそれぞれの第2主電極32a~32dに電気的に接続されている。図1及び図6に示すように、第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)は、封止部材10から露出し、半導体チップ3a~3dのそれぞれの第2主電極32a~32dに共通の電極パッドを構成している。 The second common electrode 9 is electrically connected to the second main electrodes 32a to 32d of the semiconductor chips 3a to 3d, respectively, via the main current pins 7a to 7h. As shown in FIGS. 1 and 6, the other main surface (non-element facing surface) of the second common electrode 9 is exposed from the sealing member 10, and the second main electrodes 32a to 32a of the semiconductor chips 3a to 3d, respectively, are exposed from the sealing member 10. 32d constitutes a common electrode pad.

図10に示すように、第2共通電極9の平面パターンには切り欠き部(凹部)9xが設けられている。図6に示した外部接続ピン8は、Z軸方向において切り欠き部9xを通過し、第2共通電極9から離間するように配置されている。なお、第2共通電極9の平面パターンに切り欠き部9xは必ずしも設けられなくてもよく、外部接続ピン8が第2共通電極9から離間するような形状や位置関係であればよい。 As shown in FIG. 10, the planar pattern of the second common electrode 9 is provided with a notch (recess) 9x. The external connection pin 8 shown in FIG. 6 passes through the notch 9x in the Z-axis direction and is arranged so as to be spaced apart from the second common electrode 9. Note that the cutout portion 9x does not necessarily have to be provided in the planar pattern of the second common electrode 9, and any shape or positional relationship such that the external connection pin 8 is spaced apart from the second common electrode 9 may be used.

図1、図2及び図6に示すように、封止部材10は略直方体形状を有する。封止部材10は、第1共通電極1、半導体チップ3a~3d、プリント基板5及び第2共通電極9の周囲を囲むように配置され、半導体チップ3a~3d及びプリント基板5を少なくとも封止する。封止部材10は、第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)、外部接続ピン8の他端、及び第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)を露出する。 As shown in FIGS. 1, 2, and 6, the sealing member 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape. The sealing member 10 is arranged to surround the first common electrode 1, the semiconductor chips 3a to 3d, the printed circuit board 5, and the second common electrode 9, and seals at least the semiconductor chips 3a to 3d and the printed circuit board 5. . The sealing member 10 exposes the other main surface (non-element facing surface) of the second common electrode 9, the other end of the external connection pin 8, and the other main surface (non-element mounting surface) of the first common electrode 1. do.

図1及び図2に示すように封止部材10の略直方体形状の角部の一部は面取りされ、面取り部10a~10dが設けられている。なお、封止部材10に面取り部10a~10dは必ずしも設けられなくてもよく、或いは封止部材10の略直方体形状の他の角部が面取りされていてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, some of the corners of the substantially rectangular parallelepiped shape of the sealing member 10 are chamfered, and chamfered portions 10a to 10d are provided. Note that the sealing member 10 does not necessarily need to be provided with the chamfered portions 10a to 10d, or other corner portions of the substantially rectangular parallelepiped shape of the sealing member 10 may be chamfered.

封止部材10としては、例えば耐熱性が高く硬質な熱硬化性樹脂等の樹脂材料が使用可能であり、具体的にはエポキシ樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等が使用可能である。封止部材10の硬化温度から常温までの平均線膨張係数が、半導体チップ3a~3dの半導体材料の平均線膨張係数と、第1共通電極1及び第2共通電極9の平均線膨張係数との間となるように、封止部材10、半導体チップ3a~3d、第1共通電極1及び第2共通電極9の材料をそれぞれ選択することが好ましい。これにより、封止部材10の剥離や接合材2,4のひずみ等を抑制することができる。 As the sealing member 10, a resin material such as a hard thermosetting resin with high heat resistance can be used, and specifically, epoxy resin, maleimide resin, cyanate resin, etc. can be used. The average linear expansion coefficient of the sealing member 10 from the curing temperature to room temperature is the same as the average linear expansion coefficient of the semiconductor material of the semiconductor chips 3a to 3d and the average linear expansion coefficient of the first common electrode 1 and the second common electrode 9. It is preferable to select the materials of the sealing member 10, the semiconductor chips 3a to 3d, the first common electrode 1, and the second common electrode 9 such that the distance between the two is the same. Thereby, peeling of the sealing member 10, distortion of the bonding materials 2 and 4, etc. can be suppressed.

<半導体装置の組立方法>
次に、図4及び図5を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置の組立方法の一例を説明する。まず、第1共通電極1の一方の主面(素子搭載面)に、接合材2を介して、複数の半導体チップ3の一方の主面(非素子面)の第1主電極33を搭載する。
<Assembling method of semiconductor device>
Next, an example of a method for assembling a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. First, the first main electrode 33 of one main surface (non-element surface) of a plurality of semiconductor chips 3 is mounted on one main surface (element mounting surface) of the first common electrode 1 via the bonding material 2. .

一方、複数の制御ピン6、複数の主電流ピン7及び外部接続ピン8がプリント基板5に挿入されたインプラント基板11を用意する。そして、インプラント基板11の複数の主電流ピン7の一端を、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)に設けられた複数の溝部にそれぞれ圧入することにより、第2共通電極9とインプラント基板11との接合体を形成する。 On the other hand, an implant board 11 in which a plurality of control pins 6, a plurality of main current pins 7, and an external connection pin 8 are inserted into a printed circuit board 5 is prepared. Then, by press-fitting one end of the plurality of main current pins 7 of the implant substrate 11 into the plurality of grooves provided in one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9, the second common electrode 9 and the implant substrate 11 to form a bonded body.

次に、複数の半導体チップ3のそれぞれの他方の主面(素子面)の制御電極31及び第2主電極32に接合材4を搭載する。そして、第2共通電極9とインプラント基板11との接合体の複数の制御ピン6及び複数の主電流ピン7の一端を、接合材4を介して、複数の半導体チップ3のそれぞれの他方の主面(素子面)の制御電極31及び第2主電極32に接合材4にそれぞれ搭載する。その後、必要に応じて加圧や加熱を行うことにより、全体を接合する。 Next, the bonding material 4 is mounted on the control electrode 31 and the second main electrode 32 on the other main surface (device surface) of each of the plurality of semiconductor chips 3. Then, one ends of the plurality of control pins 6 and the plurality of main current pins 7 of the joined body of the second common electrode 9 and the implant substrate 11 are connected to the other main current pins of each of the plurality of semiconductor chips 3 via the bonding material 4. The control electrode 31 and the second main electrode 32 on the surface (device surface) are mounted on the bonding material 4, respectively. Thereafter, the whole is joined by applying pressure or heating as necessary.

上記接合後の構造体を金型にセットし、ボイドが入らないように樹脂でモールドする。その後、必要に応じてレーザや機械的研磨装置等により、第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)側と、第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)側の樹脂を研磨して、封止部材10を成形すると共に、第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)、外部接続ピン8及び第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)を封止部材10から露出させ、それぞれ電極パッドとする。この結果、本発明の実施形態に係る半導体装置が完成する。 The above bonded structure is set in a mold and molded with resin to avoid voids. Thereafter, the other main surface (non-element mounting surface) side of the first common electrode 1 and the other main surface (non-element facing surface) of the second common electrode 9 are polished using a laser or mechanical polishing device as necessary. The sealing member 10 is formed by polishing the resin on the side, and the other main surface (non-element mounting surface) of the first common electrode 1, the other main surface of the external connection pin 8 and the second common electrode 9 ( The non-element facing surface) is exposed from the sealing member 10 and used as an electrode pad. As a result, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is completed.

<適用例>
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置100の適用例を図11に示す。本発明の実施形態に係る半導体装置100の第1共通電極1が、接合材24を介して絶縁回路基板20に接合されている。本発明の実施形態に係る半導体装置100の第2共通電極9は、接合材25を介してリードフレーム26に接続されている。絶縁回路基板20には、本発明の実施形態に係る半導体装置100と同様の構成の半導体装置を複数搭載してもよい。
<Application example>
Next, an application example of the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. The first common electrode 1 of the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention is bonded to an insulated circuit board 20 via a bonding material 24. The second common electrode 9 of the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention is connected to a lead frame 26 via a bonding material 25. A plurality of semiconductor devices having the same configuration as the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention may be mounted on the insulated circuit board 20.

絶縁回路基板20は、例えば直接銅接合(DCB)基板や活性ろう付け(AMD)基板等であってもよい。絶縁回路基板20は、絶縁基板21と、絶縁基板21の一方の主面に配置された配線層22と、絶縁基板21の他方の主面に配置された配線層23とを備える。絶縁基板21は、例えば酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)等からなるセラミクス基板で構成できる。配線層23及び配線層22の材料としては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の導体箔が使用可能である。 The insulated circuit board 20 may be, for example, a direct copper bond (DCB) board, an active brazing (AMD) board, or the like. The insulated circuit board 20 includes an insulated substrate 21 , a wiring layer 22 arranged on one main surface of the insulated substrate 21 , and a wiring layer 23 arranged on the other main surface of the insulated substrate 21 . The insulating substrate 21 can be made of a ceramic substrate made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or the like. As the material for the wiring layer 23 and the wiring layer 22, for example, conductive foil such as copper (Cu) or aluminum (Al) can be used.

なお、図11に示した本発明の実施形態に係る半導体装置100に、リードフレーム26及び絶縁回路基板20を含めた全体を、本発明の実施形態に係る半導体装置としてもよい。 Note that the entire semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 11 including the lead frame 26 and the insulated circuit board 20 may be used as the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

<比較例>
次に、第1及び第2比較例に係る半導体装置を説明する。第1比較例に係る半導体装置では、図12に示すように、絶縁回路基板102の一方の主面に接合材108を介して1又は複数の半導体チップ103が搭載されている。絶縁回路基板102の他方の主面は、熱拡散機能を有する金属ベース101に搭載されている。絶縁回路基板102及び半導体チップ103の周囲は樹脂ケース104で覆われている。樹脂ケース104の内側にはシリコンゲル107が充填され、絶縁性を向上させている。半導体チップ103及び絶縁回路基板102は、ボンディングワイヤ110,111やボンディングリボンを介して、樹脂ケース104から突出する外部接続端子105,106に電気的に接続されている。
<Comparative example>
Next, semiconductor devices according to first and second comparative examples will be described. In the semiconductor device according to the first comparative example, as shown in FIG. 12, one or more semiconductor chips 103 are mounted on one main surface of an insulated circuit board 102 via a bonding material 108. The other main surface of the insulated circuit board 102 is mounted on a metal base 101 having a heat diffusion function. The periphery of the insulated circuit board 102 and the semiconductor chip 103 is covered with a resin case 104. The inside of the resin case 104 is filled with silicone gel 107 to improve insulation. The semiconductor chip 103 and the insulated circuit board 102 are electrically connected to external connection terminals 105 and 106 protruding from the resin case 104 via bonding wires 110 and 111 and a bonding ribbon.

第2比較例に係る半導体装置は、図13に示すように、半導体チップ103が接合材112を介してリードフレーム113で接続されている点が、図12に示した第1比較例に係る半導体装置と異なる。 As shown in FIG. 13, the semiconductor device according to the second comparative example is different from the semiconductor device according to the first comparative example shown in FIG. different from the equipment.

図12及び図13に示した第1及び第2比較例に係る半導体装置では、半導体モジュールメーカ側で必要な容量且つ回路構成になるように半導体チップ103を組み合わせ、ワイヤボンディング等の接続を行って、外部接続端子105,106を外側に出しておく。このため、ユーザは、微細な半導体チップ103自体を取り扱う必要が無く、外部接続端子105,106にバスバー等の配線を機械的に取り付けるだけでよい。しかし、図12及び図13に示した図12及び図13に示した第1及び第2比較例に係る半導体装置は、汎用的に作られるため、半導体チップ103自体の大きさに比べて圧倒的に体積が大きく、ボンディングワイヤ110,111等の内部配線が長くなる。 In the semiconductor devices according to the first and second comparative examples shown in FIGS. 12 and 13, the semiconductor module manufacturer combines the semiconductor chips 103 to obtain the required capacity and circuit configuration, and performs connections such as wire bonding. , the external connection terminals 105 and 106 are exposed to the outside. Therefore, the user does not have to handle the minute semiconductor chip 103 itself, and only needs to mechanically attach wiring such as a bus bar to the external connection terminals 105 and 106. However, since the semiconductor devices according to the first and second comparative examples shown in FIGS. 12 and 13 are manufactured for general purpose, they are overwhelmingly large compared to the size of the semiconductor chip 103 itself. The volume is large, and the internal wiring such as bonding wires 110 and 111 becomes long.

<効果>
これに対して、本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、複数の半導体チップ3a~3dと同等サイズのままで、複数の半導体チップ3a~3dを集積することが可能となる。このため、SiC、Gan、Ga等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップのような小型チップを複数並列に集積して定格を拡大できるため、同定格の大型チップを作る場合に比べ、歩留まりの面で圧倒的に低コストを実現することができる。
<Effect>
On the other hand, according to the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, it is possible to integrate the plurality of semiconductor chips 3a to 3d while maintaining the same size as the plurality of semiconductor chips 3a to 3d. For this reason, the rating can be expanded by integrating multiple small chips in parallel, such as semiconductor chips using wide bandgap semiconductors such as SiC, Gan, Ga2O3 , etc., compared to making large chips with the same rating. , it is possible to achieve an overwhelmingly low cost in terms of yield.

更に、第1共通電極1、第2共通電極9及び外部接続ピン8のそれぞれが構成する電極パッドは、複数の半導体チップ3a~3dのそれぞれの制御電極、第1主電極及び第2主電極よりもパッドサイズが大きい。このため、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップのような小型チップに対しても、太線のワイヤボンディングやリボンボンディング、リードフレーム接続等、種々の大電流向けの接続方法を採用可能となる。したがって、本発明の実施形態に係る半導体装置を用いてモジュールを組み立てる一般のユーザにとって、配線の自由度が向上し、取り扱いが容易となる。 Further, the electrode pads each constituted by the first common electrode 1, the second common electrode 9, and the external connection pin 8 are connected to the control electrode, the first main electrode, and the second main electrode of each of the plurality of semiconductor chips 3a to 3d. The pad size is also large. Therefore, various high current connection methods such as thick wire bonding, ribbon bonding, and lead frame connection can be employed even for small chips such as semiconductor chips using wide bandgap semiconductors. Therefore, for a general user who assembles a module using the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the degree of freedom in wiring is improved and handling becomes easy.

更に、複数の半導体チップ3a~3dと制御ピン31a~31d及び主電流ピン4a~4hとの接続部周りが封止部材10によりモールドされることで、機械的信頼性が向上する。例えば、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体チップのような小型チップでは素子面の接合面積が小さく、接合部の熱応力が小さくなる。よって、封止樹脂10による封止で接合部を機械的に抑えることができる。制御ピン6a~6d及び主電流ピン7a~7hは小型なので、樹脂剥離は起こりにくく、剥離したとしても素子面への影響は少ない。このため、ユーザが組み立てるモジュールがゲル封止である場合でも、半導体チップ3a~3d周りのヒートサイクル耐量、パワーサイクル耐量を向上させることができる。 Furthermore, mechanical reliability is improved by molding the sealing member 10 around the connection portions between the plurality of semiconductor chips 3a to 3d, control pins 31a to 31d, and main current pins 4a to 4h. For example, in a small chip such as a semiconductor chip using a wide bandgap semiconductor, the bonding area on the element surface is small, and the thermal stress at the bonding portion is small. Therefore, the joint portion can be mechanically suppressed by sealing with the sealing resin 10. Since the control pins 6a to 6d and the main current pins 7a to 7h are small, peeling of the resin is unlikely to occur, and even if peeling occurs, the effect on the element surface is small. Therefore, even if the module assembled by the user is gel-sealed, the heat cycle durability and power cycle durability around the semiconductor chips 3a to 3d can be improved.

更に、半導体チップ3a~3dが電極パッドを構成する第2共通電極9から離間しており、且つ封止部材10によりモールドされていることから、図11に示すようなユーザ側のリードフレーム26等の外部配線を接続する際においても、直接的な応力が半導体チップ3a~3dにかかりにくくなる。 Furthermore, since the semiconductor chips 3a to 3d are spaced apart from the second common electrode 9 constituting the electrode pad and are molded with the sealing member 10, the lead frame 26 etc. on the user side as shown in FIG. Even when connecting external wiring, direct stress is less likely to be applied to the semiconductor chips 3a to 3d.

更に、低線膨張係数の半導体を用いた半導体チップ3a~3dの制御電極及び第2主電極を電極パッドとする代わりに、第2共通電極9を電極パッドとすることにより、これに外部の金属配線を接続しても、線膨張係数差が少なく、温度変化に対して接続部にクラックが入り難い。例えば、ユーザ側の配線材料が、第2共通電極9と同じ材料(例えばCu)であれば、半導体チップ3a~3dの制御電極及び第2主電極に直接ユーザ側の配線を接続した場合に比べて、熱応力を低減でき、長寿命化を図ることができる。したがって、小型で低損失、長寿命の半導体装置を安価に実現可能となる。 Furthermore, by using the second common electrode 9 as an electrode pad instead of using the control electrodes and second main electrodes of the semiconductor chips 3a to 3d using semiconductors with a low coefficient of linear expansion as electrode pads, it is possible to connect the second common electrode 9 with an external metal. Even when wiring is connected, there is little difference in linear expansion coefficient, and the connection part is unlikely to crack due to temperature changes. For example, if the wiring material on the user side is the same material as the second common electrode 9 (for example, Cu), compared to the case where the wiring on the user side is directly connected to the control electrodes and second main electrodes of the semiconductor chips 3a to 3d. As a result, thermal stress can be reduced and life can be extended. Therefore, a small, low-loss, long-life semiconductor device can be realized at low cost.

<第1変形例>
本発明の実施形態の第1変形例に係る半導体装置は、図14に示すように、制御ピン6a,6b及び主電流ピン7a,7cの一端が先細り形状を有する点が、図6に示した本発明の実施形態に係る半導体装置の構成と異なる。半導体チップ3a,3bが小型化するほど、半導体チップ3a,3bの制御電極及び第2主電極が小さくなるので、半導体チップ3a,3bの制御電極及び第2主電極と制御ピン6a,6b及び主電流ピン7a,7cの一端との接続が困難となる。
<First modification example>
As shown in FIG. 14, the semiconductor device according to the first modification of the embodiment of the present invention has the same features as shown in FIG. This is different from the configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. As the semiconductor chips 3a, 3b become smaller, the control electrodes and second main electrodes of the semiconductor chips 3a, 3b become smaller. This makes connection with one end of the current pins 7a and 7c difficult.

本発明の実施形態の第1変形例に係る半導体装置によれば、半導体チップ3a,3bが小型化した場合でも、制御ピン6a,6b及び主電流ピン7a,7cの一端を先細らせることにより、制御ピン6a,6b及び主電流ピン7a,7cの一端を接合材4a~4dを介して半導体チップ3a,3bの制御電極及び第2主電極に容易に接続することができる。 According to the semiconductor device according to the first modification of the embodiment of the present invention, even when the semiconductor chips 3a, 3b are downsized, one end of the control pins 6a, 6b and the main current pins 7a, 7c can be tapered. , one ends of the control pins 6a, 6b and the main current pins 7a, 7c can be easily connected to the control electrodes and second main electrodes of the semiconductor chips 3a, 3b via the bonding materials 4a to 4d.

<第2変形例>
本発明の実施形態の第2変形例に係る半導体装置は、図15に示すように、第1共通電極1及び第2共通電極9が横方向(Y軸方向)に拡張している点が、図6に示した本発明の実施形態に係る半導体装置の構成と異なる。
<Second modification example>
As shown in FIG. 15, the semiconductor device according to the second modification of the embodiment of the present invention has the following points: the first common electrode 1 and the second common electrode 9 extend in the lateral direction (Y-axis direction). This is different from the configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

封止部材10は、第1共通電極1及び第2共通電極9の間にのみ配置されている。第1共通電極1及び第2共通電極9のそれぞれの側面の一部が封止部材10から露出する。第1共通電極1の一方の主面(素子搭載面)には溝部1a,1bが設けられ、封止部材10が充填されている。第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)には、溝部9i,9jが設けられ、封止部材10が充填されている。第1共通電極1が溝部1a,1bを有し、且つ第2共通電極9が溝部9i,9jを有することにより、第1共通電極1及び第2共通電極9と封止部材10との剥離を抑制することができる。 The sealing member 10 is arranged only between the first common electrode 1 and the second common electrode 9. A portion of each side surface of the first common electrode 1 and the second common electrode 9 is exposed from the sealing member 10 . Grooves 1a and 1b are provided on one main surface (element mounting surface) of the first common electrode 1, and are filled with a sealing member 10. Grooves 9i and 9j are provided on one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9, and are filled with a sealing member 10. Since the first common electrode 1 has the grooves 1a and 1b and the second common electrode 9 has the grooves 9i and 9j, separation of the sealing member 10 from the first common electrode 1 and the second common electrode 9 is prevented. Can be suppressed.

本発明の実施形態の第2変形例に係る半導体装置によれば、第1共通電極1及び第2共通電極9を横方向に拡張することにより、第1共通電極1及び第2共通電極9が封止部材10から露出する面積が大きくなるため、放熱性を向上させることができる。なお、第1共通電極1及び第2共通電極9の両方ではなく、第1共通電極1及び第2共通電極9のいずれが1つのみを横方向(Y軸方向)に拡張してもよい。 According to the semiconductor device according to the second modification of the embodiment of the present invention, by expanding the first common electrode 1 and the second common electrode 9 in the lateral direction, the first common electrode 1 and the second common electrode 9 are expanded. Since the area exposed from the sealing member 10 becomes larger, heat dissipation can be improved. Note that instead of both the first common electrode 1 and the second common electrode 9, only one of the first common electrode 1 and the second common electrode 9 may be expanded in the horizontal direction (Y-axis direction).

<第3変形例>
本発明の実施形態の第3変形例に係る半導体装置は、図16及び図17に示すように、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)に溝部(凹部)9yが設けられている点が、図6に示した本発明の実施形態に係る半導体装置の構成と異なる。
<Third modification example>
In the semiconductor device according to the third modification of the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 16 and 17, a groove (recess) 9y is provided in one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9. This is different from the configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

溝部9yの深さd2は、溝部9a~9hの深さd1よりも深い。溝部9yには、複数の制御ピン6a~6dのそれぞれの一端が配置されている。複数の制御ピン6a~6dが一括して配置される1つの溝部9yを設ける代わりに、複数の制御ピン6a~6dがそれぞれ配置される複数の溝部を設けてもよい。主電流ピン7a~7h及び制御ピン6a~6dの長さが同一である場合、図17に示すように、主電流ピン7b,7dの一端は溝部9b,9dに圧入されている。一方、制御ピン6a,6bの一端は溝部9yに配置されており、第2共通電極9との接触を防止することができる。 The depth d2 of the groove 9y is deeper than the depth d1 of the grooves 9a to 9h. One end of each of the plurality of control pins 6a to 6d is arranged in the groove 9y. Instead of providing one groove 9y in which the plurality of control pins 6a to 6d are arranged all at once, a plurality of grooves may be provided in which the plurality of control pins 6a to 6d are respectively arranged. When the lengths of the main current pins 7a to 7h and the control pins 6a to 6d are the same, as shown in FIG. 17, one ends of the main current pins 7b and 7d are press-fitted into the grooves 9b and 9d. On the other hand, one ends of the control pins 6a and 6b are arranged in the groove 9y, and can be prevented from coming into contact with the second common electrode 9.

本発明の実施形態の第3変形例に係る半導体装置によれば、第2共通電極9の一方の主面(素子対向面)に、制御ピン6a~6dの一端を配置する溝部9yを設けることにより、制御ピン6a~6dの一端と第2共通電極9とのショートを防止することができる。よって、同一の長さの主電流ピン7a~7h及び制御ピン6a~6dを使用可能となり、製造コストを低減し得る。 According to the semiconductor device according to the third modification of the embodiment of the present invention, a groove 9y is provided in one main surface (element facing surface) of the second common electrode 9, in which one end of the control pins 6a to 6d is disposed. This makes it possible to prevent short circuits between one ends of the control pins 6a to 6d and the second common electrode 9. Therefore, main current pins 7a to 7h and control pins 6a to 6d of the same length can be used, and manufacturing costs can be reduced.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described by way of embodiments, but the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the present invention. Various alternative embodiments, implementations, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

例えば、本発明の実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ3a~3dが縦型構造である場合を例示したが、複数の半導体チップが横型構造の場合にも適用できる。また、横型構造の複数の半導体チップを縦型構造の半導体装置に変換したり、縦型構造の複数の半導体チップを横型構造の半導体装置に変換したりすることも可能である。また、外部接続端子8は第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)側から取り出す構造であってもよく、第1共通電極1の他方の主面(非素子搭載面)側と第2共通電極9の他方の主面(非素子対向面)側の両方から取り出す構造であってもよい。即ち、複数の半導体チップとインプラント基板とを接続し、複数の半導体チップ及びインプラント基板を封止部材で封止し、複数の半導体チップに共通の拡大した電極を封止部材から露出させて外部に取り出すチップサイズパッケージ(CSP)の構成は全て本発明の範疇である。 For example, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor chips 3a to 3d have a vertical structure, but the present invention can also be applied to a case where a plurality of semiconductor chips have a horizontal structure. It is also possible to convert a plurality of semiconductor chips with a horizontal structure into a semiconductor device with a vertical structure, or to convert a plurality of semiconductor chips with a vertical structure into a semiconductor device with a horizontal structure. Further, the external connection terminal 8 may be taken out from the other main surface (non-element mounting surface) side of the first common electrode 1, or the external connection terminal 8 may be taken out from the other main surface (non-element mounting surface) side of the first common electrode 1. It may be taken out from both the main surface (non-element facing surface) side of the second common electrode 9. That is, a plurality of semiconductor chips and an implant substrate are connected, the plurality of semiconductor chips and the implant substrate are sealed with a sealing member, and an enlarged electrode common to the plurality of semiconductor chips is exposed from the sealing member and exposed to the outside. The configuration of the chip size package (CSP) to be taken out is all within the scope of the present invention.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 Thus, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is determined only by the matters specifying the invention in the claims that are reasonable from the above description.

1…第1共通電極
1a,1b,9y,9a~9j…溝部(凹部)
2,2a,2b,4,4a~4d,24,25,108,109,112……接合材
3,3a~3d,103…半導体チップ
5…プリント基板
6,6a~6d…制御ピン
7,7a~7h…主電流ピン
8…外部接続ピン
9…第2共通電極
9x…切り欠き部(凹部)
11…インプラント基板
20,102…絶縁回路基板
21…絶縁基板
22,23…配線層
26,113…リードフレーム
31,31a~31d…制御電極
32,32a~32d…第2主電極
33…第1主電極
51…絶縁層
52a,53a…制御配線領域
52b,53b…主配線領域
100…半導体装置
101…金属ベース
104…樹脂ケース
105,106…外部接続端子
107…シリコンゲル
111…ボンディングワイヤ
1...First common electrode 1a, 1b, 9y, 9a to 9j...Groove (concave)
2, 2a, 2b, 4, 4a to 4d, 24, 25, 108, 109, 112... Bonding material 3, 3a to 3d, 103... Semiconductor chip 5... Printed circuit board 6, 6a to 6d... Control pin 7, 7a ~7h...Main current pin 8...External connection pin 9...Second common electrode 9x...Notch (recess)
11... Implant board 20, 102... Insulated circuit board 21... Insulating substrate 22, 23... Wiring layer 26, 113... Lead frame 31, 31a to 31d... Control electrode 32, 32a to 32d... Second main electrode 33... First main Electrode 51...Insulating layer 52a, 53a...Control wiring area 52b, 53b...Main wiring area 100...Semiconductor device 101...Metal base 104...Resin case 105, 106...External connection terminal 107...Silicon gel 111...Bonding wire

Claims (15)

第1主電極と、第2主電極及び制御電極とを互いに対向する主面にそれぞれ有する複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップのそれぞれの前記第1主電極を一方の主面に搭載した第1共通電極と、
前記第1共通電極の前記一方の主面に対向する一方の主面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の他方の主面に対向する一方の主面を有する第2共通電極と、
前記複数の半導体チップ及び前記プリント基板を封止し、且つ前記第2共通電極の他方の主面、及び前記第1共通電極の他方の主面を露出する封止部材と、
前記プリント基板に挿入され、前記複数の半導体チップのそれぞれの前記制御電極に一端が接続され、前記第2共通電極から他端が離間する複数の制御ピンと、
前記プリント基板に挿入され、前記複数の半導体チップのそれぞれの前記第2主電極に一端が接続され、前記第2共通電極に他端が接続された複数の主電流ピンと、
前記プリント基板に挿入され、前記プリント基板を介して一端が前記複数の制御ピンに電気的に接続され、前記封止部材から他端が露出する外部接続ピンと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
a plurality of semiconductor chips each having a first main electrode, a second main electrode and a control electrode on mutually opposing main surfaces;
a first common electrode having the first main electrode of each of the plurality of semiconductor chips mounted on one main surface;
a printed circuit board having one main surface opposite to the one main surface of the first common electrode;
a second common electrode having one main surface opposite to the other main surface of the printed circuit board;
a sealing member that seals the plurality of semiconductor chips and the printed circuit board and exposes the other main surface of the second common electrode and the other main surface of the first common electrode;
a plurality of control pins inserted into the printed circuit board, one end connected to the control electrode of each of the plurality of semiconductor chips, and the other end spaced apart from the second common electrode;
a plurality of main current pins inserted into the printed circuit board, one end of which is connected to the second main electrode of each of the plurality of semiconductor chips, and the other end of which is connected to the second common electrode;
an external connection pin inserted into the printed circuit board, one end electrically connected to the plurality of control pins via the printed circuit board, and the other end exposed from the sealing member;
A semiconductor device comprising:
前記第2共通電極の平面パターンに切り欠き部が設けられ、
前記外部接続ピンが前記切り欠き部を通過する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A notch is provided in the planar pattern of the second common electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the external connection pin passes through the notch.
前記外部接続ピンの前記他端が、前記第2共通電極の前記他方の主面と面一に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other end of the external connection pin is arranged flush with the other main surface of the second common electrode. 前記複数の制御ピン及び前記複数の主電流ピンのそれぞれの前記一端が先細り形状を有することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the one end of each of the plurality of control pins and the plurality of main current pins has a tapered shape. 前記外部接続ピンが、前記複数の制御ピン及び前記複数の主電流ピンのそれぞれよりも太いことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the external connection pin is thicker than each of the plurality of control pins and the plurality of main current pins. 前記プリント基板が、
絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主面に設けられ、前記複数の制御ピン及び前記外部接続ピンに電気的に接続された第1配線層と、
を有することを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The printed circuit board is
an insulating layer;
a first wiring layer provided on one main surface of the insulating layer and electrically connected to the plurality of control pins and the external connection pin;
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor device has:
前記プリント基板が、前記絶縁層の他方の主面に設けられ、前記複数の制御ピン及び前記外部接続ピンに電気的に接続された第2配線層を更に有することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 7. The printed circuit board further includes a second wiring layer provided on the other main surface of the insulating layer and electrically connected to the plurality of control pins and the external connection pins. The semiconductor device described. 前記第1配線層が、
前記制御ピン及び前記外部接続ピンに電気的に接続された第1制御配線領域と、
前記第1制御配線領域から離間し、前記主電流ピンに電気的に接続された第1主配線領域と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
The first wiring layer is
a first control wiring region electrically connected to the control pin and the external connection pin;
a first main wiring area separated from the first control wiring area and electrically connected to the main current pin;
8. The semiconductor device according to claim 7, comprising:
前記第2配線層が、
前記複数の制御ピン及び前記外部接続ピンに電気的に接続された第2制御配線領域と、
前記第制御配線領域から離間し、前記複数の主電流ピンに電気的に接続された第2主配線領域と、
を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
The second wiring layer is
a second control wiring region electrically connected to the plurality of control pins and the external connection pin;
a second main wiring area separated from the second control wiring area and electrically connected to the plurality of main current pins;
9. The semiconductor device according to claim 8, comprising:
前記複数の半導体チップのそれぞれの前記制御電極同士が近接するように前記複数の半導体チップが配置されていることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor chips are arranged such that the control electrodes of each of the plurality of semiconductor chips are close to each other. 前記第2共通電極の前記一方の主面に複数の第1溝部が設けられ、
前記複数の主電流ピンのそれぞれの前記他端が、前記複数の第1溝部にそれぞれ圧入されている
ことを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の半導体装置。
a plurality of first grooves are provided on the one main surface of the second common electrode,
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other end of each of the plurality of main current pins is press-fitted into each of the plurality of first grooves.
前記複数の主電流ピンが、前記複数の制御ピンよりも長いことを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の半導体装置。 12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of main current pins are longer than the plurality of control pins. 前記第2共通電極の前記一方の主面に前記複数の第1溝よりも深い第2溝部が設けられ、
前記複数の制御ピンのそれぞれの前記他端が、前記第2溝部内に配置され、
前記複数の制御ピンが、前記複数の主電流ピンと同じ長さである
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
A second groove portion deeper than the plurality of first groove portions is provided on the one main surface of the second common electrode,
the other end of each of the plurality of control pins is disposed within the second groove,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the plurality of control pins have the same length as the plurality of main current pins.
前記封止部材に面取り部が設けられていることを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の半導体装置。 14. The semiconductor device according to claim 1, wherein the sealing member is provided with a chamfered portion. 前記封止部材の硬化温度から常温までの平均線膨張係数が、前記複数の半導体チップの半導体材料の平均線膨張係数と、前記第1共通電極及び前記第2共通電極の平均線膨張係数との間にあることを特徴とする請求項1~14のいずれか1項に記載の半導体装置。 The average linear expansion coefficient of the sealing member from the curing temperature to room temperature is the average linear expansion coefficient of the semiconductor material of the plurality of semiconductor chips and the average linear expansion coefficient of the first common electrode and the second common electrode. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the semiconductor device is located between.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115763381B (en) * 2022-11-17 2024-03-08 海信家电集团股份有限公司 Intelligent power module and equipment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006186035A (en) 2004-12-27 2006-07-13 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
WO2014185050A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 富士電機株式会社 Semiconductor device
WO2015045648A1 (en) 2013-09-30 2015-04-02 富士電機株式会社 Semiconductor device, method for assembling semiconductor device, component for semiconductor devices and unit module
JP2019047081A (en) 2017-09-07 2019-03-22 株式会社東芝 Semiconductor device and submodule for semiconductor device
JP2019091850A (en) 2017-11-16 2019-06-13 富士電機株式会社 Power semiconductor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006186035A (en) 2004-12-27 2006-07-13 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
WO2014185050A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 富士電機株式会社 Semiconductor device
CN105103289A (en) 2013-05-16 2015-11-25 富士电机株式会社 Semiconductor device
US20170077068A1 (en) 2013-05-16 2017-03-16 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
WO2015045648A1 (en) 2013-09-30 2015-04-02 富士電機株式会社 Semiconductor device, method for assembling semiconductor device, component for semiconductor devices and unit module
JP2019047081A (en) 2017-09-07 2019-03-22 株式会社東芝 Semiconductor device and submodule for semiconductor device
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