JPH11330283A - 半導体モジュール及び大型半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュール及び大型半導体モジュールInfo
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- JPH11330283A JPH11330283A JP10133714A JP13371498A JPH11330283A JP H11330283 A JPH11330283 A JP H11330283A JP 10133714 A JP10133714 A JP 10133714A JP 13371498 A JP13371498 A JP 13371498A JP H11330283 A JPH11330283 A JP H11330283A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐湿性に強く、防爆耐量が大きく、TCT信
頼性が高く、パワ一サイクル耐量の優れた半導体モジュ
ールを構成すること。 【解決手段】 低膨張率の金属製のフランジと、セラミ
ック基板と、セラミックハウジングとを銀ロー付けと溶
接することによって密閉容器を形成し、更に、セラミッ
クハウジングの電極部材を貫通させる開口部を電極によ
り銀ロー付けにより塞いで、半導体チップを収容する密
閉容器を形成しているため、この密閉容器は機械的強度
が強いと共に高い気密性を持たせることができる。それ
故、半導体モジュールの防爆耐量及び耐湿性を向上させ
ることができる。セラミック基板との熱膨張率が異なっ
ていても半田付けなどのようにクラックが入ることがな
く、高いTCT信頼性を得ている。又半導体チップの電
極は通電容量の大きいエミッタ電極部材の圧接や銅板へ
の半田付けなどにより電気的に接続されているため、パ
ワ一サイクル耐量を大きくできる。
頼性が高く、パワ一サイクル耐量の優れた半導体モジュ
ールを構成すること。 【解決手段】 低膨張率の金属製のフランジと、セラミ
ック基板と、セラミックハウジングとを銀ロー付けと溶
接することによって密閉容器を形成し、更に、セラミッ
クハウジングの電極部材を貫通させる開口部を電極によ
り銀ロー付けにより塞いで、半導体チップを収容する密
閉容器を形成しているため、この密閉容器は機械的強度
が強いと共に高い気密性を持たせることができる。それ
故、半導体モジュールの防爆耐量及び耐湿性を向上させ
ることができる。セラミック基板との熱膨張率が異なっ
ていても半田付けなどのようにクラックが入ることがな
く、高いTCT信頼性を得ている。又半導体チップの電
極は通電容量の大きいエミッタ電極部材の圧接や銅板へ
の半田付けなどにより電気的に接続されているため、パ
ワ一サイクル耐量を大きくできる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電鉄、車両用のパワ
ーデバイスとして使用されるIGBTの半導体モジュー
ル及びこれら半導体モジュールを複数個集合して構成さ
れる大型半導体モジュールに関する。
ーデバイスとして使用されるIGBTの半導体モジュー
ル及びこれら半導体モジュールを複数個集合して構成さ
れる大型半導体モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のプラスチックモジュール型
IGBTモジュールの内部構造例を示した断面図であ
る。冷却用金属板1の端部にプラスチック製の側壁2が
接着されており、このプラスチックの側壁2の上面をプ
ラスチック製の端子キャップ3が覆っている。冷却用金
属板1の上には、セラミック基板4の下面にダイレクト
ボンド又は銀ロー付けしてある銅板5が半田6により半
田付けされている。セラミック基板4の上面には配線パ
ターンを形成する銅板7が張り付けてあり、この銅板7
にIGBT等の半導体チップ8が半田13により半田付
けされている。
IGBTモジュールの内部構造例を示した断面図であ
る。冷却用金属板1の端部にプラスチック製の側壁2が
接着されており、このプラスチックの側壁2の上面をプ
ラスチック製の端子キャップ3が覆っている。冷却用金
属板1の上には、セラミック基板4の下面にダイレクト
ボンド又は銀ロー付けしてある銅板5が半田6により半
田付けされている。セラミック基板4の上面には配線パ
ターンを形成する銅板7が張り付けてあり、この銅板7
にIGBT等の半導体チップ8が半田13により半田付
けされている。
【0003】半導体チップ8はアルミワイヤー9をワイ
ヤーボンディングすることにより前記銅板7の配線パタ
ーンに電気的に接続されている。又、この銅板7の配線
パターンには、銅製のエミッタターミナル10、コレク
ターターミナル11、ゲートターミナル12がそれぞれ
半田13により半田付で立設され、頭部は端子キャップ
2の外部に露出し、又、端子キャップ3はこれらエミッ
タターミナル10、コレクターターミナル11、ゲート
ターミナル12を支持している。更に、半導体チップ8
を外気から遮断するために、内部にはシリコン樹脂14
が充填され、このシリコン樹脂14の上方にはエポキシ
系の樹脂15が充填されている。
ヤーボンディングすることにより前記銅板7の配線パタ
ーンに電気的に接続されている。又、この銅板7の配線
パターンには、銅製のエミッタターミナル10、コレク
ターターミナル11、ゲートターミナル12がそれぞれ
半田13により半田付で立設され、頭部は端子キャップ
2の外部に露出し、又、端子キャップ3はこれらエミッ
タターミナル10、コレクターターミナル11、ゲート
ターミナル12を支持している。更に、半導体チップ8
を外気から遮断するために、内部にはシリコン樹脂14
が充填され、このシリコン樹脂14の上方にはエポキシ
系の樹脂15が充填されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のプ
ラスチックモジュール型IGBTモジュールでは、シリ
コン樹脂14やエポキシ系の樹脂15による樹脂封止さ
れた構造を有しているが、この樹脂封止は半気密構造で
あるため、従来のプラスチックモジュール型IGBTモ
ジュールは半気密構造である。
ラスチックモジュール型IGBTモジュールでは、シリ
コン樹脂14やエポキシ系の樹脂15による樹脂封止さ
れた構造を有しているが、この樹脂封止は半気密構造で
あるため、従来のプラスチックモジュール型IGBTモ
ジュールは半気密構造である。
【0005】従って、耐湿性に弱く、高温高湿環境下に
おいて、水分がモジュール内部に進入し、半導体チップ
8の特性劣化を引き起こすという問題があった。また、
樹脂封止に使用するシリコン樹脂には不純物(ナトリウ
ム、クローム等)が混入する可能性があり、この不純物
が半導体チップ8を侵し、その信頼性を損ねる恐れがあ
るという問題があった。
おいて、水分がモジュール内部に進入し、半導体チップ
8の特性劣化を引き起こすという問題があった。また、
樹脂封止に使用するシリコン樹脂には不純物(ナトリウ
ム、クローム等)が混入する可能性があり、この不純物
が半導体チップ8を侵し、その信頼性を損ねる恐れがあ
るという問題があった。
【0006】更に、モジュールを構成する外郭部材はプ
ラスチックであるため、機械的強度も弱く、半導体チッ
プ8が短絡事故などにより爆発する際の防爆耐量がほと
んど無いという問題があった。又、半導体チップ8と銅
板7の配線パターンはアルミワイヤボンディング接続に
より接続されているため、パワーサイクル耐量が低い
(例えば100万回程度のパワーサイクル耐量の要求に
対して例えば10万回程度しかない)という問題があっ
た。更に、冷却用金属板1とセラミック4の熱膨張差が
大きく、これにより生じる熱応力によるクラックが半田
6に発生し、モジュールのTCT信頼性を損ねるという
問題があった。
ラスチックであるため、機械的強度も弱く、半導体チッ
プ8が短絡事故などにより爆発する際の防爆耐量がほと
んど無いという問題があった。又、半導体チップ8と銅
板7の配線パターンはアルミワイヤボンディング接続に
より接続されているため、パワーサイクル耐量が低い
(例えば100万回程度のパワーサイクル耐量の要求に
対して例えば10万回程度しかない)という問題があっ
た。更に、冷却用金属板1とセラミック4の熱膨張差が
大きく、これにより生じる熱応力によるクラックが半田
6に発生し、モジュールのTCT信頼性を損ねるという
問題があった。
【0007】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、耐湿性に強く、
防爆耐量が大きく、TCT信頼性が高く、パワ一サイク
ル耐量の優れた半導体モジュール及び前記複数の半導体
モジュールを集合させて構成される大型半導体モジュー
ルを提供することである。
るためになされたもので、その目的は、耐湿性に強く、
防爆耐量が大きく、TCT信頼性が高く、パワ一サイク
ル耐量の優れた半導体モジュール及び前記複数の半導体
モジュールを集合させて構成される大型半導体モジュー
ルを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の特徴は、表面にロー付けにて金属板を
結合したセラミック製の基板と、この基板の外周部で前
記金属板の外側の表面にロー付けにより気密的に結合し
た金属製フランジと、この金属製フランジの開口部を気
密的に塞ぐセラミック製の板状のハウンジング部と、前
記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた少
なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことにあ
る。
に、第1の発明の特徴は、表面にロー付けにて金属板を
結合したセラミック製の基板と、この基板の外周部で前
記金属板の外側の表面にロー付けにより気密的に結合し
た金属製フランジと、この金属製フランジの開口部を気
密的に塞ぐセラミック製の板状のハウンジング部と、前
記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた少
なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことにあ
る。
【0009】この第1の発明によれば、セラミック製の
基板と、円筒形の金属製フランジと、円板状のハウンジ
ング部により密閉容器が形成され、この中に、例えば1
個以上のIGBTなどの半導体チップが収容されること
になる。この密閉容器は例えば10-9程度の気密性を持
たせることができる。又、セラミック製の基板とその表
面に結合した例えば銅などの金属板および金属製フラン
ジは銀ロー付けしてあり、又、セラミック製の基板と金
属板および金属製フランジとの熱膨張率の違いにより生
じる熱応力に対して、前記ロー付け部は十分強固とする
ことができる。
基板と、円筒形の金属製フランジと、円板状のハウンジ
ング部により密閉容器が形成され、この中に、例えば1
個以上のIGBTなどの半導体チップが収容されること
になる。この密閉容器は例えば10-9程度の気密性を持
たせることができる。又、セラミック製の基板とその表
面に結合した例えば銅などの金属板および金属製フラン
ジは銀ロー付けしてあり、又、セラミック製の基板と金
属板および金属製フランジとの熱膨張率の違いにより生
じる熱応力に対して、前記ロー付け部は十分強固とする
ことができる。
【0010】第2の発明の特徴は、表面にロー付けにて
金属板を結合したセラミック製の基板と、この基板の外
周部で前記金属板の表面にロー付けにより気密的に結合
した金属製フランジと、この金属製フランジの開口部を
気密的に塞ぐセラミック製の板状のハウンジング部と、
前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことにあ
る。
金属板を結合したセラミック製の基板と、この基板の外
周部で前記金属板の表面にロー付けにより気密的に結合
した金属製フランジと、この金属製フランジの開口部を
気密的に塞ぐセラミック製の板状のハウンジング部と、
前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことにあ
る。
【0011】この第2の発明によれば、セラミック製の
基板の表面に結合した例えば銅などの金属板に円筒形の
金属製フランジがロー付けにより結合しているため、金
属製フランジが低膨張率の金属であれば、前記セラミッ
ク製の基板と金属板との熱膨張率の違いにより生じる熱
応力が前記金属製フランジに掛り、この分、セラミック
製の基板と金属板との間に生じる熱応力が緩和され、T
CT信頼性をより向上させることができる。
基板の表面に結合した例えば銅などの金属板に円筒形の
金属製フランジがロー付けにより結合しているため、金
属製フランジが低膨張率の金属であれば、前記セラミッ
ク製の基板と金属板との熱膨張率の違いにより生じる熱
応力が前記金属製フランジに掛り、この分、セラミック
製の基板と金属板との間に生じる熱応力が緩和され、T
CT信頼性をより向上させることができる。
【0012】第3の発明の特徴は、前記セラミック製の
ハウンジング部の外周部には環状の金属製部材がロー付
けにて結合され、この金属製部材の端部を前記金属製フ
ランジの開口端に溶接により結合したことにある。
ハウンジング部の外周部には環状の金属製部材がロー付
けにて結合され、この金属製部材の端部を前記金属製フ
ランジの開口端に溶接により結合したことにある。
【0013】この第3の発明によれば、前記金属製フラ
ンジが前記セラミック製のハウンジング部にロー付けと
溶接により結合されるため、前記セラミック製の基板
と、円筒形の金属製フランジと、円板状のハウンジング
部により形成される密閉容器は十分な気密性を有すると
共に、大きな機械的強度を得ることができる。
ンジが前記セラミック製のハウンジング部にロー付けと
溶接により結合されるため、前記セラミック製の基板
と、円筒形の金属製フランジと、円板状のハウンジング
部により形成される密閉容器は十分な気密性を有すると
共に、大きな機械的強度を得ることができる。
【0014】第4の発明の特徴は、前記半導体チップの
電極と前記金属製フランジとを前記セラミック製の基板
表面の金属板を介して電気的に接続したことにある。
電極と前記金属製フランジとを前記セラミック製の基板
表面の金属板を介して電気的に接続したことにある。
【0015】この第4の発明によれば、前記半導体チッ
プが例えばIGBTであれば、その底面がコレクタ電極
となり、この底面を前記セラミック製の基板の表面に結
合した例えば銅などの金属板に半田付けすれば、この金
属板は前記コレクタに電気的に接続され、従って、前記
金属板にロー付けにより結合された円筒形の金属製フラ
ンジは前記コレクタ電極になり、フランジを電極端子と
して兼用でき、半導体モジュールを小型化することがで
きる。
プが例えばIGBTであれば、その底面がコレクタ電極
となり、この底面を前記セラミック製の基板の表面に結
合した例えば銅などの金属板に半田付けすれば、この金
属板は前記コレクタに電気的に接続され、従って、前記
金属板にロー付けにより結合された円筒形の金属製フラ
ンジは前記コレクタ電極になり、フランジを電極端子と
して兼用でき、半導体モジュールを小型化することがで
きる。
【0016】第5の発明の特徴は、前記半導体チップに
導電部材を圧接することにより電極経路を形成すること
にある。
導電部材を圧接することにより電極経路を形成すること
にある。
【0017】この第5の発明によれば、前記半導体チッ
プが例えばIGBTであれば、その主面にエミッタ電極
があり、このエミッタ電極に例えばモリブデンなどの通
電容量の大きな導電部材を圧接することにより、前記導
電部材によりエミッタ電極の電路が形成され、パワーサ
イクル耐量を向上させることができる。
プが例えばIGBTであれば、その主面にエミッタ電極
があり、このエミッタ電極に例えばモリブデンなどの通
電容量の大きな導電部材を圧接することにより、前記導
電部材によりエミッタ電極の電路が形成され、パワーサ
イクル耐量を向上させることができる。
【0018】第6の発明の特徴は、前記セラミック製の
ハウンジング部により前記導電部材を前記半導体チップ
にバネを介して圧接することにある。
ハウンジング部により前記導電部材を前記半導体チップ
にバネを介して圧接することにある。
【0019】この第6の発明によれば、前記半導体チッ
プ、前記導電部材、前記例えば板バネ、前記セラミック
製のハウンジング部をこの順番でサンドイッチ構造にす
れば、前記導電部材を前記板バネにより常に押圧して、
前記導電部材は前記半導体チップに圧接される。
プ、前記導電部材、前記例えば板バネ、前記セラミック
製のハウンジング部をこの順番でサンドイッチ構造にす
れば、前記導電部材を前記板バネにより常に押圧して、
前記導電部材は前記半導体チップに圧接される。
【0020】第7の発明の特徴は、前記金属製フランジ
は熱膨張率の小さな金属であることにある。
は熱膨張率の小さな金属であることにある。
【0021】この第7の発明によれば、前記金属製フラ
ンジの材質は42Alloy、36A11oyなど、セ
ラミックに熱膨張係数が近い金属材料が好ましく、ま
た、これらの金属は機械的強度が強く、ロ一付け時のス
トレスが強い故、機械的強度を下げるため、焼き鈍しを
施した材料が好ましく、部材の熱膨張率が異なることに
よる熱応力を小さく抑えることができ、TCT信頼性を
更に向上させることができる。
ンジの材質は42Alloy、36A11oyなど、セ
ラミックに熱膨張係数が近い金属材料が好ましく、ま
た、これらの金属は機械的強度が強く、ロ一付け時のス
トレスが強い故、機械的強度を下げるため、焼き鈍しを
施した材料が好ましく、部材の熱膨張率が異なることに
よる熱応力を小さく抑えることができ、TCT信頼性を
更に向上させることができる。
【0022】第8の発明の特徴は、前記半導体チップは
電鉄用のIGBTであることにある。
電鉄用のIGBTであることにある。
【0023】第9の発明の特徴は、複数の開口部を有す
る板状の金属枠と、この金属枠の前記開口部に取り付け
られる半導体モジュールと、前記半導体モジュールが取
り付けられた金属枠の一方の面を覆うプラスチック製の
カバーと、このカバー内に充填される樹脂とを備えたこ
とにある。
る板状の金属枠と、この金属枠の前記開口部に取り付け
られる半導体モジュールと、前記半導体モジュールが取
り付けられた金属枠の一方の面を覆うプラスチック製の
カバーと、このカバー内に充填される樹脂とを備えたこ
とにある。
【0024】この第9の発明によれば、前記金属枠に所
望の個数の開口部を設けておけば、前記金属枠に所望の
個数の例えばIGBTなどの半導体モジュールが取り付
けられ、ユーザーの各種仕様に容易に対応することがで
きる。
望の個数の開口部を設けておけば、前記金属枠に所望の
個数の例えばIGBTなどの半導体モジュールが取り付
けられ、ユーザーの各種仕様に容易に対応することがで
きる。
【0025】第10の発明の特徴は、前記金属枠に取り
付けられた半導体モジュールの各電極は並列接続又は直
列接続されて前記カバーの上面に突設されている電極に
接続されることにある。
付けられた半導体モジュールの各電極は並列接続又は直
列接続されて前記カバーの上面に突設されている電極に
接続されることにある。
【0026】この第10の発明によれば、前記金属枠に
任意の個数の半導体モジュールを取り付け、これらを並
列接続すれば、任意の電力容量の大型半導体モジュール
を構成し、前記金属枠に任意の個数の半導体モジュール
を取り付け、これらを直列接続すれば、任意の耐圧の大
型半導体モジュールもしくはインバータ回路を構成す
る。又、並列接続と直列接続を併用することにより、任
意の電力容量、任意の耐圧任意の回路構成の大型半導体
モジュールを構成する。
任意の個数の半導体モジュールを取り付け、これらを並
列接続すれば、任意の電力容量の大型半導体モジュール
を構成し、前記金属枠に任意の個数の半導体モジュール
を取り付け、これらを直列接続すれば、任意の耐圧の大
型半導体モジュールもしくはインバータ回路を構成す
る。又、並列接続と直列接続を併用することにより、任
意の電力容量、任意の耐圧任意の回路構成の大型半導体
モジュールを構成する。
【0027】第11の発明の特徴は、前記半導体モジュ
ールが取り付けられた金属枠の前記カバーに覆われてい
る面と反対の面をヒートシンクに取り付けることにあ
る。
ールが取り付けられた金属枠の前記カバーに覆われてい
る面と反対の面をヒートシンクに取り付けることにあ
る。
【0028】この第11の発明によれば、前記半導体モ
ジュールが前記ヒートシンクに接触し、前記半導体モジ
ュールが前記ヒートシンクにより冷却される。
ジュールが前記ヒートシンクに接触し、前記半導体モジ
ュールが前記ヒートシンクにより冷却される。
【0029】第12の発明の特徴は、前記半導体モジュ
ールは、表面にロー付けにて金属板を結合したセラミッ
ク製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の外側の
表面にロー付けにより気密的に結合した円筒形の金属製
フランジと、この金属製フランジの開口部を気密的に塞
ぐセラミック製の円板状のハウンジング部と、前記セラ
ミック製の基板表面の金属板に半田付けされた少なくと
も1個以上の半導体チップとを有することにある。
ールは、表面にロー付けにて金属板を結合したセラミッ
ク製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の外側の
表面にロー付けにより気密的に結合した円筒形の金属製
フランジと、この金属製フランジの開口部を気密的に塞
ぐセラミック製の円板状のハウンジング部と、前記セラ
ミック製の基板表面の金属板に半田付けされた少なくと
も1個以上の半導体チップとを有することにある。
【0030】第13の発明の特徴は、前記半導体モジュ
ールは、表面にロー付けにて金属板を結合したセラミッ
ク製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の表面に
ロー付けにより気密的に結合した円筒形の金属製フラン
ジと、この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラ
ミック製の円板状のハウンジング部と、前記セラミック
製の基板表面の金属板に半田付けされた少なくとも1個
以上の半導体チップとを有することにある。
ールは、表面にロー付けにて金属板を結合したセラミッ
ク製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の表面に
ロー付けにより気密的に結合した円筒形の金属製フラン
ジと、この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラ
ミック製の円板状のハウンジング部と、前記セラミック
製の基板表面の金属板に半田付けされた少なくとも1個
以上の半導体チップとを有することにある。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の半導体モジュール
の第1の実施の形態を示した断面図である。セラミック
基板31の上面には銅板33が銀ロー付けにより結合し
ている。セラミック基板31の前記銅板の外側には円形
の低膨張金属製のフランジ32が銀ロー付けにより結合
している。
に基づいて説明する。図1は本発明の半導体モジュール
の第1の実施の形態を示した断面図である。セラミック
基板31の上面には銅板33が銀ロー付けにより結合し
ている。セラミック基板31の前記銅板の外側には円形
の低膨張金属製のフランジ32が銀ロー付けにより結合
している。
【0032】前記銅板33の上に半田34により半導体
チップ35が半田付けされている。半導体チップ35の
主面にはモリブデン製のエミッタ電極部材36がバネ3
7により押圧され、エミッタ電極部材36が半導体チッ
プ35のエミッタ電極に圧接して、エミッタ電極経路が
形成されている。バネ37はセラミックハウジング38
により上から押しつけられて、前記押圧力を発生してい
る。セラミックハウジング38の端部は円環状の低膨張
金属製部材39が銀ロー付けされていて、この円環状の
部材39の上部がフランジ32の上端部と溶接されてい
る。
チップ35が半田付けされている。半導体チップ35の
主面にはモリブデン製のエミッタ電極部材36がバネ3
7により押圧され、エミッタ電極部材36が半導体チッ
プ35のエミッタ電極に圧接して、エミッタ電極経路が
形成されている。バネ37はセラミックハウジング38
により上から押しつけられて、前記押圧力を発生してい
る。セラミックハウジング38の端部は円環状の低膨張
金属製部材39が銀ロー付けされていて、この円環状の
部材39の上部がフランジ32の上端部と溶接されてい
る。
【0033】銅板33には半導体チップ35のコレクタ
である底面が半田付けされているため、銅板33はコレ
クタとなっている。この銅板33の中央付近から銅のコ
レクタ導電部材40が半田付けにより立設され、これが
エミッタ電極部材36を貫通し、更にセラミックハウジ
ング38を貫通して外部に突出している。
である底面が半田付けされているため、銅板33はコレ
クタとなっている。この銅板33の中央付近から銅のコ
レクタ導電部材40が半田付けにより立設され、これが
エミッタ電極部材36を貫通し、更にセラミックハウジ
ング38を貫通して外部に突出している。
【0034】又、エミッタ電極部材36の上に銅のエミ
ッタ導電部材41が立設され、これがセラミックハウジ
ング38を貫通して外部に突出している。コレクタ導電
部材40はセラミックハウジング38に銀ロー付けによ
り立設された銅のキャップ形状のコレクタ電極42によ
りカシメにより結合され、エミッタ導電部材41はセラ
ミックハウジング38に銀ロー付けにより立設された銅
のキャップ形状のエミッタ電極43によりカシメにより
結合されている。尚、本例では4個の半導体チップ35
が上記した半導体モジュール内に収容されている。
ッタ導電部材41が立設され、これがセラミックハウジ
ング38を貫通して外部に突出している。コレクタ導電
部材40はセラミックハウジング38に銀ロー付けによ
り立設された銅のキャップ形状のコレクタ電極42によ
りカシメにより結合され、エミッタ導電部材41はセラ
ミックハウジング38に銀ロー付けにより立設された銅
のキャップ形状のエミッタ電極43によりカシメにより
結合されている。尚、本例では4個の半導体チップ35
が上記した半導体モジュール内に収容されている。
【0035】本実施の形態によれば、低膨張金属製のフ
ランジ32の円形の上下の開口部をセラミック基板31
とセラミックハウジング38で銀ロー付けや溶接などに
より気密的に塞いで、密閉容器を形成し、更に、セラミ
ックハウジング38の上に突出しているコレクタ導電部
材40、エミッタ導電部材41の貫通口をキャップ形状
のコレクタ電極42、キャップ形状のエミッタ電極41
により銀ロー付けにより気密的に塞いでいるため、前記
容器は極めて高い気密性(10-9torr)を有してい
る。これによって、耐湿性を極めて高くすることがで
き、内部に湿気や腐食性ガスなどの侵入を完全に防止し
て、半導体チップ35の故障を防止し、その信頼性を著
しく高めることができる。
ランジ32の円形の上下の開口部をセラミック基板31
とセラミックハウジング38で銀ロー付けや溶接などに
より気密的に塞いで、密閉容器を形成し、更に、セラミ
ックハウジング38の上に突出しているコレクタ導電部
材40、エミッタ導電部材41の貫通口をキャップ形状
のコレクタ電極42、キャップ形状のエミッタ電極41
により銀ロー付けにより気密的に塞いでいるため、前記
容器は極めて高い気密性(10-9torr)を有してい
る。これによって、耐湿性を極めて高くすることがで
き、内部に湿気や腐食性ガスなどの侵入を完全に防止し
て、半導体チップ35の故障を防止し、その信頼性を著
しく高めることができる。
【0036】又、金属とセラミックを溶接と銀ローで接
合して半導体チップ35の密閉容器を形成しているた
め、機械的強度がプラスチックなどに比べて極めて大き
く、半導体チップ35が短絡などで爆発しても、十分な
防爆耐量があり、密閉容器が破壊されることはなく、安
全性が向上している。
合して半導体チップ35の密閉容器を形成しているた
め、機械的強度がプラスチックなどに比べて極めて大き
く、半導体チップ35が短絡などで爆発しても、十分な
防爆耐量があり、密閉容器が破壊されることはなく、安
全性が向上している。
【0037】更に、半導体チップ35は、アルミワイヤ
ーなどを用いずにエミッタ電極部材36などの圧接や、
銅板33への半田付けによりエミッタ電極43やコレク
タ電極42と接続され、通電容量の大きな導電部材によ
り電極経路が形成されているため、パワーサイクル耐量
(100万回以上)を著しく向上させることができる。
ーなどを用いずにエミッタ電極部材36などの圧接や、
銅板33への半田付けによりエミッタ電極43やコレク
タ電極42と接続され、通電容量の大きな導電部材によ
り電極経路が形成されているため、パワーサイクル耐量
(100万回以上)を著しく向上させることができる。
【0038】又、冷却用金属板1を使用せずとも良くな
るので、セラミック基板31と銅板33の熱膨張率が異
なっていても、クラックが入ったりせず、TCT耐量を
向上させることができる。
るので、セラミック基板31と銅板33の熱膨張率が異
なっていても、クラックが入ったりせず、TCT耐量を
向上させることができる。
【0039】また、モジュールの寸法などは従来例と同
一にできるため、同様の寸法仕様にて使用することがで
きる。
一にできるため、同様の寸法仕様にて使用することがで
きる。
【0040】図2は本発明の半導体モジュールの第2の
実施の形態を示した断面図である。
実施の形態を示した断面図である。
【0041】セラミック基板31の上部に銀ロー付けに
て結合している銅板33上に筒型の低膨張金属製のフラ
ンジ32が銀ロー付けにより結合している。この銅板3
3に半導体チップ35の底面が半田34により半田付け
され、半導体チップ35の底面はコレクタになっている
ため、前記銅板33は前記コレクタに接続されている。
しかも、低膨張金属製のフランジ32は前記銅板33に
電気的に結合しているため、フランジ32はコレクタ電
極を兼ねていることになる。
て結合している銅板33上に筒型の低膨張金属製のフラ
ンジ32が銀ロー付けにより結合している。この銅板3
3に半導体チップ35の底面が半田34により半田付け
され、半導体チップ35の底面はコレクタになっている
ため、前記銅板33は前記コレクタに接続されている。
しかも、低膨張金属製のフランジ32は前記銅板33に
電気的に結合しているため、フランジ32はコレクタ電
極を兼ねていることになる。
【0042】従って、本例ではセラミックハウジング3
8の上には、エミッタ電極部材36に立設されたエミッ
タ電極部材41にカシメにより結合しているキャップ形
状のエミッタ電極43のみが銀ロー付けにより立設して
いる。他の構成は図1に示した第1の実施の形態と同様
である。
8の上には、エミッタ電極部材36に立設されたエミッ
タ電極部材41にカシメにより結合しているキャップ形
状のエミッタ電極43のみが銀ロー付けにより立設して
いる。他の構成は図1に示した第1の実施の形態と同様
である。
【0043】本実施の形態によれば、銅板33の上に低
膨張金属製のフランジ32が銀ロー付けにより結合して
いるため、銅板33の熱膨張が抑えられ、その分、第1
の実施の形態よりもTCT耐量を向上させることができ
る。
膨張金属製のフランジ32が銀ロー付けにより結合して
いるため、銅板33の熱膨張が抑えられ、その分、第1
の実施の形態よりもTCT耐量を向上させることができ
る。
【0044】又、パワーサイクル耐量を損なうことな
く、フランジ32がコレクタ電極を兼ねているため、コ
レクタ電極をセラミックハウジング38の上に設ける必
要がなく、この分、装置を小型にできると共に、その組
み立て性を向上させることができる。他の構成は図1に
示した第1の実施の形態と同様で、同様の効果がある。
く、フランジ32がコレクタ電極を兼ねているため、コ
レクタ電極をセラミックハウジング38の上に設ける必
要がなく、この分、装置を小型にできると共に、その組
み立て性を向上させることができる。他の構成は図1に
示した第1の実施の形態と同様で、同様の効果がある。
【0045】図3は本発明の大型半導体モジュールの一
実施の形態を示した縦断面図である。図4は同大型の半
導体モジュールの横断面図である。大型半導体モジュー
ルの外郭を構成するネジ止めフランジ(金属枠)51は
その平面が四角形状を有し、小型の半導体モジュール8
0を収容する複数の円形の開口部52(この例では円形
だがくけいでも良い)を有している。これら開口部52
にはシーリングラバー53を介して円形の小型の半導体
モジュール80が図示されないネジにより取り付けてあ
る。この小型の半導体モジュール80は例えば図2に示
したものである。
実施の形態を示した縦断面図である。図4は同大型の半
導体モジュールの横断面図である。大型半導体モジュー
ルの外郭を構成するネジ止めフランジ(金属枠)51は
その平面が四角形状を有し、小型の半導体モジュール8
0を収容する複数の円形の開口部52(この例では円形
だがくけいでも良い)を有している。これら開口部52
にはシーリングラバー53を介して円形の小型の半導体
モジュール80が図示されないネジにより取り付けてあ
る。この小型の半導体モジュール80は例えば図2に示
したものである。
【0046】ネジ止めフランジ51の上部はプラスチッ
クのカバー54が接着結合され、小型の半導体モジュー
ル80を覆っている。これら半導体モジュール80のエ
ミッタ電極36やコレクタ電極32は導電材55、56
により並列接続され、これら導電材55、56はプラス
チックのカバー54の上部に大型半導体モジュールの電
極として配置されているエミッタ電極57やコレクタ電
極58に接続されている。更に、プラスチックのカバー
54の内部は、機械的強度、絶縁強度を高めるためのゲ
ル状のシリコン樹脂59もしくはエポキシ樹脂などによ
り充填されている。
クのカバー54が接着結合され、小型の半導体モジュー
ル80を覆っている。これら半導体モジュール80のエ
ミッタ電極36やコレクタ電極32は導電材55、56
により並列接続され、これら導電材55、56はプラス
チックのカバー54の上部に大型半導体モジュールの電
極として配置されているエミッタ電極57やコレクタ電
極58に接続されている。更に、プラスチックのカバー
54の内部は、機械的強度、絶縁強度を高めるためのゲ
ル状のシリコン樹脂59もしくはエポキシ樹脂などによ
り充填されている。
【0047】尚、上記のような大型半導体モジュールの
下部は図3に示すように大型のヒートシンク60に図示
されないネジ止めにより密着されて使用される。
下部は図3に示すように大型のヒートシンク60に図示
されないネジ止めにより密着されて使用される。
【0048】本実施の形態によれば、所望の容量が得ら
れる個数(本例では4個)の半導体モジュール80をネ
ジ止めフランジ51に取り付けることにより、大型半導
体モジュールを構成することができるため、ユーザーの
要求する電力仕様に迅速且つ容易に対応することができ
る。尚、上記実施の形態にて、半導体モジュール80は
電気的に並列接続されているが、直列接続されていても
よく、この場合は、ユーザーの要求する耐圧モジュール
回路仕様に迅速且つ容易に対応することができる。
れる個数(本例では4個)の半導体モジュール80をネ
ジ止めフランジ51に取り付けることにより、大型半導
体モジュールを構成することができるため、ユーザーの
要求する電力仕様に迅速且つ容易に対応することができ
る。尚、上記実施の形態にて、半導体モジュール80は
電気的に並列接続されているが、直列接続されていても
よく、この場合は、ユーザーの要求する耐圧モジュール
回路仕様に迅速且つ容易に対応することができる。
【0049】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体モジュールによれば、半導体チップを金属とセラミ
ックで構成された気密性の高い容器に収納し、且つ半導
体チップの電極を通電容量の大きな導電部材により圧接
により接続し、熱応力のかかる部分を銀ロー付けし、冷
却用金属板を除くことにより、耐湿性、防爆耐量、TC
T信頼性及びパワ一サイクル耐量を向上させることがで
き、モジュールの性能を極めて高くすることができる。
導体モジュールによれば、半導体チップを金属とセラミ
ックで構成された気密性の高い容器に収納し、且つ半導
体チップの電極を通電容量の大きな導電部材により圧接
により接続し、熱応力のかかる部分を銀ロー付けし、冷
却用金属板を除くことにより、耐湿性、防爆耐量、TC
T信頼性及びパワ一サイクル耐量を向上させることがで
き、モジュールの性能を極めて高くすることができる。
【0050】本発明の大型半導体モジュールによれば、
金属枠に取り付ける半導体チップの数を調整することに
より、半導体チップの電力容量を迅速且つ容易に変更で
き、ユーザーの各種仕様に迅速且つ安価に対応すること
ができる。
金属枠に取り付ける半導体チップの数を調整することに
より、半導体チップの電力容量を迅速且つ容易に変更で
き、ユーザーの各種仕様に迅速且つ安価に対応すること
ができる。
【図1】本発明の半導体モジュールの第1の実施の形態
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図2】本発明の半導体モジュールの第2の実施の形態
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図3】本発明の大型半導体モジュールの一実施の形態
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図4】図3に示した大型半導体モジュールの横断面図
である。
である。
【図5】従来の半導体モジュールの構成例を示した断面
図である。
図である。
31 セラミック基板 32 フランジ 33 銅板 34 半田 35 半導体チップ 36 エミッタ電極部材 37 バネ 38 セラミックハウジング 39 低膨張金属製部材 40 コレクタ導電部材 41 エミッタ導電部材 42、58 コレクタ電極 43、57 エミッタ電極 51 ネジ止めフランジ 52 開口部 53 シーリンクバラバー 54 カバー 55、56 導電材 59 シリコン樹脂 60 ヒートシンク 80 半導体モジュール
Claims (13)
- 【請求項1】 表面にロー付けにて金属板を結合したセ
ラミック製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の
外側の表面にロー付けにより気密的に結合した金属製フ
ランジと、 この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラミック
製の板状のハウンジング部と、 前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことを特
徴とする半導体モジュール。 - 【請求項2】 表面にロー付けにて金属板を結合したセ
ラミック製の基板と、この基板の外周部で前記金属板の
表面にロー付けにより気密的に結合した金属製フランジ
と、 この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラミック
製の板状のハウンジング部と、 前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを備えたことを特
徴とする半導体モジュール。 - 【請求項3】 前記セラミック製のハウンジング部の外
周部には環状の金属製部材がロー付けにて結合され、こ
の金属製部材の端部を前記金属製フランジの開口端に溶
接により結合したことを特徴とする請求項1又は2記載
の半導体モジュール。 - 【請求項4】 前記半導体チップの電極と前記金属製フ
ランジとを前記セラミック製の基板表面の金属板を介し
て電気的に接続したことを特徴とする請求項2記載の半
導体モジュール。 - 【請求項5】 前記半導体チップに導電部材を圧接する
ことにより電極経路を形成することを特徴とする請求項
1又は2記載の半導体モジュール。 - 【請求項6】 前記セラミック製のハウンジング部によ
り前記導電部材を前記半導体チップにバネを介して圧接
することを特徴とする請求項5記載の半導体モジュー
ル。 - 【請求項7】 前記金属製フランジは熱膨張率の小さな
金属であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導
体モジュール。 - 【請求項8】 前記半導体チップは電鉄用のIGBTで
あることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体モジ
ュール。 - 【請求項9】 複数の開口部を有する板状の金属枠と、 この金属枠の前記開口部に取り付けられる半導体モジュ
ールと、 前記半導体モジュールが取り付けられた金属枠の一方の
面を覆うプラスチック製のカバーと、 このカバー内に充填される樹脂とを備えたことを特徴と
する大型半導体モジュール。 - 【請求項10】 前記金属枠に取り付けられた半導体モ
ジュールの各電極は並列接続又は直列接続されて前記カ
バーの上面に突設されている電極に接続されることを特
徴とする請求項9記載の大型半導体モジュール。 - 【請求項11】 前記半導体モジュールが取り付けられ
た金属枠の前記カバーに覆われている面と反対の面をヒ
ートシンクに取り付けることを特徴とする請求項9記載
の大型半導体モジュール。 - 【請求項12】 前記半導体モジュールは、表面にロー
付けにて金属板を結合したセラミック製の基板と、 この基板の外周部で前記金属板の外側の表面にロー付け
により気密的に結合した円筒形の金属製フランジと、 この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラミック
製の円板状のハウンジング部と、 前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを有することを特
徴とする請求項9記載の大型半導体モジュール。 - 【請求項13】 前記半導体モジュールは、表面にロー
付けにて金属板を結合したセラミック製の基板と、 この基板の外周部で前記金属板の表面にロー付けにより
気密的に結合した円筒形の金属製フランジと、 この金属製フランジの開口部を気密的に塞ぐセラミック
製の円板状のハウンジング部と、 前記セラミック製の基板表面の金属板に半田付けされた
少なくとも1個以上の半導体チップとを有することを特
徴とする請求項9記載の大型半導体モジュール。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10133714A JPH11330283A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体モジュール及び大型半導体モジュール |
US09/311,055 US6297549B1 (en) | 1998-05-15 | 1999-05-14 | Hermetically sealed semiconductor power module and large scale module comprising the same |
US09/917,876 US6756667B2 (en) | 1998-05-15 | 2001-07-31 | Hermetically sealed semiconductor power module and large scale module comprising the same |
US10/780,644 US6967402B2 (en) | 1998-05-15 | 2004-02-19 | Hermetically sealed semiconductor power module and large scale module comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10133714A JPH11330283A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体モジュール及び大型半導体モジュール |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003168332A Division JP3830919B2 (ja) | 2003-06-12 | 2003-06-12 | 大型半導体モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11330283A true JPH11330283A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15111192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10133714A Pending JPH11330283A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体モジュール及び大型半導体モジュール |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPH11330283A (ja) |
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