半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】主電路基板(1)的絕緣層(3)上形成的主電路布線圖案(4)和構(gòu)成主電路(10a)的半導(dǎo)體芯片(5、6)的背面通過焊料等的接合材料接合。半導(dǎo)體芯片(5、6)的正面電極通過粗徑的鍵合引線(11)與電力用管腳(13a)電連接。構(gòu)成控制電路(10b)的控制半導(dǎo)體芯片(9)的背面通過接合材料與由粘接在主電路基板(1)邊緣的殼(12)的底面部(12-1)形成的控制電路基板(7)上的控制電路布線圖案(8b)接合。控制電路基板(7)的主面位于比主電路基板(1)的主面高的位置，在控制電路基板(7)和主電路基板(1)的主面間形成高度差。據(jù)此，能夠提供抗噪性優(yōu)異，并且具有能夠以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
【專利說明】
半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]模塊型功率半導(dǎo)體裝置通過以下方式構(gòu)成，將具有提供如切換等電源控制作用的功率晶體管和/或二極管等半導(dǎo)體芯片的主電路和具有控制主電路工作的控制半導(dǎo)體芯片的控制電路組裝在一個裝置內(nèi)。這樣的模塊型功率半導(dǎo)體裝置主要應(yīng)用于控制馬達(dá)等的變換器等。
[0003]圖4是表示現(xiàn)有的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的截面構(gòu)造的截面圖。如圖4所示，現(xiàn)有的模塊型功率半導(dǎo)體裝置具有將主電路10a和控制主電路10a的控制電路10b均安裝在同一主電路基板101的構(gòu)成。主電路基板101是在導(dǎo)熱性能好的金屬板102的表面配置了絕緣層103的絕緣基板。在主電路基板101的絕緣層103上形成有主電路布線圖案104。
[0004]在半導(dǎo)體芯片105、106上形成有構(gòu)成主電路10a的半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體芯片105、106的背面通過焊料等的接合材料(未圖示)與主電路基板101的主電路布線圖案104接合。在半導(dǎo)體芯片 105、106 上分別形成有 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵型雙極晶體管)和FWD(Free Wheeling D1de:續(xù)流二極管)。
[0005]控制電路基板107是在正面形成控制電路布線圖案108的絕緣基板?？刂齐娐坊?07具有通孔結(jié)構(gòu)。控制電路布線圖案108和控制電路基板107的背面形成的金屬膜通過通孔相互連接?？刂齐娐坊?07的背面通過絕緣性膠粘劑與主電路基板101的絕緣層103上的未配置主電路布線圖案104的區(qū)域粘接在一起。
[0006]在控制半導(dǎo)體芯片109形成有構(gòu)成控制電路10b的控制半導(dǎo)體元件。控制半導(dǎo)體芯片109的背面通過焊料等的接合材料(未圖示)與控制電路基板107的控制電路布線圖案108接合。在半導(dǎo)體芯片105、106的正面分別設(shè)置的省略圖示的電極(以下稱為正面電極)，通過鍵合引線111電連接于主電路布線圖案104和控制電路布線圖案108。
[0007]主電路基板101的邊緣粘接有殼體112。殼體112的內(nèi)側(cè)設(shè)有用于外部連接的多個管腳(引線框架)113a、113b。電力用管腳113a的一端露出在殼體112的外部，另一端通過焊接等連接于主電路10a的輸出電極?？刂朴霉苣_113b的一端露出在殼體112的外部，另一端通過焊接等連接于控制電路10b的輸入電極。殼體112和主電路基板101之間填充有包封樹脂114。
[0008]這樣的模塊型功率半導(dǎo)體裝置需要將在主電路10a產(chǎn)生的熱損失有效的散熱到裝置外部。在圖4所示的模塊型功率半導(dǎo)體裝置中，在大電流流過的半導(dǎo)體芯片105、106以及主電路布線圖案104產(chǎn)生的熱損失通過絕緣層103傳導(dǎo)給金屬板102。進(jìn)而，傳遞至金屬板102的熱損失向接合于金屬板102的外部的散熱機(jī)構(gòu)傳導(dǎo)并散熱。
[0009]另一方面，控制半導(dǎo)體芯片109是產(chǎn)生輸入至半導(dǎo)體芯片105、106上的半導(dǎo)體元件的控制信號的控制IC(Integrated Circuit:集成電路)芯片，只有微弱的電流流過。因此，安裝了控制半導(dǎo)體芯片109的控制電路基板107不需要有散熱用的特別的構(gòu)成。因此，在主電路基板101的絕緣層103上配置控制電路基板107，防止半導(dǎo)體芯片105、106上的功率半導(dǎo)體元件切換時產(chǎn)生的噪聲傳至控制半導(dǎo)體芯片109上的控制半導(dǎo)體元件?？刂齐娐坊?07的厚度越厚，防噪聲效果越好。
[0010]作為這樣的模塊型功率半導(dǎo)體裝置，提出有如下的裝置(例如，參考下述專利文獻(xiàn)I)。上述模塊型功率半導(dǎo)體裝置，在樹脂殼體中裝入了金屬絕緣基板、安裝在該金屬絕緣基板上的半導(dǎo)體芯片、控制電路部件、以及外部導(dǎo)出端子。并且，對半導(dǎo)體芯片和控制電路部件以及外部導(dǎo)出端子之間實施引線鍵合而形成內(nèi)部連接。在上述殼體內(nèi)的中段位置設(shè)置有缺少半導(dǎo)體芯片貼裝區(qū)而覆蓋金屬絕緣基板的上面區(qū)域的隔離壁，該隔離壁的上面?zhèn)扰渲糜型獠繉?dǎo)出端子、控制電路部件以及其布線導(dǎo)體。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:日本特開平第5-304248號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問題
[0015]然而，現(xiàn)有的模塊型功率半導(dǎo)體裝置因為是在主電路基板101上配置控制電路基板107的構(gòu)成，控制電路基板107的厚度越厚，主電路基板101與控制電路基板107的主面之間的高度差越大。因此，在配置有控制電路基板107的主電路基板101上，難以進(jìn)行用于貼裝半導(dǎo)體芯片105、106以及貼裝控制半導(dǎo)體芯片109的焊料印刷。所以，具有難以統(tǒng)一貼裝半導(dǎo)體芯片105、106以及控制半導(dǎo)體芯片109的問題。
[0016]另外，現(xiàn)有的模塊型功率半導(dǎo)體裝置中，因為殼體112與管腳113a、113b是單獨的部件，所以需要在殼體112安裝了主電路基板101以及控制電路基板107后，焊接管腳113a、113b。而且，管腳113a、113b需要對各個管腳113a、113b列以沿著殼體112內(nèi)壁的凹凸的方式以不同的預(yù)定間距彎曲兩次，對彎曲準(zhǔn)確度有要求。如此，因為半導(dǎo)體芯片105、106、控制半導(dǎo)體芯片109以及管腳113a、113b需要按照符合各自情況的個別的工序進(jìn)行貼裝，所以產(chǎn)生制造工序數(shù)增多，成本變高的問題。
[0017]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，以提供抗噪性能優(yōu)異的半導(dǎo)體裝置為目的。并且，本發(fā)明為了解決上述的現(xiàn)有技術(shù)的問題，以提供具有通過制造工序數(shù)少并且能夠低成本制造的構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置為目的。
[0018]技術(shù)方案
[0019]為了解決上述課題，達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有以下特征。具備多個半導(dǎo)體元件，以及形成有多個上述半導(dǎo)體元件中的、相比其他上述半導(dǎo)體元件流過更大的電流的第一半導(dǎo)體元件的第一半導(dǎo)體芯片。具備形成有多個上述半導(dǎo)體元件中的、控制上述第一半導(dǎo)體元件的第二半導(dǎo)體元件的第二半導(dǎo)體芯片。并且，具備具有接合有上述第一半導(dǎo)體芯片的第一布線圖案的絕緣基板、具有搭載有上述第二半導(dǎo)體芯片的第二布線圖案的絕緣部件。
[0020]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述絕緣材料的形成有上述第二布線圖案的面在與上述絕緣基板的主面垂直的方向上，位于相比上述絕緣基板的形成了上述第一布線圖案的主面的高的位置。與上述絕緣基板的形成有上述第一布線圖案的主面形成高度差，根據(jù)上述高度差，上述第二布線圖案和上述第一布線圖案在與上述絕緣基板的主面垂直的方向上分離。
[0021]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述第二布線圖案與上述第二半導(dǎo)體元件的外部連接用管腳一體化。
[0022]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述第二布線圖案通過金屬箔或引線框架形成。
[0023]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述絕緣部件是與上述第二半導(dǎo)體元件的外部連接用管腳一體成型的殼體。
[0024]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述絕緣部件是與上述絕緣基板以及上述第二布線圖案一體成型的殼體。
[0025]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述第二布線圖案形成在上述殼體的內(nèi)壁。
[0026]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，多個上述第二半導(dǎo)體元件中至少一個上述第二半導(dǎo)體元件在上述第二布線圖案上，以背面能夠電導(dǎo)通的狀態(tài)搭載。
[0027]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，多個上述第二半導(dǎo)體元件中至少一個上述第二半導(dǎo)體元件搭載于上述第二布線圖案的外側(cè)的上述絕緣部件上。
[0028]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，多個上述第二半導(dǎo)體元件中至少一個上述第二半導(dǎo)體元件在上述第二布線圖案上，以背面被電絕緣的狀態(tài)搭載。
[0029]根據(jù)上述發(fā)明，在絕緣基板形成接合了第一半導(dǎo)體芯片的第一布線圖案而構(gòu)成主電路，并且，在絕緣基板以外的絕緣部件形成搭載了第二半導(dǎo)體芯片的第二布線圖案，由此構(gòu)成控制電路。據(jù)此，因為能夠分離主電路和控制電路，所以能夠防止在第一半導(dǎo)體元件(功率半導(dǎo)體元件)產(chǎn)生的噪聲傳播到第二半導(dǎo)體元件。
[0030]并且，根據(jù)上述發(fā)明，以使形成了絕緣部件的第二布線圖案的面和形成了絕緣基板的第一布線圖案的主面構(gòu)成高度差的方式配置絕緣部件和絕緣基板。據(jù)此，因為控制電路基板上的第二半導(dǎo)體芯片，在與主電路基板的主面垂直的方向上，與主電路基板上的第一半導(dǎo)體芯片分離配置，所以能夠進(jìn)一步抑制在第一半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的噪聲傳播到第二半導(dǎo)體元件。
[0031]并且，根據(jù)上述發(fā)明，因為第二布線圖案以金屬箔或引線框架形成，所以無需配置控制電路基板而作為第二布線圖案，并且無需在該第二布線圖案上進(jìn)行焊料印刷。換言之，與在配置了控制電路基板的主電路基板上配置第一布線圖案和第二布線圖案，并對第一布線圖案和第二布線圖案進(jìn)行焊料印刷的情況相比，能夠容易地進(jìn)行第一半導(dǎo)體芯片以及第二半導(dǎo)體芯片的貼裝。
[0032]并且，根據(jù)上述發(fā)明，因為第二布線圖案與外部連接用的管腳被一體化作為一個部件，并且，因為管腳進(jìn)一步與殼體一體成型為一個部件，所以能夠減少組裝工時。據(jù)此，能夠制造生產(chǎn)率優(yōu)異的模塊型半導(dǎo)體裝置。因此，可提供具有能夠以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0033]并且，根據(jù)上述發(fā)明，通過以貫穿殼體而一體成型的管腳構(gòu)成外部連接用端子，各個管腳列不必以沿著殼內(nèi)壁的凹凸的方式以不同的預(yù)定間距彎曲。因此，能夠減少管腳的彎曲次數(shù)，提高管腳的彎曲準(zhǔn)確度。并且，組裝時，對管腳的處理變得容易。因此，可提供具有能夠以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0034]并且，根據(jù)上述發(fā)明，為了保持與第二布線圖案的電導(dǎo)通和/或電絕緣狀態(tài)，將第二半導(dǎo)體芯片的背面接合到絕緣基板以外的絕緣部件。據(jù)此，不同的第二半導(dǎo)體元件形成的多個第二半導(dǎo)體芯片能夠靈活搭載在殼體內(nèi)。據(jù)此，無需不改變殼體而能夠在同一個絕緣部件上以少的組裝工時搭載各種第二半導(dǎo)體芯片，由此能提高殼的通用性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的低成本化。
[0035]發(fā)明效果
[0036]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，能夠起到提高抗噪性能的效果。并且，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，具有能夠?qū)崿F(xiàn)以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為表示實施方式的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的平面構(gòu)造的俯視圖。
[0038]圖2為模式化表示圖1的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的截面構(gòu)造的截面圖。
[0039]圖3為表示配置在圖1的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的三相變換器的構(gòu)成的電路圖。
[0040]圖4為表示現(xiàn)有的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的截面構(gòu)造的截面圖。
[0041]符號說明
[0042]1:主電路基板
[0043]2:金屬板
[0044]3:絕緣層
[0045]4:主電路布線圖案
[0046]5、6:半導(dǎo)體芯片
[0047]7:控制電路基板
[0048]8a:導(dǎo)體圖案
[0049]8b:控制電路布線圖案
[0050]9:控制半導(dǎo)體芯片
[0051]1a:主電路
[0052]1b:控制電路
[0053]12:殼體
[0054]12-1:殼體的底面部
[0055]12-2:殼體的側(cè)壁部
[0056]13a:電力用管腳
[0057]13b:控制用管腳

【具體實施方式】
[0058]以下參考附圖，對本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的優(yōu)選實施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。在此，以下的實施方式的說明以及附圖中，針對同樣的構(gòu)成賦予相同的符號，并省略重復(fù)的說明。
[0059](第一實施方式)
[0060]圖1為表示實施方式的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的平面構(gòu)造的俯視圖。圖2為模式化表示圖1的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的截面構(gòu)造的截面圖。如圖1、圖2所示，實施方式的模塊型功率半導(dǎo)體裝置具有將用于進(jìn)行例如切換等電力控制的主電路1a和控制主電路1a的控制電路1b組裝在相同模塊內(nèi)(殼體12內(nèi))的構(gòu)成。符號12-1、12-2構(gòu)成殼體12的底面部和側(cè)壁部。
[0061]主電路1a由半導(dǎo)體芯片(第一半導(dǎo)體芯片)al?a6, bl?b6構(gòu)成。半導(dǎo)體芯片al?a6，bl?b6的背面與主電路基板I的主電路布線圖案(第一布線圖案)4接合。在半導(dǎo)體芯片al?a6分別形成IGBT (第一半導(dǎo)體元件)(以下稱為IGBT芯片)。在半導(dǎo)體芯片bl?b6分別形成FWD (第一半導(dǎo)體元件)(以下稱為FWD芯片)。FWD芯片bl?b6上的FWD分別與IGBT芯片al?a6上的IGBT反向并列連接。
[0062]通過IGBT芯片al?a6以及FWD芯片bl?b6構(gòu)成一般的三相的變換器電路。變換器電路的U、V以及W的各相中，上支路部(高端側(cè)的支路部)由IGBT芯片al?a3以及FffD芯片bl?b3構(gòu)成。下支路部(低端側(cè)的支路部)由IGBT芯片a4?a6以及FWD芯片b4?b6構(gòu)成。
[0063]在IGBT芯片al?a6以及FWD芯片bl?b6，主電流輸入端子P、N(U) ,N(V)、N(W)以及主電流輸出端子u、v、w通過粗徑的鍵和引線以期望的結(jié)構(gòu)形成連接。各端子的詳細(xì)連接結(jié)構(gòu)在之后敘述。主電流輸入端子P、N (U)、N (V)、N (W)以及主電流輸出端子U、V、W例如可以在構(gòu)成大致呈矩形的殼體12 —邊的其中一側(cè)的側(cè)壁部12-2側(cè)上并列配置。
[0064]另一方面，控制電路1b由控制半導(dǎo)體芯片(以下稱為控制IC芯片(第二半導(dǎo)體芯片))cl?c4構(gòu)成?？刂艻C芯片cl?c4的背面與殼體12上形成的控制電路布線圖案(第二布線圖案)8b接合?？刂艻C芯片Cl?c4上分別形成有用于控制IGBT芯片al?a6的控制半導(dǎo)體元件(第二半導(dǎo)體元件)?？刂艻C芯片Cl?c3分別與高端側(cè)的IGBT芯片al?a3的柵極(未圖示)連接，產(chǎn)生輸入于IGBT芯片al?a3的控制信號。控制IC芯片c4與低端側(cè)的IGBT芯片a4?a6的柵極(未圖示)連接，產(chǎn)生輸入于IGBT芯片a4?a6的控制信號。
[0065]在控制IC芯片Cl?c4，控制信號輸入端子VB⑶、VB (V)、VB (W)、IN (LU)、IN (LV)、IN(Lff)分別通過細(xì)徑的鍵和引線，以期望的結(jié)構(gòu)形成連接。各端子的詳細(xì)連接結(jié)構(gòu)在之后敘述?？刂菩盘栞斎攵俗覸B⑶、VB(V)、VB (W)、IN(LU)、IN(LV)、IN(LW)例如可以在殼體12的另一側(cè)的側(cè)壁部12-2側(cè)上并列配置。GND是接地。
[0066]接下來，針對實施方式的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的截面構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖2表示橫截構(gòu)成圖1所示的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的一個支路部的IGBT芯片以及FWD芯片、控制該支路部的控制IC芯片后的截面構(gòu)造。殼體12具備與主電路基板I的主面(形成主電路基板I的主電路布線圖案4的面)平行的底面部12-1，和與主電路基板I的主面垂直的側(cè)壁部12-2。底面部12-1和側(cè)壁部12-2的一邊的端部彼此連接成為大致呈L字狀的截面形狀。
[0067]殼體12的底面部12-1的另一端粘接在主電路基板I的邊緣。在殼體12的底面部12-1上，形成由例如金屬箔或者引線框架構(gòu)成的導(dǎo)體圖案8a、8b。設(shè)置有貫穿殼12并一體嵌入成型的多個管腳(引線框)13a、13b。
[0068]管腳13a、13b的一端分別露出在殼體12的外部,構(gòu)成外部連接用端子。管腳13a、13b的另一端露出在殼體12的內(nèi)部，分別與導(dǎo)體圖案8a、8b連接。導(dǎo)體圖案8a、8b之中，與控制用管腳13b連接的導(dǎo)體圖案Sb是控制電路1b的控制電路布線圖案(以下稱為控制電路布線圖案Sb)?？刂齐娐凡季€圖案Sb由引線框架形成的情況下，也可以與控制用的管腳13b —體化。
[0069]主電路基板I是在導(dǎo)熱性好的金屬板2的表面配置了絕緣層3的絕緣基板。在主電路基板I的絕緣層3上形成有主電路布線圖案4。半導(dǎo)體芯片5、6的背面通過焊料等接合材料(未圖示)與主電路基板I的主電路布線圖案4接合。半導(dǎo)體芯片5、6構(gòu)成主電路10a。半導(dǎo)體芯片5相當(dāng)于圖1的IGBT芯片al?a6，半導(dǎo)體芯片6相當(dāng)于圖1的FWD芯片bl ?b6。
[0070]半導(dǎo)體芯片5、6的省略圖示的正面電極通過粗徑的鍵和引線11與導(dǎo)體圖案8a電連接。電力用管腳13a相當(dāng)于圖1的IGBT芯片al?a6的主電流輸入端子P、N(U) ,N(V)、N(W)以及IGBT芯片al?a6的主電流輸出端子U、V、W。
[0071]控制半導(dǎo)體芯片9構(gòu)成控制電路10b?？刂瓢雽?dǎo)體芯片9相當(dāng)于圖1的控制IC芯片Cl?c4。換言之，控制電路1b的控制電路基板7由殼體12的底面部12-1構(gòu)成。多個控制半導(dǎo)體芯片9的至少一個控制半導(dǎo)體芯片9在控制電路布線圖案Sb上，以背面能夠電導(dǎo)通的狀態(tài)搭載。具體來說，在控制電路布線圖案8b上搭載控制半導(dǎo)體芯片9的情況下，控制半導(dǎo)體芯片9的背面通過銀(Ag)焊劑和/或接合焊料等的接合材料(未圖示)與殼體12的底面部12-1上的控制電路布線圖案8b接合。
[0072]并且，多個控制半導(dǎo)體芯片9的至少一個控制半導(dǎo)體芯片9也可以搭載在控制電路布線圖案8b的外側(cè)的、殼體12的底面部12-1(絕緣部件)上(未圖示)。并且，多個控制半導(dǎo)體芯片9的至少一個控制半導(dǎo)體芯片9還可以在控制電路布線圖案Sb上，以背面被電絕緣的狀態(tài)搭載(未圖示)。具體來說，在控制電路布線圖案8b上搭載控制半導(dǎo)體芯片9的情況下，例如，通過絕緣性粘接劑和/或絕緣部件接合控制半導(dǎo)體芯片9的背面和控制電路布線圖案Sb。據(jù)此，可得到控制半導(dǎo)體芯片9的背面與控制電路布線圖案Sb的電絕緣。
[0073]作為在背面保持與控制電路布線圖案8b的電導(dǎo)通狀態(tài)的控制半導(dǎo)體芯片9 一例，可舉出例如，形成垂直型器件的BSD (Boot Strap D1de:陰極負(fù)載二極管)芯片等。圖1是表示所有的控制半導(dǎo)體芯片9 (控制IC芯片Cl?c4)以背面為能夠電導(dǎo)通的狀態(tài)搭載在控制電路布線圖案8b上的情況下的一例。另一方面，作為以背面被電絕緣狀態(tài)搭載在控制電路布線圖案8b上、或者搭載在絕緣部件上的控制半導(dǎo)體芯片9的一例，例如可舉出形成水平型器件的半導(dǎo)體芯片。
[0074]優(yōu)選地，控制電路基板7的形成了控制電路布線圖案8b的面，在與主電路基板I的主面垂直的方向上，位于比形成的主電路基板I的主電路布線圖案4的主面高的位置。并且，優(yōu)選地，與主電路基板I的形成了主電路布線圖案4的主面形成高度差。以下，將控制電路基板7的形成了控制電路布線圖案Sb的面(與主電路基板I的主面平行的面)作為控制電路基板7的主面。換言之，優(yōu)選地，控制電路基板7的主面與主電路基板I的主面相比進(jìn)一步向殼體12內(nèi)部側(cè)突出。
[0075]例如，可以通過使控制電路基板7的厚度(與底面部12-1的主電路基板I的主面垂直相交方向的厚度)設(shè)置為比主電路基板I的厚度更厚，由此在控制電路基板7的主面和主電路基板I的主面形成高度差。并且,也可以以控制電路基板7的主面和主電路基板I的主面形成高度差的方式，配置控制電路基板7和主電路基板I。根據(jù)該高度差，控制電路基板7上的控制半導(dǎo)體芯片9在與主電路基板I的主面垂直的方向上與主電路基板I上的半導(dǎo)體芯片5、6分離而配置。因此，能夠抑制在半導(dǎo)體芯片5、6上的功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的噪聲傳播到控制半導(dǎo)體芯片9上的控制半導(dǎo)體元件。
[0076]控制半導(dǎo)體芯片9的圖示省略的正面電極的另一端通過細(xì)徑的鍵和引線與半導(dǎo)體芯片5、6的正面電極以及控制電路布線圖案Sb電連接?？刂朴霉苣_13b相當(dāng)于圖1的控制IC芯片cl、c2、c3的控制信號輸入端子VB (U)、VB (V)、VB (W)、以及控制IC芯片c4的控制信號輸入端子IN(LU)、IN(LV)、IN(LW)。殼體12與主電路基板I所包圍的區(qū)域填充有包封樹脂14。
[0077]接下來，針對在圖1的模塊型功率半導(dǎo)體裝置配置的變換器電路的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖3為表示配置在圖1的模塊型功率半導(dǎo)體裝置的三相變換器的構(gòu)成的電路圖。如圖3所示，一般的三相變換器電路在U、V和W的各相中，上支路部21、22、23和下支路部24、25、26構(gòu)成串聯(lián)連接，并且這些上下支路部的串聯(lián)連接體構(gòu)成并列連接。各支路部各自的IGBT和FWD反向并列連接構(gòu)成。
[0078]上支路部21、22、23的IGBTal、a2、a3的集電極連接主電流輸入端子P。下支路部24、25、26的IGBTa4、a5、a6的發(fā)射極分別連接主電流輸入端子N(U)、N(V)、N(W)。上支路部21、22、23的IGBTaU a2、a3的發(fā)射極和下支路部24、25、26的IGBTa4、a5、a6的集電極之間，分別連接有主電流輸出端子U、V、W。為了將上支路部21、22、23的IGBTal、a2、a3的基準(zhǔn)電位設(shè)置為發(fā)射極電位，主電流輸出端子U、V、W分別與控制IC芯片cl、c2、c3的1端子連接。NC是常閉接點端子。
[0079]控制IC芯片Cl、c2、c3是驅(qū)動上支路部21、22、23的IGBTaU a2、a3的高端柵極驅(qū)動器?？刂艻C芯片Cl、c2、c3的各IN端子分別與控制信號輸入端子IN(HU)、IN(HV)、IN(HW)連接，接收來自外部的控制信號的輸入?？刂艻C芯片cl、c2、c3的各OUT端子分別與上支路部21、22、23的IGBTal、a2、a3的柵極連接。
[0080]控制IC芯片Cl、c2、c3的OUT端子分別將對應(yīng)輸入IN端子的控制信號的輸出信號作為IGBTal、a2、a3的柵極信號輸出。控制IC芯片cl?c3的Vb端子分別與用于啟動控制IC芯片Cl?c3的高端電源端子連接。具體來說，控制IC芯片Cl、c2、c3的Vb端子分別直接與控制信號輸入端子VB (U)、VB (V)、VB (W)連接。
[0081]控制IC芯片Cl?c3的V。。端子分別與用于啟動控制IC芯片Cl?c3的低端電源端子連接。具體來說，控制IC芯片Cl?C3的V。。端子與V。。⑶端子連接?？刂艻C芯片Cl?c3的GND端子與電位比V。。⑶端子低的共同電位點的COM端子連接。控制IC芯片Cl、c2、c3的Vb端子和Vcc端子之間，分別與BSDdl、d2、d3連接。BSDdl、d2、d3由二極管和電阻串聯(lián)連接而構(gòu)成。
[0082]構(gòu)成BSD dl、d2、d3的各二極管的陰極分別與控制IC芯片cl、c2、c3的Vb端子連接。構(gòu)成BSD dl、d2、d3的各二極管的陽極分別通過電阻與控制IC芯片Cl、c2、c3的Vcc端子連接。BSD dl、d2、d3具有對控制IC芯片cl、c2、c3內(nèi)置的電容器進(jìn)行充電，并防止放電的功能。BSD dl、d2、d3的電阻具有抑制電流急劇地從低端的V。。端子側(cè)向高端的子側(cè)流動的功能。
[0083]控制IC芯片c4是驅(qū)動下支路部24、25、26的IGBTa4、a5、a6的低端柵極驅(qū)動器?？刂艻C芯片c4的Uin端子、Vin端子和Win端子分別與控制信號輸入端子IN(LU)、IN(LV)、IN(Lff)連接。控制IC芯片c4的Uom端子、Vout端子和Wtot端子分別與下支路部24、25、26的IGBTa4、a5、a6的柵極連接。
[0084]控制IC芯片c4的Uom端子、Vtot端子和Wtot端子分別將對應(yīng)于輸入到Uin端子、Vin端子和Win端子的控制信號的輸出信號作為IGBTa4、a5、a6的柵極信號而輸出。控制IC芯片c4的Vcc端子與用于啟動控制IC芯片c4的電源端子Vcc(L)連接?？刂艻C芯片c4的GND端子與電位比電源端子Vee(L)低的共同電位點的COM端子連接?？刂艻C芯片c4的除此以外的端子是通用輸入輸出端子。
[0085]針對這樣的變換器的工作，例如以U相為例進(jìn)行說明?？刂艻C芯片c4基于控制IC芯片c4的Ncc端子一 GND端子間的電位差而被驅(qū)動?？刂艻C芯片c4將來自IN(LU)端子的接通信號作為下支路部24的IGBTa4的柵極信號而輸出。下支路部24的IGBTa4接收柵極信號的輸入而成為接通狀態(tài)。
[0086]控制IC芯片Cl的Vb端子一 Vs端子間為低電位，換言之，下支路部24的IGBTa4為接通狀態(tài)時，電流從控制IC芯片Cl的V。。端子側(cè)向Vb端子側(cè)流動，配置在變換器電路外部的未圖示的電容器被充電。當(dāng)控制IC芯片Cl的Vb端子一 Vs端子間成為預(yù)定的高電位時，用于給上述電容器充電的電流流動被阻止?？刂艻C芯片Cl的Vb端子一 Vs端子間的電壓和\c端子一 GND端子間的電壓的電位差成為控制IC芯片Cl的驅(qū)動電壓。
[0087]控制IC芯片Cl接收來自IN(HU)端子的接通信號的輸入，將與Vb端子同電位的輸出信號作為上支路部21的IGBTal的柵極信號輸出。上支路部21的IGBTal接收來自控制IC芯片Cl的柵極信號的輸入而成為接通狀態(tài)。另一方面，控制IC芯片Cl接收來自IN(HU)端子的斷開信號的輸入，將與\端子同電位的輸出信號作為上支路部21的IGBTal的柵極信號而輸出。上支路部21的IGBTal接收來自控制IC芯片cl的柵極信號的輸入而成為斷開狀態(tài)。
[0088]V、W相也執(zhí)行與U相相同的操作。換言之，在V相中，控制IC芯片c4將來自IN(LV)端子的接通信號作為下支路部25的IGBTa5的柵極信號而輸出，將下支路部25的IGBTa5設(shè)置為接通狀態(tài)。據(jù)此，控制IC芯片c2被啟動。控制IC芯片c2接收來自IN(HV)端子的接通/斷開信號，輸出上支路部22的IGBTa2的柵極信號，將上支路部22的IGBTa2設(shè)置為接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)。
[0089]在W相中，控制IC芯片c4將來自IN(LW)端子的接通信號作為下支路部26的IGBTa6的柵極信號輸出，將下支路部26的IGBTa6設(shè)置為接通狀態(tài)。據(jù)此，控制IC芯片c3被啟動?？刂艻C芯片c3接收來自IN(HW)端子的接通/斷開信號，輸出上支路部23的IGBTa3的柵極信號，將上支路部23的IGBTa3設(shè)置為接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)。
[0090]如上所述，根據(jù)實施方式，在主電路基板上形成接合了 IGBT芯片等(功率半導(dǎo)體元件形成的半導(dǎo)體芯片)的主電路布線圖案，由此構(gòu)成主電路。并且，根據(jù)實施方式，通過在殼體的底面部形成搭載了控制IC芯片的控制電路布線圖案而構(gòu)成控制電路，能夠分離主電路和控制電路。據(jù)此，能夠防止在功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的噪聲傳播到控制半導(dǎo)體元件。
[0091]并且，根據(jù)實施方式，以控制電路基板的主面和主電路基板的主面構(gòu)成高度差的方式配置控制電路基板和主電路基板，或者增加控制電路基板的厚度。據(jù)此，控制電路基板上的控制IC芯片，在與主電路基板的主面垂直的方向上與主電路基板上的半導(dǎo)體芯片分離配置。因此，能夠進(jìn)一步抑制在功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的噪聲傳播到控制半導(dǎo)體元件。
[0092]并且，根據(jù)實施方式，因為控制電路布線圖案以金屬箔或引線框架形成，所以無需配置控制電路基板而作為控制電路布線圖案，并且無需在該控制電路布線圖案進(jìn)行焊料印刷。換言之，與在配置有控制電路基板的主電路基板上配置主電路布線圖案以及控制電路布線圖案，并對主電路布線圖案以及控制電路布線圖案進(jìn)行焊料印刷的情況相比，能夠容易地進(jìn)行功率半導(dǎo)體芯片以及控制半導(dǎo)體芯片的貼裝。
[0093]并且，根據(jù)實施方式，因為控制電路布線圖案與外部連接用端子(管腳)一體化而作為一個部件，并且，因為管腳與殼體一體成型而作為一個部件，所以能夠減少組裝工時。據(jù)此，能夠制造生產(chǎn)率優(yōu)異的模塊型半導(dǎo)體裝置。因此，能夠提供具有能夠以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0094]并且，根據(jù)實施方式，通過以貫穿殼體一體成型的管腳構(gòu)成外部連接用端子，各個管腳列不必以沿著殼內(nèi)壁的凹凸的方式以不同的預(yù)定間距彎曲。因此，能夠減少管腳的彎曲次數(shù)，提高管腳的彎曲準(zhǔn)確度。并且，組裝時，對管腳的處理變得容易。因此，能夠提供具有能夠以少的制造工序數(shù)和低成本進(jìn)行制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0095]并且，根據(jù)實施方式，為了保持與控制電路布線圖案的電導(dǎo)通狀態(tài)和/或電絕緣狀態(tài)，通過將控制半導(dǎo)體芯片的背面接合到殼的底面部，從而不同的控制半導(dǎo)體元件形成的多個控制半導(dǎo)體芯片能夠靈活搭載在殼體內(nèi)。據(jù)此，無需改變殼體而能夠在同一絕緣部件上以少的組裝工時搭載各種控制半導(dǎo)體芯片，所以能提高殼體的通用性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的低成本化。
[0096]以上所述的本發(fā)明是以變換器為例進(jìn)行說明的，但不限于上述的實施方式，可適用于以下各種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。即為在同一個容器中安裝需要有用于散熱的特別結(jié)構(gòu)的主電路基板和不需要有用于散熱的特別結(jié)構(gòu)的其他的電路基板的半導(dǎo)體裝置。并且，雖然本發(fā)明以在殼體的底面部形成的控制電路布線圖案的情況為例進(jìn)行了說明，但只要是具有與主電路基板的主面平行的面的絕緣部件，也可以形成為在殼體以外的絕緣部件上形成控制電路布線圖案的結(jié)構(gòu)。
[0097]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0098]如以上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置可用于在變換器等的電力變換裝置上使用的功率半導(dǎo)體裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: 多個半導(dǎo)體元件； 形成有多個所述半導(dǎo)體元件中的、相比其他所述半導(dǎo)體元件流過更大的電流的第一半導(dǎo)體元件的第一半導(dǎo)體芯片； 形成有多個所述半導(dǎo)體元件中的、控制所述第一半導(dǎo)體元件的第二半導(dǎo)體元件的第二半導(dǎo)體芯片； 具有接合有所述第一半導(dǎo)體芯片的第一布線圖案的絕緣基板； 具有搭載有所述第二半導(dǎo)體芯片的第二布線圖案的絕緣部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣材料的形成了所述第二布線圖案的面，在與所述絕緣基板的主面垂直的方向上，位于相比所述絕緣基板的形成有所述第一布線圖案的主面高的位置，與所述絕緣基板的形成了所述第一布線圖案的主面形成高度差， 根據(jù)所述高度差，所述第二布線圖案和所述第一布線圖案在與所述絕緣基板的主面垂直的方向上分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二布線圖案與所述第二半導(dǎo)體元件的外部連接用管腳一體化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二布線圖案由金屬箔或引線框架形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣部件是與所述第二半導(dǎo)體元件的外部連接用管腳一體成型的殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣部件是與所述絕緣基板以及所述第二布線圖案一體成型的殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二布線圖案形成在所述殼體的內(nèi)壁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 多個所述第二半導(dǎo)體元件中至少一個所述第二半導(dǎo)體元件在所述第二布線圖案上，以背面能夠電導(dǎo)通的狀態(tài)搭載。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 多個所述第二半導(dǎo)體元件中至少一個所述第二半導(dǎo)體元件搭載于所述第二布線圖案的外側(cè)的所述絕緣部件上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 多個所述第二半導(dǎo)體元件中至少一個所述第二半導(dǎo)體元件在所述第二布線圖案上，以背面被電絕緣的狀態(tài)搭載。
【文檔編號】H01L25/18GK104170087SQ201380014248
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】傳田俊男, 關(guān)知則, 山田忠則, 佐藤忠彥 申請人:富士電機(jī)株式會社