电力用半导体装置的制作方法

1.本发明涉及例如电气化铁路用设备或汽车用设备的电动机控制所使用的电力用半导体装置。


背景技术：

2.就电力用半导体装置而言，存在根据主电极发射极电极和辅助发射极电极的电感之差而进行短路保护等控制的方法。现有的电力用半导体装置设为如下结构，即，将主电极发射极感测端子连接于在模块内部设置的绝缘基板之上的电路图案，将该主电极发射极感测端子的一部分引出到模块的外部。但是，该结构存在配线变得复杂及绝缘基板之上的空间受到限制等问题。
3.另外，与模块的小型化相伴而提出了将主电极发射极感测端子外接于模块的结构。但是，由于该结构在模块的外部配置主电极发射极感测端子，因此担心绝缘性降低。另外，从作业性的观点来看，还存在需要使主电极发射极感测端子外接于模块的作业等课题。
4.作为上述问题的对策，提出了从主电极直接将主电极发射极感测端子引出到模块的外部的结构(例如，参照专利文献1、2)。
5.专利文献1：日本特开2005-12053号公报
6.专利文献2：日本特开2010-16925号公报


技术实现要素：

7.在专利文献1、2中，在单纯地从主电极引出了主电极发射极感测端子的情况下，由于外部输出端子增加，因此需要绝缘设计，存在不利于模块的小型化这样的问题。
8.本发明就是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于提供能够实现模块的小型化的电力用半导体装置。
9.为了解决上述问题，本发明涉及的电力用半导体装置具有：主电极，其设置于多个半导体芯片的每一者；以及主电极发射极感测端子，其与各主电极直接连接，该主电极发射极感测端子的一部分露出到模块的外部，各主电极发射极感测端子在模块的外部的俯视观察时，
10.位于对角，并且主电极发射极感测端子与本身所连接的主电极之间的距离比主电极发射极感测端子彼此之间的距离近。
11.发明的效果
12.根据本发明，电力用半导体装置具有：主电极，其设置于多个半导体芯片的每一者；以及主电极发射极感测端子，其与各主电极直接连接，该主电极发射极感测端子的一部分露出到模块的外部，各主电极发射极感测端子在模块的外部的俯视观察时，位于对角，并且主电极发射极感测端子与本身所连接的主电极之间的距离比主电极发射极感测端子彼此之间的距离近，因此能够实现模块的小型化。
13.通过下面的详细说明和附图，本发明的目的、特征、方式及优点会变得更加清楚。
附图说明
14.图1是表示模块的外观的图，该模块具有本发明的实施方式涉及的电力用半导体装置。
15.图2是表示本发明的实施方式涉及的电力用半导体装置的结构的一个例子的剖视图。
16.图3是表示本发明的实施方式涉及的主电极发射极感测端子的一个例子的图。
17.图4是表示本发明的实施方式涉及的主电极发射极感测端子的一个例子的图。
18.图5是表示本发明的实施方式涉及的主电极发射极感测端子的一个例子的图。
19.图6是表示本发明的实施方式涉及的主电极发射极感测端子的一个例子的图。
20.图7是表示相关技术涉及的电力用半导体装置的结构的一个例子的剖视图。
21.图8是表示模块的外观的图，该模块具有相关技术涉及的电力用半导体装置。
具体实施方式
22.下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
23.《相关技术》
24.对与本发明的实施方式相关的技术进行说明。
25.图7是表示相关技术涉及的电力用半导体装置的结构的一个例子的剖视图。
26.如图7所示，在绝缘材料10之上设置有金属图案7、8、9。此外，金属图案7、8、9相当于上述说明过的电路图案。在金属图案7之上设置有发射极主电极1及主电极发射极感测端子22。在金属图案8之上设置有半导体芯片11。在金属图案9之上设置有辅助发射极感测端子5。
27.金属图案7经由键合导线12连接于半导体芯片11的主电极即发射极电极。金属图案9经由键合导线13连接于半导体芯片11的主电极即发射极电极。
28.以发射极主电极1、主电极发射极感测端子22及辅助发射极感测端子5的一部分露出到外部的方式设置有壳体14。壳体14的内部填充有封装剂15。壳体14规定出具有电力用半导体装置的模块的外形。
29.如上所述，在图7所示的结构中，存在用于将主电极发射极感测端子22引出到壳体14的外部的配线变得复杂及绝缘材料10之上的空间受到限制等问题。
30.图8是表示模块的外观的图，该模块具有相关技术涉及的电力用半导体装置。
31.如图8所示，主电极发射极感测端子23、24外接于模块。如上所述，在图8所示的结构中，由于在模块的外部配置主电极发射极感测端子23、24，因此担心绝缘性降低。另外，从作业性的观点来看，还存在需要使主电极发射极感测端子23、24外接于模块的作业等课题。
32.本实施方式就是为了解决上述问题而提出的，下面进行详细的说明。
33.《实施方式》
34.图1是表示模块外观的图，该模块具有本实施方式涉及的电力用半导体装置。在图1中，作为一个例子示出二合一模块。
35.如图1所示，模块具有发射极主电极1及发射极主电极2。在发射极主电极1附近设置有与发射极主电极1相同电位的主电极发射极感测端子3及辅助发射极感测端子5。在发射极主电极2附近设置有与发射极主电极2相同电位的主电极发射极感测端子4及辅助发射
极感测端子6。主电极发射极感测端子3、4具有对半导体芯片的主电极即发射极电极的电位进行检测的功能。辅助发射极感测端子5、6具有对半导体芯片附近的电位进行检测的功能。
36.主电极发射极感测端子3、4以在俯视观察时各自位于对角的方式引出到模块的外部。在俯视观察时，主电极发射极感测端子3、4与本身所连接的发射极主电极1、2之间的距离比主电极发射极感测端子3、4彼此之间的距离近。
37.另外，辅助发射极感测端子5、6以在俯视观察时位于与主电极发射极感测端子3、4相反的对角的方式引出到模块的外部。
38.图2是表示本实施方式涉及的电力用半导体装置的结构的一个例子的剖视图。
39.本实施方式涉及的电力用半导体装置的特征在于，主电极发射极感测端子3与发射极主电极1直接连接。在图2的例子中，主电极发射极感测端子3从发射极主电极1分支而引出到模块的外部。此外，在图2中，对主电极发射极感测端子3进行了图示，但主电极发射极感测端子4也是同样的。
40.主电极发射极感测端子3被引出到模块的外部。如图2的例子所示，在将主电极发射极感测端子3引出到模块的外部的情况下，需要使主电极发射极感测端子3弯曲的工序。此时，为了使弯曲作业变得容易，优选对主电极发射极感测端子3进行压扁加工。
41.在绝缘材料10之上设置有金属图案7、8、9。在金属图案7之上，通过us(ultrasonic；超声)接合或焊料接合设置有发射极主电极1。发射极主电极1由铜(cu)或铝(al)等金属构成。绝缘材料10由氮化铝(aln)、氮化硅(sin)、氧化铝(al2o3)等陶瓷或聚合物树脂等构成。
42.在金属图案8之上设置有半导体芯片11。半导体芯片11也可以是硅(si)制的igbt(insulated gate bipolar transistor)或二极管。优选地，半导体芯片11也可以是使用了碳化硅(sic)等宽带隙半导体材料的sic-mosfet或sic-sbd(schottky barrier diode)。
43.在金属图案9之上设置有辅助发射极感测端子5。另外，金属图案7经由键合导线12连接于半导体芯片11的主电极即发射极电极。金属图案9经由键合导线13连接于半导体芯片11的主电极即发射极电极。
44.以发射极主电极1、主电极发射极感测端子3及辅助发射极感测端子5的一部分露出到外部的方式设置有壳体14。壳体14的内部填充有封装剂15。壳体14由pps(polyphenylene sulfide)、pet(polyethylene terephthalate) pbt(polybutylene terephthalate)、pbt或尼龙等树脂形成。
45.《变形例1》
46.图3是表示本实施方式涉及的主电极发射极感测端子3的一个例子的图。此外，在图3中，示出了主电极发射极感测端子3的一个例子，但主电极发射极感测端子4也是同样的。
47.在图3中示出主电极发射极感测端子3为筒型螺母16的情况。筒型螺母16由sus(steel use stainless)、cu或al等金属构成。
48.图3所示的构造能够通过嵌入成型或外嵌成型而形成。在嵌入成型的情况下，在将筒型螺母16安装于模具后安装发射极主电极1。之后，在对树脂成型模具进行合模时对筒型螺母16和发射极主电极1进行铆接。此外，也可以将筒型螺母16和发射极主电极1在预先铆接起来的状态下设置于模具。
49.另外，在外嵌成型的情况下，将预先铆接起来的筒型螺母16及发射极主电极1插入至预先成型的壳体。在外嵌成型的情况下，由于有可能对壳体施加负荷，因此在插入至壳体前将筒型螺母16和发射极主电极1铆接起来即可。
50.除此以外，也可以对发射极主电极1实施翻边加工或攻丝加工，将筒型螺母16连接于该加工部分。另外，也可以通过螺钉而连接发射极主电极1和筒型螺母16。
51.《变形例2》
52.图4是表示本实施方式涉及的主电极发射极感测端子3的一个例子的图。此外，图4示出了主电极发射极感测端子3的一个例子，但主电极发射极感测端子4也是同样的。
53.在图4的例子中，主电极发射极感测端子3具有筒型螺母16、与该筒型螺母16连接的引线配线18、与该引线配线18连接的连接器17。连接器17连接于发射极主电极1。
54.《变形例3》
55.图5是表示本实施方式涉及的主电极发射极感测端子3的一个例子的图。此外，图5示出了主电极发射极感测端子3的一个例子，但主电极发射极感测端子4也是同样的。
56.在图5的例子中，主电极发射极感测端子3具有筒型螺母16、与该筒型螺母16连接的插入配线19。插入配线19连接于发射极主电极1。优选筒型螺母16和插入配线19通过铆接、翻边加工或攻丝加工进行连接。
57.此外，主电极发射极感测端子3也可以不具有筒型螺母16。在该情况下，插入配线19的一端与发射极主电极1连接，另一端被引出到模块的外部。
58.《变形例4》
59.图6是表示本实施方式涉及的主电极发射极感测端子3的一个例子的图。此外，图6示出了主电极发射极感测端子3的一个例子，但主电极发射极感测端子4也是同样的。
60.在图6的例子中，主电极发射极感测端子3是在模块的罩21的内侧设置的弹簧接触销20。在将罩21安装于壳体14时，弹簧接触销20与发射极主电极1接触。在该情况下，弹簧接触销20与发射极主电极1的接触部分被由硅类凝胶或环氧类树脂构成的封装剂15覆盖即可。
61.《效果》
62.就本实施方式涉及的电力用半导体装置而言，主电极发射极感测端子3、4与发射极主电极1、2直接连接。因此，不需要图8所示那样的外接的主电极发射极感测端子23、24，所以能够改善作业性，对绝缘性的降低进行抑制。
63.另外，由于主电极发射极感测端子3、4配置在相同电位的发射极主电极1、2附近，因此绝缘设计变得容易，能够实现模块的小型化。
64.而且，由于将主电极发射极感测端子3、4配置于对角，与主电极发射极感测端子3、4相反地将辅助发射极感测端子5、6配置于对角，因此能够将对模块进行控制的栅极驱动器牢固地安装于模块。
65.以往，由于绝缘距离或内部内线等封装件的限制，难以实现与宽带隙半导体材料的性能相称的模块的小型化。但是，根据本实施方式涉及的电力用半导体装置，也能够实现封装件的小型化，能够有效利用宽带隙半导体材料的性能。通过使用宽带隙半导体材料，从而能够实现模块的高温动作及高速动作，因此也能够实现模块周边的冷却器及控制电路(均未图示)的小型化。
66.此外，本发明可以在其发明的范围内对实施方式适当进行变形、省略。
67.虽然对本发明进行了详细说明，但上述的发明在全部的方面都只是例示，本发明并不限定于此。应当理解为在不脱离本发明的范围的情况下，会设想到未例示的无数的变形例。
68.标号的说明
69.1、2发射极主电极，3、4主电极发射极感测端子，5、6辅助发射极感测端子，7、8、9金属图案，10绝缘材料，11半导体芯片，12、13键合导线，14壳体，15封装剂，16筒型螺母，17连接器，18引线配线，19插入配线，20弹簧接触销，21罩，22、23、24主电极发射极感测端子。