本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的電力用半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的電力用半導(dǎo)體裝置(功率半導(dǎo)體裝置)應(yīng)用于逆變器、轉(zhuǎn)換器等(例如專利文獻(xiàn)1)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2001－185679號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對于電力用半導(dǎo)體裝置，在剛切換為截止后，在柵極信號的波形中發(fā)生振動。該振動現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理尚不完全清楚，但由于上述的柵極信號的波形中的振動可能導(dǎo)致電力用半導(dǎo)體裝置的誤動作，因此要求抑制該振動現(xiàn)象。

因此，本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種能夠抑制柵極信號的波形的振動的技術(shù)。

本發(fā)明所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置具有：半導(dǎo)體開關(guān)元件；多個(gè)集電極主端子及多個(gè)發(fā)射極主端子，它們與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件電連接，具有從所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的配置面凸出的凸出部分；以及信號線，針對所述多個(gè)集電極主端子的所述凸出部分、以及所述多個(gè)發(fā)射極主端子的所述凸出部分，所述信號線包圍全部所述凸出部分的整周，且在俯視觀察時(shí)與這些凸出部分分離。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制柵極信號的波形的振動。

通過以下的詳細(xì)說明和附圖，使得本發(fā)明的目的、特征、方式以及優(yōu)點(diǎn)更清楚。

附圖說明

圖1是表示實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的斜視圖。

圖2是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的局部結(jié)構(gòu)的剖面斜視圖。

圖3是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的局部結(jié)構(gòu)的剖面斜視圖。

圖4是表示相關(guān)半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的斜視圖。

圖5是表示相關(guān)半導(dǎo)體裝置的各信號的波形的圖。

圖6是表示實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的各信號的波形的圖。

圖7是示意性地表示實(shí)施方式1的變形例所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的局部結(jié)構(gòu)的剖面斜視圖。

圖8是示意性地表示實(shí)施方式2所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的局部結(jié)構(gòu)的剖面斜視圖。

具體實(shí)施方式

＜實(shí)施方式1＞

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的斜視圖，圖2及圖3是沿圖1的A－A線及B－B線的剖面斜視圖。此外，在圖2及圖3中，為了容易理解，省略了圖1的電力用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)要素的一部分的圖示，或者對圖1的柵極信號電極3d及發(fā)射極信號電極3e的配置進(jìn)行了變更。

本實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置具有圖1所示的散熱用基座板1、多個(gè)芯片搭載基板2、多個(gè)信號電極部3、多個(gè)集電極主端子4、多個(gè)發(fā)射極主端子5、印刷基板6、圖2所示的發(fā)射極導(dǎo)線7a、柵極信號導(dǎo)線7b、發(fā)射極信號導(dǎo)線7c和圖3所示的信號線8。

多個(gè)芯片搭載基板2及多個(gè)信號電極部3配置于由金屬構(gòu)成的散熱用基座板1的主面之上。

各芯片搭載基板2包含圖2所示的焊料2a、金屬電極2b、絕緣基板2c(例如陶瓷基板)、集電極電極2d、發(fā)射極電極2e、焊料2f以及功率半導(dǎo)體芯片2g。

焊料2a、金屬電極2b及絕緣基板2c依次配置于散熱用基座板1的主面之上。集電極電極2d及發(fā)射極電極2e配置于絕緣基板2c的主面之上。功率半導(dǎo)體芯片2g通過焊料2f而與集電極電極2d接合。

在本實(shí)施方式1中，功率半導(dǎo)體芯片2g例如由碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)或者金剛石等寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成，搭載于未圖示的半導(dǎo)體模塊。并且，功率半導(dǎo)體芯片2g包含例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等未圖示的半導(dǎo)體開關(guān)元件、和未圖示的二極管。

各信號電極部3包含圖2所示的焊料3a、金屬電極3b、絕緣基板3c(例如陶瓷基板)、柵極信號電極3d以及發(fā)射極信號電極3e。

焊料3a、金屬電極3b及絕緣基板3c依次配置于散熱用基座板1的主面之上。柵極信號電極3d及發(fā)射極信號電極3e配置于絕緣基板3c的主面之上，并且具有從該配置面凸出而到達(dá)至印刷基板6的凸出部分。

功率半導(dǎo)體芯片2g經(jīng)由發(fā)射極導(dǎo)線7a與發(fā)射極電極2e電連接，經(jīng)由柵極信號導(dǎo)線7b與柵極信號電極3d電連接，經(jīng)由發(fā)射極信號導(dǎo)線7c與發(fā)射極信號電極3e電連接。

各集電極主端子4經(jīng)由集電極電極2d與功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)電連接，并且具有從功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)的配置面凸出的凸出部分。此外，在本實(shí)施方式1中，功率半導(dǎo)體芯片2g的配置面與絕緣基板2c的主面相對應(yīng)。

各發(fā)射極主端子5經(jīng)由發(fā)射極導(dǎo)線7a及發(fā)射極電極2e與功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)電連接，并且具有從功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)的配置面凸出的凸出部分。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，集電極主端子4及發(fā)射極主端子5并聯(lián)連接于功率半導(dǎo)體芯片2g。

集電極主端子4及發(fā)射極主端子5的數(shù)量是多個(gè)即可，不限于圖1所示的各為3個(gè)。此外，對于1in1(在1個(gè)模塊內(nèi)有1個(gè)元件)的封裝來說，大多采用下述構(gòu)造，即，將2個(gè)集電極主端子4及2個(gè)發(fā)射極主端子5、或者3個(gè)集電極主端子4及3個(gè)發(fā)射極主端子5與半導(dǎo)體開關(guān)元件連接，使并聯(lián)電流流過上述端子。

印刷基板6在功率半導(dǎo)體芯片2g的配置面上方與該配置面平行地配置，如圖1及圖3所示，設(shè)置有在俯視觀察時(shí)具有四邊形形狀的多個(gè)孔6a。并且，在各孔6a中活動嵌合有1組集電極主端子4及發(fā)射極主端子5的凸出部分。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，針對多個(gè)集電極主端子4的凸出部分、以及多個(gè)發(fā)射極主端子5的凸出部分，印刷基板6包圍全部凸出部分的整周，且在俯視觀察時(shí)與這些凸出部分分離。

如圖3所示，信號線8包含柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b，該信號線8配線于印刷基板6。此外，在圖3中，柵極信號線8a配線于印刷基板6的上表面，發(fā)射極信號線8b配線于印刷基板6的背面，但不限于此，例如也可以是，柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b這二者集中地配線于印刷基板6的上表面及背面中的任一者。

信號線8(柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b)與印刷基板6同樣地，針對多個(gè)集電極主端子4的凸出部分、以及多個(gè)發(fā)射極主端子5的凸出部分，包圍全部凸出部分的整周，且在俯視觀察時(shí)與這些凸出部分分離。此外，關(guān)于信號線8(柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b)與多個(gè)集電極主端子4、多個(gè)發(fā)射極主端子5各自之間的距離(間隙)，是考慮到對電力用半導(dǎo)體裝置要求的耐壓及尺寸而決定的。例如，對于具有大于或等于3.3kV的耐壓的電力用半導(dǎo)體裝置，從避免封裝件的極端的大型化的角度出發(fā)，優(yōu)選該距離(間隙)設(shè)為3.0～30.0mm左右。此外，在該數(shù)值的計(jì)算中，將空氣的絕緣耐壓假定為3kV/mm。

柵極信號線8a經(jīng)由柵極信號電極3d等與功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)電連接，發(fā)射極信號線8b經(jīng)由發(fā)射極信號電極3e等與功率半導(dǎo)體芯片2g(半導(dǎo)體開關(guān)元件)電連接。

下面，在對以上述方式構(gòu)成的本實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的效果進(jìn)行說明之前，對與此相關(guān)的電力用半導(dǎo)體裝置(以下記作“相關(guān)半導(dǎo)體裝置”)進(jìn)行說明。

圖4是表示相關(guān)半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的斜視圖。如圖4所示，相關(guān)半導(dǎo)體裝置構(gòu)成為，在由虛線包圍的區(qū)域，印刷基板6是開放的。因此，就相關(guān)半導(dǎo)體裝置而言，針對多個(gè)集電極主端子4的凸出部分以及多個(gè)發(fā)射極主端子5的凸出部分，信號線8并未包圍全部凸出部分的整周，這一點(diǎn)與實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置不同。

然后，針對本實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置及相關(guān)半導(dǎo)體裝置，對剛切換為截止后的各信號的波形進(jìn)行了調(diào)查。圖5是表示相關(guān)半導(dǎo)體裝置的各信號的波形的圖，圖6是表示本實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的各信號的波形的圖。

＜效果＞

從圖5及圖6所示的結(jié)果可知，就相關(guān)半導(dǎo)體裝置而言，在柵極信號的波形中發(fā)生了振動，但就本實(shí)施方式1所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置而言，能夠在柵極信號的波形中抑制振動。因此，根據(jù)本實(shí)施方式1，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的電力用半導(dǎo)體裝置。

特別地，對于由SiC等寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的器件來說，由于容易發(fā)現(xiàn)上述振動現(xiàn)象，因此上述效果是有效的。

另外，在本實(shí)施方式1中，由于信號線8(柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b)配線于印刷基板6，因此能夠容易地進(jìn)行信號線8的形成(配線)。

＜變形例＞

在實(shí)施方式1中，將集電極主端子4及發(fā)射極主端子5的凸出部分的整周包圍的信號線8包含柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b這二者。但不限于此，該信號線8也可以包含柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b中的任一者。在圖7中示出信號線8包含柵極信號線8a而不包含發(fā)射極信號線8b的結(jié)構(gòu)。

即使根據(jù)上述本變形例的結(jié)構(gòu)，也能夠在一定程度上得到實(shí)施方式1的效果。但是，從提高對柵極信號的波形的振動進(jìn)行抑制的效果的角度出發(fā)，優(yōu)選如實(shí)施方式1那樣，信號線8包含柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b這二者。

＜實(shí)施方式2＞

圖8是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的局部結(jié)構(gòu)的剖面斜視圖。此外，對于本實(shí)施方式2所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置，對與以上說明的結(jié)構(gòu)要素相同或者相似的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的參照標(biāo)號，主要對不同的部分進(jìn)行說明。

如圖8所示，在本實(shí)施方式2中，作為接地電位的發(fā)射極信號線8b是由滿鋪圖案(solid pattern)(將印刷基板6的一個(gè)主面全部實(shí)質(zhì)性地覆蓋)形成在印刷基板6的。由此，能夠通過發(fā)射極信號線8b的屏蔽效果，抑制流過集電極主端子4及發(fā)射極主端子5的主電流對信號線8施加的電磁感應(yīng)的影響。其結(jié)果，能夠提高對柵極信號的波形的振動進(jìn)行抑制的效果。另外，在本實(shí)施方式2中，由于柵極信號線8a也是由滿鋪圖案形成的，因此同樣能夠提高對柵極信號的波形的振動進(jìn)行抑制的效果。

并且，在本實(shí)施方式2中，柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b由彼此平行的平板構(gòu)成，它們隔著印刷基板6而形成平行平板構(gòu)造(多層配線構(gòu)造)。由此，由于能夠降低信號線8的電感，因此能夠抑制流過集電極主端子4及發(fā)射極主端子5的主電流對信號線8施加的電磁感應(yīng)的影響。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高對柵極信號的波形的振動進(jìn)行抑制的效果。

＜變形例＞

在實(shí)施方式2中，柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b這二者由滿鋪圖案形成。但不限于此，也可以是柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b中的一方由滿鋪圖案形成、另一方不由滿鋪圖案形成的結(jié)構(gòu)。

即使根據(jù)上述本變形例的結(jié)構(gòu)，也能夠在一定程度上得到實(shí)施方式2的效果。但是，從提高對柵極信號的波形的振動進(jìn)行抑制的效果的角度出發(fā)，優(yōu)選如實(shí)施方式2那樣，柵極信號線8a及發(fā)射極信號線8b這二者由滿鋪圖案形成。

另外，設(shè)想為對集電極主端子4施加與其他結(jié)構(gòu)要素相比較高的電壓。鑒于此，也可以對集電極主端子4涂敷具有絕緣性的樹脂。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于能夠維持電力用半導(dǎo)體裝置的耐壓，并且縮短信號線8和集電極主端子4之間的距離(間隙)(例如設(shè)為小于3.0mm)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。

此外，本發(fā)明在其發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠?qū)Ω鲗?shí)施方式及各變形例自由地進(jìn)行組合，或者對各實(shí)施方式及各變形例適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變形、省略。

另外，詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但上述說明的所有方案均為例示，本發(fā)明不限定于此?？梢岳斫鉃樵诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下能夠想到未例示出的無數(shù)的變形例。

標(biāo)號的說明

2g功率半導(dǎo)體芯片，4集電極主端子，5發(fā)射極主端子，6印刷基板，8信號線，8a柵極信號線，8b發(fā)射極信號線。