[发明专利]电力用半导体装置

说明书

提供一种电力用半导体装置，该电力用半导体装置能够使电力用半导体元件的电极与布线的连接可靠性比以往提高。具备半导体元件(5)、具有接合有半导体元件的电极层(1)的绝缘基板(10)、具有与半导体元件的上表面电极焊接并向上表面方向折弯的外部连接用端部(7d)的外部布线(7)、以及固定于绝缘基板的电极层的框体部件(8)，框体部件具有与外部连接用端部嵌合的嵌合部(8b)，外部布线具有向半导体元件侧突出的至少两个突起部(7b)。

技术领域

本发明涉及电力用半导体装置。

背景技术

近年来，关系到环境问题，电力用半导体装置不仅用于一般工业用、电气铁路用，还广泛用于车载用。特别是在车载用中，要求在有限的空间中的高可靠性、以及相对于以往的引擎驱动系统以低成本实现由于搭载马达、逆变器而燃油效率提高的附加价值。具体而言，水冷式的电力用半导体装置搭载于引擎室内的情况较多，而要求满足引擎室内的耐热性、抗震性以及小型化。另外，在电力用半导体装置的内部构件中，作为示出高的成本比例的构件之一，可举出半导体元件。因而，降低半导体元件制造时的半导体元件的损耗，或者通过改善散热构造来实现扩大可工作温度范围，与其相应地缩小半导体元件的尺寸而增加从晶片的获取数，从而实现了成本降低。

电力用半导体装置构成为具有以Si(线膨胀系数：2.5ppm/K)为代表的半导体元件以及以Cu(线膨胀系数：16.8ppm/K)、Al(线膨胀系数：23.0ppm/K)等为代表的外部布线，半导体元件的上下表面的各电极与外部布线的连接可靠性决定了电力用半导体元件的产品寿命。

作为半导体元件的下表面电极的连接，使用焊接等，但基于材料改善的可靠性提高正逐渐达到极限，正在研究例如强度高于焊料的、基于CuSn化合物的接合、基于Ag烧结的接合、基于Cu烧结的接合等的应用。

另一方面，关于半导体元件的上表面电极的连接，以往通过使用Al线键合来确保所需的电流容量以及连接可靠性。然而，由于半导体元件的小型化，连接部的每单位体积的电流密度增大，其结果是，担心有可能会引起连接可靠性的下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-171870号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

对于以往的半导体装置的上述课题更详细地进行说明。

在电力用半导体装置(功率半导体模块)中，例如上述专利文献1记载的那样，将被用作电力变换用途的开关器件的多个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和与其反并联连接的续流二极管(FWD)设为1组，其多个组被配置、布线于绝缘电路基板上以成为例如逆变器电路的半导体元件结构。

在此，在固定于金属基板上的绝缘电路基板上，IGBT的下表面电极以及多个外部端子的下端分别被焊接。进而，对IGBT的上表面电极通过引线键合进行Al线的布线，该Al线还电连接于外部端子。

另外，以包围金属基板上的绝缘电路基板整体的方式，在金属基板的外围固定有框形的树脂壳体。在由该树脂壳体和金属基板之上构成的、树脂壳体的内侧空间填充绝缘性的密封树脂材料而形成电力用半导体装置。

在这样构成的以往的电力用半导体装置中，作为对IGBT的上表面电极实施基于引线键合的Al线的布线时的问题，暂且可举出如下情况：需要用于在金属基板上将Al线引线键合的布线空间，以及如上所述随着半导体元件的小型化而电流密度增大，其结果是连接可靠性下降。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供能够使电力用半导体元件的电极与布线的连接可靠性比以往提高的电力用半导体装置。

解决技术问题的技术方案

为了达到所述目的，本发明以如下方式构成。