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JP6148830B2 - Power module semiconductor device - Google Patents

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JP6148830B2 JP2012160170A JP2012160170A JP6148830B2 JP 6148830 B2 JP6148830 B2 JP 6148830B2 JP 2012160170 A JP2012160170 A JP 2012160170A JP 2012160170 A JP2012160170 A JP 2012160170A JP 6148830 B2 JP6148830 B2 JP 6148830B2
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Description

本発明は、パワーモジュール半導体装置に関し、特に、配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置に関する。   The present invention relates to a power module semiconductor device, and more particularly to a power module semiconductor device that can be reduced in wiring pillar size, size, and weight.

現在多くの研究機関において、シリコンカーバイド(SiC:Silicon Carbide)デバイスの研究開発が行われている。SiCパワーデバイスの特徴として、従来のSiパワーデバイスよりも優れた低オン抵抗、高速スイッチングおよび高温動作などを挙げることができる。   Currently, many research institutions are conducting research and development of silicon carbide (SiC) devices. The characteristics of the SiC power device include low on-resistance, high-speed switching, and high-temperature operation that are superior to conventional Si power devices.

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などの従来のSiパワーデバイスでは、動作可能な温度範囲が150℃程度までである。   In a conventional Si power device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), the operable temperature range is up to about 150 ° C.

しかしながら、SiCパワーデバイスでは、理論的に、約600℃まで動作可能である。   However, SiC power devices can theoretically operate up to about 600 ° C.

従来のSiパワーモジュールでは、Siパワーデバイスのロスが相対的に大きく、発熱の問題から大きなパワーを出力することができない。大きなパワーを出力することができない分、パワーモジュールの熱抵抗は大きくても許容できるため、反りの影響を考慮してパワーモジュールを厚く形成しているが、そのためにパワーモジュールの小型化に限界があった。   In the conventional Si power module, the loss of the Si power device is relatively large, and a large power cannot be output due to the problem of heat generation. Since the thermal resistance of the power module can be tolerated even if the power module cannot output a large amount of power, the power module is formed thick in consideration of the effects of warpage, but there is a limit to downsizing the power module. there were.

SiCパワーモジュールでは、SiCデバイスのロスが相対的に小さいため、大電流を導通可能であり、かつ高温動作が容易となったが、それを許容するための薄型パワーモジュールの設計は必須である。   In the SiC power module, since the loss of the SiC device is relatively small, a large current can be conducted and high-temperature operation is facilitated. However, the design of a thin power module to allow it is essential.

これらのSiCパワーデバイスのパッケージには、ケース型が採用されている。   A case type is adopted for the package of these SiC power devices.

一方、トランスファモールドによって樹脂封止された半導体装置についても開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   On the other hand, a semiconductor device sealed with a transfer mold is also disclosed (for example, refer to Patent Document 1).

また、ソース電極に対してワイヤボンディング技術を適用するSiCパワーデバイスの構造も開示されている(例えば、特許文献2参照。)。   Moreover, the structure of the SiC power device which applies a wire bonding technique with respect to a source electrode is also disclosed (for example, refer patent document 2).

特開2005−183463号公報JP 2005-183463 A 特開2007−305962号公報JP 2007-305962 A

従来のSiパワーモジュールでは、Siデバイスの規格化オン抵抗が大きいため、抵抗低減のためにチップサイズを大きくしなくてはならず、モジュール全体の面積も大きかった。そのため、モジュールの反りが起こりやすく、この反りを抑えるために、内蔵する基板が厚くなり、モジュール全体の厚さも設計上厚くなっていた。また、高温時にSiデバイスが熱暴走する性質から、高温動作は不可能であった。   In the conventional Si power module, since the normalized on-resistance of the Si device is large, the chip size has to be increased to reduce the resistance, and the area of the entire module is large. For this reason, the module is likely to warp, and in order to suppress this warpage, the built-in substrate is thick, and the thickness of the entire module is also thick by design. Also, high temperature operation was not possible due to the thermal runaway of Si devices at high temperatures.

SiCパワーモジュールでは、小型化の点で薄型パワーモジュールが求められている。SiCパワーモジュールでは、SiCデバイスのチップ面積が小さくなるために、熱抵抗が下がりにくく、また、高温動作も求められるため、薄型パワーモジュールの部材の反りが問題となる。   In the SiC power module, a thin power module is required in terms of miniaturization. In the SiC power module, since the chip area of the SiC device is reduced, the thermal resistance is difficult to decrease, and high-temperature operation is also required, so that the warpage of the members of the thin power module becomes a problem.

また、従来の半導体モジュールでは、内蔵する部材が多く、サイズ縮小が不十分であった。また、システムに実装するときに端子の配置が最適化されていないため、省スペース化できなかった。また、ボンディングワイヤと内蔵する部材間のショートを回避するために、上面板電極と基板間の厚みを大きくする必要があり、サイズ縮小が不十分であった。   Moreover, in the conventional semiconductor module, there are many built-in members, and size reduction has been insufficient. Also, space saving cannot be achieved because the terminal layout is not optimized when mounted on the system. Further, in order to avoid a short circuit between the bonding wire and the built-in member, it is necessary to increase the thickness between the upper surface plate electrode and the substrate, and the size reduction is insufficient.

本発明の目的は、薄型SiCパワーモジュールの配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power module semiconductor device capable of reducing the wiring pillar of a thin SiC power module, reducing the size, and reducing the weight.

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、セラミック基板と、前記セラミック基板の表面上に配置された第1銅プレート層の第1パターンと、前記第1パターン上に配置され、表面側に第1表面パッド電極が形成されると共に、裏面側に裏面電極が形成された第1半導体デバイスと、前記第1半導体デバイス上の、前記第1表面パッド電極の周囲に配置され、前記第1表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜および前記第1表面パッド電極上に配置されて、前記第1表面パッド電極に接続された第1上面板電極とを備え、前記第1上面板電極と前記第1表面パッド電極は、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより接続されたパワーモジュール半導体装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、セラミック基板上に配置され、表面側に第1表面パッド電極が形成された第1半導体デバイスと、前記第1半導体デバイス上の、前記第1表面パッド電極の周囲に配置され、前記第1表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜および前記第1表面パッド電極上に配置されて、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより前記第1表面パッド電極に接続された第1上面板電極と、前記セラミック基板上に、前記第1半導体デバイスに隣接して配置され、前記第1上面板電極に一方の電極が接続された第1ダイオードと、前記セラミック基板の第1辺に配置され、前記第1半導体デバイスに第1ボンディングワイヤ群を介して接続された第1信号端子群と、前記セラミック基板上に配置され、表面側に第2表面パッド電極が形成された第2半導体デバイスと、前記第2半導体デバイス上の、前記第2表面パッド電極の周囲に配置され、前記第2表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜および前記第2表面パッド電極上に配置されて、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより前記第2表面パッド電極に接続された第2上面板電極と、前記セラミック基板上に、前記第2半導体デバイスに隣接して配置され、前記第2上面板電極に一方の電極が接続された第2ダイオードと、前記セラミック基板の第1辺に対向する第2辺に配置され、前記第2半導体デバイスに第2ボンディングワイヤ群を介して接続された第2信号端子群とを備え、前記第1半導体デバイス、前記第1ダイオード、前記第1上面板電極および前記第1信号端子群と、前記第2半導体デバイス、前記第2ダイオード、前記第2上面板電極および前記第2信号端子群とは、前記セラミック基板の厚み方向から見た平面視で、前記セラミック基板の中心に対して点対称に配置されるパワーモジュール半導体装置が提供される。
According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a ceramic substrate, a first pattern of a first copper plate layer disposed on a surface of the ceramic substrate, and disposed on the first pattern , with the first surface pad electrodes are formed on the surface side, a first semiconductor device on which the backside electrode is formed on the back side, on the first semiconductor device is arranged around the first surface pad electrodes, wherein a first insulating film having a thickness larger than the first surface pad electrode is disposed on the first insulating film and the first surface pad electrodes on the first upper plate connected to the first surface pad electrode There is provided a power module semiconductor device including an electrode, wherein the first upper surface plate electrode and the first surface pad electrode are connected by any one of metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion bonding .
According to another aspect of the present invention, a first semiconductor device disposed on a ceramic substrate and having a first surface pad electrode formed on a surface side, and the first surface pad on the first semiconductor device A first insulating film disposed around the electrode and having a thickness greater than that of the first surface pad electrode; and disposed on the first insulating film and the first surface pad electrode to form a metal particle bond, a solid phase A first upper surface plate electrode connected to the first surface pad electrode by either diffusion bonding or liquid phase diffusion bonding; and disposed on the ceramic substrate adjacent to the first semiconductor device; A first diode having one electrode connected to an upper plate electrode; a first signal terminal group disposed on a first side of the ceramic substrate and connected to the first semiconductor device via a first bonding wire group; , A second semiconductor device disposed on the ceramic substrate and having a second surface pad electrode formed on the surface side; and disposed around the second surface pad electrode on the second semiconductor device; A second insulating film having a thickness greater than that of the pad electrode, and disposed on the second insulating film and the second surface pad electrode, and is one of metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion bonding And the second upper surface plate electrode connected to the second surface pad electrode, and disposed on the ceramic substrate adjacent to the second semiconductor device, and one electrode is connected to the second upper surface plate electrode. A second diode; and a second signal terminal group disposed on a second side opposite to the first side of the ceramic substrate and connected to the second semiconductor device via a second bonding wire group; The semiconductor device, the first diode, the first upper surface plate electrode, and the first signal terminal group, and the second semiconductor device, the second diode, the second upper surface plate electrode, and the second signal terminal group, A power module semiconductor device is provided that is arranged point-symmetrically with respect to the center of the ceramic substrate in a plan view as viewed from the thickness direction of the ceramic substrate.

本発明によれば、薄型SiCパワーモジュールの配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power module semiconductor device which can make wiring pillar-less of a thin SiC power module, size reduction, and weight reduction can be provided.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line II in FIG. 1. 比較例に係るパワーモジュール半導体装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the power module semiconductor device which concerns on a comparative example. 比較例に係るパワーモジュール半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the power module semiconductor device which concerns on a comparative example. 図4のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line II-II in FIG. 4. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram explaining 1 process of the manufacturing method of the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図6のIII−III線に沿う模式的断面構造図(その1)。FIG. 7 is a schematic cross-sectional structure diagram (part 1) taken along line III-III in FIG. 6. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図(その2)。Typical cross-section FIG. (2) explaining 1 process of the manufacturing method of the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールの模式的鳥瞰構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: The typical bird's-eye view block diagram of a 2 in 1 module. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールにおいて、樹脂層を形成前の模式的鳥瞰構成図。The power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: In the two-in-one module, the typical bird's-eye view block diagram before forming the resin layer. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置に適用する上面板電極の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the upper surface board electrode applied to the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールにおいて、上面板電極を形成前の模式的鳥瞰構成図。The power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: In the two-in-one module, the typical bird's-eye view block diagram before forming an upper surface board electrode. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールの模式的平面パターン構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: The typical plane pattern block diagram of a 2 in 1 module. 図13のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 14 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line IV-IV in FIG. 13. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールの模式的裏面外観構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: The typical back surface external appearance block diagram of a two-in-one module. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ツーインワンモジュールの模式的回路表現図。1 is a schematic circuit representation diagram of a two-in-one module, which is a power module semiconductor device according to a first embodiment. FIG. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置に適用する半導体デバイスの例であって、SiC MOSFETの模式的断面構造図。It is an example of the semiconductor device applied to the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: The typical cross-section figure of SiC MOSFET. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置に適用する半導体デバイスの例であって、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPを含むSiC MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram of a SiC MOSFET that is an example of a semiconductor device applied to the power module semiconductor device according to the first embodiment and includes a source pad electrode SP and a gate pad electrode GP. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置を用いて構成した3相交流インバータの模式的回路構成図。The typical circuit block diagram of the three-phase alternating current inverter comprised using the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 3相交流インバータを駆動するために第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置を3個並列に配置した模式的平面構成図。FIG. 3 is a schematic plan configuration diagram in which three power module semiconductor devices according to the first embodiment are arranged in parallel to drive a three-phase AC inverter. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置において、信号端子を折り曲げた模式的鳥瞰構成図。The typical bird's-eye view block diagram which bent the signal terminal in the power module semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置を3個並列に配置し、3相交流インバータを駆動する模式的平面構成図。The typical plane block diagram which arrange | positions the three power module semiconductor devices which concern on 1st Embodiment in parallel, and drives a 3-phase alternating current inverter. 第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ワンインワンモジュールの模式的回路表現図。It is a power module semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical circuit representation figure of a one-in-one module. 第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ワンインワンモジュールの詳細回路表現図。It is a power module semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The detailed circuit representation figure of a one-in-one module. 第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ワンインワンモジュールの模式的鳥瞰構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical bird's-eye view block diagram of a one-in-one module. 第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ワンインワンモジュールの模式的平面パターン構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical plane pattern block diagram of a one-in-one module. 第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置であって、ワンインワンモジュールの模式的裏面外観構成図。It is a power module semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical back surface external appearance block diagram of a 1 in 1 module. 図26のV−V線に沿う模式的断面構造図。FIG. 27 is a schematic sectional view taken along line VV in FIG. 26. 図28のA部分の拡大された模式的断面構造図。FIG. 29 is an enlarged schematic cross-sectional structure diagram of a portion A in FIG. 28. 図29のB部分の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the B section of FIG. 図30のVI−VI線に沿う模式的断面構造図。FIG. 31 is a schematic sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 30.

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(半導体装置の構成)
第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2に示すように表される。図1〜図2において、半導体デバイス100のソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPが表面上に配置されている。半導体デバイス100の構造は、後述する(図17〜図18)。
[First embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
A schematic planar pattern configuration of the power module semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG. 1, and a schematic cross-sectional structure taken along line II in FIG. 1 is shown in FIG. expressed. 1 to 2, the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP of the semiconductor device 100 are arranged on the surface. The structure of the semiconductor device 100 will be described later (FIGS. 17 to 18).

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置は、図1〜図2に示すように、第1半導体デバイスQと、第1半導体デバイスQ上に配置された第1ソースパッド電極SPと、第1半導体デバイスQ上に第1ソースパッド電極SPの周囲に配置され、第1ソースパッド電極SPよりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜60と、第1絶縁膜60および第1ソースパッド電極SP上に配置された第1上面板電極22とを備える。ここで、第1半導体デバイスQは、後述する図14に示すように、セラミック基板10の表面上に配置された第1銅プレート層10aの第1パターンD(K4)上に配置されていても良い。   As shown in FIGS. 1 to 2, the power module semiconductor device according to the first embodiment includes a first semiconductor device Q, a first source pad electrode SP disposed on the first semiconductor device Q, A first insulating film 60 disposed on the periphery of the first source pad electrode SP on the semiconductor device Q and having a thickness larger than that of the first source pad electrode SP, and the first insulating film 60 and the first source pad electrode SP And a first upper surface plate electrode 22 disposed thereon. Here, as shown in FIG. 14 described later, the first semiconductor device Q may be disposed on the first pattern D (K4) of the first copper plate layer 10a disposed on the surface of the ceramic substrate 10. good.

また、第1上面板電極22と第1ソースパッド電極SPは、図1〜図2に示すように、第1半田層80を介して接続されていても良い。   The first upper surface plate electrode 22 and the first source pad electrode SP may be connected via a first solder layer 80 as shown in FIGS.

また、第1絶縁膜60は、ポリイミド膜で形成されていても良い。厚さは、例えば、50μm以上であることが、絶縁性を容易に確保することができ、かつ低背化が可能であるという点で望ましい。あるいは、また、第1絶縁膜60は、セラミックス若しくはその積層で形成されていても良い。この場合も厚さは、例えば、50μm以上であることが、絶縁性を容易に確保することができ、かつ低背化が可能であるという点で望ましい。   Further, the first insulating film 60 may be formed of a polyimide film. The thickness is preferably 50 μm or more, for example, from the viewpoint that insulation can be easily ensured and the height can be reduced. Alternatively, the first insulating film 60 may be formed of ceramics or a laminate thereof. In this case as well, it is desirable that the thickness is, for example, 50 μm or more, from the standpoint that insulation can be easily secured and a reduction in height can be achieved.

(比較例)
一方、比較例に係るパワーモジュール半導体装置の模式的断面構造は、図3に示すように、柱状電極201を半導体デバイスQ1のソースパッド電極SP上に配置し、セラミック基板10と上面板電極22との間の距離を稼ぐことで、上面板電極22と半導体デバイスQ1に接続されるボンディングワイヤとの接触を回避させている。
(Comparative example)
On the other hand, a schematic cross-sectional structure of a power module semiconductor device according to the comparative example, as shown in FIG. 3, arranged columnar electrodes 20 1 on the source pad electrode SP of the semiconductor devices Q 1, the ceramic substrate 10 and the upper plate electrode by make the distance between 22, thereby avoiding contact with the bonding wire connected to the upper plate electrode 22 and the semiconductor device Q 1.

また、比較例に係るパワーモジュール半導体装置の模式的平面パターン構成は、図4に示すように表され、図4のII−II線に沿う模式的断面構造は、図5に示すように表される。   Further, a schematic planar pattern configuration of the power module semiconductor device according to the comparative example is expressed as shown in FIG. 4, and a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 4 is expressed as shown in FIG. The

比較例に係るパワーモジュール半導体装置においては、柱状電極201を用いて、半導体デバイスQのソースパッド電極SPと上面板電極22とを半田層3bを介して接続することで、半田流れ(はみ出し)等を防止し、半導体デバイスの上面と側面・裏面との絶縁性を確保している。 In the power module semiconductor device according to the comparative example, by using the columnar electrodes 20 1, by connecting the source pad electrode SP and the upper plate electrode 22 of the semiconductor device Q via a solder layer 3b, the solder flows (protruding) Etc., and the insulation between the upper surface and the side surface / back surface of the semiconductor device is secured.

なお、配線構造として、柱電極構造を用いることによって、半田流れ(はみ出し)等を防止し、半導体デバイスの上面と側面・裏面との絶縁性を確保している構造に対して、単純に柱電極構造をなくし、上面電極と半導体デバイスの上面とを接触させた構造を形成したのでは、流れ出した半田により、半導体デバイスの上面と側面・裏面との絶縁性が損なわれる可能性があった。   In addition, by using a column electrode structure as the wiring structure, it is possible to prevent the solder flow (extrusion) and the like, and the column electrode is simply compared to the structure in which the insulation between the top surface, side surface, and back surface of the semiconductor device is ensured. If the structure is eliminated and the structure in which the upper surface electrode and the upper surface of the semiconductor device are brought into contact with each other is formed, there is a possibility that the insulating property between the upper surface of the semiconductor device and the side surface / back surface may be impaired by the flowing out solder.

(製造方法)
第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的平面パターン構成は、図6に示すように表される。図6において、SS・CSは、ソースセンスパッド電極・カレントセンスパッド電極を表す。
(Production method)
A schematic planar pattern configuration for explaining one process of the method for manufacturing the power module semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG. In FIG. 6, SS and CS represent a source sense pad electrode and a current sense pad electrode.

また、図6のIII−III線に沿う模式的断面構造(その1)は、図7に示すように表される。   Further, a schematic cross-sectional structure (part 1) along the line III-III in FIG. 6 is expressed as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造(その2)は、図8に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure (part 2) for explaining one step of the method for manufacturing the power module semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.

(a)まず、第1半導体デバイスQ上に配置された第1ソースパッド電極SPの周囲に、第1ソースパッド電極SPの膜厚D1よりも厚い膜厚(D1+D2)を有する第1絶縁膜60を形成する。 (A) First, the first insulating film 60 having a thickness (D1 + D2) thicker than the thickness D1 of the first source pad electrode SP around the first source pad electrode SP disposed on the first semiconductor device Q. Form.

(b)次に、第1ソースパッド電極SP上に、厚さD2よりも厚い膜厚の半田層80を配置する。すなわち、第1絶縁膜60の上面60aよりも半田層80の上面80aの高さが高くなるように、半田層80を配置する。この場合、図6に示すように、半田層80は、第1絶縁膜60との間に隙間ΔWを有するように、第1ソースパッド電極SP上に配置する。図6において、第1ソースパッド電極SPの幅W1に対して、半田層80の幅W2であり、W2−W1=2ΔWが成立している。 (B) Next, a solder layer 80 having a thickness greater than the thickness D2 is disposed on the first source pad electrode SP. That is, the solder layer 80 is arranged so that the upper surface 80a of the solder layer 80 is higher than the upper surface 60a of the first insulating film 60. In this case, as shown in FIG. 6, the solder layer 80 is disposed on the first source pad electrode SP so as to have a gap ΔW between the solder layer 80 and the first insulating film 60. In FIG. 6, the width W2 of the solder layer 80 with respect to the width W1 of the first source pad electrode SP, and W2−W1 = 2ΔW is established.

(c)次に、第1絶縁膜60および第1ソースパッド電極SP上に第1上面板電極22を配置し、半田層80を介して、第1上面板電極22と第1ソースパッド電極SPとを接続する。この場合、図6〜図7の隙間ΔWが、溶融された半田層80で隙間なく充填されるようにすることが望ましい。すなわち、図7において、第1絶縁膜60の上面60aよりも半田層80の上面80aの高さが高くなるように設定されており、第1絶縁膜60の上面60aよりも高い部分の半田層80の体積が、図6〜図7に示される隙間部分の体積と同等か、若しくは大きいことが溶融された半田層80で隙間を充填するという点で望ましい。 (C) Next, the first upper surface plate electrode 22 is disposed on the first insulating film 60 and the first source pad electrode SP, and the first upper surface plate electrode 22 and the first source pad electrode SP are interposed via the solder layer 80. And connect. In this case, it is desirable that the gap ΔW in FIGS. 6 to 7 is filled with the molten solder layer 80 without any gap. That is, in FIG. 7, the height of the upper surface 80a of the solder layer 80 is set to be higher than the upper surface 60a of the first insulating film 60, and a portion of the solder layer higher than the upper surface 60a of the first insulating film 60 is set. It is desirable that the volume of 80 is equal to or larger than the volume of the gap portion shown in FIGS. 6 to 7 in that the gap is filled with the molten solder layer 80.

(ツーインワンモジュール:2 in 1 Module)
第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1であって、ツーインワンモジュール(2 in 1 Module)の模式的鳥瞰構成は、図9に示すように表される。
(2 in 1 Module)
In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, a schematic bird's-eye view configuration of a two-in-one module (2 in 1 Module) is expressed as shown in FIG.

また、樹脂層12を形成前の模式的鳥瞰構成は、図10に示すように表される。   Further, a schematic bird's-eye view configuration before the resin layer 12 is formed is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、図9および図10に示すように、樹脂層12に被覆されたセラミック基板10の第1の辺に配置された正側電源入力端子Pおよび負側電源入力端子Nと、第1の辺に隣接する第2の辺に配置された信号端子群S1・G1・T1と、第1の辺に対向する第3の辺に配置された出力端子Oおよびサーミスタ接続端子B1・B2と、第2の辺に対向する第4の辺に配置された信号端子群S2・G2・T2とを備える。ここで、信号端子群S1・G1・T1は、図16に示す半導体デバイスQ1のソースセンス端子・ゲート信号端子・電流センス端子に対応し、信号端子群S2・G2・T2は、図16に示す半導体デバイスQ4のソースセンス端子・ゲート信号端子・電流センス端子に対応する。また、負側電源入力端子Nは、第1電源入力端子に対応し、正側電源入力端子Pは、第2電源入力端子に対応する。   As shown in FIGS. 9 and 10, the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a positive power input terminal P arranged on the first side of the ceramic substrate 10 covered with the resin layer 12. And the negative power supply input terminal N, the signal terminal group S1, G1, T1 arranged on the second side adjacent to the first side, and the output arranged on the third side facing the first side Terminal O and thermistor connection terminals B1 and B2, and signal terminal groups S2, G2, and T2 disposed on the fourth side opposite to the second side. Here, the signal terminal groups S1, G1, and T1 correspond to the source sense terminal, the gate signal terminal, and the current sense terminal of the semiconductor device Q1 shown in FIG. 16, and the signal terminal groups S2, G2, and T2 are shown in FIG. This corresponds to the source sense terminal, gate signal terminal, and current sense terminal of the semiconductor device Q4. The negative power input terminal N corresponds to the first power input terminal, and the positive power input terminal P corresponds to the second power input terminal.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する上面板電極221・224の模式的平面パターン構成は、図11に示すように表される。 Further, a schematic planar pattern configuration of the upper surface plate electrodes 22 1 and 22 4 applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.

さらに、上面板電極221・224を形成前の模式的鳥瞰構成は、図12に示すように表される。 Furthermore, a schematic bird's-eye view configuration before forming the upper surface plate electrodes 22 1 and 22 4 is expressed as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1であって、ツーインワンモジュールの模式的平面パターン構成は、図13に示すように表され、図13のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図14に示すように表される。   Moreover, it is the power module semiconductor device 1 which concerns on 1st Embodiment, Comprising: The typical plane pattern structure of a two-in-one module is represented as shown in FIG. 13, and is typical cross section which follows the IV-IV line of FIG. The structure is represented as shown in FIG.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、図10〜図14に示すように、第1半導体デバイスQ4と、第1半導体デバイスQ4上に配置された第1ソースパッド電極SPと、第1半導体デバイスQ4上に第1ソースパッド電極SPの周囲に配置され、第1ソースパッド電極SPよりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜60(図示省略)と、第1絶縁膜60および第1ソースパッド電極SP上に配置された第1上面板電極221とを備える。 As shown in FIGS. 10 to 14, the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a first semiconductor device Q4, a first source pad electrode SP disposed on the first semiconductor device Q4, A first insulating film 60 (not shown) disposed on the first semiconductor device Q4 and around the first source pad electrode SP and having a thickness greater than that of the first source pad electrode SP, the first insulating film 60, and the first insulating film 60 And a first upper surface plate electrode 22 1 disposed on one source pad electrode SP.

第1上面板電極221と第1ソースパッド電極SPは、第1半田層80を介して接続される。 The first upper surface plate electrode 22 1 and the first source pad electrode SP, are connected via a first solder layer 80.

第1絶縁膜60は、ポリイミド膜で形成可能である。また、第1絶縁膜60は、セラミックス若しくはその積層で形成可能である。   The first insulating film 60 can be formed of a polyimide film. The first insulating film 60 can be formed of ceramics or a laminate thereof.

また、第1パターンD(K4)上に配置された第1接続電極18Oと、第1接続電極18Oに接続された出力端子Oとを備える。 Also includes a first connection electrode 18 O disposed on the first pattern D (K4), and an output terminal O connected to the first connection electrode 18 O.

また、第1銅プレート層10aの第2パターンEPと、第2パターンEP上に配置された第2接続電極18nと、第2接続電極18nに接続された第1電源入力端子Nと備える。 Further, the second pattern EP of the first copper plate layer 10a, the second connection electrode 18 n disposed on the second pattern EP, and the first power input terminal N connected to the second connection electrode 18 n are provided. .

また、第1接続電極18Oは、第1パターンD(K4)上に配置された延長電極25を備えていても良い。特に、第1接続電極18Oが配置される第1パターンD(K4)部分は、幅が狭く形成されるため、抵抗値が上昇しやすい。この抵抗値は、半導体デバイスQ4のドレインと出力端子Oとの間に配置されるため、半導体デバイスQ4のドレインに接続される寄生直列抵抗および寄生直列インダクタンスとなる。第1パターンD(K4)上に延長電極25を配置することにより、このような寄生直列抵抗および寄生直列インダクタンスを低減化することができる。 The first connection electrode 18 O may include an extension electrode 25 disposed on the first pattern D (K4). In particular, the first pattern D (K4) portion where the first connection electrode 18 O is disposed is formed with a narrow width, and thus the resistance value is likely to increase. Since this resistance value is arranged between the drain of the semiconductor device Q4 and the output terminal O, it becomes a parasitic series resistance and a parasitic series inductance connected to the drain of the semiconductor device Q4. By arranging the extension electrode 25 on the first pattern D (K4), such a parasitic series resistance and a parasitic series inductance can be reduced.

また、第1パターンD(K4)上に第1半導体デバイスQ4に隣接して配置された第1ダイオードDI4を備えていても良い。   Moreover, you may provide the 1st diode DI4 arrange | positioned adjacent to the 1st semiconductor device Q4 on the 1st pattern D (K4).

第1上面板電極221は、第1ダイオードDI4のアノード電極A4に接続されている。 The first upper plate electrode 22 1 is connected to the anode electrode A4 of the first diode DI4.

また、第1銅プレート層10aの第3パターンD(K1)上に配置された第2半導体デバイスQ1を備えていても良い。   Moreover, you may provide the 2nd semiconductor device Q1 arrange | positioned on the 3rd pattern D (K1) of the 1st copper plate layer 10a.

また、第3パターンD(K1)上に第2半導体デバイスQ1に隣接して配置された第2ダイオードDI1を備えていても良い。   In addition, a second diode DI1 disposed adjacent to the second semiconductor device Q1 may be provided on the third pattern D (K1).

また、第2半導体デバイスQ1上に配置された第2ソースパッド電極SPと、第2半導体デバイスQ1上に第2ソースパッド電極SPの周囲に配置され、第2ソースパッド電極SPよりも厚い膜厚を有する第2絶縁膜60(図示省略)と、第2絶縁膜60および第2ソースパッド電極SP上に配置された第2上面板電極224とを備えていても良い。 In addition, the second source pad electrode SP disposed on the second semiconductor device Q1 and the second source pad electrode SP disposed on the second semiconductor device Q1 and around the second source pad electrode SP are thicker than the second source pad electrode SP. a second insulating film 60 (not shown) having, may be provided with a second upper plate electrode 22 4 disposed on the second insulating film 60 and a second source pad electrode on SP.

ここで、第2上面板電極224と第2ソースパッド電極SPは、第2半田層80を介して接続される。 Here, the second upper plate electrode 22 4 and the second source pad electrode SP, are connected via a second solder layer 80.

第2絶縁膜60は、ポリイミド膜で形成可能である。また、セラミックス若しくはその積層で形成可能である。   The second insulating film 60 can be formed of a polyimide film. Further, it can be formed of ceramics or a laminate thereof.

第2上面板電極224は、前記第2ダイオードDI1のアノード電極A1に接続される。 The second top plate electrode 22 4 is connected to the anode electrode A1 of the second diode DI1.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、図10〜図14に示すように、薄型SiCパワーモジュールを配線柱レス化で形成することができるため、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   Since the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment can form a thin SiC power module without wiring columns as shown in FIGS. A semiconductor device can be provided.

また、第1上面板電極224および第2上面板電極221は、図10および図11に示すように、平面視で内側の角部に湾曲凹状のL字構造を有していても良い。平面視で内側の角部に湾曲凹状のL字構造を有することが望ましい。ボンディングワイヤとの接触を回避しつつ、かつ電気的な抵抗を低減するためである。特に、図11に示すように、L字構造の角部と湾曲部との最小距離は、W1に設定されている。 Further, the first upper surface plate electrode 22 4 and the second top plate electrode 22 1, as shown in FIGS. 10 and 11, may have a L-shaped structure of the curved concave corner portion of the inner in a plan view . It is desirable to have a curved concave L-shaped structure at the inner corner in plan view. This is for avoiding contact with the bonding wire and reducing electrical resistance. In particular, as shown in FIG. 11, the minimum distance between the corner portion and the curved portion of the L-shaped structure is set to W1.

また、第3パターンD(K1)に接続された第2電源入力端子Pを備える。   In addition, a second power input terminal P connected to the third pattern D (K1) is provided.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1であって、ツーインワンモジュールの模式的回路表現は、図16に示すように表される。   Further, a schematic circuit representation of the two-in-one module, which is the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、ツーインワンモジュールの構成を備える。すなわち、2個のMOSFETQ1・Q4が1つのモジュールに内蔵されている。   The power module semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a two-in-one module configuration. That is, two MOSFETs Q1 and Q4 are built in one module.

ツーインワンモジュールの片側には、一例として4チップ(MOSトランジスタ×3、ダイオード×1)搭載可能であり、それぞれのMOSFETQ1・Q4は、3個まで並列接続可能である。ここで、MOSFETQ1・Q4は例えば、約5mm×約5mmのサイズを有する。   As an example, four chips (MOS transistor × 3, diode × 1) can be mounted on one side of the two-in-one module, and up to three MOSFETs Q1 and Q4 can be connected in parallel. Here, the MOSFETs Q1 and Q4 have a size of about 5 mm × about 5 mm, for example.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、図9〜図14に示すように、SiC TPM(Transfer mold Power Module)において、上面板電極221・224とセラミック基板10上の電極パターン(EP・D(K4))とを電気的に接続する接続電極18O・18nの役割を兼用する負側電源入力端子N・出力端子Oを備える。負側電源入力端子N・出力端子Oはパワー端子として作用する。接続電極18Oには、図10に示すように、延長電極25が接続されていても良い。 Power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 9 to 14, in SiC TPM (Transfer mold Power Module) , the upper plate electrode 22 1, 22 4 and the electrodes of the ceramic substrate 10 A negative power supply input terminal N and an output terminal O that also serve as connection electrodes 18 O and 18 n for electrically connecting the pattern (EP · D (K4)) are provided. The negative power input terminal N and output terminal O act as power terminals. The extension electrode 25 may be connected to the connection electrode 18 O as shown in FIG.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1は、図9〜図14に示すように、信号端子群(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)若しくは正側電源入力端子P・負側電源入力端子N・出力端子Oのいずれかがパッケージモジュールの4辺の全辺(全側面)から出ている構造において、対向する辺の信号端子群(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)が互い違いに配置される。   As shown in FIGS. 9 to 14, the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a signal terminal group (G1, S1, T1), (G4, S4, T4) or a positive power supply input terminal P. In a structure in which any one of the negative power supply input terminal N and output terminal O protrudes from all four sides (all side surfaces) of the package module, signal terminal groups (G1, S1, T1), ( G4, S4, T4) are arranged alternately.

また、第1信号端子群(S4・G4・T4)および第2信号端子群(S1・G1・T1)は、図9〜図14に示すように、L字構造を備えていても良い。   The first signal terminal group (S4, G4, T4) and the second signal terminal group (S1, G1, T1) may have an L-shaped structure as shown in FIGS.

さらに、図9〜図14に示すように、セラミック基板10の厚み方向から見た平面視で、第1上面板電極221は、半導体デバイスQ4から延伸した第1ボンディングワイヤ群の直上には覆い被さらないように配置され、第2上面板電極224は、半導体デバイスQ1から延伸した第2ボンディングワイヤ群の直上には覆い被さらないように配置されている。 Furthermore, as shown in FIGS. 9 to 14, in a plan view seen from the thickness direction of the ceramic substrate 10, the first upper surface plate electrode 22 1 covers directly above the first bonding wire group that has been stretched from the semiconductor device Q4 It is arranged so as not Hisara, second upper plate electrode 22 4 are arranged not Hisara cover directly above the second bonding wire group that has been stretched from the semiconductor device Q1.

信号端子群(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)をL字に形成することによって、3チップのMOSトランジスタからのボンディングワイヤの配線を短距離でかつクロス配置無しで配置することが可能となり、さらに、上面板電極221・224は、半導体デバイスQ1・Q4のチップ上から延伸したボンディングワイヤの直上には覆い被さらないように配置可能となる。 By forming the signal terminal groups (G1, S1, T1) and (G4, S4, T4) in an L shape, the wiring of the bonding wires from the three-chip MOS transistors is arranged at a short distance and without a cross arrangement. Further, the upper surface plate electrodes 22 1 and 22 4 can be arranged so as not to cover the bonding wires extending from the chips of the semiconductor devices Q 1 and Q 4 .

また、図2、図5および図6に示すように、半導体デバイスQ4、第1ダイオードD4、第1上面板電極224および第1信号端子群(S4・G4・T4)と、半導体デバイスQ1、第2ダイオードD1、第2上面板電極224および第2信号端子群(S1・G1・T1)は、セラミック基板10の厚み方向から見た平面視で、セラミック基板10の中心に対して点対称に配置されていても良い。 Further, as shown in FIGS. 2, 5 and 6, the semiconductor device Q4, a first diode D4, the first upper surface plate electrode 22 4, and the first group of signal terminals and (S4 · G4 · T4), the semiconductor device Q1, a second diode D1, a second upper plate electrode 22 4 and a second group of signal terminals (S1 · G1 · T1) is a plan view as viewed from the thickness direction of the ceramic substrate 10, symmetrical with respect to the center of the ceramic substrate 10 May be arranged.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1においては、上面板電極221・224とセラミック基板10上の電極パターン(EP・D(K4))とを電気的に接続する接続電極18O・18nの役割を兼用する負側電源入力端子N・出力端子Oを備えることにより、部材点数を削減することができ、パワーモジュールサイズの縮小化し、パワーモジュールのパワー密度の向上化を図ることができる。その結果、製造コストの削減を図ることができる。 In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the connection electrodes 18 that electrically connect the upper surface plate electrodes 22 1 and 22 4 and the electrode pattern (EP · D (K4)) on the ceramic substrate 10. By providing the negative power input terminal N / output terminal O that also serves as O · 18 n, the number of members can be reduced, the power module size can be reduced, and the power density of the power module can be improved. be able to. As a result, the manufacturing cost can be reduced.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1においては、対向する辺の信号端子群(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)が互い違いに配置されることにより、3相インバータを組む場合など、パワーモジュールを並列に並べた際、信号端子群(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)同士が当たらないため、パワーモジュールサイズの省スペース化を図ることができる。   Further, in the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the signal terminal groups (G1, S1, T1), (G4, S4, T4) on the opposite sides are alternately arranged, so that 3 When the power modules are arranged in parallel, such as when building a phase inverter, the signal terminal groups (G1, S1, T1), (G4, S4, T4) do not hit each other, so the power module size can be saved. Can do.

各部材の接合構造の形成には、半田接合、金属粒子接合、固相拡散接合、液相拡散(TLP:Transient Liquid Phase)接合などの技術を適用可能である。   Techniques such as solder bonding, metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion (TLP: Transient Liquid Phase) bonding can be applied to the formation of the bonding structure of each member.

例えば、金属粒子接合は、導電性粒子を含むペースト材料を焼成して形成される。ペースト材料の焼成温度は、例えば、約200〜400℃である。導電性粒子は、金属微粒子であり、例えば、銀粒子、金粒子またはニッケルや銅粒子などである。例えば、金属微粒子として銀粒子を適用する場合、銀粒子の濃度は、例えば、約80質量%〜約95質量%である。また、銀ナノ粒子の場合の平均粒径は、約10nm〜約100nm程度である。   For example, the metal particle bonding is formed by baking a paste material containing conductive particles. The firing temperature of the paste material is, for example, about 200 to 400 ° C. The conductive particles are metal fine particles, such as silver particles, gold particles, nickel or copper particles. For example, when silver particles are applied as the metal fine particles, the concentration of the silver particles is, for example, about 80% by mass to about 95% by mass. The average particle size in the case of silver nanoparticles is about 10 nm to about 100 nm.

出力端子Oは、MOSFETQ1を介して正側電源入力端子Pに接続され、MOSFETQ4を介して負側電源入力端子Nに接続される。ここで、出力端子Oは、接続電極18O・延長電極25を兼用しており、負側電源入力端子Nは、接続電極18nを兼用している。 The output terminal O is connected to the positive power supply input terminal P through the MOSFET Q1, and is connected to the negative power supply input terminal N through the MOSFET Q4. Here, the output terminal O also serves as the connection electrode 18 O / extension electrode 25, and the negative power supply input terminal N also serves as the connection electrode 18 n .

正側電源入力端子Pは、接続電極構造を備えず、直接第3パターンD(K1)に接続されている。ここで、正側電源入力端子Pも負側電源入力端子Nと同様に、接続電極構造を兼用していても良い。   The positive-side power input terminal P does not have a connection electrode structure and is directly connected to the third pattern D (K1). Here, like the negative power input terminal N, the positive power input terminal P may also serve as a connection electrode structure.

また、図14に示すように、出力端子O、負側電源入力端子N、第1上面板電極221および第2上面板電極224は、面一に配置可能である。 As shown in FIG. 14, the output terminal O, the negative power supply input terminal N, the first upper surface plate electrode 22 1, and the second upper surface plate electrode 22 4 can be arranged flush with each other.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1であって、ツーインワンモジュールの模式的裏面外観構成は、図15に示すように表される。セラミック基板10の裏面上に配置される第2銅プレート層10bは、ヒートスプレッダとして機能する。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, a schematic rear surface appearance configuration of the two-in-one module is expressed as shown in FIG. The second copper plate layer 10b disposed on the back surface of the ceramic substrate 10 functions as a heat spreader.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1においては、負側電源入力端子N、出力端子O、正側電源入力端子Pの内、少なくともいずれか1つは折り曲げた構造を備えていても良い。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, at least one of the negative power input terminal N, the output terminal O, and the positive power input terminal P may have a bent structure. good.

第1銅プレート層10aの第1パターンD(K4)は、セラミック基板10の表面上に配置されている。半導体デバイスQ4は、第1パターンD(K4)上に配置されている。第2銅プレート層10bは、セラミック基板10の裏面上に配置されている。第1ソースパッド電極SPは、半導体デバイスQ4上に配置されている。樹脂層12は、セラミック基板10の表面上に、第1銅プレート層10a、半導体デバイスQ1・Q4、ダイオードD1・D4、上面板電極221・224、ソースパッド電極SP、接続電極18O・18n、延長電極25などを被覆し、セラミック基板10の裏面上に、第2銅プレート層10bを被覆して配置されている。 The first pattern D (K4) of the first copper plate layer 10a is disposed on the surface of the ceramic substrate 10. The semiconductor device Q4 is arranged on the first pattern D (K4). The second copper plate layer 10 b is disposed on the back surface of the ceramic substrate 10. The first source pad electrode SP is disposed on the semiconductor device Q4. The resin layer 12 is formed on the surface of the ceramic substrate 10 with the first copper plate layer 10a, the semiconductor devices Q1 and Q4, the diodes D1 and D4, the upper surface plate electrodes 22 1 and 22 4 , the source pad electrode SP, and the connection electrode 18 O. 18 n , the extension electrode 25 and the like are covered, and the second copper plate layer 10 b is covered on the back surface of the ceramic substrate 10.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1において、半導体デバイスQ1・Q4は、例えば、SiC MOSFETで形成され、ダイオードD1・4は、例えば、SiCショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)で形成されている。また、セラミック基板10上のサーミスタ接続端子B1・B2間には、サーミスタが接続され、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1の温度検出に利用される。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the semiconductor devices Q1 and Q4 are formed by, for example, SiC MOSFETs, and the diodes D1 and 4 are, for example, SiC Schottky Barrier Diodes (SBD). It is formed with. A thermistor is connected between the thermistor connection terminals B1 and B2 on the ceramic substrate 10, and is used for temperature detection of the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment.

例えば、セラミック基板10は、Al23、AlN、SiN、AlSiC、若しくは少なくとも表面が絶縁性のSiCなどで形成されていても良い。 For example, the ceramic substrate 10 may be formed of Al 2 O 3 , AlN, SiN, AlSiC, or at least a surface of insulating SiC.

また、樹脂層12は、トランスファモールド樹脂で形成されていても良い。樹脂層12は、エポキシ系樹脂若しくはシリコーン系樹脂で形成されていても良い。   Further, the resin layer 12 may be formed of a transfer mold resin. The resin layer 12 may be formed of an epoxy resin or a silicone resin.

半導体デバイスQ1・Q4の複数のチップは、セラミック基板10の表面上に、セラミック基板10の厚み方向から見た平面視で離間した位置に配置され、樹脂層12により樹脂モールドされている。   The plurality of chips of the semiconductor devices Q1 and Q4 are disposed on the surface of the ceramic substrate 10 at positions separated from each other in a plan view when viewed from the thickness direction of the ceramic substrate 10, and are resin-molded by the resin layer 12.

また、接続電極18O・18nは、CTEの値が相対的に小さい電極材料、例えば、CuMo、Cuなどで形成されていても良い。 The connection electrodes 18 O and 18 n may be formed of an electrode material having a relatively small CTE value, such as CuMo or Cu.

上面板電極221・224分は、CTEの値が相対的に小さい電極材料、例えば、CuMo、Cuなどで形成されていても良い。 The upper plate electrodes 22 1 and 22 4 may be formed of an electrode material having a relatively small CTE value, for example, CuMo, Cu, or the like.

ソースパッド電極SP部分は、CTEの値が相対的に小さい電極材料、例えば、CuMo、Cuなどで形成されていても良い。   The source pad electrode SP portion may be formed of an electrode material having a relatively small CTE value, for example, CuMo, Cu or the like.

線熱膨張係数(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)の値が同等である同じ大きさの材料を比較すると、発生応力は、ヤング率の値が大きい材料の方が大きくなる。このため、ヤング率×CTEの数値が、より小さい材料を選定することによって、発生応力の値の小さな部材を達成することができる。   When materials of the same size having the same value of the coefficient of thermal expansion (CTE) are compared, the generated stress is larger in a material having a larger Young's modulus value. For this reason, a member with a small value of generated stress can be achieved by selecting a material having a smaller value of Young's modulus × CTE.

CuMoは、このような利点を有している。また、CuMoは、Cuには劣るが、電気抵抗率も相対的に低い。   CuMo has such advantages. Moreover, although CuMo is inferior to Cu, its electrical resistivity is relatively low.

ここで、上面板電極221224間の表面に沿った離隔距離は、沿面距離と呼ばれる。沿面距離の値は、例えば、約6mmである。 Here, the separation distance along the surface between the upper surface plate electrodes 22 1 22 4 is called a creepage distance. The value of the creepage distance is, for example, about 6 mm.

パワーモジュール半導体装置1の小型・軽量化のための第1の手段として、SiC MOSFETを使用して、チップを小型化することができる。SiC MOSFETでは、規格化オン抵抗がSi MOSFETの約1/10である。このため、同じオン抵抗を有するデバイスを比較すると、SiC MOSFETのチップ面積は、Si MOSFETの約1/10となる。   As a first means for reducing the size and weight of the power module semiconductor device 1, the chip can be reduced in size by using SiC MOSFET. In the SiC MOSFET, the normalized on-resistance is about 1/10 that of the Si MOSFET. For this reason, when comparing devices having the same on-resistance, the chip area of the SiC MOSFET is about 1/10 of that of the Si MOSFET.

パワーモジュール半導体装置1の小型・軽量化のための第2の手段として、セラミック基板の薄型化を図ることができる。一般に使用されているセラミック基板としてAlNでは、曲げ強度が小さく、薄くすると割れてしまう。したがって、セラミック基板としてSiNを使用することが望ましい。SiNのメリットとして、曲げ強度が大きく、薄くしても割れにくいという特徴がある。一方、ディメリットとして、SiNは熱伝導率がAlNよりも悪く、CTEがAlNよりも大きい。ここで、具体的な数値例をあげると、AlNの曲げ強度は、約400GPaであるのに対して、SiNの曲げ強度は、約850GPaである。一方、SiNの熱伝導率は、約35W/mKであるのに対して、AlNの熱伝導率は、約170W/mKである。また、SiNのCTEは、約850ppm/℃であるのに対して、AlNのCTEは、約5.7ppm/℃である。   As a second means for reducing the size and weight of the power module semiconductor device 1, it is possible to reduce the thickness of the ceramic substrate. AlN is generally used as a ceramic substrate, and its bending strength is small. Therefore, it is desirable to use SiN as the ceramic substrate. The merit of SiN is that it has high bending strength and is difficult to break even if it is thin. On the other hand, as a disadvantage, SiN has a lower thermal conductivity than AlN and CTE is higher than AlN. Here, as a specific numerical example, the bending strength of AlN is about 400 GPa, whereas the bending strength of SiN is about 850 GPa. On the other hand, the thermal conductivity of SiN is about 35 W / mK, whereas the thermal conductivity of AlN is about 170 W / mK. Also, the CTE of SiN is about 850 ppm / ° C., whereas the CTE of AlN is about 5.7 ppm / ° C.

(半導体デバイスの構成例)
第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する半導体デバイス100(Q1・Q4)の例として、SiC MOSFETの模式的断面構造は、図17に示すように、n-高抵抗層からなる半導体基板26と、半導体基板26の表面側に形成されたpベース領域28と、pベース領域28の表面に形成されたソース領域30と、pベース領域28間の半導体基板26の表面上に配置されたゲート絶縁膜32と、ゲート絶縁膜32上に配置されたゲート電極38と、ソース領域30およびpベース領域28に接続されたソース電極34と、半導体基板26の表面と反対側の裏面に配置されたn+ドレイン領域24と、n+ドレイン領域24に接続されたドレインパッド電極36とを備える。
(Configuration example of semiconductor device)
As an example of the semiconductor device 100 (Q1 and Q4) applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure of the SiC MOSFET is an n high resistance layer as shown in FIG. On the surface of the semiconductor substrate 26 between the p base region 28, the source region 30 formed on the surface of the p base region 28, the p base region 28 formed on the surface side of the semiconductor substrate 26, and the p base region 28. The gate insulating film 32 arranged, the gate electrode 38 arranged on the gate insulating film 32, the source electrode 34 connected to the source region 30 and the p base region 28, and the back surface opposite to the surface of the semiconductor substrate 26 And an n + drain region 24 disposed on the n + drain region 24 and a drain pad electrode 36 connected to the n + drain region 24.

図17では、半導体デバイス100は、プレーナゲート型nチャネル縦型SiC MOSFETで構成されているが、トレンチゲート型nチャネル縦型SiC MOSFETなどで構成されていても良い。   In FIG. 17, the semiconductor device 100 is composed of a planar gate type n-channel vertical SiC MOSFET, but may be composed of a trench gate type n-channel vertical SiC MOSFET.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する半導体デバイス100(Q1・Q4)には、SiC MOSFETの代わりに、GaN系FETなどを適用することもできる。   Further, a GaN-based FET or the like can be applied to the semiconductor device 100 (Q1 and Q4) applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment instead of the SiC MOSFET.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する半導体デバイス100には、SiC系、GaN系、若しくはAlN系のいずれかのパワーデバイスを適用可能である。   For the semiconductor device 100 applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, any of SiC-based, GaN-based, or AlN-based power devices can be applied.

更には、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する半導体デバイス100には、バンドギャップエネルギーが、例えば、1.1eV〜8eVの半導体を用いることができる。   Furthermore, the semiconductor device 100 applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment can use a semiconductor having a band gap energy of, for example, 1.1 eV to 8 eV.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1に適用する半導体デバイス100の例であって、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPを含むSiC MOSFETの模式的断面構造は、図18に示すように表される。ゲートパッド電極GPは、ゲート絶縁膜32上に配置されたゲート電極38に接続され、ソースパッド電極SPは、ソース領域30およびpベース領域28に接続されたソース電極34に接続される。   18 is an example of the semiconductor device 100 applied to the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, and a schematic cross-sectional structure of the SiC MOSFET including the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP is as shown in FIG. It is expressed in The gate pad electrode GP is connected to the gate electrode 38 disposed on the gate insulating film 32, and the source pad electrode SP is connected to the source electrode 34 connected to the source region 30 and the p base region 28.

また、ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPは、図18に示すように、半導体デバイス100の表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜44上に配置される。尚、ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPの下方の半導体基板26内には、図16の構成例では、図示を省略しているが、図17或いは、図18の中央部と同様に、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。   Further, the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are disposed on a passivation interlayer insulating film 44 covering the surface of the semiconductor device 100 as shown in FIG. In the semiconductor substrate 26 below the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP, although not shown in the configuration example of FIG. 16, as in the central portion of FIG. 17 or FIG. A transistor structure having a structure may be formed.

さらに、図18に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜44上にソースパッド電極SPが延在して配置されていても良い。   Further, as shown in FIG. 18, the source pad electrode SP may be extended and disposed on the passivation interlayer insulating film 44 also in the transistor structure at the center.

(半導体装置を適用した応用例)
次に、図19を参照して、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1を用いて構成した3相交流インバータについて説明する。
(Application examples using semiconductor devices)
Next, a three-phase AC inverter configured using the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図19に示すように、3相交流インバータは、ゲートドライブ部50と、ゲートドライブ部50に接続されたパワーモジュール部52と、3相交流モータ部54とを備える。パワーモジュール部52は、3相交流モータ部54のU相、V相、W相に対応して、U相、V相、W相のインバータが接続されている。ここで、ゲートドライブ部50は、図19では、SiC MOSFETQ1・Q4に接続されているが、図示は省略するが、同様に、SiC MOSFETQ2・Q5、およびQ3・Q6にも接続されている。   As shown in FIG. 19, the three-phase AC inverter includes a gate drive unit 50, a power module unit 52 connected to the gate drive unit 50, and a three-phase AC motor unit 54. The power module unit 52 is connected to U-phase, V-phase, and W-phase inverters corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase AC motor unit 54. Here, although the gate drive unit 50 is connected to the SiC MOSFETs Q1 and Q4 in FIG. 19, it is also connected to the SiC MOSFETs Q2 and Q5, and Q3 and Q6, though not shown.

パワーモジュール部52は、蓄電池(E)46の接続されたコンバータ48が接続されたプラス端子(+)とマイナス端子(−)間に、インバータ構成のSiC MOSFETQ1・Q4、Q2・Q5、およびQ3・Q6が接続されている。さらに、SiC MOSFETQ1〜Q6のソース・ドレイン間には、ダイオードD1〜D6がそれぞれ逆並列に接続されている。   The power module 52 includes inverter-structured SiC MOSFETs Q1 and Q4, Q2 and Q5, and Q3 and Q3 between the plus terminal (+) and the minus terminal (−) to which the converter 48 to which the storage battery (E) 46 is connected is connected. Q6 is connected. Further, diodes D1 to D6 are connected in antiparallel between the sources and drains of the SiC MOSFETs Q1 to Q6, respectively.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1では、図19のU相部分に対応する単相インバータの構造について説明されていたが、V相、W相に対応しても同様に形成して、3相パワーモジュール部52を形成することもできる。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the structure of the single-phase inverter corresponding to the U-phase portion in FIG. 19 has been described. However, the structure is similarly formed for the V-phase and W-phase. Thus, the three-phase power module portion 52 can be formed.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1では、第1信号端子群(G4・S4・T4)および第2信号端子群(G1・S1・T1)は、セラミック基板10の厚み方向に折り曲げた構成を備えていても良い。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the first signal terminal group (G4, S4, T4) and the second signal terminal group (G1, S1, T1) are bent in the thickness direction of the ceramic substrate 10. May be provided.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1では、パワーモジュール半導体装置は、複数個並列に配置されていても良い。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, a plurality of power module semiconductor devices may be arranged in parallel.

3相交流インバータを駆動するために第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1を3個並列に配置した模式的平面構成は、図20に示すように表される。   A schematic planar configuration in which three power module semiconductor devices 1 according to the first embodiment are arranged in parallel to drive a three-phase AC inverter is expressed as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1において、信号端子を折り曲げた模式的鳥瞰構成は、図21に示すように表される。また、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1を3個並列に配置し、3相交流インバータを駆動する模式的回路構成は、図22に示すように表される。図20〜図22においては、サーミスタ接続端子B1・B2等は図示を省略している。 Further, in the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, a schematic bird's-eye view configuration in which the signal terminal is bent is expressed as shown in FIG. Further, a schematic circuit configuration in which three power module semiconductor devices 1 according to the first embodiment are arranged in parallel and the three-phase AC inverter is driven is expressed as shown in FIG. 20 to 22, the thermistor connection terminals B1 and B2 are not shown.

第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1においては、信号端子(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)若しくは正側電源入力端子P・負側電源入力端子N・出力端子Oのいずれかがパッケージモジュールの4辺の全辺(全側面)から出ている構造において、対向する辺の信号端子(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)が互い違いに配置されているため、図20に示すように、パワーモジュール半導体装置1を並列配置した場合の占有面積を縮小化可能となる。さらに、図21に示すように、信号端子(G1・S1・T1)・(G4・S4・T4)を折り曲げることによって、図20および図22に示すように、パワーモジュール半導体装置1を並列配置した場の占有面積を縮小化可能となる。このため、装置全体の省スペース化、小型化を図ることができる。   In the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, the signal terminals (G1, S1, T1), (G4, S4, T4) or the positive power input terminal P, the negative power input terminal N, and the output terminal In the structure in which any one of O protrudes from all four sides (all side surfaces) of the package module, signal terminals (G1, S1, T1, and G4, S4, and T4) on opposite sides are alternately arranged. Therefore, as shown in FIG. 20, the occupied area when the power module semiconductor devices 1 are arranged in parallel can be reduced. Further, as shown in FIG. 21, the power module semiconductor device 1 is arranged in parallel as shown in FIGS. 20 and 22 by bending the signal terminals (G1, S1, T1), (G4, S4, T4). The area occupied by the field can be reduced. For this reason, space saving and size reduction of the whole apparatus can be achieved.

第1の実施の形態によれば、ツーインワン薄型SiCパワーモジュールの配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   According to the first embodiment, it is possible to provide a power module semiconductor device capable of reducing the wiring pillar of the two-in-one thin SiC power module, reducing the size, and reducing the weight.

[第2の実施の形態]
(ワンインワンモジュール:1 in 1 Module)
第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2であって、ワンインワンモジュール(1 in 1 Module)の模式的回路表現は、図23に示すように表される。また、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2であって、ワンインワンモジュールの詳細回路表現は、図24に示すように表される。
[Second Embodiment]
(One in one module: 1 in 1 Module)
In the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, a schematic circuit representation of a one-in-one module (1 in 1 Module) is expressed as shown in FIG. Further, in the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, the detailed circuit expression of the one-in-one module is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、ワンインワンモジュールの構成を備える。すなわち、1個のMOSFETQが1つのモジュールに内蔵されている。一例として6チップ(MOSトランジスタ×6)搭載可能であり、それぞれのMOSFETQは、6個まで並列接続可能である。尚、6チップの内、一部をダイオードDI用として搭載することも可能である。   The power module semiconductor device 2 according to the second embodiment has a one-in-one module configuration. That is, one MOSFET Q is built in one module. As an example, six chips (MOS transistors × 6) can be mounted, and up to six MOSFETs Q can be connected in parallel. A part of the six chips can be mounted for the diode DI.

図23には、MOSFETQに逆並列接続されるダイオードDIが示されている。MOSFETQの主電極は、ドレイン端子DTおよびソース端子STで表される。   FIG. 23 shows a diode DI connected in reverse parallel to the MOSFETQ. The main electrode of MOSFETQ is represented by a drain terminal DT and a source terminal ST.

さらに詳細には、図24に示すように、MOSFETQに並列にセンス用MOSFETQsが接続される。センス用MOSFETQsは、MOSFETQと同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されている。なお、第1の実施の形態においても半導体デバイスQ1・Q4には、センス用MOSFETQsが同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されている。   More specifically, as shown in FIG. 24, a sensing MOSFET Qs is connected in parallel to the MOSFET Q. The sense MOSFET Qs is formed as a fine transistor in the same chip as the MOSFET Q. In the first embodiment, the sensing MOSFETs Qs are formed as fine transistors in the same chip in the semiconductor devices Q1 and Q4.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、図25に示すように、樹脂層12に被覆されたセラミック基板10の第1の辺に配置されたドレイン端子DTおよびソース端子STと、第1の辺に対向の辺に配置された信号端子SS・G・CSとを備える。ここで、信号端子SS・G・CSは、半導体デバイスQのソースセンス端子・ゲート信号端子・電流センス端子に接続される。なお、図示は省略されているが、サーミスタ接続端子B1・B2をさらに備えていても良い。ここで、ソース端子STは、第1電源入力端子に対応し、ドレイン端子DTは、第2電源入力端子に対応する。   As shown in FIG. 25, the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment includes a drain terminal DT and a source terminal ST arranged on the first side of the ceramic substrate 10 covered with the resin layer 12, Signal terminals SS, G, and CS arranged on opposite sides are provided on the first side. Here, the signal terminals SS, G, and CS are connected to the source sense terminal, the gate signal terminal, and the current sense terminal of the semiconductor device Q. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, you may further provide the thermistor connection terminal B1 * B2. Here, the source terminal ST corresponds to a first power input terminal, and the drain terminal DT corresponds to a second power input terminal.

また、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2であって、ワンインワンモジュールの模式的平面パターン構成は、図26に示すように表され、図26のV−V線に沿う模式的断面構造は、図28に示すように表される。   Moreover, it is the power module semiconductor device 2 which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical plane pattern structure of a one-in-one module is represented as shown in FIG. 26, and is typical which follows the VV line of FIG. The cross-sectional structure is expressed as shown in FIG.

また、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2であって、ワンインワンモジュールの模式的裏面外観構成は、図27に示すように表される。セラミック基板10の裏面上に配置される第2銅プレート層10bは、ヒートスプレッダとして機能する。   Moreover, it is the power module semiconductor device 2 which concerns on 2nd Embodiment, Comprising: The typical back surface external appearance structure of a one-in-one module is represented as shown in FIG. The second copper plate layer 10b disposed on the back surface of the ceramic substrate 10 functions as a heat spreader.

図28のA部分の拡大された模式的断面構造は、図29に示すように表される。また、図29のB部分の模式的平面パターン構成は、図30に示すように表され、図30のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図31に示すように表される。   An enlarged schematic cross-sectional structure of portion A in FIG. 28 is expressed as shown in FIG. 29 is represented as shown in FIG. 30, and a schematic sectional structure taken along line VI-VI in FIG. 30 is represented as shown in FIG.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、図26〜図31に示すように、第1半導体デバイスQ(100)と、第1半導体デバイスQ上に配置された第1ソースパッド電極SP・SPと、第1半導体デバイスQ上に第1ソースパッド電極SP・SPの周囲に配置され、第1ソースパッド電極SP・SPよりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜60と、第1絶縁膜60および第1ソースパッド電極SP上に配置された第1上面板電極22とを備える。ここで、第1半導体デバイスQ(100)は、図28に示すように、セラミック基板10の表面上に配置された第1銅プレート層10aの第1パターンD上に配置されていても良い。   As shown in FIGS. 26 to 31, the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment includes a first semiconductor device Q (100) and a first source pad electrode disposed on the first semiconductor device Q. SP and SP, a first insulating film 60 disposed on the first semiconductor device Q and around the first source pad electrodes SP and SP, and having a thickness greater than that of the first source pad electrodes SP and SP; And a first upper surface plate electrode 22 disposed on the insulating film 60 and the first source pad electrode SP. Here, the first semiconductor device Q (100) may be disposed on the first pattern D of the first copper plate layer 10a disposed on the surface of the ceramic substrate 10, as shown in FIG.

また、第1上面板電極22と第1ソースパッド電極SPは、図31に示すように、第1半田層80を介して接続されていても良い。   Further, the first upper surface plate electrode 22 and the first source pad electrode SP may be connected via a first solder layer 80 as shown in FIG.

また、第1絶縁膜60は、ポリイミド膜で形成されていても良い。厚さは、例えば、50μm以上であることが、絶縁性を容易に確保することができ、かつ低背化が可能であるという点で望ましい。あるいは、また、第1絶縁膜60は、セラミックス若しくはその積層で形成されていても良い。この場合も厚さは、例えば、50μm以上であることが、絶縁性を容易に確保することができ、かつ低背化が可能であるという点で望ましい。   Further, the first insulating film 60 may be formed of a polyimide film. The thickness is preferably 50 μm or more, for example, from the viewpoint that insulation can be easily ensured and the height can be reduced. Alternatively, the first insulating film 60 may be formed of ceramics or a laminate thereof. In this case as well, it is desirable that the thickness is, for example, 50 μm or more, from the standpoint that insulation can be easily secured and a reduction in height can be achieved.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、図25〜図31に示ように、薄型SiCパワーモジュールを配線柱レス化で形成することができるため、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   As shown in FIGS. 25 to 31, the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment can form a thin SiC power module without wiring pillars, and thus can be reduced in size and weight. A semiconductor device can be provided.

また、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、図26に示すように、半導体デバイスQが、セラミック基板10の中央部に2列に3チップずつ配置される。また、セラミック基板10の周辺部には、2系統の信号端子群(GSP・CSP・SSP)が、L字構造に配置される。2系統の信号端子群(GSP・CSP・SSP)は、図26に示すように、互いに共通に接続されて、半導体デバイスQのソースセンス端子・ゲート信号端子・電流センス端子に接続される。   In the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, as shown in FIG. 26, the semiconductor devices Q are arranged in three rows in two rows at the center of the ceramic substrate 10. Further, two signal terminal groups (GSP / CSP / SSP) are arranged in an L-shaped structure in the peripheral portion of the ceramic substrate 10. As shown in FIG. 26, the two signal terminal groups (GSP, CSP, SSP) are connected in common to each other, and are connected to the source sense terminal, gate signal terminal, and current sense terminal of the semiconductor device Q.

各チップのGP端子・SP端子・CS端子は、周辺部に配置されたL字構造の信号端子群(GSP・CSP・SSP)に向けて、ボンディングワイヤによって接続される。   The GP terminal, SP terminal, and CS terminal of each chip are connected by bonding wires toward the L-shaped signal terminal group (GSP, CSP, SSP) disposed in the peripheral portion.

さらに、図26に示すように、セラミック基板10の厚み方向から見た平面視で、上面板電極22・22Sは、半導体デバイスQから延伸したボンディングワイヤ群の直上には覆い被さらないように配置されている。   Further, as shown in FIG. 26, the top plate electrodes 22 and 22S are arranged so as not to cover the bonding wire group extending from the semiconductor device Q in a plan view as seen from the thickness direction of the ceramic substrate 10. Has been.

信号端子群(GSP・CSP・SSP)をL字に形成することによって、3チップのMOSトランジスタからのボンディングワイヤの配線を短距離でかつクロス配置無しで配置することが可能となり、さらに、上面板電極22・22Sは、半導体デバイスQのチップ上から延伸したボンディングワイヤの直上には覆い被さらないように配置可能となる。   By forming the signal terminal group (GSP, CSP, SSP) in an L shape, it becomes possible to arrange the wiring of the bonding wire from the three-chip MOS transistor at a short distance and without a cross arrangement. The electrodes 22 and 22S can be arranged so as not to cover the bonding wires extending from the chip of the semiconductor device Q.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2は、図25〜図31に示すように、SiC TPMにおいて、上面板電極22とセラミック基板10上の電極パターンEPとを電気的に接続する接続電極18n(図示省略)の役割を兼用する負側電源入力端子Nを備える。また、ドレイン端子DTとセラミック基板10上の電極パターンDとを電気的に接続する接続電極18p(図示省略)の役割を兼用するドレイン端子DTを備える。ソース端子ST・ドレイン端子DTはパワー端子として作用する。 As shown in FIGS. 25 to 31, the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment is a connection that electrically connects the upper surface plate electrode 22 and the electrode pattern EP on the ceramic substrate 10 in the SiC TPM. A negative power supply input terminal N that also serves as an electrode 18 n (not shown) is provided. The drain terminal DT also serves as a connection electrode 18 p (not shown) that electrically connects the drain terminal DT and the electrode pattern D on the ceramic substrate 10. The source terminal ST / drain terminal DT functions as a power terminal.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2においては、上面板電極22とセラミック基板10上の電極パターンEPとを電気的に接続する接続電極18nの役割を兼用するソース端子STと、ドレイン端子DTとセラミック基板10上の電極パターンDとを電気的に接続する接続電極18pの役割を兼用するドレイン端子DTとを備えることにより、部材点数を削減することができ、パワーモジュールサイズの縮小化し、パワーモジュールのパワー密度の向上化を図ることができる。その結果、製造コストの削減を図ることができる。 In the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, the source terminal ST that also serves as the connection electrode 18 n that electrically connects the upper surface plate electrode 22 and the electrode pattern EP on the ceramic substrate 10; By providing the drain terminal DT that also serves as the connection electrode 18 p that electrically connects the drain terminal DT and the electrode pattern D on the ceramic substrate 10, the number of members can be reduced, and the size of the power module can be reduced. The power density of the power module can be improved by reducing the size. As a result, the manufacturing cost can be reduced.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2においては、構成部材が低減化され、その結果としてチップ数を増加することができる。   In the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, the number of constituent members is reduced, and as a result, the number of chips can be increased.

各部材の接合構造の形成には、半田接合、金属粒子接合、固相拡散接合、液相拡散接合などの技術を適用可能である。   Techniques such as solder bonding, metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion bonding can be applied to the formation of the bonding structure of each member.

また、ここで、図示は省略されているが、第1パターンD上に半導体デバイスQに隣接して配置された第1ダイオードDIを備えていても良い。さらに、場合によっては、第1パターンD上には、すべてのチップにダイオードDIが配置されていても良い。   Although not shown here, the first diode DI may be provided on the first pattern D so as to be adjacent to the semiconductor device Q. Further, in some cases, diodes DI may be arranged on all the chips on the first pattern D.

また、ソースパッド電極SP・SP上に配置された上面板電極22・22Sを備えていても良い。   Moreover, you may provide the upper surface board electrode 22 * 22S arrange | positioned on source pad electrode SP * SP.

また、図示は省略されているが、ソースパッド電極SP・SP上に配置され、かつダイオードDIのアノード電極Aに接続された上面板電極22を備えていても良い。   Although not shown, the upper plate electrode 22 may be provided on the source pad electrodes SP and SP and connected to the anode electrode A of the diode DI.

上面板電極22・22Sは、図26に示すように、平面視で内側の角部に湾曲凹状のL字構造を有することが望ましい。電気的な抵抗を低減するためである。   As shown in FIG. 26, the upper surface plate electrodes 22 and 22S desirably have a curved concave L-shaped structure at an inner corner in a plan view. This is to reduce electrical resistance.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2においても、半導体デバイスQは、例えば、SiC MOSFETで形成され、ダイオードDIは、例えば、SiCショットキーバリアダイオード(SBD)で形成される。また、セラミック基板10上のサーミスタ接続端子B1・B2間には、サーミスタが接続され、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2の温度検出に利用される。   Also in the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, the semiconductor device Q is formed of, for example, a SiC MOSFET, and the diode DI is formed of, for example, a SiC Schottky barrier diode (SBD). A thermistor is connected between the thermistor connection terminals B1 and B2 on the ceramic substrate 10, and is used for temperature detection of the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment.

その他の構成は、第1の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置1と同様であるため、重複説明は省略する。   Other configurations are the same as those of the power module semiconductor device 1 according to the first embodiment, and thus redundant description is omitted.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2に適用する半導体デバイス100(Q)の例として、SiC MOSFETの模式的断面構造は、図17と同様に表される。図17では、半導体デバイス100は、プレーナゲート型nチャネル縦型SiC MOSFETで構成されているが、トレンチゲート型nチャネル縦型SiC MOSFETなどで構成されていても良い。   As an example of the semiconductor device 100 (Q) applied to the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, a schematic cross-sectional structure of a SiC MOSFET is expressed in the same manner as in FIG. In FIG. 17, the semiconductor device 100 is composed of a planar gate type n-channel vertical SiC MOSFET, but may be composed of a trench gate type n-channel vertical SiC MOSFET.

また、第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2に適用する半導体デバイス100(Q)には、SiC MOSFETの代わりに、GaN系FETなどを適用することもできる。   In addition, a GaN-based FET or the like can be applied to the semiconductor device 100 (Q) applied to the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment instead of the SiC MOSFET.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2に適用する半導体デバイス100には、SiC系、GaN系、若しくはAlN系のいずれかのパワーデバイスを適用可能である。   As the semiconductor device 100 applied to the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, any one of SiC-based, GaN-based, and AlN-based power devices can be applied.

第2の実施の形態に係るパワーモジュール半導体装置2に適用する半導体デバイス100の例であって、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPを含むSiC MOSFETの模式的断面構造は、図18と同様に表される。   18 is an example of the semiconductor device 100 applied to the power module semiconductor device 2 according to the second embodiment, and the schematic cross-sectional structure of the SiC MOSFET including the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP is the same as that in FIG. expressed.

第2の実施の形態によれば、ワンインワン薄型SiCパワーモジュールの配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   According to the second embodiment, it is possible to provide a power module semiconductor device that can reduce the wiring pillar of the one-in-one thin SiC power module, and can be reduced in size and weight.

以上説明したように、本発明によれば、薄型SiCパワーモジュールの配線柱レス化、小型、軽量化可能なパワーモジュール半導体装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power module semiconductor device capable of reducing the wiring pillar of a thin SiC power module, reducing the size, and reducing the weight.

[その他の実施の形態]
上記のように、第1〜第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the first and second embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are exemplary and limit the present invention. Absent. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.

本発明のパワーモジュール半導体装置は、SiCパワー半導体モジュール、インテリジェントパワーモジュールなどパワーデバイス全般に利用可能であり、特に、小型・軽量化が求められている分野、車載・太陽電池・産業機器・民生機器向けのインバータ、コンバータなど幅広い応用分野に適用可能である。   The power module semiconductor device of the present invention can be used for all power devices such as SiC power semiconductor modules and intelligent power modules, and particularly in fields where miniaturization and weight reduction are required, in-vehicle / solar cells / industrial equipment / consumer equipment. It can be applied to a wide range of application fields such as inverters and converters.

1、2…パワーモジュール半導体装置
3b、80…半田層
10…セラミック基板
10a、10b…銅プレート層
12…樹脂層
18O、18p、18n…接続電極
22、221、224、22S…上面板電極
24…n+ドレイン領域
25…延長電極
26…半導体基板
28…pベース領域
30…ソース領域
32…ゲート絶縁膜
34…ソース電極
36…ドレイン電極
38…ゲート電極
44…層間絶縁膜
46…蓄電池(E)
48…コンバータ
50…ゲートドライブ部
52…パワーモジュール部
54…三相モータ部
60…絶縁膜
100、Q、Q1〜Q6…半導体デバイス(SiC MOSFET、半導体チップ)
D1〜D6、DI…ダイオード
GP…ゲートパッド電極
SP…ソースパッド電極
P…正側電源入力端子(第2電源入力端子)
N…負側電源入力端子(第1電源入力端子)
DT…ドレイン端子(第2電源入力端子)
ST…ソース端子(第1電源入力端子)
O、U、V、W…出力端子
G、G1、G4…ゲート信号端子
SS、S1、S4…ソースセンス端子
CS、T1、T4…電流センス端子
B1、B2…サーミスタ接続端子
A1、A4…アノード電極
K1、K4…カソード電極
D、D(K1)、D(K4)…ドレイン電極パターン
EP…接地パターン
SSP、CSP、GSP…信号端子群
1,2 ... power module semiconductor device 3b, 80 ... solder layer 10 ... ceramic substrate 10a, 10b ... copper plate layer 12 ... resin layer 18 O, 18 p, 18 n ... connection electrodes 22,22 1, 22 4, 22S ... Top plate electrode 24 ... n + drain region 25 ... extension electrode 26 ... semiconductor substrate 28 ... p base region 30 ... source region 32 ... gate insulating film 34 ... source electrode 36 ... drain electrode 38 ... gate electrode 44 ... interlayer insulating film 46 ... Storage battery (E)
48 ... Converter 50 ... Gate drive unit 52 ... Power module unit 54 ... Three-phase motor unit 60 ... Insulating film 100, Q, Q1-Q6 ... Semiconductor device (SiC MOSFET, semiconductor chip)
D1 to D6, DI ... Diode GP ... Gate pad electrode SP ... Source pad electrode P ... Positive power supply input terminal (second power supply input terminal)
N ... Negative power input terminal (first power input terminal)
DT: Drain terminal (second power supply input terminal)
ST: Source terminal (first power input terminal)
O, U, V, W ... Output terminals G, G1, G4 ... Gate signal terminals SS, S1, S4 ... Source sense terminals CS, T1, T4 ... Current sense terminals B1, B2 ... Thermistor connection terminals A1, A4 ... Anode electrodes K1, K4 ... Cathode electrodes D, D (K1), D (K4) ... Drain electrode pattern EP ... Ground pattern SSP, CSP, GSP ... Signal terminal group

Claims (25)

セラミック基板と、
前記セラミック基板の表面上に配置された第1銅プレート層の第1パターンと、
前記第1パターン上に配置され、表面側に第1表面パッド電極が形成されると共に、裏面側に裏面電極が形成された第1半導体デバイスと、
前記第1半導体デバイス上の、前記第1表面パッド電極の周囲に配置され、前記第1表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜および前記第1表面パッド電極上に配置されて、前記第1表面パッド電極に接続された第1上面板電極と
を備え、
前記第1上面板電極と前記第1表面パッド電極は、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより接続されたことを特徴とするパワーモジュール半導体装置。
A ceramic substrate;
A first pattern of a first copper plate layer disposed on a surface of the ceramic substrate;
A first semiconductor device disposed on the first pattern, having a first surface pad electrode formed on the front surface side and a back electrode formed on the back surface side;
A first insulating film disposed around the first surface pad electrode on the first semiconductor device and having a thickness greater than that of the first surface pad electrode;
A first upper surface plate electrode disposed on the first insulating film and the first surface pad electrode and connected to the first surface pad electrode;
The power module semiconductor device, wherein the first upper surface plate electrode and the first surface pad electrode are connected by any one of metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion bonding.
前記第1絶縁膜は、ポリイミド膜で形成されたことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed of a polyimide film. 前記第1絶縁膜は、セラミックス若しくはその積層で形成されたことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed of ceramics or a laminate thereof. 前記第1パターン上に配置された第1接続電極と、
前記第1接続電極に接続された出力端子と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。
A first connection electrode disposed on the first pattern;
The power module semiconductor device according to claim 1, further comprising: an output terminal connected to the first connection electrode.
前記第1銅プレート層の第2パターンと、
前記第2パターン上に配置された第2接続電極と、
前記第2接続電極に接続された第1電源入力端子と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。
A second pattern of the first copper plate layer;
A second connection electrode disposed on the second pattern;
The power module semiconductor device according to claim 1, further comprising: a first power input terminal connected to the second connection electrode.
前記第1接続電極は、前記第1パターン上に配置された延長電極を備えることを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 4, wherein the first connection electrode includes an extension electrode disposed on the first pattern. 前記第1パターン上に前記第1半導体デバイスに隣接して配置され、前記第1上面板電極に一方の電極が接続された第1ダイオードを備えることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。   2. The power module according to claim 1, further comprising a first diode disposed on the first pattern adjacent to the first semiconductor device and having one electrode connected to the first upper surface plate electrode. Semiconductor device. 前記第1半導体デバイスは、複数のチップを並列接続することにより構成されていることを特徴とする請求項7に記載のパワーモジュール半導体装置。 The power module semiconductor device according to claim 7, wherein the first semiconductor device is configured by connecting a plurality of chips in parallel. 前記第1銅プレート層の第3パターン上に配置され、複数のチップを並列接続することにより構成された第2半導体デバイスを備えることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール半導体装置。   2. The power module semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second semiconductor device disposed on the third pattern of the first copper plate layer and configured by connecting a plurality of chips in parallel. 前記第3パターン上に前記第2半導体デバイスに隣接して配置された第2ダイオードを備えることを特徴とする請求項9に記載のパワーモジュール半導体装置。   10. The power module semiconductor device according to claim 9, further comprising a second diode disposed adjacent to the second semiconductor device on the third pattern. 11. 前記第2半導体デバイス上に配置された第2表面パッド電極と、
前記第2半導体デバイス上の、前記第2表面パッド電極の周囲に配置され、前記第2表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記第2表面パッド電極上に配置されて、前記第2表面パッド電極に接続された第2上面板電極と
を備え、
前記第2上面板電極と前記第2表面パッド電極は、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより接続されたことを特徴とする請求項10に記載のパワーモジュール半導体装置。
A second surface pad electrode disposed on the second semiconductor device;
A second insulating film disposed around the second surface pad electrode on the second semiconductor device and having a thickness greater than that of the second surface pad electrode;
A second upper surface plate electrode disposed on the second insulating film and the second surface pad electrode and connected to the second surface pad electrode;
11. The power module semiconductor according to claim 10, wherein the second upper surface plate electrode and the second surface pad electrode are connected by any one of metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, and liquid phase diffusion bonding. apparatus.
前記第2絶縁膜は、ポリイミド膜で形成されたことを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 11, wherein the second insulating film is formed of a polyimide film. 前記第2絶縁膜は、セラミックス若しくはその積層で形成されたことを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 11, wherein the second insulating film is formed of ceramics or a laminate thereof. 前記第2上面板電極は、前記第2ダイオードのアノード電極に接続されたことを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 11, wherein the second upper surface plate electrode is connected to an anode electrode of the second diode. 前記第1上面板電極は、平面視で内側の角部に湾曲凹状のL字構造を有し、L字構造の角部部分に前記第1ダイオードが配置されていることを特徴とする請求項7に記載のパワーモジュール半導体装置。   The first upper surface plate electrode has a curved concave L-shaped structure at an inner corner in plan view, and the first diode is disposed at a corner of the L-shaped structure. 8. The power module semiconductor device according to 7. 前記第3パターンに接続された第2電源入力端子を備えることを特徴とする請求項9に記載のパワーモジュール半導体装置。   The power module semiconductor device according to claim 9, further comprising a second power input terminal connected to the third pattern. 前記セラミック基板の第1辺に配置され、前記第1半導体デバイスに第1ボンディングワイヤ群を介して接続された第1信号端子群と、
前記セラミック基板の第1辺に対向する第2辺に配置され、前記第2半導体デバイスに第2ボンディングワイヤ群を介して接続された第2信号端子群と
を備え、
前記第1信号端子群と前記第2信号端子群は、互い違いに配置されることを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュール半導体装置。
A first signal terminal group disposed on a first side of the ceramic substrate and connected to the first semiconductor device via a first bonding wire group;
A second signal terminal group disposed on a second side opposite to the first side of the ceramic substrate and connected to the second semiconductor device via a second bonding wire group;
The power module semiconductor device according to claim 11 , wherein the first signal terminal groups and the second signal terminal groups are alternately arranged.
前記第1信号端子群および前記第2信号端子群はL字構造を備え、前記第1銅プレート層の第2パターン上に配置された第2接続電極に接続された第1電源入力端子および前記第1銅プレート層の第3パターンに接続された第2電源入力端子が延伸する辺と異なる辺から延伸されることを特徴とする請求項17に記載のパワーモジュール半導体装置。 The first signal terminal group and the second group of signal terminals are provided with L-shaped structure, the first power supply terminal and the connected to the second connection electrode disposed on the second pattern on the first copper plate layer 18. The power module semiconductor device according to claim 17, wherein the second power input terminal connected to the third pattern of the first copper plate layer is extended from a side different from the side to be extended. 前記セラミック基板の厚み方向から見た平面視で、前記第1上面板電極は、前記第1半導体デバイスから延伸した前記第1ボンディングワイヤ群の直上には覆い被さらないように配置され、前記第2上面板電極は、前記第2半導体デバイスから延伸した前記第2ボンディングワイヤ群の直上には覆い被さらないように配置されることを特徴とする請求項17に記載のパワーモジュール半導体装置。   In a plan view as viewed from the thickness direction of the ceramic substrate, the first upper surface plate electrode is disposed so as not to cover the first bonding wire group extending from the first semiconductor device, and 18. The power module semiconductor device according to claim 17, wherein the second upper surface plate electrode is disposed so as not to cover the second bonding wire group extending from the second semiconductor device. セラミック基板上に配置され、表面側に第1表面パッド電極が形成された第1半導体デバイスと、
前記第1半導体デバイス上の、前記第1表面パッド電極の周囲に配置され、前記第1表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜および前記第1表面パッド電極上に配置されて、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより前記第1表面パッド電極に接続された第1上面板電極と、
前記セラミック基板上に、前記第1半導体デバイスに隣接して配置され、前記第1上面板電極に一方の電極が接続された第1ダイオードと、
前記セラミック基板の第1辺に配置され、前記第1半導体デバイスに第1ボンディングワイヤ群を介して接続された第1信号端子群と、
前記セラミック基板上に配置され、表面側に第2表面パッド電極が形成された第2半導体デバイスと、
前記第2半導体デバイス上の、前記第2表面パッド電極の周囲に配置され、前記第2表面パッド電極よりも厚い膜厚を有する第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記第2表面パッド電極上に配置されて、金属粒子接合、固相拡散接合、または液相拡散接合のいずれかにより前記第2表面パッド電極に接続された第2上面板電極と、
前記セラミック基板上に、前記第2半導体デバイスに隣接して配置され、前記第2上面板電極に一方の電極が接続された第2ダイオードと、
前記セラミック基板の第1辺に対向する第2辺に配置され、前記第2半導体デバイスに第2ボンディングワイヤ群を介して接続された第2信号端子群と
を備え、
前記第1半導体デバイス、前記第1ダイオード、前記第1上面板電極および前記第1信号端子群と、前記第2半導体デバイス、前記第2ダイオード、前記第2上面板電極および前記第2信号端子群とは、前記セラミック基板の厚み方向から見た平面視で、前記セラミック基板の中心に対して点対称に配置されることを特徴とするパワーモジュール半導体装置。
A first semiconductor device disposed on a ceramic substrate and having a first surface pad electrode formed on the surface side;
A first insulating film disposed around the first surface pad electrode on the first semiconductor device and having a thickness greater than that of the first surface pad electrode;
A first upper surface plate disposed on the first insulating film and the first surface pad electrode and connected to the first surface pad electrode by either metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, or liquid phase diffusion bonding Electrodes,
A first diode disposed on the ceramic substrate adjacent to the first semiconductor device and having one electrode connected to the first top plate electrode;
A first signal terminal group disposed on a first side of the ceramic substrate and connected to the first semiconductor device via a first bonding wire group;
A second semiconductor device disposed on the ceramic substrate and having a second surface pad electrode formed on the surface side;
A second insulating film disposed around the second surface pad electrode on the second semiconductor device and having a thickness greater than that of the second surface pad electrode;
A second upper surface plate disposed on the second insulating film and the second surface pad electrode and connected to the second surface pad electrode by either metal particle bonding, solid phase diffusion bonding, or liquid phase diffusion bonding Electrodes,
A second diode disposed adjacent to the second semiconductor device on the ceramic substrate and having one electrode connected to the second upper surface plate electrode;
A second signal terminal group disposed on a second side opposite to the first side of the ceramic substrate and connected to the second semiconductor device via a second bonding wire group;
The first semiconductor device, the first diode, the first upper surface plate electrode, and the first signal terminal group, and the second semiconductor device, the second diode, the second upper surface plate electrode, and the second signal terminal group. Is a power module semiconductor device that is arranged point-symmetrically with respect to the center of the ceramic substrate in a plan view as viewed from the thickness direction of the ceramic substrate.
前記セラミック基板は、Al 2 3、AlN、SiN、AlSiC、若しくは少なくとも表面に絶縁性のSiCを有することを特徴とする請求項1または20に記載のパワーモジュール半導体装置。 21. The power module semiconductor device according to claim 1, wherein the ceramic substrate has Al 2 O 3 , AlN, SiN, AlSiC, or at least a surface of insulating SiC. 前記第1表面パッド電極および前記第2表面パッド電極は、CuMo若しくはCuであることを特徴とする請求項11または20に記載のパワーモジュール半導体装置。   21. The power module semiconductor device according to claim 11, wherein the first surface pad electrode and the second surface pad electrode are CuMo or Cu. 前記第1上面板電極または前記第2上面板電極は、CuMo若しくはCuであることを特徴とする請求項11または20に記載のパワーモジュール半導体装置。   21. The power module semiconductor device according to claim 11, wherein the first upper surface plate electrode or the second upper surface plate electrode is CuMo or Cu. 前記パワーモジュール半導体装置は、前記第1信号端子群、前記第2信号端子群、前記第1電源入力端子、および前記第2電源入力端子の一端を露出させるようにして、トランスファモールド樹脂により被覆されることを特徴とする請求項18に記載のパワーモジュール半導体装置。 The power module semiconductor device is coated with a transfer mold resin so that one end of the first signal terminal group, the second signal terminal group, the first power input terminal, and the second power input terminal is exposed. The power module semiconductor device according to claim 18 . 前記半導体デバイスは、SiC系、GaN系、若しくはAlN系のいずれかのパワーデバイスであることを特徴とする請求項1または20に記載のパワーモジュール半導体装置。   21. The power module semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a power device of SiC, GaN, or AlN.
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