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KR100735852B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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KR100735852B1
KR100735852B1 KR1020060024729A KR20060024729A KR100735852B1 KR 100735852 B1 KR100735852 B1 KR 100735852B1 KR 1020060024729 A KR1020060024729 A KR 1020060024729A KR 20060024729 A KR20060024729 A KR 20060024729A KR 100735852 B1 KR100735852 B1 KR 100735852B1
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KR
South Korea
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chip
flexible substrate
electrode
lead portion
lead
Prior art date
Application number
KR1020060024729A
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English (en)
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KR20060113384A (ko
Inventor
테쓰지로 쓰노다
Original Assignee
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명의 하나의 양태에 의하면, 반도체 칩 상의 복수의 칩 전극과의 접속을 용이하게, 높은 신뢰성으로 실현할 수 있는 반도체 장치가 제공된다. 본 발명의 하나의 양태에 따른 반도체 장치는, 케이스와, 상기 케이스 내에 배치된 절연 기판과, 상기 절연 기판 위에 실장되고, 제어 전류가 흐르는 제1의 칩 전극을 가지는 복수의 반도체 칩과, 본체부 및 상기 본체부로부터 연장하는 복수의 리드부를 가지는 플렉시블 기판을 구비하고, 상기 제1의 칩 전극의 각각이 대응하는 상기 리드부에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 한다.
반도체 칩, 리드부, 플렉시블 기판, 칩 전극

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에 의한 반도체 장치를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 ⅠⅠ-ⅠⅠ선에서 본 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 반도체 장치의 전기 회로도.
도 4는 실시예 2에 의한 반도체 장치를 도시한 평면도.
도 5는 도 4의 ⅠV-ⅠV선에서 본 단면도.
도 6은 플렉시블 기판의 리드부, 리드 프레임 및 칩 전극을 도시한 확대 평면도.
도 7은 도 6의 VⅠ-VⅠ선에서 본 단면도.
도 8은 실시예 2의 변형예를 도시한 도 7과 동일한 단면도.
도 9는 실시예 3에 의한 반도체 장치를 도시한 도 2와 동일한 단면도.
도 10은 플렉시블 기판의 리드부를 칩 전극에 접속하는 전후의 상태를 도시한 확대 단면도.
도 11은 실시예 3의 변형예를 도시한 도 4와 동일한 평면도.
도 12는 도 11의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에서 본 단면도.
도 13은 실시예 4에 의한 반도체 장치를 도시한 도 4와 동일한 평면도.
도 14는 실시예 4에 의한 반도체 장치를 도시한 도 5와 동일한 단면도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1∼4 : 파워 모듈(전력용 반도체 장치) 10 : 베이스판
12 : 케이스 14 : 절연 기판
16,17 : 금속박판
20 : 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터(IGBT)
22 : 프리 휠 다이오드(FWD) 26 : 제어 전극
28 : 이미터 전극 30 : 애노드 전극
32,33 : 평탄부 34 : 플렉시블 기판
36 : 리드부 37 : 밑면
38 : 선단부 39 : 윗면
40 : 본체부 42 : 리드 프레임
44 : 커넥터 45 : 핀
46 : 도전성 와이어(금속세선) 50 : 리드 프레임
52, 54 : 돌출부 56, 60 : 땜납
58 : 도전성 범프 62 : 가압부재
64 : 누름부재 66 : 제어 IC칩
[기술분야]
본 발명은, 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 내장되는 반도체 칩과 제어회로 사이의 전기적 접속을 용이하게 실현할 수 있는 전력용 반도체 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
지금까지 반도체 장치는 다양한 기술분야에서 응용되고, 그 중에서도 고출력의 모터에 대전류를 제어·공급하는 파워 모듈은, 근미래 산업에 있어서의 중요한 키 디바이스로서 보다 더 주목을 받고 있다.
이러한 파워 모듈은, 여기에서는 도시하지 않지만, 일반적으로, 케이스와, 케이스내에 배치된 절연 기판과, 절연 기판 위에 실장된 파워 디바이스 칩(절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터(IGBT)칩 및 프리 휠 다이오드(FWD)칩 등)과, 파워 디바이스 칩에 제어신호(제어 전류)를 공급하는 제어회로를 포함하는 제어 기판과, 제어신호에 따라 파워 디바이스 칩으로부터 출력되는 피제어 전류를 모터 등의 외부 부하로 도출하기 위한 리드 프레임을 구비한다.
종래의 파워 모듈에 의하면, 제어 기판은, 일반적으로, 에폭시 수지 등을 이용하여 형성된 판 모양의 딱딱한 프린트 배선 기판으로 이루어진다. 또 프린트 배선 기판 위에는, 적어도 하나의 제어회로 및 복수의 접속용 단자가 형성되고 있고, 복수의 도전성 와이어(금속세선)를 통해, 예를 들면 IGBT 칩상의 게이트 전극이 접속용 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 해서, 제어회로로부터 IGBT 칩의 게이트 전극에 게이트 신호가 공급되고, 이 게이트 신호에 의거하여 IGBT 칩은 고속 스위칭 동작을 행한다.
한편, 종래식의 파워 모듈에 있어서, IGBT 칩과 역 병렬로 접속된 FWD칩의 애노드 전극 및 IGBT 칩의 이미터 전극은, 마찬가지로 복수의 도전성 와이어(금속세선)를 통해, 리드 프레임에 전기적으로 접속된다. 즉, 상세하게 도시하지 않지만, 4개의 도전성 와이어를 이용하여, 각 IGBT 칩의 이미터 전극 및 FWD칩의 애노드 전극을 리드 프레임에 전기적으로 접속하고, 마찬가지로, 4개의 도전성 와이어를 이용하여, 각 IGBT 칩의 제어 전극(게이트 전극, 전류 센싱 전극 및 온도 센싱 전극)을 제어 기판의 전극용 단자에 전기적으로 접속할 경우, 합계 8개의 도전성 와이어가 필요하다. 또한 파워 모듈 전체에서 6쌍(3상분의 레그)의 IGBT 칩 및 FWD칩을 가질 경우, 적어도 48개의 도전성 와이어가 필요하다.
그러나, 이와 같이 수많은 도전성 와이어를 종래식의 초음파 와이어 본딩 방법을 이용하여 접속하는 것은, 너무나도 많은 시간을 요하므로, 제조 원가가 높아지고, 파워 모듈을 저렴하게 제조할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 복수의 단자간에 있어서의 전기적 접속을 용이하고 일괄하여 행하기 위한 기술이 모색되어 있었다. 예를 들면 특허문헌 1에 의하면, 절연 기판(4)과, 절연 기판(4) 위에 형성된 동배선(8b)을 포함하는 한 쌍의 수지기판(8)과, 한 쌍의 수지기판(8) 사이에서 절연 기판(4) 위에 배치된 히트싱크(3)와, 히트싱크(3) 위에 실장된 반도체 칩(IGBT 칩)(1)과, 땜납을 이용하여 한 쌍의 수지기판(8)의 동배선(8b)에 고정된 동배선(5b)을 포함하는 플렉시블 기판(5)을 구비하고, 반도체 칩(1)의 칩 전극이 땜납 볼(2) 및 땜납 층을 거쳐서 플렉시블 기판(5)의 동배선(5b)에 접속되는 파워 모듈이 개시되어 있다. 즉, 플렉시블 기판(5)은, 그 양단부에 설치된 단자가 수지기판(8)에 접속되고, 그 중앙부에 설치된 한 쌍의 단자(게이트 전극용 및 이미터 전극용)가, 땜납을 이용하여, IGBT 칩(1)의 칩 전극(게이트 전극 및 이미터 전극)에 접속된다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2004-111619 공보(도 1∼도 3)
[발명의 개시]
그러나, 플렉시블 기판(5)의 게이트 전극용 및 이미터 전극용의 단자를, IGBT 칩(1)상의 서로 인접하는 게이트 전극 및 이미터 전극의 각각 접속하려고 할 경우, 이들이 서로 정확하게 위치맞춤 되지 않으면, 게이트 전극용(혹은 이미터 전극용)의 단자가 게이트 전극 및 이미터 전극을 브리지(단락)하는 경우가 있다. 그런데, 플렉시블 기판(5)의 기본재(5a)는 수지로 이루어지고, 주위온도의 영향을 받기 쉬우며, 특히 땜납접속할 때(고온상태에 노출될 때), 플렉시블 기판(5)을 IGBT 칩(1)에 대하여 정확하게 위치맞춤하는 것은 곤란하다. 환언하면, 플렉시블 기판(5)을 IGBT 칩(1)에 대하여 정확하게 위치 맞춤되지 않으면, 단락 불량이 생기고, 제품 비율이 저하하며, 정확하게 위치맞춤하고자 하면, 조립 시간이 늘어나고 생산 원가는 높아지게 된다.
또한, 플렉시블 기판(5) 위에 형성된 동배선(5b)은, 수지 위에 설치된 도전성 박막이므로, 그 배선 저항을 작게 하는 데 한계가 있다. 따라서, IGBT 칩(1)의 콜렉터 전극-이미터 전극 간에 대전류가 흐를 경우, 동배선(5b)이 과열하고, 플렉시블 기판(5)이 연화·용융하게 되어, 동작시의 충분한 신뢰성을 확보할 수 없다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
그래서 본 발명의 하나의 양태는, 케이스와, 상기 케이스내에 설치된 절연 기판과, 상기 절연 기판 위에 실장되어, 제어 전류가 흐르는 제1의 칩 전극을 가지는 복수의 반도체 칩과, 본체부 및 상기 본체부로부터 연장하는 복수의 리드부를 가지는 플렉시블 기판을 구비하고, 상기 제1의 칩 전극의 각각이 대응하는 상기 리드부에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치(파워 모듈)의 실시예를 설명한다. 각 실시예의 설명에 있어서, 이해를 쉽게 하기 위해서 방향을 나타내는 용어(예를 들면 「위쪽」 및 「아래쪽」등)을 적절히 사용하지만, 이것은 설명을 위한 것으로, 이들의 용어는 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
[실시예 1]
도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명에 따른 반도체 장치(파워 모듈)의 실시예 1에 대해서 이하에 설명한다. 실시예 1의 파워 모듈(1)은, 도 1 및 도 2에 나 타나 있는 바와 같이 일반적으로, 양호한 열전도성을 가지는 동 등의 금속판으로 이루어지는 금속 베이스판(10)과, 금속 베이스판(10) 위에 고정된 수지 등의 절연재료로 이루어지는 케이스(12)를 구비하고 있다.
또 파워 모듈(1)은, 케이스(12)의 내부에 있어서, 땜납등의 도전성 접착재(도시하지 않음)를 통해 금속 베이스판(10)에 고착된 절연 기판(14)을 가진다. 절연 기판(14)은, 그 한 쌍의 주면(표면 및 이면) 위에, 패터닝된 금속박판(16, 17)을 가진다. 또한, 표면측의 금속박판(14) 위에는, 마찬가지로 땜납 등의 도전성 접착재(도시하지 않음)를 통해, 적어도 하나의 반도체 소자(도 1 및 도 2에서는, 예를 들면 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터(IGBT)(20) 및 프리 휠 다이오드(FWD)(22)가 실장되고 있다. 그리고 IGBT(20)는 상측 주면에 제어 전극(26) 및 이미터 전극(28)을 가지고, FWD(22)는 상측 주면에 애노드 전극(30)을 가진다. 제어 전극(26)은, 이에 한정되지 않지만, 게이트 전극, 전류 센싱 전극 및 온도 센싱 전극을 포함한다.
케이스(12)는, 도 2에 있어서, IGBT(20) 및 FWD(22)의 상측 주면과 거의 같은 춤(수평위치)에 배치된 한 쌍의 평탄부(32, 33)를 가진다. 그리고 실시예 1에 의한 파워 모듈(1)은, IGBT(20)에 근접하는 한쪽의 평탄부(32)에 임의의 접착 수단을 이용하여 고정된 플렉시블 기판(34)과, FWD(22)에 근접하는 다른쪽의 평탄부(33)에 지지되고, 케이스(12)를 관통하여 외측으로 연장하는 복수의 리드 프레임(42)을 가진다. 즉, 플렉시블 기판(34)의 이면(37)은, IGBT(20)의 제어 전극(26) 및 이미터 전극(28)의 표면과 실질적으로 동일한 평면 위에 배치된다.
실시예 1의 플렉시블 기판(34)은, 폴리이미드 수지 등의 가요성 절연막 위에 동패턴이 적층되고 있고, 구부렸을 때 등의 기계적 응력 및 히트 사이클 시의 열응력이 생긴 경우에도, 유연하게 변형하고, 이들의 응력을 완화 할 수 있다.
또한 도 1에 나타나 있는 바와 같이 복수의(도 1에서는 6개의) 가늘고 긴 리드부(36)와, 거의 사각형의 평면형상을 가지는 본체부(40)를 가지고, 각 리드부(36)의 밑면(37)에는, 복수(예를 들면 4개)의 가늘고 긴 동패턴(도시하지 않음)이 적층되어 있다.
또한, IGBT(20)의 각 제어 전극(26)은, 리드부(36)의 각 동패턴의 선단부(38)를 통해, 플렉시블 기판(34) 위에 실장된 제어 IC칩(66)의 각 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 플렉시블 기판(34) 위에는 커넥터(44)가 설치되고, 제어 IC칩(66)의 각 단자는, 플렉시블 기판(34)상의 동패턴 및 커넥터(44)의 핀(45)을 통해, 외부의 제어회로 (도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이, 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)는, 절연 기판(14)에 대향하는 변을 가지고, 도 1에 도시한 리드부(36)는, 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)에 대향하는 한 변으로부터 연장하고 있다. 단, 도시하지 않지만, 리드부(36)는, 4변으로 이루어지는 거의 사각형의 평면형상을 가지는 본체부(40)의 임의의 한 변 또는 그 이상의 변으로부터 연장해도 좋다.
한편, 각 리드 프레임(42)은, 알루미늄 등으로 이루어지는 도전성 와이어(금속세선)(46)를 통해, 각 FWD(22)의 애노드 전극(30)과, 각 IGBT(20)의 이미터 전극(28)에 접속되어 있다. 이와 같이, 각 IGBT(20)와 FWD(22)는, 서로 역 병렬로 접속되어 있다.
일반적으로, 파워 모듈(1)은, 절연 기판(14), 반도체 소자(IGBT(20) 및 FWD(22)), 플렉시블 기판(34) 및 도전성 와이어(46)의 위쪽에, 이들의 구성부품을 보호하기 위해 케이스(12)내에 충전된 실리콘 겔과, 그 위쪽을 밀봉하기 위해 배치된 에폭시 수지와, 또한 그 위쪽을 덮는 뚜껑을 가지지만, 도면에 있어서는, 이해하기 쉽게 하기 위해서, 이것들의 실리콘 겔, 에폭시 수지 및 뚜껑을 생략했다.
여기에서 도 3을 참조하면서, 도 1 및 도 2에 도시한 파워 모듈(1)의 전기회로구성에 대해서 상세하게 이하에 설명한다.
이 파워 모듈(1)은, 3상(U상, V상, W상)의 인버터 회로를 가지고, 각 인버터 회로는, 저전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)의 쌍과, 고전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)의 쌍으로 이루어진다. 예를 들면 도 1 및 도 3의 도면 중, 가장 위쪽에 나타낸 것은, 저전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)의 쌍이며, U상의 인버터 회로의 일부를 구성한다. 또한 가장 위쪽의 것에 인접하여(아래쪽으로) 도시한 것은, 고전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)의 한 쌍이며, 마찬가지로 U상의 인버터 회로의 일부를 구성한다. 또한, V상의 저전위측, V상의 고전위측, W상의 저전위측 및 W상의 고전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)의 쌍이 순서대로 도시되고 있다.
또한 각 상의 인버터 회로에 있어서, 저전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)는 각각 이미터 전극(28)과 애노드 전극(30)을 가지고, 이들의 전극은, 도전성 와이어(46)를 통해, 리드 프레임(42)에 전기적으로 접속되고, 그 리드 프레임은, 직류 구동 전원(도시하지 않음)의 부극단자에 접속되고 있다. 각 상의 인버터 회로에 있어 서, 고전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)는 각각 콜렉터 전극 및 캐소드 전극을 가지고, 이들의 전극은 동일한 금속박판(16) 및 (도 1중, 가장 아래쪽으로 도시된) 도전성 와이어(46)를 통해, 리드 프레임(42)에 전기적으로 접속되며, 그 리드 프레임은 직류 구동 전원의 정극단자에 접속되어 있다.
또한, 도 3에 있어서, 저전위측의 IGBT(20)와 FWD(22)가 실장된 금속박판(16)은, 도전성 와이어(46)를 통해, 리드 프레임(42)과, 대응하는 고전위측의 IGBT(20)의 이미터 전극(28)과 FWD(22)의 애노드 전극(30)에 전기적으로 접속되어 있다. 도 1에 있어서, 리드 프레임(42)의 평면형상을 상세히 도시하지 않지만, 도면 중, 가장 위쪽에 배치되어 있는 리드 프레임(42)이 U상의 구동 단자에 접속되고, 그 아래쪽으로 V상 및 W상의 구동 단자에 접속되는 리드 프레임(42)이 순차적으로 도시되어 있다.
또, 도 1에서는 상세히 도시하지 않지만, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 각 IGBT(20)는, 게이트 전극, 전류 센싱 전극 및 온도 센싱 전극을 포함하는 제어 전극(26)을 가지고, 각 리드부(36)에 배치된 가늘고 긴 동패턴을 거쳐서 제어 IC칩(66)과 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 파워 모듈(1)에 있어서, 리드부(36)의 동패턴의 각 선단부(38)는, 뒤에 상세히 설명하지만, 땜납 등의 임의의 도전성 접착제 또는 접속 수단을 이용하여, IGBT(20)의 제어 전극(26)에 용이하게 일괄 접속할 수 있다. 이와 같이 해서, 외부의 제어회로는, 커넥터(44)의 핀(45), 제어 IC칩(66) 및 플렉시블 기판(34)의 리드부(36)(및 그 선단부(38))를 거쳐서 IGBT(20)와 데이터 신호의 송 수신(통신)을 실현할 수 있다.
그 결과, IGBT(20)는, 제어 전극(26)에 인가된 제어신호에 의거하여 스위칭 동작을 행하고, 이미터 전극(28), 도전성 와이어(46) 및 리드 프레임(42)을 거쳐서 외부부하에 대전류(피제어 전류)가 공급된다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 의하면, 대전류인 피제어 전류는, 상기의 선행 기술의 플렉시블 기판 상의 동배선보다 배선 저항이 작은 도전성 와이어(46)를 통해 흐르므로, 도전성 와이어(46)가 과열하는 경우가 없으며, 신뢰성이 높은 파워 모듈을 실현 할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 플렉시블 기판(34)의 이면(37)과, IGBT(20)의 제어 전극(26) 및 이미터 전극(28)의 표면이 실질적으로 동일한 평면 위에 배치되므로, 리드부(36)에 생기는 응력을 극히 작게 할 수 있고, 높은 신뢰성의 파워 모듈을 얻을 수 있다. 또한, 리드부(36)의 길이를 합리적으로 짧게할 수 있으므로, 제조 원가를 저감할 수 있다.
[실시예 2]
도 4∼도 8을 참조하면서, 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 실시예 2에 대해서 이하에 설명한다. 실시예 2의 파워 모듈(2)은, 각 IGBT(20)의 이미터 전극(28), 각 FWD(22)의 애노드 전극(30) 및 리드 프레임을 전기적으로 접속하기 위해서, 도전성 와이어(46) 대신에, 신장시킨 리드 프레임(50)을 사용하는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 구성을 가지므로, 중복하는 부분에 관한 상세한 설명을 생략한다. 또한 실시예 1과 같은 구성부품에 대해서는, 같은 부호를 사용하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 실시예 2의 리드 프레임(50)은, 도 5에 나타나 있는 바와 같이 케이스(12)에 지지되고, 각 FWD(22)의 애노드 전극(30) 및 각 IGBT(20)의 이미터 전극(28)의 위쪽까지 연장하며, 애노드 전극(30) 및 이미터 전극(28)을 향해 구부려진 절곡부(52, 54)를 가진다. 도 6 및 도 7의 확대도에 나타나 있는 바와 같이 각 리드 프레임(50)의 절곡부(52, 54)는, 각 FWD(22)의 애노드 전극(30) 및 각 IGBT(20)의 이미터 전극(28)을 향해 돌출하고 있고, 땜납(56)등의 도전성 접착제를 이용하여 애노드 전극(30) 및 이미터 전극(28)에 전기적으로 접속된다.
또한 플렉시블 기판(34)의 리드부(36)의 선단부(38)에는 도전성 범프(58)가 형성되어, 마찬가지로, 땜납(60) 등의 도전성 접착제를 이용하여 각 IGBT(20)의 제어 전극(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 해서, 리드부(36)와 제어 전극(26) 사이를 확실하게 접속 할 수 있다. 또, 도전성 접착제는, 땜납(56, 60) 외에, 임의의 도전성 페이스트라도 좋다.
또한, 각 리드 프레임(50)의 절곡부(52, 54)는, 도 7에 도시한 형상외, 도 8에 나타나 있는 바와 같이 애노드 전극(30) 및 이미터 전극(28)을 향해 돌출하는 돌출부(52, 54)여도 좋으며, 마찬가지로, 도전성 범프(58)를 플렉시블 기판(34)의 선단부(38)에 설치하는 대신에, 제어 전극(26) 위에 형성해도 좋다.
마찬가지로, 하나의 레그를 구성하는 한쌍의 IGBT(20) 및 FWD(22) 중, 저전위측의 IGBT(20)의 이미터 전극(28) 및 FWD(22)의 애노드 전극(30)을 접속하는 리드 프레임(50)은, 고전위측의 IGBT(20) 및 FWD(22)를 탑재한 절연 기판(14)의 금속박판(16)에 전기적으로 접속하기 위한 절곡부(도 4의 점선으로 나타낸다)(68)를 가 지고 있다. 또 절곡부(68)와 절연 기판(14)의 금속박판(16)은, 땜납 등의 임의의 도전성 접착제를 통해 전기적으로 접속 할 수 있다.
이와 같이 구성된 파워 모듈(2)에 있어서, 각 IGBT(20)의 이미터 전극(28) 및 각 FWD(22)의 애노드 전극(30)은, 제어 전극(26)과 마찬가지로 리드 프레임(50)을 거쳐서 용이하게 일괄하여 접속할 수 있다.
또한 IGBT(20)가 제어 전극(26)에 인가된 제어신호에 의거하여 스위칭 동작을 행하면, 이미터 전극(28) 및 리드 프레임(50)을 거쳐서, 대전류인 피제어 전류를 외부부하에 공급 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 2에 의하면, 대전류인 피제어 전류가, 배선 저항이 보다 작은 리드 프레임(50)을 거쳐서 흐르므로, 파워 모듈(2)의 일부의 전류로가 과열하여 단선하지 않고, 신뢰성이 높은 파워 모듈을 실현할 수 있다.
[실시예 3]
도 9∼도 12를 참조하면서, 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 실시예 3에 대해서 이하에 설명한다. 실시예 3의 파워 모듈(3)은, 플렉시블 기판(34)의 리드부(36)가 탄성부재를 포함하고, 케이스(12)의 한쪽의 평탄부(32)가 IGBT(20) 및 FWD(22)의 상측 주면보다 높은 위치에 배치된 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 구성을 가지므로, 중복되는 부분에 관한 상세한 설명을 생략한다. 또한 실시예 2와 같은 구성부품에 대해서는, 같은 부호를 사용하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 파워 모듈(3)의 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)는, 도 9에 나타나 있는 바와 같이 IGBT(20) 및 FWD(22)의 상측 주면보다 높은 위치에 배치 되고, 리드부(36)는, 도 10(a) 및 (b)에 나타나 있는 바와 같이 길이 방향을 따라 연장하는 가압부재(62)을 포함한다. 도 10(a) 및 (b)은, 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)가, 케이스(12)의 한쪽의 평탄부(32)에 고정되고, 리드부(36)의 선단부(38)가 IGBT(20)의 제어 전극(26) 위에 접속되는 전후의 상태를 각각 도시한 단면도이지만, 가압부재(62)는, 본체부(40)가 고정되고, 리드부(36)의 선단부(38)가 제어 전극(26) 위에 접속되면, 선단부(38)에 설치된 도전성 범프(58)가 제어 전극(26)쪽으로 눌리게 되도록(가압된다) 구성된다. 즉, 가압부재(62)는, 조립된 상태에서, 제어 전극(26)을 향해서 가압하는 것이면, 임의의 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면 금속박판이어도 좋다. 또한 가압부재(62)는, 도 10(a) 및 (b)에서는 리드부(36)에 내재하도록 도시했지만, 리드부(36)의 윗면(39)에 접착해도 된다.
따라서, 파워 모듈(3)에 의하면, 가압부재(62)가 선단부(38)에 설치된 도전성 범프(58)를 제어 전극(26)에 가압하므로, 땜납등의 도전성 접착제를 이용하지 않고, 각 리드부(36)와 대응하는 제어 전극(26)을 용이하게, 일괄하여 접속할 수 있다. 이와 같이, 땜납접속시의 열처리공정을 생략할 수 있기 때문에, 플렉시블 기판(34)은, 반드시 높은 내열성을 가지는 부재를 사용할 필요는 없고, 보다 저렴한 플렉시블 기판을 사용할 수 있다. 또한, 파워 모듈(3)내의 IGBT 칩(20)이 불량품인 경우에도, 제어 전극(26)은 땜납을 이용하여 접속되고 있지 않으므로, 리드부(36)를 제어 전극(26)으로부터 용이하게 제거할 수 있다.
단, 도전성 범프(58)와 제어 전극(26) 사이의 전기적 접속을 더욱 강고한 것으로 하기 위해, 도전성 범프(58)를 제어 전극(26)에 가압한 후, 납땜 공정을 추가 해도 좋다.
또한, 도 11 및 도 12에 나타나 있는 바와 같이 플렉시블 기판(34)의 리드부(36)를 IGBT 칩(20)을 향해서 누르기 위한 누름 부재(64)를 케이스(12)에 부착해도 좋다. 또한 도 11 및 도 12에서는, 누름 부재(64)는, 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)에 가까운 위치에서 케이스(12)에 고정되어 있지만, 플렉시블 기판(34)의 선단부(38)에 밀접한 위치 또는 도전성 범프(58)의 바로 위에 배치해도 좋다. 이와 같이 해서, 도전성 범프(58)를 제어 전극(26)에 접속할 수 있고, 실시예 3과 동일한 효과를 실현할 수 있다.
[실시예 4]
도 13 및 도 14를 참조하면서, 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 실시예 4에 대해서 이하에 설명한다. 실시예 4의 파워 모듈(4)은, 제어신호를 제어 전극(26)에 공급하기 위한 제어 IC칩이 플렉시블 기판(34)의 본체부(40)에 실장되지 않는 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 구성을 가지므로, 중복하는 부분에 관한 상세한 설명을 생략한다. 또한 실시예 2와 같은 구성부품에 대해서는, 같은 부호를 사용하여 설명한다.
실시예 2의 파워 모듈(2)에 의하면, 제어신호를 제어 전극(26)에 공급하기 위한 복수의 제어 IC칩(66)을 가지고 있었지만, 실시예 4의 파워 모듈(4)은, 제어 IC칩을 갖지 않고, 제어신호는 도시하지 않은 외부회로장치로부터 직접, 리드부(36)의 각 선단부(38)에 공급된다.
따라서, 실시예 4에 의하면, 지금까지 설명한 실시예의 파워 모듈과 마찬가 지로, 리드부(36)의 각 선단부(38)를 IGBT(20)의 제어 전극(26)에 용이하게 일괄하여 접속 가능한 고신뢰성의 파워 모듈(4)을 실현 할 수 있다.
또한 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 리드부(36)는, 거의 사각형의 평면형상을 가지는 본체부의 임의의 변으로부터 연장하도록 구성해도 되며, 예를 들면 도 13에 있어서는 절연 기판(14)을 플렉시블 기판(34)의 좌측에 배치했지만, 다른 절연 기판(도시하지 않음)을 플렉시블 기판(34)의 우측에 배치하고, 각각의 절연 기판상의 IGBT 칩에 공급하는 게이트 신호를 동일한 플렉시블 기판(34)에 실장된 복수의 제어 IC칩(66)을 이용하여 제어할 수 있다. 이와 같이 해서, 파워 모듈(4)의 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.
또, 상기한 실시예에 있어서, FWD칩(제2의 반도체 칩)(22)은, 본 발명의 필수적 구성부품이 아니며, 생략할 수 있고, 본 발명의 제1의 반도체 칩(20)은, IGBT칩 외에, 바이폴러 달링턴 트랜지스터, MOSFET 및 SiC를 기판재료에 사용한 임의의 반도체 칩이어도 좋다.
본 발명의 하나의 양태에 의한 반도체 장치에 의하면, 반도체 칩 상의 복수의 칩 전극과의 접속을 용이하고, 높은 신뢰성으로 실현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 케이스와,
    상기 케이스내에 배치된 절연 기판과,
    상기 절연 기판 위에 실장되고, 제어 전류가 흐르는 제1의 칩 전극을 가지는 복수의 반도체 칩과,
    본체부 및 상기 본체부로부터 연장하는 복수의 리드부를 가지는 플렉시블 기판을 구비하고,
    상기 제1의 칩 전극의 각각이 대응하는 상기 리드부에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 칩의 상기 제1의 칩 전극 및 상기 플렉시블 기판의 상기 리드부는, 땜납을 통해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반도체 칩의 상기 제1의 칩 전극 및 상기 플렉시블 기판의 상기 리드부의 어느 한쪽에 도전성 범프가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 칩의 상기 제1의 칩 전극 및 상기 플렉시블 기판의 상기 리드부는, 상기 리드부를 상기 제1의 칩 전극에 대하여 압접함으로써, 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 상기 리드부는, 상기 리드부를 상기 제1의 칩 전극을 향해 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 상기 리드부를 상기 제1의 칩 전극을 향해서 누르기 위한 누름 부재가 상기 케이스에 고정된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 상기 본체부는, 4변으로 이루어지는 임의의 사각형 평면형상을 가지고,
    상기 리드부는, 상기 플렉시블 기판의 상기 본체부의 임의의 변으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 이면이 상기 제1의 칩 전극의 표면과 실질적으로 동일한 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 상기 본체부는, 상기 제1의 칩 전극에 제어 전류를 공급하기 위한 제어회로부를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 칩은, 상기 제1의 칩 전극에 흐르는 제어 전류에 의해 제어되는 피제어 전류가 흐르는 제2의 칩 전극을 가지고,
    반도체 장치는, 상기 제2의 칩 전극의 각각에 전기적으로 접속되어, 케이스의 외측으로 연장하는 복수의 리드 프레임을 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 리드 프레임은, 돌출부를 가지고, 상기 돌출부 및 땜납을 통해, 상기 반도체 칩의 상기 제2의 칩 전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 칩은, 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터이며,
    상기 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터의 각각과 역 병렬로 접속되도록 상기 제어 기판 위에 탑재된 복수의 프리 휠 다이오드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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