[发明专利]半导体装置的内部布线结构

说明书

技术领域

本发明涉及诸如功率半导体模块之类的半导体装置的内部布线结构。

背景技术

图8是示意性地示出常规功率半导体模块的大致截面图。这个功率半导体模块500配置了三相逆变器电路，其中由IGBT芯片55a和FWD芯片55b构成的六个半导体芯片55被存储在树脂壳体内。图8是示意性地示出IGBT芯片55a之一和FWD芯片55之一的大致截面图。IGBT芯片55a和FWD芯片55b通过接合线56c连接至彼此。例如，诸如铜板之类的平板被用作将具有导电图案的绝缘衬底53与外部导线端子57连接至彼此的各布线导体。下文描述这个配置的细节。

这个功率半导体模块500包括热扩散底座51、具有导电图案的绝缘衬底53、该绝缘衬底的后导电膜经由焊料52粘合至热扩散底座51、和经由焊料54粘合至具有导电图案的绝缘衬底53的前导电图案的诸如IGBT芯片55a和FWD芯片55b之类的半导体芯片55。

该功率半导体模块500还包括将半导体芯片55彼此连接的接合线56c、将半导体芯片55和导电图案彼此连接的接合线56c、具有粘合至具有导电图案的绝缘衬底53的导电图案的一端的布线导体56、布线导体56的另一端所连接的外部导线端子57、外部导线端子57所粘合且粘合至热扩散底座51的外部环境的树脂壳体58、以及用于填充该树脂壳体58的凝胶59。

由于该功率半导体模块500内所配置的三相逆变器电路，该布线导体56以具有P-端布线、N-端布线、U-端布线、V-端布线、和W-端布线的平板（诸如铜板）的形式被部署于树脂壳体58内。

在功率半导体模块500的内部布线结构中，构成具有上述端子布线的布线导体56的铜板被部署为部分地彼此相对且部分地彼此平行。因此，在布线导体56的一些部分（如，部分A）中，电流在同一个方向流动。

图9是示出具有其中电流60a（实线）和电流60b（虚线）在同一个方向流动的第一和第二布线导体56a和56b的部分（部分A）的大致透视图，该第一和第二布线导体56a和56b被部署为彼此相对且彼此平行。在这个部分的第一和第二布线导体56a和56b的布线电感L是自感Ls和互感M之和；L=Ls±M。符号“+”意味着在平行的布线导体56a、56b中流动的电流的方向是相同的，而符号“-”意味着电流方向彼此相反。

Ls=(μT/2π)×(log(2T/a)–(3/4))

M=(μT/2π)×(log(2T/d)–(3/4))

其中“T”代表布线导体的长度，“a”是布线导体的半径（当布线导体具有圆形截面时）（在图9中，通过将截面积转换为等同的圆来获得该半径），“μ”是布线导体的导磁率，且“d”是布线导体的中心轴之间的距离。

在上述部分中，互感M增加，布线导体56a、56b的布线电感L也增加。

此外，在专利文献1中，在常规单个直的布线导体的侧表面上形成狭缝（槽）来允许流过单个布线导体的电流弯曲通过，从而单个布线导体的高频电阻增加，进一步减少幅射噪声。使用这个结构，诸如IGBT之类的半导体元件（半导体芯片）的开关操作引起的辐射噪声，在不特别增加电路或装置的大小的情况下，可被减少。在专利文献1中描述了其中使用趋肤效应代替狭缝的另一个示例。

专利文献1描述了形成用于使得流过该单个布线导体的电流的方向反向的狭缝可减少辐射噪声。

专利文献2公开了图10中所示的功率半导体模块600，其中由金属箔制成的后导电膜72被形成在绝缘板71的第一主表面上，且由另一个金属箔制成的至少一个导电图案73被形成在绝缘板71的第二主表面上。进一步，功率半导体模块600具有印刷板75，该印刷板被部署为面对作为被接合到后一金属箔上的半导体元件的（至少一个）半导体芯片74、且从而面对其中部署了半导体元件的绝缘板71的主表面。布线导体76（其为形成在印刷板75的第一主表面（前侧）上的金属箔），或者另一个布线导体77（其为形成在印刷板75的第二主表面（后侧）上的金属箔），由多个柱状电极78电连接至半导体元件的主电极。布线导体76、77被配置为其中电流在同一个方向中流动的两层金属箔。根据具有这样的配置的专利文献2，可实现提供高接触可靠性、良好的操作特性、和高生产率的半导体装置。

在上述配置中，在作为具有印刷板75位于两者之间的金属箔的布线导体76、77中，电流恒定地在同一个方向中流动。

专利文献1：日本专利申请公开No.2006-60986

专利文献2：日本专利申请公开No.2009-64852