专利名称：半导体装置的内部布线结构的制作方法
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= ( μ T/2 31) X (log (2T/a) - (3/4))M= ( μ T/2 3i) X (log (2T/d) - (3/4))其中“Τ”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I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I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I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N0.2006-60986专利文献2:日本专利申请公开N0.2009-64852当半导体芯片55、74以上述增加的布线电感L被导通/截止时，较大的浪涌电压(-L(di/dt))被施加至半导体芯片55、74，引起半导体芯片55、74的损伤、增加磁性噪声、并造成其他误差。此外，产生较高的开关损失，增加半导体芯片55、74中生成的热量。图11是被部署为彼此相对且彼此平行的两个布线导体的示意性立体图。例如，当布线导体56a、56b具有5mm的长度T、Imm的宽度Wl、0.18mm的厚度W2、0.05mm的间隙t时，互感M变为高达2.0nH,如图12中所示。在上述专利文献2中，互感M高是因为作为在印刷板75的第一主表面上形成的金属箔的布线导体76，和作为在印刷板75的第二主表面上形成的另一个金属箔的布线导体77，被尽可能近地相对彼此而部署，且电流在相同方向流动。专利文献2描述了通过如专利文献2的图18中所示地缠结布线导体76、77可降低互感M，布线导体76、77是被部署为垂直地彼此相对的金属箔。然而，包括专利文献I和2在内的常规示例没有描述如何通过在布线导体中形成部分来允许电流的方向变得部分与彼此相反来减少两个布线导体之间的互感M，这两个布线导体被部署为彼此相对且彼此平行且具有在相同方向流动的输入(和输出)电流。
发明内容
本发明的一个目的是为了解决上述问题并且提供功率半导体装置的内部布线结构，该布线结构能减少两个布线导体之间的互感并改进热扩散效果，这两个配线导体被部署为彼此相对且具有在相同方向流动的电流。为了实现上述目的，权利要求1中所描述的发明是一种半导体装置的内部布线构造，该布线构造具有第一布线导体和第二布线导体，以彼此相对并彼此平行的方式设置在壳体内且具有以相同方向从输入部分流至输出部分的电流，其中:所述第一引线导体和所述第二引线导体由平板制成；在所述第一布线导体中，沿从相对侧壁中一个侧壁平行地延伸至另一个侧壁的多条直线交替地形成第一槽，使得第一槽超过所述侧壁之间的第一中央点从所述侧壁中的一个侧壁朝所述侧壁中的另一个侧壁延伸，并且反之亦然；在所述第二布线导体中，在所述多条直线正下方交替地形成第二槽，使得第二槽超过所述侧壁之间的第二中央点从所述侧壁中的一个侧壁朝所述侧壁中的另一个侧壁延伸，并且反之亦然，所述一个侧壁位于同具有所述第一槽的所述侧壁相对的一侧上；且所述第一槽的长度等于形成在所述第一槽正下方的所述第二槽的长度，所述第一中央点和所述第二中央点彼此交迭、所述第一槽和所述第二槽部分地彼此交迭，沿所述第一槽流过所述第一布线导体的电流的方向与沿所述第二槽流过所述第二布线导体的电流的方向相反，且藉此减少了所述第一布线导体和所述第二布线导体之间的互感。根据权利要求2中所述的本发明，在权利要求1所述的本发明中，优选的是该第一布线导体和该第二布线导体分别被形成在绝缘板的前侧和后侧上。根据权利要求3中所述的本发明，在权利要求1所述的本发明中，优选的是以相同间隔形成第一槽，且该第一槽的底部端部和第一布线导体的面对着该底部端部的侧壁之间的间距等于第一槽的该间隔。根据本发明，从两个平板的侧壁开始在两个平板上交替地形成槽来获得两个布线导体。两个布线导体被部署为彼此相对且彼此平行，从而允许电流在沿槽彼此相对的方向中流动。以此方式,可减少互感M。由于通过形成槽而获得的布线导体的平面的尺寸增加，可改进散热。本发明的上述和其他目的、特性、及优势，在参考所附附图的优选实施例的如下描述中变得明显。
图1是示出根据本发明的第一示例的功率半导体的内部布线结构的大致透视图；图2是示出根据本发明的第一示例的功率半导体装置的内部布线结构的大致配置，其中图2(a)是第一布线导体的大致平面图，图2(b)是第二布线导体的大致平面图，且图2(c)是其中第一布线导体和第二布线导体垂直地层叠从而彼此相对且彼此平行的大致平面图；图3是根据本发明的第二实施例的功率半导体装置的内部布线结构的配置图，其中图3(a)是大致平面图，且图3(b)是大致透视图；图4是示出通过计算图3中所示的布线导体之间的互感获得的结果的示图；图5是用于解释被用于图4所示的计算的各种元件的示图；图6是根据本发明的第三示例的功率半导体装置的内部布线结构的配置图，其中图6 (a)是大致平面图，且图6(b)是沿图6(a)的线X_X获得的大致截面图；图7是图6中所示布线导体的配置图，其中图7(a)是第一布线导体的基本平面图，且图7(b)是第二布线导体的基本平面图；图8是示意性地示出常规功率半导体模块的大致截面图9是示出其中两个布线导体被部署为彼此相对且彼此平行且其中电流在相同方向中流动的截面的大致透视图；图10是专利文献2所描述的功率半导体模块的配置图，其中图10(a)是大致平面图，且图10(b)是沿图10(a)的线X-X获得的大致截面图；图11是示意性地示出被部署为彼此相对且彼此平行的两个布线导体的透视图；和图12是示出常规内部布线导体的互感值的示图。
具体实施例方式下文使用示例来描述各实施例。示例 I图1和2各自是示出根据本发明的第一示例的功率半导体的内部布线结构的大致配置图；图1是大致透视图。图2(a)是第一布线导体的大致平面图。图2(b)是第二布线导体的大致平面图。图2(c)是其中第一布线导体和第二布线导体垂直层叠从而彼此相对且彼此平行的大致平面图。第一布线导体4a和第二布线导体4b分别对应于图9中所示的第一布线导体56a和第二布线导体56b。两个布线导体4a、4b被层叠从而彼此相对且彼此平行。电流在相同方向流入布线导体4a、4b的输入部分lla、llb。电流在相同方向流出布线导体4a、4b的输出部分12a、12b。输入部分Ila和输入部分Ilb被组合为输入部分IN1。输出部分12a和输出部分12b被组合为输出部分OUTl。分别由具有相同外周形状的第一平板Ia和第二平板Ib形成这个功率半导体装置100的第一布线导体4a和第二布线导体4b。在第一布线导体4a中，沿从第一平板Ia的相对侧壁2a、3a中一个侧壁平行地延伸至另一个侧壁的多条直线5a交替地形成第一槽7a，使得第一槽7a超过侧壁2a、3a之间的中央点6a从侧壁2a朝侧壁3a、以及从侧壁3a朝侧壁2a延伸。在第二布线导体4b中，沿从第二平板Ib的其上投影有直线5a的直线5b交替地形成第二槽7b，使得第二槽7b超过中央点6b，从侧壁3b朝侧壁2b、以及从侧壁2b朝侧壁3b延伸，侧壁3b位于侧壁3a之下，侧壁3a与侧壁2a相对，第一平板Ia的第一槽7a与侧壁2a相接触。每一个第一槽7a的长度和宽度与形成在第一槽7a正下方的每一个第二槽7b的长度和宽度相等。第一槽7a和第二槽7b被层叠从而使得部分地在邻近中间处具有间隙。沿第一槽7a在第一布线导体4a的第一部分IOa中流动的电流Il的方向与沿第二槽7b在第二布线导体4b的第二部分IOb中流动的电流12的方向相反。因此，可减少第一布线导体4a和第二布线导体4b之间的互感。注意，电流I1、12流入输入部分IlaUlb并从输出部分12a、12b流出。由于形成在平板la、lb中的槽7a、7b，电流11、12以蜿蜒的方式流动。槽7a、7b分别在部分8a、8b接触侧壁2a、2b。如上所述，在其中电流11、12以蜿蜒的方式流动的第一和第二部分IOa和IOb中，在第一布线导体4a中流动的电流Il的方向与在第二布线导体4b中流动的电流12的方向相反。因此，互感M变低。
另一方面，电流I1、12在第一和第二布线导体4a和4b的槽7a、7b的底部9a、9b中以相同方向流动但是彼此间隔开。因此，在这些部分中，互感M也变低。注意，通常是通过切割较大平板获得第一和第二平板Ia和lb。可通过压印、且不执行从较大平板获得第一和第二平板Ia和Ib的步骤，形成第一和第二布线导体4a和4b。示例2图3是示出根据本发明的第二示例的功率半导体的内部布线结构的配置示图。在该示图中，图3(a)是大致平面图，且图3(b)是大致透视图。这个功率半导体装置200的内部布线结构和图1所示的功率半导体装置的内部布线结构之间的区别在于，输入部分INl和输出部分OUTl变窄成为位于中间的输入部分IN2和输出部分0UT2。将在下文中详细描述这个配置。图1中所示的第一平板Ia和第二平板Ib的角部被切割来使得输入部分INl和输出部分OUTl变窄至中间，来获得图3中所示的输入部分IN2和输出部分0UT2。通过形成输入部分IN2和输出部分0UT2,相比在图1中所不的配置中，在图3中所不的配置中，互感M可被变得更低，这是因为在输入部分IN2附近和在输出部分0UT2附近没有了相反的布线导体。输入部分IN2的宽度、槽7a、7b之间的每一个空间的宽度、以及槽7a、7b的每一个底端部与相对底端部的布线导体的侧壁3a之间的宽度彼此相等。这些宽度被设置为布线导体4a、4b的宽度Wl。注意在该示图中，“T”代表布线导体的长度、“W1”是布线导体的宽度、“W2”是布线导体的厚度、“t”是第一布线导体和第二布线导体之间的间隙、“S”是每一个槽的宽度、“Ts”是每一个槽的长度、且“Tsl”是其中槽彼此交迭的部分的长度。图4是示出通过计算图3中所示的布线导体之间的互感获得的结果的示图。为了比较，图4示出由不具有任何槽的常规平的引线导体获得的计算结果。图5示出用于计算的各元件。图5示出的槽的图案对应于图4示出的槽的图案。使用钢作为布线导体的材料。布线导体的长度T是5mm，宽度Wl是1mm，且厚度W2是0.18mm。布线导体之间彼此相对的间隙t是0.05mm,且每一个槽的宽度S是0.2mm,每一个槽的长度Ts是3mm，且其中槽彼此交迭的部分的长度Tsl是2mm。从图4中可清楚看出，具有槽7a的第一布线导体4a和第二布线导体4b之间的互感大约是没有槽的平的常规布线导体56a、56b之间的互感的一半。通过如上所述地形成槽7a、7b，在第一布线导体4a和第二布线导体4b中沿槽流动的电流I1、12的方向可被制成彼此相反，减少了互感M。当布线导体4a、4b需要更大的尺寸时，通过减少槽7a、7b的长度Ts以及减少槽7a、7b的宽度S可更有效地减少互感M。在施加相同密度的电流时，具有槽7a、7b的布线导体4a、4b的尺寸大于没有槽的布线导体(平板)的尺寸。作为结果，可获取改进的散热。在其中形成第一布线导体4a的第一平板Ia的外部尺寸与形成第二布线导体4b的第二平板Ib的外部尺寸相同的情况下进行上述描述。当外部尺寸并不彼此相等时，或当，例如布线的宽度Wl和厚度W2不同时，可获得本发明的相同效果。此外，在第一和第二示例的内部布线结构中，具有相同形状的第一和第二布线导体4a和4b被旋转180度并被层叠。在第一示例中，通过将具有恒定宽度的带状导体弯折90度成为字母“W”形状，来分别塑形第一布线导体4a和第二布线导体4b。在第二示例中，通过将具有宽度Wl的带状导体弯折90度成为字母“ Ω ”形状，来塑形第一布线导体4a和第二布线导体4b。第一和第二布线导体4a和4b的整个形状是平板的形状。通过弯折具有宽度Wl的带状导体使其对称来塑形第二示例的第一布线导体4a，其中连接两端的线与该带状导体相交两次或更多次。带状导体的各端部对应于输入部分IN2和输出部分0UT2。形成在该带状导体弯折部分之间的间隙对应于槽7a、7b。第二布线导体4b具有相同形状。第二布线导体4b被相对于第一布线导体4a而向内旋转180度，其中两个布线导体的端部彼此交迭且被部署为在整个带状导体中彼此平行。第一布线导体4a和第二布线导体4b的端部电连接至布线导体所共享的外部输入/输出端子。根据这样的内部布线结构，在第一布线导体4a和第二布线导体4b中形成其中电流在彼此相对的方向中流动的路径。当由平板的侧表面形成的槽7a、7b的末梢延伸越过中央点(这是将平板分为两个部分的线上的点)时，或者，换言之，当槽的长度Ts大于宽度Wl时，其中电流在彼此相对的方向中流动的路径变长，显著有助于互感的减少。因此，上述内部布线结构是有利的。与第二不例不同，在第一不例中，每一个带状导体的一个侧表面和位于相对侧上的另一个侧表面对应于输入部分和输出部分。然而，在其中电流在彼此相对的方向中流动的路径被形成在第一布线导体4a和第二布线导体4b中这方面，第一示例和第二示例是相同的。示例3图6是示出根据本发明的第三示例的功率半导体装置的内部布线结构的配置图。图6 (a)是大致平面图，且图6 (b)是沿图6 (a)的线X-X获得的大致截面图。在这个示例中，功率半导体模块的内部布线结构被图示为功率半导体装置的内部布线结构。图7是图6的布线导体的配置图。图7(a)是第一布线导体76a的大致平面图，且图7(b)是第二布线导体77a的大致平面图。功率半导体装置200和图10的功率半导体模块600之间的差异在于,布线导体76、77被改变为第一和第二布线导体76a、77a。注意,相同的附图标记被用在与图10所示的配置相同的部分上。在功率半导体装置300中，作为金属箔的后导电膜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。功率半导体装置300还具有印刷板75，该印刷板被部署为面对作为被接合到另一金属箔上的半导体元件的半导体芯片74、且从而面对其中部署了半导体芯片74的绝缘板71的主表面。由金属箔制成的第一布线导体76a (具有带印刷板75的第一主表面(前侧))、由另一个金属箔制成的第二布线导体77a (具有带印刷板75的第二主表面(后侧))、和半导体芯片74的主电极，通过多个柱状电极78 (柱状销钉)电连接至彼此。通过将两个布线导体76a、77a连接至柱状电极，如上所述可获得高可靠性。布线导体76a、77a连接至，例如，在由附图标记“IN”所表示的部分处的外部连接端子。在这个配置中，通过从部署在印刷板75的前侧上的金属箔上的相对侧壁交替地形成槽30a来获得第一布线导体76a。进一步，通过从部署在印刷板75的后侧上的金属箔上的相对侧壁交替地形成槽30b来获得第二布线导体77a。除了已知的印刷板，还有聚酰亚胺等的树脂膜也可被用作印刷板75。槽30a、30b延伸为远超过彼此相对的侧壁之间的中央点29a、29b。第一布线导体76a和第二布线导体77a被部署为使得槽30a和槽30b彼此交迭且中央点29a、29b彼此交迭。电流经由，例如未图示的外部连接端子，从IN进入并经由半导体芯片74流向导电图案73。通过形成槽30a、30b，流过第一布线导体76a和第二布线导体77a的电流作为电流31a、31b以蜿蜒方式流动(来沿槽30a、30b流动)。电流31a、31b在彼此相对的方向中以蜿蜒方式流动。因此,可减少第一布线导体76a和第二布线导体77a之间的互感。本示例的第一布线导体76a和第二布线导体77a的形状彼此不同。然而，第一和第二示例的布线导体相同之处在于，它们的带状导体具有被弯折为U-形的部分。第一布线导体76a和第二布线导体77a的弯折部分具有其中电流在彼此相反的方向中流动的路径，有助于减少互感。上文仅说明了本发明的原理。本领域技术人员可作出大量修改和改变。本发明并不意在被限制在上述准确的配置和应用中，而是意在覆盖如本发明的所附权利要求技及其等效物的所有等效修改和等同物中。附图标记的i兑明Ia第一平板Ib第二平板2a、2b相对第一平板的侧壁3a、3b相对第二平板的侧壁4a、76a第一布线导体4b、77a第二布线导体5a、5b 官线6a, 6b, 29a, 29b 中央点7a, 7b, 30a, 30b 槽8a, 8b 部分9a, 9b 底部IOa 第一部分IOb 第二部分I la, I lb, INI, IN2 输入部分12a, 12b, OUT I, 0UT2 输出部分71绝缘板72后导电膜73导电图案74半导体芯片75印刷板78柱状电极100, 200, 300本发明的功率半导体装置II，31a在第一布线导体中流动的电流12，31b在第二布线导体中流动的电流
T布线导体的长度Wl布线导体的宽度W2布线导体的厚度t第一布线导体和第二布线导体之间的间隙S槽的宽度Ts槽的长度Tsl其中槽彼此交迭的部分的长度
权利要求
1.一种半导体装置的内部布线构造，所述布线构造具有第一布线导体和第二布线导体，以彼此相对并彼此平行的方式设置在壳体内且具有以相同方向从输入部分流至输出部分的电流，其中: 所述第一布线导体和所述第二布线导体由平板制成； 在所述第一布线导体中，沿从相对侧壁中一个侧壁平行地延伸至另一个侧壁的多条直线交替地形成第一槽，使得超过所述侧壁之间的第一中央点从所述侧壁中的一个侧壁朝所述侧壁中的另一个侧壁延伸，并且反之亦然； 在所述第二布线导体中，在所述多条直线正下方交替地形成第二槽，使得超过所述侧壁之间的第二中央点从所述侧壁中的一个侧壁朝所述侧壁中的另一个侧壁延伸，并且反之亦然，所述一个侧壁位于同具有所述第一槽的所述侧壁相对的一侧上；且 所述第一槽的长度等于形成在所述第一槽正下方的所述第二槽的长度，所述第一中央点和所述第二中央点彼此交迭、所述第一槽和所述第二槽部分地彼此交迭，沿所述第一槽流过所述第一布线导体的电流的方向与沿所述第二槽流过所述第二布线导体的电流的方向相反，且藉此减少了所述第一布线导体和所述第二布线导体之间的互感。
2.如权利要求1所述的半导体装置的内部布线构造，其特征在于，所述第一布线导体和所述第二布线导体分别被形成在绝缘板的前侧和后侧上。
3.如权利要求1所述的半导体装置的内部布线构造，其特征在于，以相同间隔形成所述第一槽，且所述第一槽的底部端部和所述第一布线导体的面对着所述底部端部的侧壁之间的间距等于所述第一槽的所述间隔。
全文摘要
提供的是功率半导体装置的内部布线结构，其中具有相同电流方向的两个布线导体被设置为彼此相对且这些布线导体之间的互感可被减少且可增加热扩散效果。两个布线导体(4a,4b)被形成为具有从平板(1a,1b)的侧壁(2a,3a,2b,3b)开始以交替方式被设置在两个平板(1a,1b)中的每一个中的槽(7a,7b)。通过平行且彼此相对地设置两个布线导体(4a,4b)，从而电流(I1,I2)以彼此相反的方向沿槽(7a,7b)流动，可减少互感。还有，由于被形成为具有槽(7a,7b)的布线导体(4a,4b)的平面的面积较大，可改进热扩散。
文档编号H05K1/02GK103155147SQ20128000326
公开日2013年6月12日 申请日期2012年1月25日 优先权日2011年2月17日
发明者福田恭平 申请人:富士电机株式会社