(57)【要約】【課題】積層基板の反りを抑制でき、インダクタンスを低減できる半導体モジュールを提供すること。【解決手段】互いに直列に接続された一対の半導体素子２と、一対の直流端子３と、積層基板１０とを備える。積層基板１０は、絶縁材料からなる絶縁基板４と、該絶縁基板４の半導体素子２側の主面Ｓ1に形成された素子側金属層５０と、反対側の主面Ｓ2に形成された反対側金属層６０とを備える。素子側金属層５０によって、複数のアイランド５が形成されている。反対側金属層６０は、複数の重複部６と、連結部６１とを備える。重複部６は、絶縁基板４の厚さ方向から見たときに、個々のアイランド５と重なり合う。連結部６１は、複数の重複部６を連結している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に電気接続された、上アーム半導体素子（２U）と下アーム半導体素子（２L）との、少なくとも一対の半導体素子（２）と、
上記上アーム半導体素子に電気接続した正極端子（３P）と、上記下アーム半導体素子に電気接続した負極端子（３N）との、一対の直流端子（３）と、
絶縁材料からなる絶縁基板（４）と、該絶縁基板の上記半導体素子側の主面（Ｓ1）に形成された素子側金属層（５０）と、上記絶縁基板の、上記素子側金属層を設けた側とは反対側の主面（Ｓ2）に形成された反対側金属層（６０）と、を有する積層基板（１０）とを備え、
上記素子側金属層によって複数のアイランド（５）が形成され、該複数のアイランドのうち少なくとも一部の該アイランドは、上記半導体素子が搭載され、該半導体素子を流れる電流の経路をなしており、
上記反対側金属層は、上記絶縁基板の厚さ方向（Ｚ）から見たときに、個々の上記アイランドと重なり合う複数の重複部（６）と、該複数の重複部のうち少なくとも２個の該重複部を連結する連結部（６１）とを備え、
上記半導体素子のスイッチング動作に伴って、交流電流が、上記一対の直流端子の間に、上記一対の半導体素子および上記アイランドを介して流れたとき、渦電流が、上記複数の重複部と上記連結部とを含む経路に流れるよう構成されている、半導体モジュール（１）。
【請求項２】
複数の上記連結部を備え、上記アイランドとして、上記上アーム半導体素子を搭載した上アーム搭載アイランド（５U）と、上記下アーム半導体素子を搭載した下アーム搭載アイランド（５L）と、上記半導体素子が搭載されず導電部材（８）を介して上記半導体素子に電気接続した中継アイランド（５H）とを備え、上記重複部として、上記厚さ方向から見たときに上記上アーム搭載アイランドと重なる上アーム重複部（６U）と、上記下アーム搭載アイランドと重なる下アーム重複部（６L）と、上記中継アイランドと重なる中継重複部（６H）とを備え、個々の上記連結部によって、上記上アーム重複部と上記下アーム重複部との間と、該下アーム重複部と上記中継重複部との間と、該中継重複部と上記上アーム重複部との間を、それぞれ連結してある、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
複数の上記連結部を備え、上記アイランドとして、上記上アーム半導体素子を搭載した上アーム搭載アイランドと、上記下アーム半導体素子を搭載した下アーム搭載アイランドと、上記半導体素子が搭載されず導電部材を介して上記半導体素子に電気接続した中継アイランドと、上記上アーム搭載アイランドと上記下アーム搭載アイランドと上記中継アイランドとを取り囲むフレームアイランド（５F）とを備え、上記重複部として、上記厚さ方向から見たときに上記上アーム搭載アイランドと重なる上アーム重複部と、上記下アーム搭載アイランドと重なる下アーム重複部と、上記中継アイランドと重なる中継重複部と、上記フレームアイランドと重なるフレーム重複部（６F）とを備え、個々の上記連結部によって、上記上アーム重複部と上記下アーム重複部との間と、該下アーム重複部と上記中継重複部との間と、該中継重複部と上記フレーム重複部との間と、該フレーム重複部と上記上アーム重複部との間とを、それぞれ連結してある、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
上記複数の連結部のうち少なくとも一個の該連結部は、その少なくとも一部が、上記厚さ方向から見たときに、上記交流電流の経路と重なるよう構成されている、請求項２又は３に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の半導体素子と、該半導体素子を搭載した積層基板とを有する半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上アーム半導体素子と下アーム半導体素子との一対の半導体素子と、該半導体素子を搭載した積層基板とを有する半導体モジュールが知られている（図１９参照）。この半導体モジュールは、直流電源に電気接続される。そして、上記半導体素子をスイッチング動作させることにより、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するよう構成されている。
【０００３】
上記積層基板は、絶縁材料からなる絶縁基板と、該絶縁基板の、半導体素子側の主面に形成された素子側金属層と、反対側の主面に形成された反対側金属層とを備える。上記素子側金属層をエッチングして、複数のアイランドを形成してある。これらのアイランドに半導体素子が搭載される。
【０００４】
また、上記積層基板では、反対側金属層によって、一つの大型のアイランドを形成してある（図１８参照）。半導体素子をスイッチング動作させると、半導体素子や素子側金属層に、周波数の高い交流電流が流れる。これに伴って、反対側金属層に渦電流が発生する。この渦電流の周囲に発生した磁束によって、上記交流電流の周囲に発生した磁束が相殺されるため、インダクタンスを低減することができる。そのため、半導体素子に大きなサージが加わることを抑制できる。
【０００５】
しかしながら、上記半導体モジュールは、積層基板が反りやすいという課題がある。すなわち、上記半導体モジュールでは、反対側金属層によって一つの大型のアイランドを形成してあるため、素子側金属層と反対側金属層との、アイランドの形状が大きく異なる。そのため、温度が上昇したときに、２枚の金属層の、熱膨張によって生じる延び量（以下、熱膨張量とも記す）が大きく異なり、積層基板が反りやすくなる。その結果、半導体素子と素子側金属層との接合部等へ応力が集中し、半導体モジュールの寿命が低下する可能性が考えられる。
【０００６】
この課題を解決するため、素子側金属層および反対側金属層の、厚さとアイランド形状を等しくすることが検討されている（下記特許文献１参照）。例えば、反対側金属層をエッチングして、素子側金属層と同じパターンにする（図２０参照）。このようにすれば、２枚の金属層の熱膨張量が等しくなり、積層基板の反りを抑制できると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５９２８４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、素子側金属層と反対側金属層とを同じパターンにすると、反対側金属層が細かく分割される。上述したように、半導体素子をスイッチング動作したときに、素子側金属層に交流電流が流れ、この交流電流の周囲に発生した磁束を打ち消す渦電流が反対側金属層に誘起されるが、反対側金属層を分割すると、渦電流が流れる経路が制限され（図２０参照）、渦電流が、交流電流の経路に沿って流れにくくなる。したがって、渦電流による磁束の打ち消し効果が低下する。その結果、寄生インダクタンスが大きくなり、半導体素子に加わるサージ電圧が増加する。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、積層基板の反りを抑制でき、かつインダクタンスを低減できる半導体モジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、互いに直列に電気接続された、上アーム半導体素子（２U）と下アーム半導体素子（２L）との、少なくとも一対の半導体素子（２）と、
上記上アーム半導体素子に電気接続した正極端子（３P）と、上記下アーム半導体素子に電気接続した負極端子（３N）との、一対の直流端子（３）と、
絶縁材料からなる絶縁基板（４）と、該絶縁基板の上記半導体素子側の主面（Ｓ1）に形成された素子側金属層（５０）と、上記絶縁基板の、上記素子側金属層を設けた側とは反対側の主面（Ｓ2）に形成された反対側金属層（６０）と、を有する積層基板（１０）とを備え、
上記素子側金属層によって複数のアイランド（５）が形成され、該複数のアイランドのうち少なくとも一部の該アイランドは、上記半導体素子が搭載され、該半導体素子を流れる電流の経路をなしており、
上記反対側金属層は、上記絶縁基板の厚さ方向（Ｚ）から見たときに、個々の上記アイランドと重なり合う複数の重複部（６）と、該複数の重複部のうち少なくとも２個の該重複部を連結する連結部（６１）とを備え、
上記半導体素子のスイッチング動作に伴って、交流電流が、上記一対の直流端子の間に、上記一対の半導体素子および上記アイランドを介して流れたとき、渦電流が、上記複数の重複部と上記連結部とを含む経路に流れるよう構成されている、半導体モジュール（１）にある。
【発明の効果】
【００１１】
上記半導体モジュールでは、積層基板の上記反対側金属層によって、上記重複部と、上記連結部とを形成してある。そのため、積層基板の反りを抑制しつつ、インダクタンスを低減できる。
すなわち、上記重複部は、上記厚さ方向から見たときに、素子側金属層によって形成されたアイランドと重なり合うよう構成されている。そのため、素子側金属層と反対側金属層のパターンを近似させることができる。したがって、これらの金属層の熱膨張量が略等しくなり、積層基板の反りを抑制できる。
【００１２】
また、上記半導体モジュールでは、上記連結部を形成してあるため、上記交流電流が流れたときに、渦電流を、連結部を介して、複数の重複部の間に流すことができる。そのため、渦電流の経路が制限されにくくなり、渦電流を、交流電流の経路に沿って流しやすくなる。したがって、交流電流の磁束を、渦電流の磁束によって効果的に打ち消すことができ、インダクタンスを低減することが可能になる。そのため、半導体素子に大きなサージが加わることを抑制できる。
【００１３】
以上のごとく、上記態様によれば、積層基板の反りを抑制でき、インダクタンスを低減できる半導体モジュールを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１における、半導体モジュールの斜視図。
【図２】実施形態１における、半導体モジュールの平面図であって、図３のII矢視図。
【図３】図２のIII-III断面図。
【図４】実施形態１における、ケースを取り除いた半導体モジュールの平面図。
【図５】図４の裏面図。
【図６】実施形態１における、半導体モジュールの回路図。
【図７】実施形態２における、半導体モジュールの裏面図。
【図８】実施形態３における、半導体モジュールの裏面図。
【図９】実施形態４における、半導体モジュールの裏面図。
【図１０】シミュレーション例１における、サンプルＡの平面図。
【図１１】シミュレーション例１における、サンプルＡの裏面図。
【図１２】シミュレーション例１における、サンプルＢの裏面図。
【図１３】シミュレーション例１における、サンプルＣの裏面図。
【図１４】図１３の要部拡大図。
【図１５】シミュレーション例１における、反り量の計算結果。
【図１６】シミュレーション例１における、インダクタンスの計算結果。
【図１７】シミュレーション例１における、半導体モジュールの回路図。
【図１８】比較形態１における、半導体モジュールの裏面図であって、図１９のXVIII矢視図。
【図１９】比較形態１における、半導体モジュールの断面図。
【図２０】比較形態２における、半導体モジュールの裏面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
上記半導体モジュールに係る実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１〜図３に示すごとく、本形態の半導体モジュール１は、一対の半導体素子２と、一対の直流端子３と、積層基板１０とを備える。半導体素子２には、上アーム側に配された上アーム半導体素子２U（図６参照）と、下アーム側に配された下アーム半導体素子２Lとがある。これら一対の半導体素子２U，２Lは、互いに直列に接続されている。
【００１６】
図１、図２に示すごとく、直流端子３には、上アーム半導体素子２Uに電気接続した正極端子３Pと、下アーム半導体素子２Lに電気接続した負極端子３Nとがある。
【００１７】
図３に示すごとく、積層基板１０は、絶縁材料からなる絶縁基板４と、素子側金属層５０と、反対側金属層６０とを備える。素子側金属層５０は、絶縁基板４の、半導体素子２側の主面Ｓ1に形成されている。また、反対側金属層６０は、絶縁基板４の、素子側金属層５０を設けた側とは反対側の主面Ｓ2に形成されている。
【００１８】
図２、図４に示すごとく、素子側金属層５０によって複数のアイランド５が形成されている。複数のアイランド５のうち一部のアイランド５（５U，５L）に、半導体素子２が搭載されている。このアイランド５U，５Lは、半導体素子２に流れる電流の経路をなしている。
【００１９】
図５に示すごとく、反対側金属層６０は、複数の重複部６と、連結部６１とを備える。重複部６は、絶縁基板４の厚さ方向（Ｚ方向）から見たときに、個々のアイランド５（図４参照）と重なり合う。重複部の周縁部６９は、アイランド５の周縁部５９と一致している。連結部６１は、複数の重複部６を連結している。
【００２０】
図２、図４に示すごとく、半導体素子２のスイッチング動作に伴って、交流電流Ｉが、一対の直流端子３の間に、一対の半導体素子２およびアイランド５を介して流れたとき、図５に示すごとく、渦電流ｉが、複数の重複部６と連結部６１とを含む経路に流れるよう構成されている。
【００２１】
本形態の半導体モジュール１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用半導体モジュールである。本形態では、３個の半導体モジュール１を用いて、インバータ回路１９（図１７参照）を構成してある。個々の半導体素子２をスイッチング動作させることにより、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換している。これにより、三相交流モータを駆動し、上記車両を走行させている。
【００２２】
図１に示すごとく、本形態の半導体モジュール１は、フレーム７を備える。このフレーム７内に、半導体素子２等が配されている。フレーム７の内部には、シリコン樹脂等からなる封止部材１２（図３参照）を充填してある。
【００２３】
また、図１、図２、図４に示すごとく、アイランド５には、上アーム搭載アイランド５Uと、下アーム搭載アイランド５Lと、中継アイランド５Hと、フレームアイランド５Fとがある。上アーム搭載アイランド５Uに上アーム半導体素子２Uを搭載してあり、下アーム搭載アイランド５Lに下アーム半導体素子２Lを搭載してある。本形態では、はんだ層１８（図３参照）を用いて、半導体素子２をアイランド５（５U，５L）に接続してある。
【００２４】
中継アイランド５Hには、半導体素子２が搭載されていない。中継アイランド５Hは、導電部材８（８B）を介して、下アーム半導体素子２Lに電気接続されている。また、中継アイランド５Hは、ボンディングワイヤ１１を介して、負極端子３Nに電気接続されている。
【００２５】
フレームアイランド５Fは、上アーム搭載アイランド５Uと、下アーム搭載アイランド５Lと、中継アイランド５Hとを取り囲んでいる。フレームアイランド５Fは、Ｚ方向から見たときに、フレーム７と重なる。フレームアイランド５Fは、フレーム７を積層基板１０に接着するために形成されている。
【００２６】
図１、図２に示すごとく、本形態の半導体モジュール１は、上記直流端子３P，３Nの他に、交流電力を出力する交流端子３９を備える。直流端子３及び交流端子３９は、ボンディングワイヤ１１を介して、半導体素子２に電気接続されている。
【００２７】
また、フレーム７内には、上記導電部材８（８A，８B）が配されている。第１導電部材８Aは、上アーム半導体素子２U（ＭＯＳＦＥＴ）のソース電極と、下アーム搭載アイランド５Lとを電気接続している。また、第２導電部材８Bは、下アーム半導体素子２Lのソース電極と中継アイランド５Hとを電気接続している。
【００２８】
正極端子３Pは、ボンディングワイヤ１１を介して、上アーム搭載アイランド５Uに電気接続している。また、負極端子３Nは、ボンディングワイヤ１１を介して、中継アイランド５Hに電気接続している。本形態では、負極端子３Nを下アーム半導体素子２Lに直接、接続せず、中継アイランド５Hを介して、下アーム半導体素子２Lに電気接続している。これにより、下アーム半導体素子２Lから発生した熱が、負極端子３Nに直接、伝わらないようにしている。
【００２９】
半導体素子２をスイッチング動作させると、半導体素子２やアイランド５U，５Lにオン電流が流れる。このオン電流に、周波数が例えば数ｋＨｚ以上の上記交流電流Ｉが、ノイズ成分として重畳する。交流電流Ｉは、２つの直流端子３P，３Nの間を、半導体素子２、導電部材８、アイランド５（５U，５L，５H）等を通って流れる。
【００３０】
交流電流Ｉは、インダクタンスが最小になる経路を流れやすい。図４に示す電流経路は、交流電流Ｉ同士が接近しており、磁界が互いに打ち消されるため、インダクタンスが小さい。したがって、交流電流Ｉは、図４に示す経路を流れやすい。
【００３１】
上述したように本形態では、図５に示すごとく、直流端子３P，３N間に交流電流Ｉが流れたとき、複数の重複部６間に、連結部６１を介して渦電流ｉが流れるようにしている。この渦電流ｉの周囲に発生した磁束によって、交流電流Ｉの周囲に発生した磁束を打ち消すことができる。そのため、一対の直流端子３P，３N間のインダクタンスを低減でき、半導体素子２に高いサージが加わることを抑制できる。
【００３２】
図５に示すごとく、重複部６には、上アーム重複部６Uと、下アーム重複部６Lと、中継重複部６Hと、フレーム重複部６Fとがある。上アーム重複部６Uは、Ｚ方向から見たときに、上アーム搭載アイランド５U（図４参照）と重なる位置に形成されている。同様に、下アーム重複部６Lは、下アーム搭載アイランド５Lと重なり、中継重複部６Hは、中継アイランド５Hと重なる位置に形成されている。また、フレーム重複部６Fは、フレームアイランド５Fと重なる位置に形成されている。
【００３３】
図５に示すごとく、本形態では、４個の連結部６１を形成してある。第１連結部６１Aは、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとを連結している。第２連結部６１Bは、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hとを連結している。第３連結部６１Cは、中継重複部６Hとフレーム重複部６Fとを連結している。また、第４連結部６１Dは、フレーム重複部６Fと上アーム重複部６Uとを連結している。これらの連結部６１A〜６１Dは、Ｚ方向から見たときに、交流電流Ｉの経路から外れた位置に形成されている。
【００３４】
反対側金属層６０は、図示しない冷却器に接触している。半導体素子２をスイッチング動作させると発熱するため、この冷却器を用いて、半導体素子２を冷却している。また、冷却器と反対側金属層６０との間には、ヒートシンクが介在していない。ヒートシンクを設けると、ヒートシンクの熱抵抗によって熱が冷却器に伝わりにくくなる。そのため本形態では、ヒートシンクを設けず、反対側金属層６０を冷却器に直接、接触させている。なお、反対側金属層６０を直接、冷却水に接触させても良い。
【００３５】
本形態の作用効果について説明する。図５に示すごとく、本形態では、反対側金属層６０によって、重複部６と連結部６１とを形成してある。そのため、積層基板１０の反りを抑制しつつ、インダクタンスを低減できる。
すなわち、重複部６は、Ｚ方向から見たときに、素子側金属層５０によって形成されたアイランド５と重なり合うよう構成されている。そのため、素子側金属層５０と反対側金属層６０のパターンを近似させることができる。したがって、これらの金属層５０，６０の熱膨張量が略等しくなり、積層基板１０の反りを抑制できる。
【００３６】
また、本形態では、連結部６１を形成してあるため、上記交流電流Ｉが流れたときに、渦電流ｉを、連結部６１を介して、複数の重複部６の間に流すことができる。そのため、渦電流ｉの経路が制限されにくくなり、渦電流ｉを、交流電流Ｉの経路に沿って流しやすくなる。したがって、交流電流Ｉの磁束を、渦電流ｉの磁束によって効果的に打ち消すことができ、インダクタンスを低減することが可能になる。そのため、半導体素子２に大きなサージが加わることを抑制できる。
【００３７】
従来の半導体モジュール１は、図１８、図１９に示すごとく、反対側金属層６０によって１つの大型のアイランドを形成していた。そのため、素子側金属層５０と反対側金属層６０の面積差が大きく、熱膨張量の差が大きかった。したがって、半導体素子２が発熱して温度が上昇したときに、積層基板１０が反りやすかった。
【００３８】
この問題を解決するため、図２０に示すごとく、反対側金属層６０を素子側金属層５０と同じパターンにすると、熱膨張量の差を低減でき、積層基板１０の反りを抑制できるものの、個々の重複部６が分断されてしまうため、渦電流ｉの経路が制限され、渦電流ｉが、交流電流Ｉに沿って流れにくくなる。そのため、磁束の打ち消し効果が低減し、インダクタンスが大きくなりやすい。
【００３９】
これに対して、図５に示すごとく、本形態のように、重複部６と連結部６１とを形成すれば、素子側金属層５０と反対側金属層６０との、熱膨張量の差を低減でき、積層基板１０の反りを低減できると共に、渦電流ｉが、連結部６１を介して複数の重複部６間に流れるため、渦電流ｉの経路が制限されにくい。そのため、渦電流ｉが、交流電流Ｉの経路に沿って流れやすくなり、交流電流Ｉの磁束を、渦電流ｉの磁束によって効果的に打ち消すことができる。そのため、インダクタンスを低減でき、半導体素子２に大きなサージが加わることを抑制できる。
【００４０】
また、本形態の半導体モジュール１は、図５に示すごとく、上アーム重複部６Uと、下アーム重複部６Lと、中継重複部６Hと、フレーム重複部６Fとを備える。そして、連結部６１を用いて、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとの間と、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hとの間と、中継重複部６Hとフレーム重複部６Fとの間と、フレーム重複部６Fと上アーム重複部６Uとの間とを連結している。
このようにすると、渦電流ｉを、交流電流Ｉに沿って、長い距離にわたって流すことができる。そのため、交流電流Ｉから発生した磁束を、渦電流ｉの磁束によって効果的に打ち消すことができ、インダクタンスを効果的に低減することができる。
【００４１】
以上のごとく、本形態によれば、積層基板の反りを抑制でき、インダクタンスを低減できる半導体モジュールを提供することができる。
【００４２】
なお、本形態では、図４に示すごとく、４個のアイランド５を形成したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、上アーム搭載アイランド５Uと下アーム搭載アイランド５Lとの、２個のアイランド５のみ形成してもよい。また、４個以上のアイランド５を形成してもよい。
【００４３】
また、本形態では、図１に示すごとく、半導体モジュール１内に一対の半導体素子２（２U，２L）を封止したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、後述するシミュレーション結果のように、３対の半導体素子２を１個の半導体モジュール１に封止してもよい。また、２対でもよく、４対以上の半導体素子を１個の半導体モジュール１に封止してもよい。
【００４４】
また、本形態では、１個の上アーム半導体素子２Uと１個の下アーム半導体素子２Lとを互いに直列に接続したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、２個以上の上アーム半導体素子２Uを互いに並列接続して上アーム半導体素子群を構成すると共に、２個以上の下アーム半導体素子２Lを互いに並列接続して下アーム半導体素子群を構成し、これら２つの半導体素子群を互いに直列に接続してもよい。
【００４５】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００４６】
（実施形態２）
本形態は、反対側金属層６０の形状を変更した例である。図７に示すごとく、本形態の反対側金属層６０は、実施形態１と同様に、複数の重複部６と、複数の連結部６１（６１A，６１B，６１E）とを備える。第１連結部６１Aによって、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとを連結してある。また、第２連結部６１Bによって、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hとを連結してある。さらに、別の連結部６１Eによって、中継重複部６Hと上アーム重複部６Uと連結している。本形態では、実施形態１と異なり、中継重複部６Hとフレーム重複部６Fとの間、及びフレーム重複部６Fと上アーム重複部６Uとの間は、連結していない。
【００４７】
本形態の作用効果について説明する。上記構成にすると、実施形態１と比べて、連結部６１の数を少なくすることができる。そのため、素子側金属層５０と反対側金属層６０のパターンを、より近似させることができ、積層基板１０の反りをより効果的に抑制できる。また、上記構成を採用した場合も、渦電流ｉを、交流電流Ｉに沿って、比較的長い距離にわたって流すことができる。そのため、交流電流Ｉの磁束を、渦電流ｉの磁束によって効果的に打ち消すことができ、インダクタンスを効果的に低減できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４８】
（実施形態３）
本形態は、反対側金属層６０の形状を変更した例である。図８に示すごとく、本形態の半導体モジュール１は、実施形態１と同様に、４個の連結部６１（６１A〜６１D）を備える。これらの連結部６１によって、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとの間と、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hとの間と、中継重複部６Hとフレーム重複部６Fとの間と、フレーム重複部６Fと上アーム重複部６Uとの間を連結している。また、本形態では、１個の連結部６１（第１連結部６１A）を、Ｚ方向から見たときに、交流電流Ｉと重なる位置に形成してある。
【００４９】
本形態の作用効果について説明する。上述したように、本形態では、複数の連結部６１のうち、１個の連結部６１（第１連結部６１A）を、Ｚ方向から見たときに、交流電流Ｉと重なる位置に形成してある。
このようにすると、渦電流ｉを、交流電流Ｉに沿って、より長い距離にわたって流すことができる。そのため、渦電流ｉによる磁束の打ち消し効果をより高めることができ、インダクタンスをより低減できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００５０】
なお、本形態では、複数の連結部６１のうち、１個の連結部６１（第１連結部６１A）を、Ｚ方向から見たときに交流電流Ｉと重なる位置に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、２個以上の連結部６１を、交流電流Ｉと重なる位置に形成してもよい。
また、本形態の第１連結部６１Aは、Ｚ方向から見たときに、その全ての部位が交流電流Ｉと重なるよう構成されているが、本発明はこれに限るものではなく、第１連結部６１Aの一部のみが交流電流Ｉと重なるよう構成してもよい。
このように、複数の連結部６１のうち、少なくとも１個の連結部６１を、その少なくとも一部が、Ｚ方向から見たときに交流電流Ｉと重なるよう構成することができる。
【００５１】
また、本形態では４個の連結部６１を設けたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、実施形態２のように、３個の連結部６１を設け、これら３個の連結部６１のうち、少なくとも１個の連結部６１を、Ｚ方向から見たときに交流電流Ｉと重なるよう構成してもよい。
【００５２】
（実施形態４）
本形態は、反対側金属層６０の形状を変更した例である。図９に示すごとく、本形態の半導体モジュール１は、実施形態１と同様に、４個の連結部６１（６１A〜６１D）を備える。これらの連結部６１によって、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとの間と、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hとの間と、中継重複部６Hとフレーム重複部６Fとの間と、フレーム重複部６Fと上アーム重複部６Uとの間を連結している。また、本形態では、全ての連結部６１A〜６１Dを、Ｚ方向から見たときに、交流電流Ｉと重なる位置に形成してある。
個々の連結部６１は、Ｚ方向から見たときに、その全ての部位が、交流電流Ｉと重なるよう構成されている。なお、Ｚ方向から見たときに、個々の連結部６１の、一部のみが交流電流Ｉと重なるよう構成してもよい。
【００５３】
本形態の作用効果について説明する。上述したように、本形態では、全ての連結部６１A〜６１Dを、Ｚ方向から見たときに、交流電流Ｉと重なる位置に形成してある。
そのため、渦電流ｉを、交流電流Ｉに沿って、より長い距離にわたって流すことができる。したがって、渦電流ｉによる磁束の打ち消し効果をより高めることができ、インダクタンスをより効果的に低減できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００５４】
（シミュレーション例）
本発明の効果を確認するためのシミュレーションを行った。まず、シミュレータ上で、半導体モジュール１の３個のサンプル（サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ）を作成した。サンプルＡは、図１０に示すごとく、３個の上アーム半導体素子２Uと、３個の下アーム半導体素子２Lとを備える。これらの半導体素子２によって、インバータ回路１９（図１７参照）を形成してある。また、サンプルＡは、１本の正極端子３Pと、２本の負極端子３Nとを備える。さらに、サンプルＡは、アイランド５として、上アーム半導体素子２Uを搭載した上アーム搭載アイランド５Uと、下アーム半導体素子２Lを搭載した下アーム搭載アイランド５Lと、中継アイランド５Hと、フレームアイランド５Fとを備える。中継アイランド５Hは、導電部材８Bを介して、下アーム半導体素子２Lのソース電極に電気接続している。下アーム搭載アイランド５Lに、交流端子３９が接続している。また、中継アイランド５Hと上アーム搭載アイランド５Uとの間には、これらを絶縁する素子側溝部５８が形成されている。サンプルＡの反対側金属層６０（図示しない）は、図１１に示すごとく、所謂ベタパターンになっている。
【００５５】
図１０に示すごとく、半導体素子２をスイッチング動作させると、交流電流Ｉが、正極端子３Pと負極端子３Nとの間を流れる。交流電流Ｉは、一対の半導体素子２U，２Lと、導電部材８と、アイランド５（５U，５L，５H）を通過する。交流電流Ｉが流れると、図１１に示すごとく、反対側金属層６０に渦電流ｉが発生する。サンプルＡでは、反対側金属層６０をベタパターンにしてあるため、渦電流ｉの経路が制限を受けにくい。したがって、渦電流ｉは、交流電流Ｉの経路に沿って流れる。
【００５６】
次に、サンプルＢの説明を行う。サンプルＢの、半導体素子２側の構成は、サンプルＡ（図１０参照）と同一である。サンプルＢの反対側金属層６０は、図１２に示すごとく、素子側金属層５０のパターンと同一にしてある。より詳しくは、素子側金属層５０は、上アーム重複部６Uと、下アーム重複部６Lと、中継重複部６Hと、フレーム重複部６Fとを備える。これらの重複部６は、連結部６１によって連結されていない。そのため、サンプルＢでは、渦電流ｉが、複数の重複部６の間を流れず、渦電流ｉの経路が制限を受けやすい。したがって、渦電流ｉは、交流電流Ｉに沿って流れにくい。
【００５７】
次に、サンプルＣの説明を行う。サンプルＣの、半導体素子２側の構成は、サンプルＡ（図１０参照）と同一である。図１３に示すごとく、サンプルＣでは、反対側金属層６０に、複数の重複部６と、連結部６１とを形成してある。この連結部６１により、上アーム重複部６Uと下アーム重複部６Lとの間、複数の下アーム重複部６L同士、下アーム重複部６Lと中継重複部６Hの間を連結している。また、中継重複部６Hと上アーム重複部６Uとの間には、反対側溝部６８が形成されている。図１３、図１４に示すごとく、反対側溝部６８の先端６８Pにも、連結部６１が形成されている。この連結部６１により、上アーム重複部６Uと中継重複部６Hとを連結している。サンプルＣでは、このように複数の連結部６１を形成することにより、複数の重複部６の間に渦電流ｉが流れるようにしてある。
【００５８】
上記３個のサンプルについてシミュレーションを行い、反り量とインダクタンスを算出した。まず、上記３個のサンプルを−４０℃から１５０℃に温度変化させ、積層基板１０の反り量を算出した。その結果を図１５に示す。このグラフでは、サンプルＡ（すなわち、反対側金属層６０をベタパターンにしたサンプル）の反り量を１としたときの、サンプルＢ、Ｃの反り量を比率にして表している。図１５から、反対側金属層６０をベタパターンにすると反り量が大きいことが分かる。また、サンプルＢ、Ｃは、反り量が少ないことが分かる。これは、素子側金属層５０と反対側金属層６０との、熱膨張量が略等しいためだと考えられる。
【００５９】
次に、インダクタンスのシミュレーション結果を図１６に示す。このグラフでは、サンプルＡのインダクタンスを１としたときの、サンプルＢ、Ｃのインダクタンスを比率にして表している。図１６から、連結部６１を形成しないサンプルＢは、インダクタンスが高いことが分かる。また、連結部６１を形成したサンプルＣは、インダクタンスを低減でき、サンプルＡと略同じ値になることが分かる。これは、サンプルＣでは連結部６１を形成したため、渦電流ｉを、交流電流Ｉの経路に沿って流しやすくなり、交流電流Ｉの磁束を効果的に打ち消すことができるからだと考えられる。
【００６０】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体モジュール
２  半導体素子
３  直流端子
４  絶縁基板
５０  素子側金属層
５  アイランド
６０  反対側金属層
６  重複部
６１  連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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