(57)【要約】【課題】大電流を通流させることができ、しかも小形かつ安価な電子回路基板およびパワー半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明に係る電子回路基板１Ａは、絶縁基板２と、絶縁基板２上の２点間を接続するように形成され、当該２点間で電流を通流させる導電体パターン３ａと、導電体パターン３ａ上に両端がそれぞれ接続され、電流の一部を通流させる少なくとも１つの導電部材（金属ワイヤ）５ａとを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010251551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上の２点間を接続するように形成され、当該２点間で電流を通流させる導電体パターンと、
前記導電体パターン上に両端がそれぞれ接続され、前記電流の一部を通流させる少なくとも１つの導電部材と、
を備えたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項２】
前記導電部材は、金属ワイヤまたは金属板であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路基板。
【請求項３】
複数の導電部材が、前記電流の通流方向に沿って並列および／または直列に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載の電子回路基板と、
前記電子回路基板上に実装されたパワー半導体素子と
を備え、
前記電子回路基板は、
前記パワー半導体素子と、該パワー半導体素子と分離して形成された導電体パターンとを電気的に接続する接続用金属ワイヤと、
前記導電部材として、両端が前記パワー半導体素子に流れ込む流入電流または前記パワー半導体素子から流れ出る流出電流を通流させる導電体パターン上に接続され、前記流入電流または前記流出電流の一部が通流する補強用金属ワイヤと、
を有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の電子回路基板と、
前記電子回路基板上に実装されたパワー半導体素子と
を備え、
前記電子回路基板は、
前記パワー半導体素子と、該パワー半導体素子と分離して形成された導電体パターンとを電気的に接続する接続用金属ワイヤと、
前記導電部材として、前記パワー半導体素子に流れ込む流入電流または前記パワー半導体素子から流れ出る流出電流を通流させる導電体パターン上に配置され、前記流入電流または前記流出電流の一部が通流する金属板と、
を有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
前記補強用金属ワイヤまたは前記金属板が、前記電流の通流方向に沿って並列および／または直列に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載のパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通流させる電流量が異なる複数の導電体パターンが形成された電子回路基板およびパワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールが有する電子回路基板には、比較的大きな電流を通流させる導電体パターンと、電流がほとんど通流しない導電体パターンが混在している。例えば、図５に示すような電子回路においては、パワー半導体素子１０（ＩＧＢＴ等）のコレクタおよびエミッタに接続される配線１１、１２には大電流が流れるが、ベースに接続される配線１３（制御信号ライン）にはほとんど電流が流れない。
したがって、配線１１、１２に相当する導電体パターンについては、パターン幅を広くするか、または導電体を厚くすることによりインピーダンスを下げる必要がある。一方、配線１３に相当する導電体パターンについては、パターン幅を極力細くすることによってパターン占有面積を小さくし、基板の小形化および低コスト化を図ることが好ましい。
【０００３】
上記２つの要求を同時に満足させる電子回路基板として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。図６に示すように、この電子回路基板２０では、通流させる電流量に応じて各導電体パターン２１、２２の厚みを変化させている。一方、各導電体パターン２１、２２のパターン幅は、電流量に依存することなくほぼ一定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来の電子回路基板２０では、大電流を通流させる導電体パターン２２を形成するために、レジストマスクの形成、エッチング等の工程を何度も繰り返す必要があり、生産工程の複雑化やスループットの低下に伴う生産コストの増加が問題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、大電流を通流させることができ、小形かつ安価な電子回路基板およびパワー半導体モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子回路基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上の２点間を接続するように形成され、当該２点間で電流を通流させる導電体パターンと、前記導電体パターン上に両端がそれぞれ接続され、前記電流の一部を通流させる少なくとも１つの導電部材と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成では、絶縁基板上の２点間の電流の一部が導電体パターンではなく導電部材を通流するので、導電体パターンの幅を細くかつ薄くしても、広くかつ厚くした場合と同等の大電流を通流させることができる。
【０００９】
具体的には、前記導電部材は、金属ワイヤまたは金属板であることが好ましい。
【００１０】
また、上記電子回路基板では、複数の導電部材を、前記電流の通流方向に沿って並列および／または直列に配置することもできる。
【００１１】
複数の導電部材を並列に配置すれば、大電流が通流する２点間のインピーダンスがさらに低減されるので、導電体パターンのパターン幅をさらに細くし、基板を小形化することができる。また、複数の導電部材を直列に配置すれば、導電体パターンの長さが長い場合にもその全域にわたってインピーダンスを低減させることができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールの一態様は、請求項１に記載の電子回路基板と、該電子回路基板上に実装されたパワー半導体素子とを備え、電子回路基板は、パワー半導体素子と、該パワー半導体素子と分離して形成された導電体パターンとを電気的に接続する接続用金属ワイヤと、導電部材として、両端がパワー半導体素子に流れ込む流入電流またはパワー半導体素子から流れ出る流出電流を通流させる導電体パターン上に接続され、流入電流または流出電流の一部が通流する補強用金属ワイヤと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュール他の態様は、請求項１に記載の電子回路基板と、該電子回路基板上に実装されたパワー半導体素子とを備え、電子回路基板は、パワー半導体素子と、該パワー半導体素子と分離して形成された導電体パターンとを電気的に接続する接続用金属ワイヤと、導電部材として、パワー半導体素子に流れ込む流入電流またはパワー半導体素子から流れ出る流出電流を通流させる導電体パターン上に配置され、流入電流または流出電流の一部が通流する金属板と、を有することを特徴とする。
【００１４】
そして、上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールでは、上記の補強用金属ワイヤまたは金属板を、前記電流の通流方向に沿って並列および／または直列に配置することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大電流を通流させることができ、小形かつ安価な電子回路基板およびパワー半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの平面図である。
【図２】第１実施形態に係るパワー半導体モジュールを、図１のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
【図３】第２実施形態に係るパワー半導体モジュールの平面図である。
【図４】第２実施形態に係るパワー半導体モジュールを、図３のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
【図５】パワー半導体モジュールの一例を示す回路図である。
【図６】従来の電子回路基板の断面図である。
【図７】従来のパワー半導体モジュールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電子回路基板および当該電子回路基板を備えたパワー半導体モジュールの好ましい実施形態について説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールを示す。パワー半導体モジュールは電子回路基板１Ａを備え、電子回路基板１Ａは、ガラスエポキシ等からなる絶縁基板２と、その表面上に形成された導電性を有する導電体パターン３ａ、３ｂ、３ｃとからなる。このうち、導電体パターン３ａ上には、ベアチップ半導体部品４が配置されている。各導電体パターン３ａ、３ｂ、３ｃの厚みは、各パターンを通流する電流の量に依存することなくほぼ一定である。
【００１９】
電子回路基板１Ａは、図５に示す電子回路の一部分を構成している。すなわち、図１に示すベアチップ半導体部品４は図５に示すパワー半導体素子１０に相当する。また、導電体パターン３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれパワー半導体素子１０のコレクタに接続される配線１１、エミッタに接続される配線１２、ベースに接続される配線１３に相当する。
【００２０】
ベアチップ半導体部品４は、裏面側がパワー半導体素子１０のコレクタと同電位となっており、半田層８を介して導電体パターン３ａに接続されている（図２参照）。ベアチップ半導体部品４と導電体パターン３ａの間には、放熱のためのヒートスプレッダが適宜配置される。
【００２１】
ベアチップ半導体部品４の表面には、パワー半導体素子１０のエミッタを引き出すためのパッドが設けられており、当該パッドは金属ワイヤ５ｂ（本発明の「接続用金属ワイヤ」に相当）を介してパワー半導体素子１０と分離して形成された導電体パターン３ｂに接続されている。パッドの個数および金属ワイヤ５ｂの径は、エミッタから流れ出る電流量に応じて決定される。本実施例では、パッドの数を３つとし、金属ワイヤ５ｂの径をそれぞれ３５０μｍ〜５００μｍとした（図１参照）。
【００２２】
また、ベアチップ半導体部品４の表面には、パワー半導体素子１０のベースを引き出すためのパッドが設けられており、当該パッドは金属ワイヤ６（本発明の「導電部材」、「接続用金属ワイヤ」に相当）を介してパワー半導体素子１０と分離して形成された導電体パターン３ｃと電気的に接続されている。前記の通り、パワー半導体素子１０のベースにはほとんど電流が流れないので、本実施例では、このパッドの数を１つ、金属ワイヤ６の径を１２５μｍとした。なお、金属ワイヤ５ｂ、６としては、金、アルミニウム等の低抵抗の金属線が用いられる。
【００２３】
図１および図２に示すように、電子回路基板１Ａは、大電流が通流する２点間のインピーダンスを低減するために、両端がそれぞれ導電体パターン３ａ上に接続された金属ワイヤ５ａ（本発明の「補強用金属ワイヤ」に相当）を備えている。そして、パワー半導体素子１０のコレクタに向かって通流する電流の一部が、導電体パターン３ａではなく、金属ワイヤ５ａを通流するようになっている。
これにより、導電体パターン３ａのパターン幅を広くした場合（例えば、図７参照）、または導電体パターンの厚みを増加させた場合と同程度にまで当該２点間のインピーダンスを低減することができる。さらには、パターンの幅や厚みの変更では電流容量を増加させることにも自ずと限界があるが、本実施形態によれば、パターンの幅や厚みの変更では対応が困難な場合にも、電流容量を飛躍的に高め、対応することができる。
【００２４】
具体的には、本実施形態では、導電体パターン３ａの表面のうちの少なくとも一部分をレジストで覆わないようにし、その覆われていない部分と金属ワイヤ５ａの各端部とをボンディング接続している。図１に示すように、本実施形態では、２本の金属ワイヤ５ａを直列接続したものを３組並列に配置している。
【００２５】
また、本実施形態では、各金属ワイヤ５ａの径を、ベアチップ半導体部品４と導電体パターン３ｂとを接続する３本の金属ワイヤ５ｂと同様に３５０μｍ〜５００μｍとした。これにより、ベアチップ半導体部品４と導電体パターン３ｂとを接続する工程（ワイヤボンディング工程）の中で、各金属ワイヤ５ａの接続も一緒に行うことができるので、工程増に伴う生産コストの増加を最小限に抑えることができる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
図３に、本発明の第２実施形態に係るパワー半導体モジュールを示す。パワー半導体モジュールは電子回路基板１Ｂを備える。そして、この電子回路基板１Ｂでは、第１形態の金属ワイヤ５ａの代わりに金属板７を使用し、これにより大電流が通流する２点間のインピーダンスを低減している。
【００２７】
金属板７としては導電性に優れた銅板が好ましく、その厚みはパワー半導体素子１０のベースに流れ込む電流量や、導電体パターン３ａの幅、厚み等を勘案して決定される。また、図４に示すように、金属板７は半田層９を介して導電体パターン３ａに接続されている。
【００２８】
金属板７は、ベアチップ半導体部品４や他の電子部品を実装する既存の工程の中で配置することができる。つまり、金属板７を配置するための新たな工程を設ける必要がないので、生産コストの増加を最小限に抑えることができる。
【００２９】
結局、第１および第２実施形態に係るパワー半導体モジュールによれば、大電流が通流する２点間のインピーダンスを簡単に低減することができるので、電流量に応じて導電体パターンのパターン幅を広くしたり、導電体パターンを厚くしたりする必要がない。
また、第１および第２実施形態に係るパワー半導体モジュールによれば、既存の工程の中で導電部材（金属ワイヤ５ａ、金属板７）を設けることができるので、生産コストの増加を最小限に抑えることができる。
【００３０】
＜その他＞
以上、本発明に係る電子回路基板およびパワー半導体モジュールの好ましい実施形態について説明したが、本発明の構成はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、本発明の「導電部材」をパワー半導体モジュールが有する電子回路基板に用いているが、これに限定されず、比較的大電流が流れる導電体パターンが形成された電子回路基板を備えた装置全般に適用することができる。
また、上記第１実施形態では、並列にする金属ワイヤ５ａを３組としたが、電流量に応じて、１組、２組または４組以上にすることもできる。
また、ベアチップ半導体部品４に代えて、樹脂封止されたパッケージ部品を使用することもできる。ただし、この場合は、金属ワイヤを接続する工程が存在しないので、導電部材としては金属板を使用するのが好ましい。
また、上記第１および第２実施形態では、パワー半導体素子１０のコレクタに向かって通流する電流（パワー半導体素子に流れ込む流入電流）を通流させる導電体パターン上に導電部材（金属ワイヤまたは金属板）を接続しているが、勿論、パワー半導体素子から流れ出る流出電流を通流させる導電体パターン上に導電部材を接続しても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３１】
１Ａ    電子回路基板
１Ｂ    電子回路基板
２      絶縁基板
３ａ〜ｃ  導電体パターン
４      ベアチップ半導体部品
５ａ、ｂ  金属ワイヤ
６      金属ワイヤ
７      金属板
８、９  半田層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010251551.tif 000006
【図５】
2010251551.tif 000007
【図６】
2010251551.tif 000008
【図７】
2010251551.tif 000009