(57)【要約】  各半導体モジュール（１ａ，１ｂ）は、半導体チップ（２，３）と、半導体チップ（２，３）を囲むケース（４）と、半導体チップ（２，３）に接続されケース（４）の上面に引き出された主電極（５，６）とを有する。隣接する半導体モジュール（１ａ，１ｂ）の主電極（５，６）に接続電極（７）が接続及び固定されている。接続電極（７）は金属板のみからなる。この接続電極（７）による結線を変更すれば定格電流・定格電圧・回路構成などを容易に変更できるため、設計時間を短縮でき、製造管理が容易になる。そして、故障した半導体モジュール（１ａ，１ｂ）のみ取り替えればよいので、装置全体を取り替える必要は無い。この結果、コストを削減することができる。また、接続電極（７）は導電板からなるため、従来の配線ブスバーに比べて部品点数を削減することができ、装置を小型化することができる。
2014030254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定された接続電極とを備え、
前記接続電極は金属板のみからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接続電極の両端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第１及び第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記主電極と前記接続電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記主電極の上面は前記ケースの前記上面に対して段差が無いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースから引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールを備え、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上面に引き出され、
前記第１の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上方まで延びて、前記第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記第１の半導体モジュールの前記主電極の先端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記第１の半導体モジュールの前記主電極と前記第２の半導体モジュールの前記主電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極は一方が他方に差し込まれる差し込み型になっていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に固定される絶縁部材とを備え、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極の間において前記ケースの前記上面に凸部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鉄用、産業機器、民生機器などのモータ制御に使用される電力用の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メーカーは用途に応じて半導体装置の定格電流・定格電圧・回路構成などを設計し、その多種多様なラインアップに合せて部品の調達や製造管理を行う必要がある。同時に、ユーザーも機器毎に半導体装置の手配と管理が必要となる。また、半導体装置の内部に多くの半導体チップが実装されているが、その内の１つでも破壊に至った場合、内部の修理が困難なため装置全体を取り替える必要がある。特にＳｉＣを使用した半導体チップは、Ｓｉチップに比べ単価が高く、装置全体を交換することは、大きな損失をもたらす。このようにコストが大きいという問題があった。これに対して２つの半導体モジュールを配線ブスバーで接続した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０８２７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の半導体装置では、配線ブスバーを用いることで部品点数が多くなり、半導体装置全体が大きくなるという問題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はコストや部品点数を削減し装置を小型化することができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定された接続電極とを備え、前記接続電極は金属板のみからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、コストや部品点数を削減し装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールの内部を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例１を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例２を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例３を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態７に係る半導体装置の主電極を示す上面図である。
【図１４】本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す回路図である。２つの半導体モジュール１ａ，１ｂが直列に接続されている。各半導体モジュール１ａ，１ｂは、並列に接続されたＩＧＢＴ２（Insulated Gate Bipolar Transistor）とＦＷＤ３（Free Wheeling Diode）を有する。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。各半導体モジュール１ａ，１ｂのケース４の上面にコレクタ主電極５とエミッタ主電極６が引き出されている。このコレクタ主電極５やエミッタ主電極６は外部回路又は隣接する半導体モジュールと接続される。ここでは、ＡｌやＣｕなどの導電板のみからなる接続電極７が半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５と半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６にボルト８で接続及び固定されている。これにより、両主電極が電気的に接続され、半導体モジュール１ａ，１ｂが互いに固定される。
【００１２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールの内部を示す斜視図である。ベース板９上に絶縁基板１０とドライブ基板１１が半田１２を介して実装されている。絶縁基板１０は絶縁性及び熱伝導性に優れた材料であるＡｌＮからなる。絶縁基板１０上に半導体チップであるＩＧＢＴ２とＦＷＤ３が実装されている。
【００１３】
絶縁基板１０上に金属メッキ１３，１４が設けられている。ＩＧＢＴ２のコレクタ電極とＦＷＤ３のカソード電極が金属メッキ１３に半田１２で接合されている。ＩＧＢＴ２のエミッタ電極とＦＷＤ３のアノード電極が金属メッキ１４にワイヤ１５で接続されている。コレクタ主電極５とエミッタ主電極６がそれぞれ金属メッキ１３，１４に半田１２で接続されている。
【００１４】
ＩＧＢＴ２のゲート電極がドライブ基板１１にワイヤ１５で接続されている。ドライブ基板１１は金属の電極又は専用の基板を介してモジュール外部に引き出される。ドライブ基板１１は、ＩＧＢＴ２のゲート電極とゲート駆動回路との間に接続された抵抗を有する。この抵抗により、ＩＧＢＴ２を多数並列した際に発生する各チップ間の動作バラツキを軽減することができる。
【００１５】
ケース４がＩＧＢＴ２やＦＷＤ３等を囲み、樹脂などの封止材１６がＩＧＢＴ２やＦＷＤ３等を封止している。ケース４側のナットにボルト８を挿入して締め付けることで、接続電極７が半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５と半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６に接続及び固定されている。
【００１６】
以上、説明したように、本実施の形態では、接続電極７を用いて半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５と半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６を接続する。この接続電極７による結線を変更すれば定格電流・定格電圧・回路構成などを容易に変更できるため、設計時間を短縮でき、製造管理が容易になる。そして、故障した半導体モジュール１ａ，１Ｂのみ取り替えればよいので、装置全体を取り替える必要は無い。この結果、コストを削減することができる。また、本実施の形態では、接続電極７は導電板からなるため、従来の配線ブスバーに比べて部品点数を削減することができ、装置を小型化することができる。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例１を示す回路図である。半導体モジュール１ａ，１ｂが並列に接続されている。図６は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例２を示す回路図である。半導体モジュール１ａ，１ｂのコレクタ主電極５同士が絶縁されている。図７は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例３を示す回路図である。３つの半導体モジュール１ａ，１ｂ，１ｃが並列に接続されている。このように２つ以上の半導体モジュールを直列や並列に組み合わせることができる。
【００１８】
また、コレクタ主電極５とエミッタ主電極６の上面が第ケース４の上面に対して段差が無いことが好ましい。これにより、電流経路が短くなり、配線インダクタンスが小さくなる。
【００１９】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。接続電極７の両端が下方に曲がって引っ掛け部１７になっている。引っ掛け部１７が引っ掛かる溝１８が半導体モジュール１ａ，１ｂのケース４の上面に設けられている。これにより、半導体モジュール１ａ，１ｂ同士の位置決めが容易になる。
【００２０】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。ケース４の上面に凹部１９が設けられている。コレクタ主電極５とエミッタ主電極６は凹部１９の底面に引き出されている。凹部１９内においてコレクタ主電極５やエミッタ主電極６と接続電極７が接続及び固定されている。このようにコレクタ主電極５やエミッタ主電極６へのボルト８の取り付け位置を下げることで、半導体装置に隣接して接続された外部機器との絶縁距離を確保できるため、絶縁性能を向上することができる。
【００２１】
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６は半導体モジュール１ｂのケース４の上面に引き出されている。半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５は、半導体モジュール１ｂのケース４の上方まで延びて、半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６に接続及び固定されている。
【００２２】
このように一方の半導体モジュールの主電極が接続電極の機能を持つことにより、半導体モジュール同士の接続に別個の接続電極が不要になる。そして、接続部分が１箇所のみになることで、作業性が向上する。
【００２３】
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５の先端が下方に曲がって引っ掛け部１７になっている。引っ掛け部１７が引っ掛かる溝１８が半導体モジュール１ｂのケース４の上面に設けられている。これにより、半導体モジュール１ａ，１ｂ同士の位置決めが容易になる。
【００２４】
実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。半導体モジュール１ｂのケース４の上面に凹部１９が設けられている。半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６は凹部１９の底面に引き出されている。凹部１９内において半導体モジュール１ａのコレクタ主電極５と半導体モジュール１ｂのエミッタ主電極６が接続及び固定されている。このようにコレクタ主電極５やエミッタ主電極６へのボルト８の取り付け位置を下げることで、半導体装置に隣接して接続された外部機器との絶縁距離を確保できるため、絶縁性能を向上することができる。
【００２５】
実施の形態７．
図１３は、本発明の実施の形態７に係る半導体装置の主電極を示す上面図である。実施の形態４〜６では半導体モジュール１ａ，１ｂのコレクタ主電極５とエミッタ主電極６はボルト８により接続されていたが、本実施の形態では半導体モジュール１ａ，１ｂのコレクタ主電極５とエミッタ主電極６は一方が他方に差し込まれる差し込み型になっている。これにより更に接続が容易になり、作業性が向上する。
【００２６】
実施の形態８．
図１４は、本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。絶縁部材２０が半導体モジュール１ａ，１ｂのコレクタ主電極５とエミッタ主電極６にボルト８で固定される。半導体モジュール１ａ，１ｂのコレクタ主電極５とエミッタ主電極６の間においてケース４の上面の最外周部に凸部２１が設けられている。これにより、電気的な接続を必要としない結線において、主電極間の沿面距離を伸ばすことで主電極間の絶縁性を向上することができる。
【００２７】
なお、実施の形態１〜８では各半導体モジュール１ａ，１ｂがＳｉ−ＩＧＢＴとＳｉダイオードを有するが、これに限らず半導体チップとしてＳｉ−ＩＧＢＴ、Ｓｉダイオード、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣダイオードの何れか１つ又はこれらの組み合わせを用いることができる。ＳｉＣによって形成された半導体チップは、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体チップを用いることで、この半導体チップを組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、半導体チップの耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、装置を更に小型化できる。また、半導体チップの電力損失が低く高効率であるため、装置を高効率化できる。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ  半導体モジュール（第１の半導体モジュール）
１ｂ  半導体モジュール（第２の半導体モジュール）
２  ＩＧＢＴ（半導体チップ）
３  ＦＷＤ（半導体チップ）
４  ケース
５  コレクタ主電極（主電極）
６  エミッタ主電極（主電極）
７  接続電極
１７  引っ掛け部
１８  溝
１９  凹部
２０  絶縁部材
２１  凸部
【図１】
2014030254.tif 000003
【図２】
2014030254.tif 000004
【図３】
2014030254.tif 000005
【図４】
2014030254.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014030254.tif 000009
【図８】
2014030254.tif 000010
【図９】
2014030254.tif 000011
【図１０】
2014030254.tif 000012
【図１１】
2014030254.tif 000013
【図１２】
2014030254.tif 000014
【図１３】
2014030254.tif 000015
【図１４】
2014030254.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月26日(2013.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定された接続電極とを備え、
前記接続電極は金属板のみからなり、
前記接続電極の両端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第１及び第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記主電極と前記接続電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記主電極の上面は前記ケースの前記上面に対して段差が無いことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースから引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールを備え、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上面に引き出され、
前記第１の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上方まで延びて、前記第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定され、
前記第１の半導体モジュールの前記主電極の先端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記第１の半導体モジュールの前記主電極と前記第２の半導体モジュールの前記主電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極は一方が他方に差し込まれる差し込み型になっていることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に固定される絶縁部材とを備え、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極の間において前記ケースの前記上面に凸部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月3日(2014.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定された接続電極とを備え、
前記接続電極は金属板のみからなり、
前記接続電極の両端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第１及び第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記主電極と前記接続電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記主電極の上面は前記ケースの前記上面に対して段差が無いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースから引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールを備え、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上面に引き出され、
前記第１の半導体モジュールの前記主電極は、前記第２の半導体モジュールの前記ケースの上方まで延びて、前記第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定され、
前記第１の半導体モジュールの前記主電極の先端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、
前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
前記第２の半導体モジュールの前記主電極は前記凹部の底面に引き出され、
前記凹部内において前記第１の半導体モジュールの前記主電極と前記第２の半導体モジュールの前記主電極が接続及び固定されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極は一方が他方に差し込まれる差し込み型になっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、前記半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に固定される絶縁部材とを備え、
前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極の間において前記ケースの前記上面に凸部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを囲むケースと、半導体チップに接続され前記ケースの上面に引き出された主電極とを有する第１及び第２の半導体モジュールと、前記第１及び第２の半導体モジュールの前記主電極に接続及び固定された接続電極とを備え、前記接続電極は金属板のみからなり、前記接続電極の両端が下方に曲がって引っ掛け部になっており、前記引っ掛け部が引っ掛かる溝が前記第１及び第２の半導体モジュールの前記ケースの前記上面に設けられていることを特徴とする。
【国際調査報告】
2014030254.tif 000017
2014030254.tif 000018
2014030254.tif 000019
2014030254.tif 000020
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2014030254.tif 000022