(57)【要約】【課題】  半導体装置に用いられる半導体素子を多並列化する際に、歩留まり向上や信頼性向上を図ることである。【解決手段】  本発明の半導体装置は、第１導体と第２導体に挟まれた第１半導体素子及び当該第１半導体素子の制御信号を伝達する第１リード線を有する第１サブモジュールと、第３導体と第４導体に挟まれた第２半導体素子及び当該第２半導体素子の制御信号を伝達する第２リード線を有する第２サブモジュールと、前記第１導体と前記第３導体を覆って形成されかつ当該第１導体と当該第３導体と接合される第５導体と、前記第２導体と前記第４導体を覆って形成されかつ当該第２導体と当該第４導体と接合される第６導体とを備え、前記第１導体は、前記第１リード線において前記第２リード線と接続されるための第１接続部と対向する部分と重ならないように形成される。【選択図】図４
2018046033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導体と第２導体に挟まれた第１半導体素子及び当該第１半導体素子の制御信号を伝達する第１リード線を有する第１サブモジュールと、
第３導体と第４導体に挟まれた第２半導体素子及び当該第２半導体素子の制御信号を伝達する第２リード線を有する第２サブモジュールと、
前記第１導体と前記第３導体を覆って形成されかつ当該第１導体と当該第３導体と接合される第５導体と、
前記第２導体と前記第４導体を覆って形成されかつ当該第２導体と当該第４導体と接合される第６導体とを備え、
前記第１導体は、前記第１リード線において前記第２リード線と接続されるための第１接続部と対向する部分と重ならないように形成される半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第３導体は、前記第２リード線において前記第１リード線と接続されるための第２接続部と対向する部分と重ならないように形成される半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記第１半導体素子は、複数の半導体素子で構成され、
前記第１リード線は、前記１個以上の半導体素子に挟まれた位置に配置される半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記第２半導体素子は、複数の半導体素子で構成され、
前記第２リード線は、前記１個以上の半導体素子に挟まれた位置に配置される半導体装置
【請求項５】
請求項１ないし４に記載のいずれかの半導体装置であって、
前記第６導体は、前記第２導体と前記第４導体を収納する凹部を形成する半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置であって、
前記第５導体は、前記第１導体と前記第３導体を収納する凹部を形成する半導体装置。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記第１サブモジュールは、前記第１リード線を実装する第１配線基板を有し、
前記第２導体は、前記第１配線基板を収納する凹部を形成する半導体装置。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載のいずれかの半導体装置であって、
前記第１サブモジュール及び前記第２サブモジュールにより、インバータ回路の上下アームの一方のアームを構成する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特に電力変換装置に用いられる半導体装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力発電、太陽光発電設備および車載用モータ等の動力回路の駆動回路として必須である直流電源から交流を発生させる為に用いられる電力変換装置では、発電規模の増大や動力装置の高出力化によって大電流に対応したものが求められている。
【０００３】
しかし、それらの電力変換装置を発電装置や動力駆動装置の近傍に設置することで動力装置等を高効率動作させることが可能なことから、これらの小型・軽量化要求も高まっている。
【０００４】
特許文献１に記載された半導体装置は、複数の半導体素子を２つの導体部材で挟む構造により１つのモジュールとなっている。
【０００５】
一方、電力変換装置の高出力化の要求に伴い、電力変換装置の半導体装置に用いられる半導体素子を多並列に設けることが多くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、半導体装置に用いられる半導体素子を多並列化する際に、歩留まり向上や信頼性向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、第１導体と第２導体に挟まれた第１半導体素子及び当該第１半導体素子の制御信号を伝達する第１リード線を有する第１サブモジュールと、
第３導体と第４導体に挟まれた第２半導体素子及び当該第２半導体素子の制御信号を伝達する第２リード線を有する第２サブモジュールと、
前記第１導体と前記第３導体を覆って形成されかつ当該第１導体と当該第３導体と接合される第５導体と、
前記第２導体と前記第４導体を覆って形成されかつ当該第２導体と当該第４導体と接合される第６導体とを備え、
前記第１導体は、前記第１リード線において前記第２リード線と接続されるための第１接続部と対向する部分と重ならないように形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、半導体装置に用いられる半導体素子を多並列化する際に、歩留まり向上や信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置１００の展開斜視図である。
【図２】パワー半導体モジュール１０１ａの全体斜視図である。
【図３】パワー半導体モジュール１０１ａからモジュールケース２２０及び封止樹脂２０７を取り除いた回路体３００の外観斜視図である。
【図４】回路体３００の展開斜視図である。
【図５（ａ）】パワー半導体モジュール１０１ａに備えられる第１サブモジュール４２１及び第２サブモジュール４２２の展開斜視図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）に示された第１サブモジュール４２１及び第２サブモジュール４２２の上面図である。
【図６】図４の線ＢＢを通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る半導体装置を実施するための形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、電力変換装置１００の展開斜視図である。
【００１３】
ＤＣコネクタ１０４に直流電圧が印加され、３個のパワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃによって直流電流が交流電流に変換される。交流電流は、バスバ１０６を通りＡＣコネクタ１０３から３相交流電圧が出力される。この時３個のパワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃから発生する高調波成分をキャパシタ１０７で吸収することで電池への電圧変動などを抑制する。
【００１４】
制御基板１０２はモーターコントロール用の制御基板であり３個のパワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃによって発生した交流電圧をモータ駆動指令値により与えられた値に制御をおこなっている。
【００１５】
また駆動基板１０５は、３個のパワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃを駆動するための信号を制御しておりゲート電圧の時間制御によってＡＣコネクタ１０３から出力される電圧をコントロールする。
【００１６】
ケース１０８は、パワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃの冷却用水路を兼ねておりとパワー半導体モジュール１０１ａないし１０１ｃのスイッチング時に発生する熱による温度上昇を抑制する。
【００１７】
図２は、パワー半導体モジュール１０１ａの全体斜視図である。パワー半導体モジュール１０１ｂ及び１０１ｃは、パワー半導体モジュール１０１ａと同様の構成であるので説明は省略する。
【００１８】
パワー半導体モジュール１０１ａは、ゲート制御端子２０１ａ及び２０１ｂと、直流端子のＮ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）端子２０２、直流端子のＰ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）端子２０４、交流出力用のＡＣ端子２０３を有する。
【００１９】
パワー半導体モジュール１０１ａは、直流電圧をＮ端子２０２、Ｐ端子２０４に印加しゲート制御端子２０１ａ及び２０１ｂに対し交互に駆動信号を入れることによりのＡＣ端子２０３から交流電圧が出力される。
【００２０】
配線絶縁部２０６は、ゲート制御端子２０１ａ、２０１ｂ、直流端子のＮ端子２０２、  Ｐ端子２０４、交流出力用のＡＣ端子２０３を各々絶縁し、端子間の絶縁を高めている。
【００２１】
また、モジュールケース２２０内部には、後述されるスイッチング用の半導体素子が配置される。封止樹脂２０７は、配線絶縁部２０６とモジュールケース２２０の絶縁性を高めている。
【００２２】
モジュールケース２２０は、フランジ２０８と、フィン２１０を設ける放熱部２１１と、フランジ２０８と放熱部２１１を接続する接続部２０９と、に構成される。半導体素子から発生する熱は、放熱部２１１から水冷用の液体により放熱される。配線絶縁部２０６は、固定部２０５によりモジュールケース２２０に固定される。
【００２３】
図３は、パワー半導体モジュール１０１ａからモジュールケース２２０及び封止樹脂２０７を取り除いた回路体３００の外観斜視図である。図４は、回路体３００の展開斜視図である。図５（ａ）は、パワー半導体モジュール１０１ａに備えられる第１サブモジュール４２１及び第２サブモジュール４２２の展開斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された第１サブモジュール４２１及び第２サブモジュール４２２の上面図である。図６は、図４の線ＢＢを通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【００２４】
図５（ａ）に示される第１サブモジュール４２１は、第１導体４０１ａと第２導体４０２ａに挟まれた第１半導体素子４０９及び当該第１半導体素子４０９の制御信号を伝達する第１リード線４１１を有する。第１導体４０１ａは、第１半導体素子４０９とはんだ材を介して接続される。第２導体４０２ａは、第１半導体素子４０９を挟んで第１導体４０１ａと対向する位置に配置される。
【００２５】
第２サブモジュール４２２は、第３導体４０３ａと第４導体４０４ａに挟まれた第２半導体素子４１０及び当該第２半導体素子４１０の制御信号を伝達する第２リード線４１２を有する。第３導体４０３ａは、第２半導体素子４１０とはんだ材を介して接続される。第４導体４０４ａは、第２半導体素子４１０を挟んで第３導体４０３ａと対向する位置に配置される。
【００２６】
本実施形態においては、第１半導体素子４０９や第２半導体素子４１０はそれぞれ４つ設けられるが、２つ以上の複数個であればよい。
【００２７】
本実施形態においては、第１サブモジュール４２１及び第２サブモジュール４２２が、インバータ回路の上アーム回路を構成する。図４に示される第３サブモジュール４２３及び第４サブモジュール４２４は、第１サブモジュール４２１と構造及び機能が同一なため、説明を省略する。第３サブモジュール４２３及び第４サブモジュール４２４が、インバータ回路の下アーム回路を構成する。
【００２８】
図５（ａ）に示されるように、ワイヤ４１６は、第１リード線４１１と第１半導体素子４０９の制御電極を接続する。第１接続部４１３は、第１サブモジュール４２１と第２サブモジュール４２２を接続する。
【００２９】
図３及び図４に示されるように、第５導体４０５ａは、第１導体４０１ａと第３導体４０３ａを覆って形成されかつ第１導体４０１ａと第３導体４０３ａと接合される。第６導体４０６ａは、第２導体４０２ａと第４導体４０４ａを覆って形成されかつ第２導体４０２ａと第４導体４０４ａと接合される。接合は例えば、はんだ材が用いられる。
【００３０】
なお第３サブモジュール４２３は、第７導体４０１ｂと第８導体４０２ｂを有し、第７導体４０１ｂと第８導体４０２ｂが対向するように配置される。第４サブモジュール４２４は、第９導体４０３ｂと第１０導体４０４ｂを有し、第９導体４０３ｂと第１０導体４０４ｂが対向するように配置される。
【００３１】
第１１導体４０５ｂは、第７導体４０１ｂと第９導体４０３ｂを覆って形成されかつ第７導体４０１ｂと第９導体４０３ｂと接合される。第１２導体４０６ｂは、第８導体４０２ｂと第１０導体４０４ｂを覆って形成されかつ第８導体４０２ｂと第１０導体４０４ｂと接合される。接合は例えば、はんだ材が用いられる。
【００３２】
第１サブモジュール４２１と第２サブモジュール４２２とを分けて構成することにより、各々のサブモジュールにおいて、各種電気特性や発生する熱分布等を測定することが可能となり、サブモジュールを選別可能となる。よって、複数のサブモジュールを第５導体４０５ａと第６導体４０６ａにより接続した場合の歩留まり向上や信頼性向上を達成するこができる。
【００３３】
図５（ｂ）に示されるように。第１導体４０１ａと第２導体４０２ａの配列方向から見た場合、第１導体４０１ａは、第１接続部４１３と対向する部分が切り欠くよう形成される第１凹部４３１を設ける。同様に、第３導体４０３ａは、第１接続部４１３と対向する部分が切り欠くよう形成される第２凹部４３２を設ける。つまり、第１導体４０１ａと第２導体４０２ａの配列方向から見た場合、第１導体４０１ａ及び第３導体４０３ａは、第１接続部４１３と重ならないように、それぞれの外形が形成される。
【００３４】
第１サブモジュール４２１と第２サブモジュール４２２が隣り合うように配置されると、第１凹部４３１と第２凹部４３２が繋がり、第１凹部４３１と第２凹部４３２を介して第１接続部４１３が見える状態となる。これにより、第１サブモジュール４２０と第２サブモジュール４２１の制御の各電極の接続作業が、第１凹部４３１と第２凹部４３２を介して行なわれ、接続工程が容易になりかつ接続信頼性が向上する。
【００３５】
なお、第１凹部４３１は、第１導体４０１ａの対向する辺にそれぞれ形成される。また第２凹部４３２は、第３導体４０３ａの対向する辺にそれぞれ形成される。これにより、第１サブモジュール４２１の両端に、２つの第２サブモジュール４２２を配置する場合であっても、サブモジュールのリード線同士の接続部が１凹部４３１と第２凹部４３２を介して接続部が見える状態となり、サブモジュールを３つ以上用いる場合でも接続工程が容易になりかつ接続信頼性が向上する。
【００３６】
また本実施形態においては、図５（ａ）で示されるように、第１リード線４１１は、２つの第１半導体素子４０９の間に配置される。これにより、各第１半導体素子４０９への駆動信号の伝達距離の差を極めて少なくすることが可能となる。また熱源を分散させる事ができ熱集中による信頼性低下を防止することができる。
【００３７】
特に、第１のサブモジュール４２０において、第１半導体素子４０９が２つ並べられた列が２つ設けられる。第１リード線４１１は、これらの２つの列の間に配置される。これにより、第１半導体素子４０９が４つ以上設けられた場合でも、第１半導体素子４０９への駆動信号の伝達距離の差を極めて少なくすることが可能となる。
【００３８】
なお、リード線に関しては、第２サブモジュール４２１ないし第４サブモジュール４２４も同様な構成である。
【００３９】
また図４及び図６に示されるように第６導体４０６ａは、第２導体４０２ａと第４導体４０４ａを収納する凹部４３０を形成する。これにより、複数のサブモジュールの実装時における位置決め精度の向上や接続面積の増加による低抵抗化および低熱抵抗化が可能となる。
【００４０】
また図６に示されるように、第５導体４０５ａは、第１導体４０１ａと第３導体４０３ａを収納する凹部４３３を形成する。これにより、複数のサブモジュールの実装時における位置決め精度の向上や接続面積の増加による低抵抗化および低熱抵抗化が可能となる。
【００４１】
また図５（ａ）に示されるように、本実施形態において、第１リード線４１１は、配線基板５１３の上に実装される。なお第１リード線４１１が配線基板５１３に埋設され第１接続部４１３が露出するように構成されていてもよい。
【００４２】
そして第２導体４０２ａは、配線基板５１３の一部が収納される凹部５３２を形成する。これにより、配線基板５１３の実装時における位置決め精度の向上や、複数の第１半導体素子４０９への駆動信号の距離の差を少なくすることが可能となる。
【００４３】
本実施形態においては、第１サブモジュール４２０及び第２サブモジュール４２１により、インバータ回路の上下アームの一方のアームを構成することができ、電流容量を増加可能なインバータが構成可能となる。また、サブモジュールの並列数を変えることで、インバータの電流容量を多種実現可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１００…電力変換装置、１０１ａ…パワー半導体モジュール、１０１ｂ…パワー半導体モジュール、１０１ｃ…パワー半導体モジュール、１０２…制御基板、１０３…ＡＣコネクタ、１０４…ＤＣコネクタ、１０５…駆動基板、１０６…バスバ、１０７…キャパシタ、１０８…ケース、２０１ａ…ゲート制御端子、２０１ｂ…ゲート制御端子、２０２…Ｎ端子、２０３…ＡＣ端子、２０４…Ｐ端子、２０５…固定部、２０６…配線絶縁部、２０７…封止樹脂、２０８…フランジ、２０９…接続部、２１１…放熱部、２１０…フィン、２２０…モジュールケース、３００…回路体、４０１ａ…第１導体、４０１ｂ…第７導体、４０２ａ…第２導体、４０２ｂ…第８導体、４０３ａ…第３導体、４０３ｂ…第９導体、４０４ａ…第４導体、４０４ｂ…第１０導体、４０５ａ…第５導体、４０５ｂ…第１１導体、４０６ａ…第６導体、４０６ｂ…第１２導体、４０９…第１半導体素子、４１０…第２半導体素子、４１１…第１リード線、４１２…第２リード線、４１３…第１接続部、４１６…ワイヤ、４２１…第１サブモジュール、４２２…第２サブモジュール、４２３…第３サブモジュール、４２４…第４サブモジュール、４３０…凹部、４３１…第１凹部、４３２…第２凹部、４３３…凹部、５１３…配線基板、５３２…凹部
【図１】
2018046033.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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