(57)【要約】【課題】パワーモジュールのサイズを小型化する。【解決手段】複数の第１パワー半導体素子１４は、第１ベースプレート１１と第１天板５１との間に設けられている。複数の第１押圧部材１５は、複数の第１パワー半導体素子１４の各々と第１天板５１との間に設けられ、かつ複数の第１パワー半導体素子１４と圧接されている。第１ケース１３は、第１ベースプレート１１上に設けられ、かつ複数の第１パワー半導体素子１４を取り囲んでいる。第１金属配線１６は、平面視において複数の第１パワー半導体素子１４を取り囲み、かつ第１ケース１３に設けられている。第１金属リード１７は、第１金属配線１６と連なり、かつ第１ケース１３の内側に向かって延在している。複数の第１パワー半導体素子１４の各々は、第１電極４１を含む。第１電極４１は、第１金属リード１７によって第１金属配線１６と接続されている。【選択図】図１
2019021671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ベースプレートと、
前記第１ベースプレートに対向して設けられた第１天板と、
前記第１ベースプレートと前記第１天板との間に設けられた複数の第１パワー半導体素子と、
前記複数の第１パワー半導体素子の各々と前記第１天板との間に設けられ、かつ前記複数の第１パワー半導体素子と圧接されている複数の第１押圧部材と、
前記第１ベースプレート上に設けられ、かつ前記複数の第１パワー半導体素子を取り囲む第１ケースと、
平面視において前記複数の第１パワー半導体素子を取り囲み、かつ前記第１ケースに設けられた第１金属配線と、
前記第１金属配線と連なり、かつ前記第１ケースの内側に向かって延在する第１金属リードとを備え、
前記複数の第１パワー半導体素子の各々は、第１電極を含み、
前記第１電極は、前記第１金属リードによって前記第１金属配線と接続されている、パワーモジュール。
【請求項２】
前記第１金属配線は、前記第１ケースの内部に配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記第１金属配線は、前記第１ケースの外表面に配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記第１ベースプレートの隣に位置する第２ベースプレートと、
前記第２ベースプレートに対向して設けられた第２天板と、
前記第２ベースプレートと前記第２天板との間に設けられた複数の第２パワー半導体素子と、
前記複数の第２パワー半導体素子の各々と前記第２天板との間に設けられ、かつ前記複数の第２パワー半導体素子と圧接されている複数の第２押圧部材と、
前記第２ベースプレート上に設けられ、かつ前記複数の第２パワー半導体素子を取り囲む第２ケースと、
平面視において前記複数の第２パワー半導体素子を取り囲み、かつ前記第２ケースに設けられた第２金属配線と、
前記第２金属配線と連なり、かつ前記第２ケースの内側に向かって延在する第２金属リードと、
前記第１金属配線と前記第２金属配線とを繋いでいる第１接続配線とを備え、
前記複数の第２パワー半導体素子の各々は、第２電極を含み、
前記第２電極は、前記第２金属リードによって前記第２金属配線と接続されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記第１ベースプレートおよび前記第２ベースプレートの双方を支持する第３ベースプレートと、
前記第３ベースプレート上に設けられ、前記第１ケースおよび前記第２ケースの双方を取り囲む第３ケースと、
平面視において、前記第１金属配線を取り囲む第３金属配線と、
前記第３金属配線と接続され、かつ前記第１ケースから前記第３ケースに跨がるように配置された第２接続配線とをさらに備えた、請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第１ベースプレートおよび前記第２ベースプレートの双方を支持する第３ベースプレートと、
前記第３ベースプレート上に設けられ、前記第１ケースおよび前記第２ケースの双方を取り囲み、かつ貫通孔が設けられた第３ケースと、
前記貫通孔に配置された外部端子とをさらに備え、
前記外部端子は、前記第２金属配線と接続されている、請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記第１ケースには、第１側面穴が設けられ、
前記第２ケースには、第２側面穴が設けられ、
前記第１接続配線は、前記第１側面穴および前記第２側面穴の双方に配置されている、請求項６に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関し、特定的には、圧力接触型の電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧および大電流に対応する目的で通電経路を素子の縦方向としたタイプの半導体素子は、一般的にパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ダイオードなど）と呼ばれている。パワー半導体素子が回路基板上に実装され、パッケージングされたパワーモジュールは、産業機器、自動車または鉄道など、幅広い分野において用いられている。適用機器の高性能化、適用範囲の拡大に伴い、パワーモジュールの高性能化、高信頼性化への要求が高まってきている。
【０００３】
近年、圧力接触を用いてパッケージされた圧力接触型のパワーモジュール半導体装置などについて様々な技術が提案されている。例えば特許文献１（国際公開ＷＯ２００２／０９７８８３号）には、１つの導電性ベースプレートと、１つの導電性カバープレートと、複数の固定モジュールハウジング要素と、複数の半導体チップとを有する圧力接触型の高出力半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０９７８８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、半導体素子の下面は、第１電極を介してベースプレートに接続されている。半導体素子の上面は、第２電極によってフレキシブルで圧縮可能な複数の接触要素を介してカバープレートに接続されている。また半導体素子及び接触要素は、ポリアミド樹脂で形成されたサブモジュールハウジング要素によって誘導されている。
【０００６】
特許文献１に記載の高出力半導体モジュールでは、予備テストされた複数個のサブモジールが１つのモジュールハウジング要素内に並列に配置される。半導体素子である集積ゲートバイポーラトランジスタのゲート電極が、ワイヤーボンド接触を通じて、半導体素子の側方に配置されたゲートランナーに接続されることによって、１本の共有のゲート信号導体に集められている。ゲート信号導体は、モジュールのカバー上に取り付けられた共通のゲートを通じて、外部との電気的なやり取りが可能となっていると予測される。
【０００７】
上記の構造では、半導体素子のゲート電極は、ワイヤーボンド接触を通じて、半導体素子間に配置されたゲートランナーに接続される。そのため、ゲートランナーの配線分だけベースプレートの面積が大きくなり、小型化に適さないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、パワーモジュールのサイズを小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るパワーモジュールは、第１ベースプレートと、第１天板と、複数の第１パワー半導体素子と、複数の第１押圧部材と、第１ケースと、第１金属配線と、第１金属リードとを有している。第１天板は、第１ベースプレートに対向して設けられている。複数の第１パワー半導体素子は、第１ベースプレートと第１天板との間に設けられている。複数の第１押圧部材は、複数の第１パワー半導体素子の各々と第１天板との間に設けられ、かつ複数の第１パワー半導体素子と圧接されている。第１ケースは、第１ベースプレート上に設けられ、かつ複数の第１パワー半導体素子を取り囲んでいる。第１金属配線は、平面視において複数の第１パワー半導体素子を取り囲み、かつ第１ケースに設けられている。第１金属リードは、第１金属配線と連なり、かつ第１ケースの内側に向かって延在している。複数の第１パワー半導体素子の各々は、第１電極を含む。第１電極は、第１金属リードによって第１金属配線と接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るパワーモジュールによれば、第１金属配線は、平面視において複数の第１パワー半導体素子を取り囲み、かつ第１ケースに設けられている。第１金属リードは、第１金属配線と連なり、かつ第１ケースの内側に向かって延在している。複数の第１パワー半導体素子の各々の第１電極は、第１金属リードによって第１金属配線と接続されている。そのため、複数の第１パワー半導体素子の各々の間にゲートランナーを設ける必要がない。従って、パワーモジュールのサイズを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるパワーモジュールを示す平面透視模式図である。図１においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図１においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は実線で示され、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第２接続配線および第３接続配線は破線で示されている。
【図２】本発明の実施の形態１によるパワーモジュールを示す平面透視模式図である。図２においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図２においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は破線で示され、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第２接続配線および第３接続配線は実線で示されている。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った一部断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの自己消弧型半導体素子の接続部を示す拡大断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるパワーモジュールの自己消弧型半導体素子の接続部を示す拡大断面模式図であり、実施の形態１の図４の領域に対応する。
【図６】本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置を示す平面透視模式図である。図６においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図６においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は実線で示され、第３金属リードおよび第４金属リードは破線で示されている。
【図７】本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置を示す平面透視模式図である。図７においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図７においては、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第５接続配線および第６接続配線は実線で示され、第１金属リードおよび第２金属リードは破線で示されている。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置の自己消弧型半導体素子の接続部の変形例を示す拡大断面模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置の金属配線および外部端子を示す拡大断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態１．
【００１３】
まず、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの構成について説明する。図１および図２は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールを示す平面透視模式図である。図１および図２においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図１においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は実線で示され、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第２接続配線および第３接続配線は破線で示されている。図２においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は破線で示され、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第２接続配線および第３接続配線は実線で示されている。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った一部断面模式図である。図４は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの自己消弧型半導体素子の接続部を示す拡大断面模式図である。
【００１４】
図１および図２に示されるように、実施の形態１に係るパワーモジュール１００は、例えば複数のコアモジュール２００を有している。コアモジュール２００は、例えば縦方向及び横方向に２つずつ配列されている。コアモジュール２００の数は、例えば４個である。コアモジュール２００の数は、特に限定されないが、例えば２個以上である。コアモジュール２００の平面形状は、例えば略四角形である。コアモジュール２００の平面形状は、特に限定されないが、例えば丸形状であってもよい。
【００１５】
複数のコアモジュール２００の各々には、例えば、複数のパワー半導体素子１４、２４と、複数のダイオード１２、２２とが設けられている。パワー半導体素子は、同一平面においてダイオードと隣接している。複数のコアモジュール２００の各々においては、例えば５個のパワー半導体素子及び４個のダイオードが、３×３のマトリクス状に配設されている。パワー半導体素子の数およびダイオードの数は、特に限定されない。パワー半導体素子１４、２４は、自己消弧型半導体素子である。自己消弧型半導体素子には、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなどが適用される。ダイオード１２、２２には、例えば、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）またはＰＮダイオードなどが適用される。
【００１６】
図１、図２および図３に示されるように、複数のコアモジュール２００は、例えば第１ベースプレート１１（第１内ベースプレート）と、第１天板５１と、第１パワー半導体素子１４と、第１ダイオード１２と、第１押圧部材１５と、第１ケース１３（第１内ケース）と、第１金属配線１６と、第１金属リード１７と、第３金属配線１８と、第３金属リード１９とを主に有している。第１天板５１は、第１ベースプレート１１に対向して設けられている。複数の第１パワー半導体素子１４の各々は、第１ベースプレート１１と第１天板５１との間に設けられている。複数の第１押圧部材１５の各々は、複数の第１パワー半導体素子１４の各々と第１天板５１との間に設けられている。複数の第１押圧部材１５の各々は、複数の第１パワー半導体素子１４に圧接されている。
【００１７】
第１ケース１３は、第１ベースプレート１１上に設けられている。第１ケース１３は、複数の第１パワー半導体素子１４および複数の第１ダイオード１２を取り囲んでいる。第１金属配線１６は、第１ケース１３に設けられている。図１に示されるように、平面視（第１天板５１から第１ベースプレート１１に向かう方向から見た場合）おいて、第１金属配線１６は、複数の第１パワー半導体素子１４および複数の第１ダイオード１２を取り囲んでいる。第１金属リード１７は、第１金属配線１６と連なっている。第１金属リード１７は、第１ケース１３の内側に向かって延在する。図２に示されるように、平面視おいて、第３金属配線１８は、複数の第１パワー半導体素子１４および複数の第１ダイオード１２を取り囲んでいる。平面視おいて、第３金属配線１８は、第１金属配線１６を取り囲んでいてもよい。第３金属リード１９は、第３金属配線１８と連なっている。第３金属リード１９は、第１ケース１３の内側に向かって延在する。
【００１８】
同様に、複数のコアモジュール２００は、例えば第２ベースプレート２１（第２内ベースプレート）と、第２天板５２と、第２パワー半導体素子２４と、第２ダイオード２２と、第２押圧部材２５と、第２ケース２３（第２内ケース）と、第２金属配線２６と、第２金属リード２７と、第４金属配線２８と、第４金属リード２９とを有していてもよい。図３に示されるように、第２ベースプレート２１は、第１ベースプレート１１の隣に位置している。第２天板５２は、第２ベースプレート２１に対向して設けられている。複数の第２パワー半導体素子２４は、第２ベースプレート２１と第２天板５２との間に設けられている。複数の第２押圧部材２５は、複数の第２パワー半導体素子２４の各々と第２天板５２との間に設けられている。複数の第２押圧部材２５は、複数の第２パワー半導体素子２４に圧接されている。
【００１９】
第２ケース２３は、第２ベースプレート２１上に設けられている。第２ケース２３は、複数の第２パワー半導体素子２４および複数のダイオードを取り囲んでいる。第２金属配線２６は、第２ケース２３に設けられている。図１に示されるように、平面視において、第２金属配線２６は、複数の第２パワー半導体素子２４および複数のダイオードを取り囲んでいる。第２金属リード２７は、第２金属配線２６と連なっている。第２金属リード２７は、第２ケース２３の内側に向かって延在する。図２に示されるように、平面視おいて、第４金属配線２８は、複数の第２パワー半導体素子２４および複数のダイオードを取り囲んでいる。平面視おいて、第４金属配線２８は、第２金属配線２６を取り囲んでいてもよい。第４金属リード２９は、第４金属配線２８と連なっている。第４金属リード２９は、第２ケース２３の内側に向かって延在する。
【００２０】
図１、図２および図３に示されるように、パワーモジュール１００は、第３ベースプレート２（外ベースプレート）と、第３ケース８（外ケース）と、第１接続配線３１と、第２接続配線３２と、第３接続配線３３とをさらに有していてもよい。第３ベースプレート２は、第１ベースプレート１１および第２ベースプレート２１の双方を支持する。つまり、第１ベースプレート１１および第２ベースプレート２１は、第３ベースプレート２上に設けられている。第３ケース８は、第３ベースプレート２上に設けられている。第３ケース８は、第１ケース１３および第２ケース２３の双方を取り囲んでいる。
【００２１】
図３に示されるように、第１ベースプレート１１上には、複数の第１金属ブロック１０が配置されている。複数の第１金属ブロック１０の各々の上には、第１パワー半導体素子１４およびダイオード１２のいずれかが配置されている。図４に示されるように、第１パワー半導体素子１４は、例えば第５電極４５を有している。第５電極４５上には、第１押圧部材１５が配置されている。第１押圧部材１５の上には、第１天板５１が配置されている。第１天板５１が第１押圧部材１５を上方から押さえる事により、第１押圧部材１５と、第１パワー半導体素子１４の第５電極４５とが圧接される。第１天板５１は、第１押圧部材１５および第１パワー半導体素子１４を介して、第１ベースプレート１１および第３ベースプレート２と電気的に接続されていてもよい。
【００２２】
図３に示されるように、第２ベースプレート２１上には、複数の第２金属ブロック２０が配置されている。複数の第２金属ブロック２０の各々の上には、第２パワー半導体素子２４およびダイオード２２のいずれかが配置されている。第２パワー半導体素子２４は、例えば第６電極（図示せず）を有している。第６電極上には、第２押圧部材２５が配置されている。第２押圧部材２５の上には、第２天板５２が配置されている。第２天板５２が第２押圧部材２５を上方から押さえる事により、第２押圧部材２５と、第２パワー半導体素子２４の第６電極とが圧接される。第２天板５２は、第２押圧部材２５および第２パワー半導体素子２４を介して、第２ベースプレート２１および第３ベースプレート２と電気的に接続されていてもよい。
【００２３】
第１ベースプレート１１は、例えば半田などの金属接合材料を用いて、第１金属ブロック１０と接合されている。同様に、第２ベースプレート２１は、例えば半田などの金属接合材料を用いて、第２金属ブロック２０と接合されている。第１パワー半導体素子１４およびダイオード１２の各々は、例えば半田などの金属接合材料を用いて、第１金属ブロック１０と接合されている。同様に、第２パワー半導体素子２４およびダイオード２２の各々は、例えば半田などの金属接合材料を用いて、第２金属ブロック２０と接合されている。代替的に、焼結銀または導電性接着剤を用いて、上記各部材同士が接合されてもよい。代替的に、液槽拡散接合技術を用いて、上記各部材同士が接合されてもよい。また、上記の各々は説明どおりに金属間接合されていてもよいが、接合材を用いずに接触により電気的に導通されていてもよい。
【００２４】
第１押圧部材１５および第２押圧部材２５は、例えば内部にバネが配置されている。第１押圧部材１５および第２押圧部材２５は、例えば上下方向に伸び縮みする部材である。第１押圧部材１５および第２押圧部材２５を構成する材料は、例えば、銅、アルミニウム、モリブデンなどの金属である。第１押圧部材１５および第２押圧部材２５を構成する材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂成型物またはセラミック板を加工した材料が用いられてもよい。熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂成型物を用いることにより、低コスト化が可能になる。金属を用いることにより、第１押圧部材１５と第１天板５１との一体成型および第２押圧部材２５と第２天板５２との一体成型が可能となる。結果として、低コスト化が可能となる。
【００２５】
複数の第１パワー半導体素子１４の各々は、例えば、第１電極４１と、第３電極４３とをさらに有している。図１に示されるように、第１電極４１は、第１金属リード１７によって第１金属配線１６と接続されている。図２に示されるように、第３電極４３は、第３金属リード１９によって第３金属配線１８と接続されている。複数の第２パワー半導体素子２４の各々は、例えば、第２電極４２と、第４電極４４とをさらに有している。図１に示されるように、第２電極４２は、第２金属リード２７によって第２金属配線２６と接続されている。図２に示されるように、第４電極４４は、第４金属リード２９によって第４金属配線２８と接続されている。
【００２６】
第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９は、各々、第１金属配線１６、第２金属配線２６、第３金属配線１８および第４金属配線２８から取り出されている。第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９は、各々、自身の弾性力により、第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４に圧接されていてもよい。代替的に、第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９は、各々、半田等の金属材料または導電性接着材を用いて、第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４と接合されていてもよい。第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９は、各々、板状物であり、各々の線幅は、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９の各々の材料は、例えば銅、ステンレスまたは鉄系材料である。これにより、０．１〜０．５ｍｍの細いアルミニウム合金製の線材であるボンディングワイヤを用いる場合と比較して、長期信頼性試験での断線を抑制することができるため、電気的な接続信頼性が向上する。また、第１金属リード１７、第２金属リード２７、第３金属リード１９および第４金属リード２９は、各々の線幅が、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。この場合においても、上記の各々は、例えば銅、ステンレスまたは鉄系材料の板状物であるので、アルミニウム合金製の線材であるボンディングワイヤを用いる場合と比較して、長期信頼性試験での断線を抑制することができるため、電気的な接続信頼性が向上する。
【００２７】
図１および図３に示されるように、第１接続配線３１は、第１金属配線１６と第２金属配線２６とを繋いでいる。第１接続配線３１は、隣り合う２つのコアモジュール２００の間に配置されている。図１に示されるように、第１接続配線３１は、第３ケース８を横切るように配置され、第３ケース８の外側に外部接続端子として取り出されている。図２に示されるように、第２接続配線３２は、第３金属配線１８と接続されている。図３に示されるように、第２接続配線３２は、第１ケース１３から第３ケース８に跨がるように配置されている。第２接続配線３２は、第１ケース１３および第３ケース８の上に配置されている。同様に、第２接続配線３２は、第４金属配線２８と接続されている。図３に示されるように、第２接続配線３２は、第２ケース２３から第３ケース８に跨がるように配置されている。第２接続配線３２は、第２ケース２３および第３ケース８の上に配置されている。
【００２８】
平面視において、第３接続配線３３は、例えば、全てのコアモジュール２００を取り囲むように配置されている。平面視において、第３接続配線３３は、例えば、第１金属配線１６、第２金属配線２６、第３金属配線１８および第４金属配線２８の外側に配置されていてもよい。第３接続配線３３は、第３ケース８の外側に外部接続端子として取り出されている。図３に示されるように、第１接続配線３１上には、例えば配線押さえ部９が配置されている。配線押さえ部９により、第１接続配線３１を押さえこむことにより、第１金属配線１６および第２金属配線２６の各々との電気的な接続を取ってもよい。同様に、配線押さえ部９により、第２接続配線３２を押さえこむことにより、第３金属配線１８と第２接続配線３２との電気的な接続を取ってもよい。
【００２９】
第１金属配線１６、第２金属配線２６、第３金属配線１８、第４金属配線２８、第１接続配線３１、第２接続配線３２および第３接続配線３３の各々は、例えば、銅、ステンレスまたは鉄系の材料により構成されている。第１金属配線１６、第２金属配線２６、第３金属配線１８、第４金属配線２８、第１接続配線３１、第２接続配線３２および第３接続配線３３の各々は、例えば板状配線である。平面視において、第１金属配線１６および第２金属配線２６の線幅は、第１接続配線３１の線幅よりも小さくてもよい。平面視において、第３金属配線１８および第４金属配線２８の線幅は、第２接続配線３２および第３接続配線３３の線幅よりも小さくてもよい。
【００３０】
第１ケース１３、第２ケース２３および第３ケース８の各々の材料は、例えば、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂やＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂である。コアモジュール２００の内部には、絶縁を目的としてガスを封入してもよい。ガスの種類としては、例えばSF6、N2、CO2または乾燥空気などが使用できる。特にSF6ガスは絶縁性能が良いため、高い絶縁性能が要求される場合はSF6ガスを使用することが望ましい。コアモジュール２００の内部に、封止樹脂を封入してもよい。封止樹脂の材料は、例えばシリコーンゲルである。自己消弧型半導体素子の上部まで封止する場合には、封止樹脂としてエポキシ樹脂などが使用できる。配線押さえ部９の材料は、第１ケース１３、第２ケース２３および第３ケース８と同様、ＰＰＳ樹脂またはＰＢＴ樹脂であってもよい。金属配線と接続配線との接続性を考慮すると、配線押さえ部９の材料は、ゴム材のような弾性材料が望ましい。その場合、接続配線は、予め配線押さえ部９に取り付けられた金属プレートであってもよい。代替的に、接続配線は、配線押さえ部９の表面に金属蒸着でパターニングされた金属配線であってもよい。
【００３１】
図３および図４に示されるように、第１金属配線１６は、例えば第１ケース１３の内部に配置されていてもよい。第１金属配線１６は、例えば第１ケース１３の内壁にインサート形成されている。同様に、第３金属配線１８は、例えば第１ケース１３の内部に配置されていてもよい。第３金属配線１８は、例えば第１ケース１３の内壁にインサート形成されている。第２金属配線２６は、例えば第２ケース２３の内部に配置されていてもよい。第２金属配線２６は、例えば第２ケース２３の内壁にインサート形成されている。同様に、第４金属配線２８は、例えば第２ケース２３の内部に配置されていてもよい。第４金属配線２８は、例えば第２ケース２３の内壁にインサート形成されている。
【００３２】
次に、実施の形態１に係るパワーモジュール１００の作用効果について説明する。
【００３３】
実施の形態１に係るパワーモジュール１００は、第１ベースプレート１１と、第１天板５１と、複数の第１パワー半導体素子１４と、複数の第１押圧部材１５と、第１ケース１３と、第１金属配線１６と、第１金属リード１７とを有している。第１金属配線１６は、平面視において複数の第１パワー半導体素子１４を取り囲み、かつ第１ケース１３に設けられている。複数の第１パワー半導体素子１４の各々は、第１電極４１を含む。第１電極４１は、第１金属リード１７によって第１金属配線１６と接続されている。これにより、第１パワー半導体素子１４からの信号を、第１金属リード１７および第１金属配線１６を経由して、外部に取り出すことができる。そのため、複数の第１パワー半導体素子１４間にワイヤやゲートランナーを設ける必要がなく、パワーモジュールのサイズを小型化することができる。
【００３４】
また実施の形態１に係るパワーモジュール１００によれば、第１金属配線１６は、第１ケース１３の内部に配置されている。これにより、パワーモジュールのサイズを効果的に小型化することができる。
【００３５】
さらに実施の形態１に係るパワーモジュール１００は、第２ベースプレート２１と、第２天板５２と、複数の第２パワー半導体素子２４と、複数の第２押圧部材２５と、第２ケース２３と、第２金属配線２６と、第２金属リード２７と、第１接続配線３１とを有している。第２金属配線２６は、平面視において複数の第２パワー半導体素子２４を取り囲み、かつ第２ケース２３に設けられている。第１接続配線３１は、第１金属配線１６と第２金属配線２６とを繋いでいる。これにより、パワーモジュール１００のサイズを小型化しつつ、複数のコアモジュール２００同士を接続することが可能となる。
【００３６】
さらに実施の形態１に係るパワーモジュール１００によれば、第３ベースプレート２と、第３ケース８と、第２接続配線３２とを有している。第３ベースプレート２は、第１ベースプレート１１および第２ベースプレート２１の双方を支持している。第３ケース８は、第３ベースプレート２上に設けられ、第１ケース１３および第２ケース２３の双方を取り囲んでいる。第２接続配線３２は、第１ケース１３から第３ケース８に跨がるように配置されている。これにより、パワーモジュール１００のサイズを小型化しつつ、信号を外部に取り出すことができる。
実施の形態２．
【００３７】
次に、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構成について説明する。実施の形態２に係るパワーモジュールにおいては、主に、金属配線が内ケースの外表面に配置されている構成において実施の形態１に係るパワーモジュールと異なっており、他の構成については実施の形態１に係るパワーモジュールと同様である。以下、実施の形態１に係るパワーモジュールと異なる構成を中心に説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態２によるパワーモジュールの自己消弧型半導体素子の接続部を示す拡大断面模式図であり、実施の形態１の図４の領域に対応する。
【００３９】
図５に示されるように、第３金属配線１８は、例えば第１ケース１３の外表面に配置されていてもよい。第３金属配線１８は、例えば第１ケース１３にアウトサート形成されている。同様に、第１金属配線１６は、例えば第１ケース１３の外表面に配置されていてもよい。第１金属配線１６は、例えば第１ケース１３にアウトサート形成されている。同様に、第２金属配線２６は、例えば第２ケース２３の外表面に配置されていてもよい。第２金属配線２６は、例えば第２ケース２３にアウトサート形成されている。同様に、第４金属配線２８は、例えば第２ケース２３の外表面に配置されていてもよい。第４金属配線２８は、例えば第２ケース２３にアウトサート形成されている。
【００４０】
次に、実施の形態２に係るパワーモジュール１００の作用効果について説明する。実施の形態２に係るパワーモジュール１００によれば、第１金属配線１６は、第１ケース１３の外表面に配置されている。第１金属配線１６をアウトサート形成することにより、第１ケース１３の製造が簡易化され、より安価にコアモジュール２００を小型化することが可能である。
実施の形態３．
【００４１】
次に、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの構成について説明する。実施の形態３に係るパワーモジュールにおいては、主に、コアモジュール２００間の電気的接続方法および外部接続端子の取り出し方法において実施の形態１に係るパワーモジュールと異なっており、他の構成については実施の形態１に係るパワーモジュールと同様である。以下、実施の形態１に係るパワーモジュールと異なる構成を中心に説明する。
【００４２】
図６および図７は、本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置を示す平面透視模式図である。図６および図７においては、押圧部材と、天板と、配線押さえ部とは省略されている。図６においては、第１金属配線、第２金属配線、第１金属リード、第２金属リードおよび第１接続配線は実線で示され、第３金属リードおよび第４金属リードは破線で示されている。図７においては、第３金属配線、第４金属配線、第３金属リード、第４金属リード、第５接続配線および第６接続配線は実線で示され、第１金属リードおよび第２金属リードは破線で示されている。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。
【００４３】
図６および図７に示されるように、コアモジュール２００は、例えば縦方向及び横方向に２つずつ配列されている。図６に示されるように、縦方向に隣り合う２つのコアモジュール２００を繋ぐように、２つの第１接続配線３１が配置されている。同様に、横方向に隣り合う２つのコアモジュール２００を繋ぐように、２つの第１接続配線３１が配置されている。具体的には、第１接続配線３１は、第１金属配線１６と第２金属配線２６とを繋いでいる。図７に示されるように、縦方向に隣り合う２つのコアモジュール２００を繋ぐように、２つの第６接続配線３６が配置されている。同様に、横方向に隣り合う２つのコアモジュール２００を繋ぐように、２つの第６接続配線３６が配置されている。具体的には、第６接続配線３６は、第３金属配線１８と第４金属配線２８とを繋いでいる。平面視において、第６接続配線３６は、第１接続配線３１と重なっていてもよい。
【００４４】
図６に示されるように、ある一つのコアモジュール２００の第２金属配線２６に第４接続配線３４が繋がれている。第４接続配線３４は、第３ケース８の外側に引き出されて外部接続端子となる。図７に示されるように、ある一つのコアモジュール２００の第４金属配線２８に第５接続配線３５が繋がれている。第５接続配線３５は、第３ケース８の外側に引き出されて外部接続端子となる。
【００４５】
図８に示されるように、第１ケース１３には、第１側面穴９１および第３側面穴９３が設けられていてもよい。同様に、第２ケース２３には、第２側面穴９２および第４側面穴９４が設けられていてもよい。第１接続配線３１は、第１側面穴９１および第２側面穴９２の双方に配置されている。第１接続配線３１は、第１側面穴９１において第１金属配線１６に接する。第１接続配線３１は、第２側面穴９２において第２金属配線２６に接する。第１接続配線３１は、例えば第１金属配線１６および第２金属配線２６の各々の上方に位置している。第６接続配線３６は、第３側面穴９３および第４側面穴９４の双方に配置されている。第６接続配線３６は、第３側面穴９３において第３金属配線１８に接する。第６接続配線３６は、第４側面穴９４において第４金属配線２８に接する。第６接続配線３６は、例えば第１金属配線１６および第２金属配線２６の各々の下方に位置している。
【００４６】
図９は、本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置の自己消弧型半導体素子の接続部の変形例を示す拡大断面模式図である。図９に示されるように、第３ケース８には、貫通孔８１が設けられていてもよい。外部端子３４（第４接続配線）は、貫通孔８１に配置されている。外部端子３４は、第２金属配線２６と接続されている。第２ケース２３の外側面には、側面穴７１が設けられていてもよい。側面穴７１は、貫通孔８１の位置に合わせて設けられている。外部端子３４は、側面穴７１まで延在している。外部端子３４は、第３ケース８を貫通している。第２パワー半導体素子２４は、第２電極４２と、第６電極４６を有している。第２電極４２は、第２金属リード２７に接続されている。第６電極４６は、第２押圧部材２５により圧接されている。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の形態３によるパワーモジュール半導体装置の金属配線および外部端子を示す拡大断面模式図である。図１０に示されるように、外部端子３４には、凹部６２が設けられていてもよい。凹部６２は、例えば円柱状の貫通孔であってもよい。第２金属配線２６には、凸部６１が設けられていてもよい。凸部６１は、例えば円錐状であってもよい。凹部６２と凸部６１とが噛合されることで、両者が容易に抜けない構造となっている。同様に、第５接続配線３５に凹部が設けられ、かつ第４金属配線２８に凸部が設けられることで、両者が噛合されてもよい。同様に、第１接続配線３１に凹部が設けられ、かつ第２金属配線２６に凸部が設けられることで、両者が噛合されてもよい。第１接続配線３１に凹部が設けられ、かつ第１金属配線１６に凸部が設けられることで、両者が噛合されてもよい。同様に、第６接続配線３６に凹部が設けられ、かつ第３金属配線１８に凸部が設けられることで、両者が噛合されてもよい。第６接続配線３６に凹部が設けられ、かつ第４金属配線２８に凸部が設けられることで、両者が噛合されてもよい。両者が噛合するここで、容易に抜けない構造となっている。
【００４８】
次に、実施の形態３に係るパワーモジュール１００の作用効果について説明する。
【００４９】
実施の形態３に係るパワーモジュール１００によれば、第３ケース８には、貫通孔８１が設けられている。外部端子３４は、貫通孔８１に配置されている。外部端子３４は、第２金属配線２６と接続されている。これにより、パワーモジュール１００のサイズを小型化しつつ、第２金属配線２６を経由して、第２パワー半導体素子２４の信号を外部に取り出すことができる。
【００５０】
また実施の形態３に係るパワーモジュール１００によれば、第１ケース１３には、第１側面穴９１が設けられている。第２ケース２３には、第２側面穴９２が設けられている。第１接続配線３１は、第１側面穴９１および第２側面穴９２の双方に配置されていている。これにより、パワーモジュール１００のサイズを小型化しつつ、第１金属配線１６と第２金属配線２６とを接続することができる。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５２】
２  第３ベースプレート（外ベースプレート）、８  第３ケース（外ケース）、９  配線押さえ部、１０  第１金属ブロック、１１  第１ベースプレート（第１内ベースプレート）、１２  第１ダイオード（ダイオード）、１３  第１ケース（第１内ケース）、１４  第１パワー半導体素子（パワー半導体素子）、１５  第１押圧部材、１６  第１金属配線、１７  第１金属リード、１８  第３金属配線、１９  第３金属リード、２０  第２金属ブロック、２１  第２ベースプレート（第２内ベースプレート）、２２  第２ダイオード、２３  第２ケース（第２内ケース）、２４  第２パワー半導体素子、２５  第２押圧部材、２６  第２金属配線、２７  第２金属リード、２８  第４金属配線、２９  第４金属リード、３１  第１接続配線、３２  第２接続配線、３３  第３接続配線、３４  第４接続配線（外部端子）、３５  第５接続配線、３６  第６接続配線、４１  第１電極、４２  第２電極、４３  第３電極、４４  第４電極、４５  第５電極、４６  第６電極、５１  第１天板、５２  第２天板、６１  凸部、６２  凹部、７１，９１，９２，９３，９４  側面穴、８１  貫通孔、１００  パワーモジュール、２００  コアモジュール。
【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】
2019021671.tif 000009
【図８】
2019021671.tif 000010
【図９】
2019021671.tif 000011
【図１０】
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