(57)【要約】【課題】過電流を遮断するとともに寄生インダクタンスを抑え小型化が可能な半導体モジュールを提供する。【課題を解決するための手段】  本発明における半導体モジュールは、上アームに含まれる第１の半導体素子と、第１の半導体素子に接続される第１の放熱用電極と、第１の半導体素子に隣接して第１の放熱用電極に第１の面で接続される、下アームに含まれる第２の半導体素子と、第２の半導体素子の第２の面に接続される第２の放熱用電極と、第２の半導体素子に隣接して第２の放熱用電極に一の面で接続される遮断用半導体素子と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームに含まれる第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子に接続される第１の放熱用電極と、
前記第１の半導体素子に隣接して前記第１の放熱用電極に第１の面で接続される、下アームに含まれる第２の半導体素子と、
前記第２の半導体素子の第２の面に接続される第２の放熱用電極と、
前記第２の半導体素子に隣接して前記第２の放熱用電極に一の面で接続される遮断用半導体素子と、
を備える半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子のエミッタ電極と他の半導体素子のコレクタ電極とがヒューズ機能を兼ねた接続部材を介して電気的に接続されているパワーモジュールがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、半導体チップと電力端子の間を過電流が流れたときに溶断するボンディングワイヤで電気的に接続する半導体装置がある（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
また、直列に接続された一のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のエミッタと他のＩＧＢＴのコレクタ間をリードフレームのような金属製薄板で接続する半導体装置がある（例えば、特許文献３−４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２０９７０号公報
【特許文献２】特開平１０−０１２８０６号公報
【特許文献３】特開２００８−０４２０９１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２２１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１−２の技術においては、ヒューズ部分において寄生インダクタンスが増加してしまう場合がある。また、ヒューズ部分によりモジュールが大型化する場合がある。
【０００７】
また、特許文献３−４の技術においては、過電流が発生したときに過電流の遮断ができない。
【０００８】
そこで、本発明は、過電流を遮断するとともに寄生インダクタンスを抑え小型化が可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における半導体モジュールは、上アームに含まれる第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子に接続される第１の放熱用電極と、前記第１の半導体素子に隣接して前記第１の放熱用電極に第１の面で接続される、下アームに含まれる第２の半導体素子と、前記第２の半導体素子の第２の面に接続される第２の放熱用電極と、前記第２の半導体素子に隣接して前記第２の放熱用電極に一の面で接続される遮断用半導体素子と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、過電流を遮断するとともに寄生インダクタンスを抑え小型化が可能な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】
【００１１】
【図１】半導体モジュールの電気回路を示す構成図
【図２】半導体モジュールの側面図
【図３】半導体モジュールの上面図
【図４】遮断用スイッチ周辺の側面図
【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一例である実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、半導体モジュールの電気回路を示す構成図である。
【００１４】
図１において、半導体モジュール１は、高圧側配線Ｐと低圧側配線Ｎの間に、第１の半導体素子として上相スイッチ１０、第２の半導体素子として下相スイッチ２０、遮断用半導体素子として遮断用スイッチ３０を備える。
【００１５】
高圧側配線Ｐおよび低圧側配線Ｎには、図示しない高圧電源から直流電圧が印加される。上相スイッチ１０および下相スイッチ２０は、図１ではｎチャンネルＩＧＢＴを例示している。上相スイッチ１０と下相スイッチ２０は直列に接続され、図示しないゲート駆動回路によって駆動されて上相スイッチ１０と下相スイッチ２０の中点から中点配線を介して図示しない負荷に電流を供給する。負荷は、たとえばモータである。
【００１６】
遮断用スイッチ３０は、たとえばＩＧＢＴ＋Ｄｉｏｄｅ等のパワートランジスタである。また、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を利用することもできる。なお、図１では、有接点のスイッチを図示しているが、遮断用スイッチ３０は、半導体素子が用いられる。半導体素子を用いることにより、スイッチを小型化し、また高速に過電流を遮断することが可能となる。
【００１７】
高圧側配線Ｐに接続された上相スイッチ１０は、還流用のダイオード１１が並列に接続されて、負荷を駆動する上アームを構成する。また、低圧側配線Ｎに接続された下相スイッチ２０は、還流用のダイオード２１が並列に接続されて、負荷を駆動する下アームを構成する。図１で示す半導体モジュール１の電気回路は、たとえば、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相半導体モジュールによって構成される３相インバータモジュールの一の相における上アームおよび下アームを例示している。
【００１８】
高圧側配線Ｐは、上コレクタ電極４０を介して上相スイッチ１０のコレクタに電気的に接続される。上相スイッチ１０のエミッタと下相スイッチ２０のコレクタは、上エミッタ・下コレクタ電極５０にハンダ付けされて電気的に接続される。下相スイッチ２０のエミッタと遮断用スイッチ３０のコレクタは下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０にハンダ付けされて電気的に接続される。さらに、遮断用スイッチ３０のエミッタは、遮断用エミッタ電極７０にハンダ付けされて電気的に接続される。
【００１９】
次に。図２および図３を用いて、半導体モジュール１の外観を説明する。図２は半導体モジュール１の側面図である。図３は、半導体モジュール１の上面図である。
【００２０】
図２および図３において、上コレクタ電極４０は、上相スイッチ１０のコレクタ側の第１の面１０１にハンダ付けがされて電気的に接続される。図２で図示する、たとえば上コレクタ電極４０と上相スイッチ１０の間の台形状の部分はハンダ付けのフィレットを表している。
【００２１】
上相スイッチ１０と下相スイッチ２０は、上相スイッチ１０のエミッタ側の第２の面１０２と下相スイッチ２０のコレクタ側の第１の面２０１とが上エミッタ・下コレクタ電極５０の同一面に、上相スイッチ１０と下相スイッチ２０とが隣接するようにハンダ付けされる。
【００２２】
下相スイッチ２０と遮断用スイッチ３０は、下相スイッチ２０のエミッタ側の第２の面２０２と遮断用スイッチのコレクタ側の第１の面とが下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０の同一面に、下相スイッチ２０と遮断用スイッチ３０とが隣接するようにハンダ付けされる。
【００２３】
上相スイッチ１０と下相スイッチ２０、ならびに下相スイッチ２０と遮断用スイッチ３０が同一電極上に隣接して配されることにより、半導体モジュール１を小型化することが可能となる。
【００２４】
遮断用スイッチ３０のエミッタ側の第２の面３０２は、遮断用エミッタ電極７０にハンダ付けされる。
【００２５】
上コレクタ電極４０、上エミッタ・下コレクタ電極５０、下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０、および遮断用エミッタ電極７０は導電性金属板であり、たとえばリードフレームを使用することができる。
【００２６】
上コレクタ電極４０はＰパワー端子４０１を有し、Ｐパワー端子４０１には図１で説明した高圧側配線Ｐが接続される。上エミッタ・下コレクタ電極５０は中点パワー端子５０１を有し、中点パワー端子５０１には中点配線が接続される。また、遮断用エミッタ電極７０はＮパワー端子７０１を有し、Ｎパワー端子７０１には低圧側配線Ｎが接続される。
【００２７】
上相スイッチ１０と下相スイッチ２０は、負荷を駆動するためのスイッチング動作により内部からの発熱量が大きい。したがって、上コレクタ電極４０、上エミッタ・下コレクタ電極５０、および下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０は、上相スイッチ１０または下相スイッチ２０で発生する熱を放出するための放熱用電極として用いられる。放熱用電極には、熱を吸収して拡散させるために所定の板厚を有する金属板が使用される。
【００２８】
上相スイッチ１０は、図３の上下方向で図示する第１の面１０１と第２の面１０２に上コレクタ電極４０および上エミッタ・下コレクタ電極５０がそれぞれ接続されて、上下両面で冷却される。同様に、下相スイッチ２０は、第１の面２０１と第２の面２０２に、第１の放熱用電極として上エミッタ・下コレクタ電極５０と、第２の放熱用電極として下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０がそれぞれ接続されて両面冷却が行われる。
【００２９】
一方、遮断用スイッチ３０は、常時はＯＮ状態であるため、上相スイッチ１０または下相スイッチ２０に比べて発熱量が少ない。したがって、遮断用スイッチ３０は第１の面３０１に接続された下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０による片面冷却とすることができる。片面冷却とすることにより、第２の面３０２においては冷却性能が不要となる。
【００３０】
次に、図４を用いて、冷却性能が不要となった第２の面３０２の利用方法を説明する。図４は、遮断用スイッチ３０周辺の側面図である。
【００３１】
図４において、遮断用スイッチ３０の第２の面３０２には、遮断用エミッタ電極７０がハンダ付けされる。遮断用エミッタ電極７０の板厚は、冷却性能が必要ないため、下エミッタ・遮断用コレクタ電極６０の板厚に比べて薄くすることができる。また、遮断用エミッタ電極７０を第２の面３０２の全面に接続する必要がないため、第２の面３０２の一部のみを遮断用エミッタ電極７０にハンダ付けすることができる。第２の面３０２の遮断用エミッタ電極７０で覆われない部分には、たとえば小信号端子８０を電気的に接続するＷ／Ｂ（Wire Bonding）を接続することができる。
【００３２】
小信号端子８０は、たとえば過電流を検出するための信号を図示しない過電流検出回路に入力するための端子である。第２の面３０２には、たとえば温度検出用の小信号ＰＡＤをハンダ付けしてもよい。
【００３３】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体モジュール
１０  上相スイッチ
２０  下相スイッチ
３０  遮断用スイッチ
１０１、２０１、３０１  第１の面
１０２、２０２、３０２  第２の面
４０  上コレクタ電極
４０１  Ｐパワー端子
５０  上エミッタ・下コレクタ電極
５０１  中点パワー端子
６０  下エミッタ・遮断用コレクタ電極
７０  遮断用エミッタ電極
７０１  Ｎパワー端子
８０  小信号端子
８０１  小信号Ｗ／Ｂ
【図１】
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【図２】
2015142116.tif 000004
【図３】
2015142116.tif 000005
【図４】
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