(57)【要約】【課題】  制御電極の保護機能を有した大容量の小型パワー半導体モジュールを提供することにある。【解決手段】  上記の課題を解決する手段として、制御信号を入力するゲートパターン上に配置された抵抗素子と、制御信号の基準電位を与えるソースセンスパターン上に配置された過電圧保護素子とを介して、スイッチング素子の制御電極を電気的に接続する。また、ゲートパターンとソースセンスパターンは、抵抗素子と過電圧保護素子とが交互に入り組んで配置されるように設け、基板サイズおよびレイアウトの大幅な変更を不要とする。本発明によると、スイッチング素子を多並列実装した大容量のパワー半導体モジュールの作成時あるいは電力変換器への実装時あるいは実駆動時に、スイッチング素子の誤動作抑制及び制御電極の保護を可能とする小型なパワー半導体モジュールが構成できる【選択図】  図１ａ
2017011081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、回路基板上に共に設けられた、第１の金属パターン、第２の金属パターン、および第３の金属パターンとを備え、
前記第１の金属パターンには、少なくとも１つ以上のスイッチング素子が載置され、
前記第２の金属パターンには、抵抗素子が載置され、
前記第３の金属パターンには、前記スイッチング素子のゲート電極とソース電極との間にかかる過電圧から前記スイッチング素子を保護する過電圧保護素子が載置され、
前記第２の金属パターンと前記第３の金属パターンとは、前記抵抗素子と前記過電圧保護素子とが交互に入り組んで配置されるように設けられ、
前記スイッチング素子は、前記ソース電極にて前記第３の金属パターンと電気的に接続されると共に、前記ゲート電極にて前記過電圧保護素子を介して前記抵抗素子と電気的に接続される、
パワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記過電圧保護素子は、双方向ツェナーダイオード、逆直列に接続したツェナーダイオード、バリスタ、抵抗素子、コンデンサの何れかを少なくとも１つ含んで構成される
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１において、
前記スイッチング素子と前記過電圧保護素子と前記抵抗素子とが互いに近接して配置される
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１において、
前記スイッチング素子は、少なくともシリコンカーバイドおよびガリウムナイトライドのいずれか一方を含むワイドバンドギャップ半導体を用いて構成される
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において、
前記第２の金属パターンより前記スイッチング素子寄りに前記第３の金属パターンが配置される
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１において、
ワイヤボンド、リボンボンド、フリップチップ実装によって電気的に接続されている
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１において、
前記第１の金属パターン、前記第２の金属パターン、および前記第３の金属パターンの全て或いは一部がＩ字型の形状を有する
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１の金属パターン、前記第２の金属パターン、および前記第３の金属パターンの全て或いは一部がＪ字型の形状を有する
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１の金属パターン、前記第２の金属パターン、および前記第３の金属パターンの全て或いは一部がＵ字型の形状を有する
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１において、
１スイッチング素子を搭載した基板の多並列実装により構成される
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１において、
複数のスイッチング素子が共通の過電圧保護素子と電気的に接続している
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールと、該パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路とを備え、入力される電源の電力を変換して出力する構成を有する電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュールに関し、特にスイッチング素子の制御電極を過電圧から保護する機能を有するパワー半導体モジュールおよびそれを用いた電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング素子の制御電極への過電圧印可を抑制する技術として、制御信号を入力するゲート電極と制御信号の基準電位を入力するソース電極との間に逆直列のツェナーダイオードを接続するものがあった（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】特開平０３−１２０７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パワー半導体モジュールにおいては、スイッチのオフ時には、半導体素子の接合容量と寄生のインダクタンスにより、高周波の共振電流が発生する。この共振電流により、電圧も振動する。ここで高周波とは、電力変換器の出力周波数の最大値より100倍以上大きい周波数のことである。このように発生するノイズが制御信号に重畳した場合、スイッチング素子の制御電極への過電圧印加によりゲートが破壊したり、誤作動して電力変換器が破壊したりすることがある。また、パワー半導体モジュールの実装時や電力変換器へのパワー半導体モジュールの組付などにおいて、誤って制御電極に過電圧を印加した場合、スイッチング素子の制御電極が絶縁破壊し、モジュールの歩留りが低下する要因となる。
【０００５】
スイッチング素子の制御電極への過電圧印可を抑制する例として、特許文献１に記載された絶縁ゲート形半導体素子がある。この絶縁ゲート形半導体素子では、制御信号を入力するゲート電極と制御信号の基準電位を入力するソース電極間に逆直列のツェナーダイオードを接続する構成が用いられている。
【０００６】
電力変換器で発生する損失の低減には、ワイドバンドギャップ半導体素子（例えば、シリコンカーバイドやガリウムナイトライドを使用した素子）の搭載と高速駆動とが有効であるが、スイッチング時に発生する共振電流はスイッチの遮断速度が大きいほど顕著になるため、電流の振動は大きくなり、電磁ノイズを引き起こす恐れがある。また、ワイドバンドギャップ半導体は、歩留りの点から、小容量のチップを多並列実装し、必要な電流定格を得る必要がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、半導体素子を1チップのみ搭載したモジュールについて記載されており、複数チップを実装した際の形態については述べられていない。素子を多並列に接続した場合、パワー半導体モジュールの信頼性向上のためには、発熱ばらつきの抑制が必要であり、そのために駆動のばらつきを抑える必要がある。また、逆直列のツェナーダイオードを配置する新たな回路パターンを、別途基板上に設ける必要があり、基板が大型化し、それに伴いパワー半導体モジュールの大型化が懸念される。
【０００８】
したがって、基板回路パターンおよびサイズを極力変更することなく、制御電極の保護機能を有した大容量のパワー半導体モジュールを提供することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のパワー半導体モジュールは、例えば、回路基板と、回路基板上に共に設けられた、第１の金属パターン、第２の金属パターン、および第３の金属パターンとを備え、前記第１の金属パターンには、少なくとも１つ以上のスイッチング素子が載置され、前記第２の金属パターンには、抵抗素子が載置され、前記第３の金属パターンには、前記スイッチング素子のゲート電極とソース電極との間にかかる過電圧から前記スイッチング素子を保護する過電圧保護素子が載置され、前記第２の金属パターンと前記第３の金属パターンとは、前記抵抗素子と前記過電圧保護素子とが交互に入り組んで配置されるように設けられ、前記スイッチング素子は、前記ソース電極にて前記第３の金属パターンと電気的に接続されると共に、前記ゲート電極にて前記過電圧保護素子を介して前記抵抗素子と電気的に接続されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電力変換器は、例えば、上記の本発明のパワー半導体モジュールと、該パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路とを備え、入力される電源の電力を変換して出力する構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板回路パターンおよびサイズを極力変更することなく、制御電極の保護機能を有した大容量のパワー半導体モジュールおよびそれを用いた電力変換器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】本発明の第一の実施例である実施例１に係るパワー半導体モジュールを示す平面図である。
【図１ｂ】図１ａのＡ−Ａ´間の断面の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１の一変形例である実施例２に係るパワー半導体モジュールであって、複数のスイッチング素子が共通の過電圧保護素子と接続した形態を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例１を用いた実装形態の一例である実施例３に係るパワー半導体モジュールを示す平面図である。
【図４】本発明の実施例１を用いた実装形態の一例である実施例４に係るパワー半導体モジュールを示す平面図である。
【図５】本発明の実施例１を用いた実装形態の一例である実施例５に係るパワー半導体モジュールを示す平面図である。
【図６】本発明の実施例１の一変形例である実施例６に係るパワー半導体モジュールであって、1基板に1チップを搭載した形態を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例１の一変形例である実施例７に係るパワー半導体モジュールであって、本発明のパワー半導体モジュールを1in1パワー半導体モジュールとして構成した場合の模式図である。
【図８】本発明のパワー半導体モジュールを用いて構成した本発明の実施例８に係る電力変換器の一例を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のパワー半導体モジュールは、例えば、以下のように構成される。すなわち、制御信号を入力するゲートパターン上に配置された抵抗素子と、制御信号の基準電位を与えるソースセンスパターン上に配置された過電圧保護素子とを介して、スイッチング素子の制御電極を電気的に接続する。この場合、モジュールを作成する初期段階から過電圧保護素子を挿入でき、モジュールの評価時だけでなく作成時における過電圧から制御電極を保護できるため、モジュールの歩留りを向上させることができる。また、ゲートパターンとソースセンスパターンは、抵抗素子と過電圧保護素子とが交互に入り組んで配置されるように設け、基板サイズおよびレイアウトの大幅な変更を不要とする。
【００１４】
本発明によると、スイッチング素子を多並列実装した大容量のパワー半導体モジュールの作成時あるいは電力変換器への実装時あるいは実駆動時に、スイッチング素子の誤動作抑制及び制御電極の保護を可能とする大容量かつ小型なパワー半導体モジュールが構成できる。
【００１５】
以下、本発明のパワー半導体モジュールの実施形態について、各実施例として図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図1aは本発明の第一実施例を示す図であり、少なくともパワー半導体モジュールを構成する回路基板9、スイッチング素子4を戴置する第1の金属パターン1(例えばドレインパターン)、抵抗素子5を載置する第2の金属パターン2(例えばゲートパターン)、過電圧保護素子6を載置する第3の金属パターン3(例えばソースセンスパターン)、第3導体ワイヤW3を介して前記スイッチング素子のソースあるいはエミッタ電極と電気的に接続する第4の金属パターン7(例えばソースパターン)から構成する。また、スイッチング素子4は、第1導体ワイヤW1を介して第3の金属パターン3と電気的に接続している。なお、図中に明示はしていないが、第1の金属パターン1は正極電流を供給する正極端子と、第2の金属パターン2は駆動信号が入力される制御電極端子と、第3の金属パターン3は駆動信号の基準電位が入力される補助端子と、第4の金属パターン7は負極端子と、それぞれ電気的に接続している。ここで示す過電圧保護素子6は、過電圧抑制のための素子であれば何れでもよく、また1チップであっても複数チップであってもよい。過電圧保護素子6としては、例えば双方向ツェナーダイオードや逆直列に接続したツェナーダイオード、バリスタ、抵抗素子、抵抗素子5と共にローパスフィルタ(LPF)を構成するためのコンデンサなどが考えられる。
【００１７】
図1bは、第一実施例を適用する回路基板の断面図である。スイッチング素子4の制御電極は、抵抗素子5と過電圧保護素子6を電気的に接続した第2導体ワイヤW2を介して、第2の金属パターン2と電気的に接続している。なお、各導体ワイヤは、ワイヤボンドだけでなく、リボンボンドやフリップチップ実装によっても良い。
【００１８】
なお、図1ａ、図1bでは煩雑さを避けるため、一部のスイッチング素子4において、導体ワイヤW1、W2、W3の図示を略している。さらに、図中に明示はしていないが、当該半導体モジュールの構成が、スイッチング素子4と並列にダイオード素子を搭載する形態であっても良いことは、言うまでもない。
【００１９】
本発明のポイントは、スイッチング素子4の制御電極が抵抗素子5と過電圧保護素子6を介して、第3の金属パターン3と第2の金属パターン2と電気的に接続する点及び、第2の金属パターン2と第3の金属パターン3とが、抵抗素子5と過電圧保護素子6とが交互に入り組んで配置される形状を有する点にある。例えば、抵抗素子5のみを実装し過電圧保護素子6を実装しない場合、スイッチング素子4の制御電極にノイズが加わった場合の誤動作防止や過電圧保護は困難である。一方、過電圧保護素子6のみを実装し抵抗素子5を実装しない場合、制御電極の誤動作防止や過電圧保護は可能である。一方で、大容量のパワー半導体モジュールを実現するにはスイッチング素子4を多並列に接続する必要がある。特に、SiCやGaNのようなワイドバンドギャップデバイスで大容量パワー半導体モジュールを構成する場合、デバイス歩留まりの点から小容量のチップを多並列で基板に実装する必要があるため、各スイッチング素子4の制御電極からパワーモジュールの駆動信号を入力する制御電極端子までのインピーダンスばらつきに起因する各スイッチング素子4の駆動ばらつき発生の恐れがある。駆動のばらつきは電流のばらつきに繋がり、すなわち各スイッチング素子の発熱がばらつくことに他ならない。特定のスイッチング素子に発熱が集中し場合、スイッチング素子が破壊し、パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換器の機能が停止する恐れがある。また、前記ワイドバンドギャップデバイスは、従来用いられてきたSiよりも高速で遮断可能であるため、高速駆動に伴うdV/dtの増大による、制御信号のノイズの増大が問題となる。以上の点から、抵抗素子5と過電圧保護素子6の組み合わせにより、スイッチング素子4の保護効果をより高める必要がある。
【００２０】
以下、ワイヤボンディングを例に、実装時の手順およびその効果を示す。実装時には、まず、スイッチング素子4のソースあるいはエミッタ電極は、導体ワイヤW1により第3の金属パターン3と電気的に接続される。次に、スイッチング素子4の制御電極は、導体ワイヤW2により、抵抗素子5と過電圧保護素子6を介して第2の金属パターン2と電気的に接続されることで、導体ワイヤ接続時の静電気放電等による制御電極への過電圧印加を抑制する効果がある。この場合は導体ワイヤW1から先に接続したが、導体ワイヤW3からの接続でもかまわない。何れの場合においても、導体ワイヤW1あるいは導体ワイヤW3接続後に導体ワイヤW2を接続することで、実装時の過電圧印加によるスイッチング素子4の破壊を未然に防ぐことが可能となる。さらに、半導体パワーモジュール実装の初期段階である、導体ワイヤ接続時に過電圧保護素子6をスイッチング素子4と電気的に接続することで、以降の実装（例えば回路基板と各端子の接続、ケース接着、樹脂モールド工程等）や電力変換器への実装時、実駆動時において、スイッチング素子4の制御電極に過電圧が加わるような事態が発生しても、素子の破損を未然に防ぐ効果がある。さらに、実駆動時には、駆動信号へのノイズ重畳による、スイッチング素子の誤動作を抑制する効果もある。また、過電圧保護素子6はスイッチング素子4とは別素子であるため、事前に選別を行うことで、過電圧保護素子の特性ばらつきに起因する保護機能の誤動作を少なくすることができる。一方、過電圧保護素子6を金属パターン上に搭載することで、回路基板は大型化する。回路基板の大型化は、パワー半導体モジュール、ひいてはそれらを搭載する電力変換器の大型化を意味する。本発明では、回路基板上で第2の金属パターン2と第3の金属パターン3とが、抵抗素子5と過電圧保護素子6とが交互に入り組んで配置される形状を有しているため、過電圧保護素子6の載置に伴う回路基板の拡大を、必要最小限に抑制する効果がある。また、スイッチング素子4と抵抗素子5と過電圧保護素子6とが近接することで、金属パターン上に存在するインダクタンスの影響を受けることなく、制御電極への確実な過電圧保護が期待できる。その際、スイッチング素子4と抵抗素子5と課電圧保護素子6とが至近となる形態が最も効果的であることはいうまでもない。
【００２１】
なお、図1a、図1bでは第2の金属パターンよりスイッチング素子4側に第3の金属パターンを有する形態を示しているが、これらが入れ替わった状態、即ち第2の金属パターンは過電圧保護素子6を載置し、さらに駆動信号の基準電位が入力される補助端子が電気的に接続され、第3の金属パターンは抵抗素子5を載置し、さらに駆動信号が入力される制御電極端子が電気的に接続されている形態であってよい。但しその場合、第3の金属パターン上の駆動信号は、第1の金属パターン上で発生する電位変動の影響を受け、誤動作や過電圧印加の恐れがある。そのため、第3の金属パターン3及び過電圧保護素子5は、スイッチング素子4側に載置される形状の方が、スイッチング素子4制御電極の保護効果が高い。
【００２２】
以上のことから、第一実施例により、スイッチング素子を多並列実装した大容量のパワー半導体モジュールの作成時あるいは電力変換器への実装時あるいは実駆動時に、スイッチング素子4の制御電極へ過電圧が印加された際における、誤動作の抑制及び制御電極の保護が可能となる。また、その構成に必要なパワー半導体モジュールの大型化を必要最小限にすることで、本発明は、パワー半導体モジュール作成時の歩留り向上ならびに該パワー半導体モジュールを使用した電力変換器の信頼性向上と装置の小型化を両立する効果がある。特に、SiCやGaNのようなワイドバンドギャップデバイスで大容量パワー半導体モジュールを構成する場合、デバイス歩留まりの点から小容量のチップを多並列で実装する必要があるため、本発明の効果は大きい。
【実施例２】
【００２３】
図2は、本発明の第一実施例の一変形例であって、複数のスイッチング素子4が共通の過電圧保護素子6と接続した、本発明の第二実施例に係るパワー半導体モジュールの形態を示す。この場合のスイッチング素子4は、各々の導体ワイヤW2により、各々の抵抗素子5共通の過電圧保護素子6を介して制御電極と第2の金属パターンとを電気的に接続する。この構成により、過電圧保護素子6の搭載数を減らしたうえで、スイッチング素子4の誤動作や制御電極への過電圧印加を、未然に防ぐ効果がある。
【実施例３】
【００２４】
図3は、図1aに示す第一実施例を用いた実装形態の一例である第三実施例に係るパワー半導体モジュールを示す。ここでは、第1の金属パターン1と第2の金属パターン2と第3の金属パターン3と第4の金属パターン7とをそれぞれＩ字型とし、第1の金属パターン上には正極端子との接続点11と、第2の金属パターン2上には駆動信号が入力される制御電極端子との接続点12と、第3の金属パターン3上には駆動信号の基準電位が入力される補助端子との接続点13と、第4の金属パターン7上には負極端子との接続点10が各々設けられている。なお、この接続点の位置および個数は、図3のような基板端1箇所に限らず、設計者が任意に設定できることは言うまでもない。この形態においては、複数のスイッチング素子4から均等な距離となる箇所に、端子との接続点を設けることで、複数のスイッチング素子4に流れる電流あるいは制御信号あるいはその両方を均等化できる効果がある。例えば、正極端子との接続点11と負極端子との接続点10を複数のスイッチング素子4から均等な距離となる箇所に載置すれば、各接続点から各スイッチング素子の電流経路を均等化でき、電流のばらつきを抑制することが可能となる。同様に、制御電極端子との接続点12と駆動信号の基準電位が入力される補助端子との接続点13を複数のスイッチング素子4の中心となる箇所に載置することで、各スイッチング素子の駆動ばらつきを抑制できる。また、各金属パターンが複数であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。例えば、第4の金属パターン7の両側に2つの第2の金属パターン２を有し、その両側に各々第3の金属パターン3および第2の金属パターン2を設ける構成であっても何ら問題はない。
【実施例４】
【００２５】
図4は、図1aに示す第一実施例を用いた実装形態の他の一例である第四実施例に係るパワー半導体モジュールを示す。ここでは、第1の金属パターン1と第2の金属パターン2と第3の金属パターン3とをそれぞれJ字型とし、第4の金属パターン7をI字型とし、第1の金属パターン上には正極端子との接続点11と、第2の金属パターン2上には駆動信号が入力される制御電極端子との接続点12と、第3の金属パターン3上には駆動信号の基準電位が入力される補助端子との接続点13と、第4の金属パターン7上には負極端子との接続点10が各々設けられている。なおこの接続点の位置および個数は、図4に示す位置および個数に限らず、設計者が任意に設定できることは言うまでもない。さらに、図4に示す回路基板においても、図3に示す回路基板と同様に、複数のスイッチング素子4から均等な距離となる箇所に、端子との接続点を設けることで、複数のスイッチング素子4に流れる電流あるいは制御信号あるいはその両方の均等化が可能である。また、ここでは第4の金属パターンのみI字型としたが、他のパターン(例えば第1の金属パターン)がI字型であってもよいことは言うまでもない。この形態では、任意の端子との接続点を自由に設定することができ、モジュールの端子位置もしくは端子形状の設計尤度が向上する効果がある。なお、図4においては、正極端子との接続点11が設けられているスペースに、スイッチング素子4を載置することも可能である。また、これらの金属パターンの形状がL字型であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。また、これらの各金属パターンが複数であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。例えば、第4の金属パターン7から点対称となる位置に2つの第2の金属パターン2を有し、その両側に各々第3の金属パターン3および第2の金属パターン2を設ける構成であっても何ら問題はない。
【実施例５】
【００２６】
図5は、図1aに示す第一実施例を用いた実装形態の更に他の一例である第五実施例に係るパワー半導体モジュールを示す。第1の金属パターン1と第2の金属パターン2と第3の金属パターン3とをそれぞれU字型とし、各々の金属パターンがI字型の第4の金属パターン7を囲んでおり、第1の金属パターン上には正極端子との接続点11と、第2の金属パターン2上には駆動信号が入力される制御電極端子との接続点12と、第3の金属パターン3上には駆動信号の基準電位が入力される補助端子との接続点13と、第4の金属パターン7上には負極端子との接続点10が各々設けられている。なおこの接続点の位置および個数は、図5に示す位置および個数に限らず、設計者が任意に設定できることは言うまでもない。さらに、図5に示す回路基板においても、図3および図4に示す回路基板と同様に、複数のスイッチング素子4から均等な距離となる箇所に、端子との接続点を設けることで、複数のスイッチング素子4に流れる電流あるいは制御信号あるいはその両方の均等化が可能である。また、ここでは第4の金属パターンのみI字型としたが、他のパターン(例えば第1の金属パターン)がI字型であってもよいことは言うまでもない。この形態では、第1の金属パターン1と第2の金属パターン2と第3の金属パターン3とが第4の金属パターン7を囲む形状であることから、複数のスイッチング素子4と第4の金属パターン7を電気的に接続する導体ワイヤW3を第4の金属パターン7の両側から配置でき、スイッチング素子4を多並列実装する際において、最も小型な回路基板9を構成することができる。また、図5に示す実装形態においては、複数のスイッチング素子4が対称に配置されることから、各端子との接続点の数が1つずつであっても、複数のスイッチング素子4に流れる電流あるいは制御信号あるいはその両方の均等化が可能である。
【実施例６】
【００２７】
図6は、本発明の第一実施例の一変形例であって、1基板に1チップを搭載した、本発明の第六実施例に係るパワー半導体モジュールの形態を示す。スイッチング素子4を基板上に多並列実装する際においては、1つでも不良スイッチング素子4が混じると、回路基板9の動作確認時に全てのスイッチング素子4が破壊される可能性があるため、スイッチング素子4の選別が重要である。しかしながら試作素子等、選別条件が十分でない場合には、不良スイッチング素子が混ざる可能性が高い。かかる場合には、図6で示すような1基板に1チップ搭載した形状が効果的である。本形態であれば、スイッチング素子の不良による基板不具合を低減でき、回路基板9の歩留りの向上ひいてはパワー半導体モジュールの歩留り向上に貢献できる。基板あたりの電流容量は小さくなるため、所望の電流容量を満たすパワー半導体モジュールを作成するには、図6の基板を多並列に接続すればよい。回路基板9内にスイッチング素子4を多並列に実装した場合は、素子間における電流ばらつきを考慮する必要が有ったが、本形態であれば、基板を多並列接続時における、基板間の電流ばらつきのみを考慮すればよい。なお、接続点の位置および個数は、図6に示す位置および個数に限らず、設計者が任意に設定できることは言うまでもない。
【００２８】
以上、図3、図4、図5、図6を用いて第一実施例の回路基板の形態を説明してきたが、これらは3つあるいは6つのスイッチング素子4の並列するのみに限らず、電流容量を満たす数のスイッチング素子4を任意の位置に載置でき、1基板内に1個のスイッチ部を搭載した1in1の形態、基板内に2個のスイッチ部を搭載した2in1の形態、1基板内に6個のスイッチ部を搭載した6in1の形態であってもよいことは言うまでもない。また、これら基板の組み合わせにより作られるパワー半導体モジュールにおいても、その形態は、モジュール内に1個のスイッチ部を搭載した1in1の形態、ないし2個のスイッチ部を搭載した2in1の形態、ないし6個のスイッチ部を搭載した6in1のどの形態であってもよいことは言うまでもない。これらの回路基板及びパワー半導体モジュールの形態は、電力変換器の仕様あるいは載置するチップの仕様あるいはパワー半導体モジュールの使用あるいはそれらの組み合わせにより、決定する。
【実施例７】
【００２９】
図7は、本発明の第一実施例の一変形例である第七実施例に係る1in1パワー半導体モジュールの模式図であり、パワー半導体モジュール101は、その外部に正極端子51、負極端子52、パワー半導体モジュールの駆動信号が入力される制御電極端子53、駆動信号の基準電位が入力される補助端子54を有する形態から構成される。従来のパワー半導体モジュールにおいてスイッチング素子4の誤動作や制御電極への過電圧印加を抑制するには、パワー半導体モジュール101の外部において、制御電極端子53と補助端子54の間に過電圧保護素子6を載置する必要が有り、保護素子の実装時やパワー半導体モジュールの電力変換器への実装時等、ハンドリングミスによりスイッチング素子4の制御電極に過電圧を印加してしまう可能性がある。本実施例によれば、ハンドリングミスによるパワー半導体モジュールの破損を未然に防ぎ、パワー半導体モジュールの評価歩留りを向上させる効果がある。
【実施例８】
【００３０】
図8は、本発明のパワー半導体モジュールを用いて電力変換器の１種である電動機駆動用インバータ装置を構成した一例を示す。ここでは、1in1パワー半導体モジュール101を6個と、それらを駆動する駆動回路102を6個と、電源103を用いて電圧型インバータ回路を構成し、モータ104を駆動する。外付けに過電圧保護素子6を載置する場合と比較し、外付け基板が不要となるため、モジュールの載置面積を低減でき、電力装置を小型化できる効果がある。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更して良い範囲内で様々に変形して実施できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３２】
１   第1金属パターン
２   第2金属パターン
３   第3金属パターン
４   スイッチング素子
５   抵抗素子
６   過電圧保護素子
７   第4金属パターン
８   裏面金属パターン
９   回路基板
10   負極端子との接続点
11   正極端子との接続点
12   制御電極端子との接続点
13   駆動信号の基準電位が入力される補助端子との接続点
W1   第1導体ワイヤ
W2   第2導体ワイヤ
W3   第3導体ワイヤ
101   本発明によるパワー半導体モジュール
102   駆動回路
103   電源
104   モータ
51   正極端子
52   負極端子
53   駆動信号が入力される制御電極端子
54   駆動信号の基準電位が入力される補助端子
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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】
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【図８】
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