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JP2019050300A - Power semiconductor module - Google Patents

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JP2019050300A
JP2019050300A JP2017174052A JP2017174052A JP2019050300A JP 2019050300 A JP2019050300 A JP 2019050300A JP 2017174052 A JP2017174052 A JP 2017174052A JP 2017174052 A JP2017174052 A JP 2017174052A JP 2019050300 A JP2019050300 A JP 2019050300A
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JP2017174052A
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和靖 瀧本
Kazuyasu Takimoto
和靖 瀧本
優太 市倉
Yuta Ichikura
優太 市倉
伊東 弘晃
Hiroaki Ito
弘晃 伊東
田多 伸光
Nobumitsu Tada
伸光 田多
渡邉 尚威
Naotake Watanabe
尚威 渡邉
大部 利春
Toshiharu Obe
利春 大部
大祐 平塚
Daisuke Hiratsuka
大祐 平塚
久里 裕二
Yuuji Kuri
裕二 久里
関谷 洋紀
Hironori Sekiya
洋紀 関谷
尚隆 飯尾
Hisataka Iio
尚隆 飯尾
仁嗣 松村
Hitotsugu Matsumura
仁嗣 松村
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Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
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    • H10W72/07354
    • H10W72/347

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Abstract

【課題】大電流容量化および制御信号の均等供給を可能にするパワー半導体モジュールを提供すること。【解決手段】複数の半導体素子は、複数のサブモジュール10が配置された領域70の中心Cの周囲に沿って配置され、制御入力部13を有する複数のスイッチング素子Sを有する。制御配線50は、領域70の中心Cを囲み、スイッチング素子Sの制御入力部13と接続された外側配線51と、中心Cまたはその近傍から外側配線51の外側へと延びる取り出し配線55と、外側配線51の内側に配置され、外側配線51と取り出し配線55とを接続する内側配線52とを有する。【選択図】図4To provide a power semiconductor module capable of achieving large current capacity and equal supply of control signals. A plurality of semiconductor elements are disposed along the periphery of a center C of a region 70 in which a plurality of submodules 10 are disposed, and have a plurality of switching elements S having a control input unit 13. The control wiring 50 surrounds the center C of the region 70 and is provided with an outer wiring 51 connected to the control input 13 of the switching element S, a lead-out wiring 55 extending outside the outer wiring 51 from the center C or its vicinity, It has the inside wiring 52 which is arranged inside the wiring 51 and which connects the outside wiring 51 and the lead-out wiring 55. [Selected figure] Figure 4

Description

本発明の実施形態は、パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールに関する。   Embodiments of the present invention relate to a power semiconductor module on which a power semiconductor element is mounted.

高耐圧大容量の電力変換器を構築するためには、半導体装置の電流容量を大きくすることが求められる。そのため、装置内に複数の半導体素子を並列実装することが提案されている。   In order to construct a high-voltage / high-capacity power converter, it is required to increase the current capacity of the semiconductor device. Therefore, it has been proposed to mount a plurality of semiconductor elements in parallel in a device.

さらに、一般的な電力変換器を構成する半導体素子は、スイッチング素子と、このスイッチング素子に対して逆並列接続されたダイオードとの混載構成を有し、装置の小型化および簡素化のために、スイッチング素子とダイオードとを1つのパッケージ内に収めることが求められる。   Furthermore, a semiconductor element constituting a general power converter has a mixed structure of a switching element and a diode connected antiparallel to the switching element, and for the purpose of downsizing and simplification of the device, It is required to fit the switching element and the diode in one package.

特許第3258200号公報Patent 3258200 gazette 特許第4385324号公報Patent No. 4385324

複数のスイッチング素子の並列実装により電流容量を最大化するためには、並列接続した複数のスイッチング素子に均等に制御信号が供給されることが望ましい。   In order to maximize current capacity by parallel mounting of a plurality of switching elements, it is desirable that control signals be equally supplied to the plurality of switching elements connected in parallel.

本発明の実施形態は、大電流容量化および制御信号の均等供給を可能にするパワー半導体モジュールを提供する。   Embodiments of the present invention provide a power semiconductor module that enables large current capacity and equal supply of control signals.

実施形態によれば、パワー半導体モジュールは、第1金属部材と、前記第1金属部材上に配置された複数のサブモジュールと、制御配線と、を備えている。前記複数のサブモジュールのそれぞれは、前記第1金属部材に接合された第2金属部材と、前記第2金属部材の上方に配置された第3金属部材と、前記第2金属部材と前記第3金属部材との間に配置され、前記第2金属部材および前記第3金属部材に接合された半導体素子と、を有する。前記制御配線は、前記第1金属部材上に配置されている。前記複数の半導体素子は、前記複数のサブモジュールが配置された領域の中心の周囲に沿って配置され、制御入力部を有する複数のスイッチング素子を有する。前記制御配線は、前記領域の前記中心を囲み、前記スイッチング素子の前記制御入力部と接続された外側配線と、前記中心またはその近傍から前記外側配線の外側へと延びる取り出し配線と、前記外側配線の内側に配置され、前記外側配線と前記取り出し配線とを接続する内側配線と、を有する。   According to the embodiment, the power semiconductor module includes the first metal member, the plurality of sub-modules disposed on the first metal member, and the control wiring. Each of the plurality of sub-modules includes a second metal member joined to the first metal member, a third metal member disposed above the second metal member, the second metal member, and the third metal member. And a semiconductor element disposed between the metal member and the second metal member and the third metal member. The control wiring is disposed on the first metal member. The plurality of semiconductor devices are disposed along the periphery of the center of the region in which the plurality of sub-modules are disposed, and include a plurality of switching devices having a control input unit. The control wiring surrounds the center of the region, and includes an outer wiring connected to the control input portion of the switching element, a lead-out wiring extending from the center or the vicinity thereof to the outside of the outer wiring, and the outer wiring. And an inner wire connecting the outer wire and the lead-out wire.

(a)は実施形態のパワー半導体モジュールの模式断面図であり、(b)は実施形態の制御配線基板の模式断面図。(A) is a schematic cross section of the power semiconductor module of embodiment, (b) is a schematic cross section of the control wiring board of embodiment. 実施形態のサブモジュールの模式断面図。The schematic cross section of the submodule of an embodiment. 実施形態のサブモジュールのチップ上面の模式平面図。The model top view of the chip top of the submodule of an embodiment. 第1実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図。The schematic plan view which shows the layout of the internal element of the power semiconductor module of 1st Embodiment. 第2実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図。The schematic plan view which shows the layout of the internal element of the power semiconductor module of 2nd Embodiment. 第3実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図。The schematic plan view which shows the layout of the internal element of the power semiconductor module of 3rd Embodiment. 第4実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図。The schematic plan view which shows the layout of the internal element of the power semiconductor module of 4th Embodiment. 第5実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図。The schematic plan view which shows the layout of the internal element of the power semiconductor module of 5th Embodiment. 実施形態のパワー半導体モジュールの模式断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic cross section of the power semiconductor module of embodiment. (a)は図9のパワー半導体モジュールに搭載されたサブモジュールの上面図であり、(b)は同サブモジュールの側面図。(A) is a top view of the submodule mounted in the power semiconductor module of FIG. 9, (b) is a side view of the same submodule.

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals.

図1(a)は、実施形態のパワー半導体モジュール(またはパワー半導体装置)の模式断面図である。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor module (or power semiconductor device) of an embodiment.

実施形態のパワー半導体モジュールは、金属部材21と、金属部材22と、金属部材21と金属部材22との間に配置された複数のサブモジュール10とを有する。   The power semiconductor module of the embodiment includes a metal member 21, a metal member 22, and a plurality of submodules 10 disposed between the metal member 21 and the metal member 22.

互いに板状の金属部材21と金属部材22とが対向配置され、それら金属部材21と金属部材22との間の領域70に、複数のサブモジュール10が配置されている。領域70は、金属部材21上で複数のサブモジュール10が配置された領域である。   The plate-like metal members 21 and the metal members 22 are disposed to face each other, and a plurality of sub-modules 10 are disposed in an area 70 between the metal members 21 and the metal members 22. The area 70 is an area where the plurality of submodules 10 are arranged on the metal member 21.

金属部材21の側面、金属部材22の側面、および領域70の側方には、ケース23が装着されている。   A case 23 is attached to the side surface of the metal member 21, the side surface of the metal member 22, and the side of the region 70.

図2は、サブモジュール10の模式断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the submodule 10.

サブモジュール10は、金属部材2と、金属部材3と、金属部材2と金属部材3との間に配置された1つまたは複数の半導体素子(半導体チップ)1と、電気絶縁性の樹脂6とを有する。   The sub module 10 includes a metal member 2, a metal member 3, one or more semiconductor elements (semiconductor chips) 1 disposed between the metal member 2 and the metal member 3, and an electrically insulating resin 6. Have.

半導体素子1は、例えば電力変換に用いられるパワー半導体素子であり、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等の制御入力部を有するスイッチング素子である。   The semiconductor device 1 is, for example, a power semiconductor device used for power conversion, and is a switching device having a control input unit such as, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).

図3は、サブモジュール10のチップ上面の模式平面図である。図3に示す例では、1つのサブモジュール10に2つの半導体素子1が搭載されている。   FIG. 3 is a schematic plan view of the top surface of the submodule 10. In the example shown in FIG. 3, two semiconductor elements 1 are mounted on one submodule 10.

半導体素子1の一方の面(表面)には、例えば、エミッタ電極またはソース電極として機能する第1主電極12が形成されている。第1主電極12は、図2に示す接合材5によって金属部材3に接合されている。   For example, a first main electrode 12 functioning as an emitter electrode or a source electrode is formed on one surface (surface) of the semiconductor element 1. The first main electrode 12 is bonded to the metal member 3 by a bonding material 5 shown in FIG.

金属部材3は、板状部3aと、複数の凸部(または柱状部)3bとを有する。複数の凸部3bは、板状部3aの一方の面に板状部3aと一体に設けられている。半導体素子1の第1主電極12(エミッタ電極またはソース電極)は、接合材5によって金属部材3の凸部3bに接合されている。   The metal member 3 has a plate-like portion 3 a and a plurality of convex portions (or columnar portions) 3 b. The plurality of convex portions 3 b are provided integrally with the plate-like portion 3 a on one surface of the plate-like portion 3 a. The first main electrode 12 (emitter electrode or source electrode) of the semiconductor element 1 is bonded to the convex portion 3 b of the metal member 3 by the bonding material 5.

半導体素子1の他方の面(裏面)には、例えば、コレクタ電極またはドレイン電極として機能する第2主電極(図示せず)が形成されている。第2主電極は、図2に示す接合材4によって金属部材2に接合されている。   On the other surface (back surface) of the semiconductor element 1, for example, a second main electrode (not shown) functioning as a collector electrode or a drain electrode is formed. The second main electrode is joined to the metal member 2 by the joining material 4 shown in FIG.

図3に示す半導体素子1はスイッチング素子であり、そのスイッチング素子における第1主電極12が形成された面に、制御入力部としてゲートパッド13が形成されている。   The semiconductor element 1 shown in FIG. 3 is a switching element, and on the surface of the switching element on which the first main electrode 12 is formed, a gate pad 13 is formed as a control input unit.

半導体素子1が、例えばFRD(Fast Recovery Diode)等のダイオード素子である場合、そのダイオード素子の表面にカソード電極が形成され、裏面にアノード電極が形成されている。カソード電極は金属部材3に接合され、アノード電極は金属部材2に接合されている。   When the semiconductor element 1 is a diode element such as, for example, a fast recovery diode (FRD), a cathode electrode is formed on the surface of the diode element, and an anode electrode is formed on the back surface. The cathode electrode is bonded to the metal member 3, and the anode electrode is bonded to the metal member 2.

図2に示すように、樹脂6は、半導体素子1を覆っている。また、樹脂6は、半導体素子1と金属部材2との接合部、および半導体素子1と金属部材3との接合部との接合部を覆っている。   As shown in FIG. 2, the resin 6 covers the semiconductor element 1. In addition, the resin 6 covers the bonding portion between the semiconductor element 1 and the metal member 2 and the bonding portion between the semiconductor element 1 and the metal member 3.

金属部材2のうち、半導体素子1と接合している面の反対側の面の少なくとも一部は樹脂6で封止されずに露出している。金属部材3の板状部3aのうち、半導体素子1と接合している面の反対側の面の少なくとも一部は樹脂6で封止されずに露出している。   At least a part of the surface of the metal member 2 opposite to the surface bonded to the semiconductor element 1 is exposed without being sealed with the resin 6. At least a part of the surface of the plate-like portion 3 a of the metal member 3 opposite to the surface joined to the semiconductor element 1 is exposed without being sealed by the resin 6.

金属部材2の露出部は、図1(a)に示すように、接合材31によって金属部材21に接合している。金属部材3の露出部は、接合材32によって金属部材22に接合している。   The exposed portion of the metal member 2 is bonded to the metal member 21 by a bonding material 31 as shown in FIG. The exposed portion of the metal member 3 is bonded to the metal member 22 by a bonding material 32.

金属部材2、3、21、22は、電気伝導性と熱伝導性に優れた材料からなる。例えば、金属部材2、3、21、22は、銅またはアルミニウムを主成分に含み、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる。   The metal members 2, 3, 21, 22 are made of a material having excellent electrical conductivity and thermal conductivity. For example, the metal members 2, 3, 21, 22 contain copper or aluminum as a main component, and are made of copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.

接合材4、5、31、32は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等である。   The bonding materials 4, 5, 31, 32 are, for example, solder, conductive adhesive, silver paste or the like.

パワー半導体モジュールの大電流化方法としては、多数の半導体素子を並列に配置し、一括して圧接する方法があるが、各半導体素子を均等に圧接することが難しいという問題がある。一方、半導体素子の両面をはんだ付けして接合の信頼性を上げる方法があるが、多数の半導体素子を一括ではんだ付けする場合、金属部材の加工精度や、はんだ昇温時の温度ばらつきを原因とする接合不良が生じる可能性がある。1つでも半導体素子に接合不良があれば、半導体装置の不良となり、歩留まりを悪化させる。   As a method of increasing the current of the power semiconductor module, there is a method in which a large number of semiconductor elements are arranged in parallel and pressure welding is performed at one time, but there is a problem that it is difficult to press the respective semiconductor elements evenly. On the other hand, there is a method to increase the reliability of bonding by soldering both sides of the semiconductor element, but when soldering a large number of semiconductor elements at once, the processing accuracy of the metal member and the temperature variation at the time of solder temperature rise Junction failure may occur. If even one semiconductor element has a junction failure, the semiconductor device becomes defective and the yield is deteriorated.

これに対して実施形態によれば、1つまたは複数の小単位の半導体素子1をはんだ付けして樹脂封止による絶縁を施したサブモジュール10を構成し、そのサブモジュール10を多数平面実装してパワー半導体モジュール(半導体装置)を構成している。そのため、サブモジュール10の状態で半導体素子1の電気試験を行い、良品のみを用いてパワー半導体モジュールを製造し、歩留まりを向上することができる。また、サブモジュール10の数を増やすことでパワー半導体モジュールを容易に大電流容量化できる。   On the other hand, according to the embodiment, the semiconductor device 1 of one or more small units is soldered to form a submodule 10 in which insulation by resin sealing is applied, and the submodule 10 is mounted on a large number of planes. Power semiconductor module (semiconductor device). Therefore, an electrical test of the semiconductor element 1 is performed in the state of the submodule 10, and a power semiconductor module can be manufactured using only non-defective products, and the yield can be improved. Further, by increasing the number of sub modules 10, the power semiconductor module can be easily made to have a large current capacity.

図4は、第1実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図である。   FIG. 4 is a schematic plan view showing the layout of internal elements of the power semiconductor module of the first embodiment.

複数の半導体素子1は、複数のスイッチング素子Sと複数のダイオード素子Dを有する。図1(a)に示す金属部材21と金属部材22との間の領域70に、図4に例示するレイアウトで複数のサブモジュール10が配置されている。   The plurality of semiconductor elements 1 have a plurality of switching elements S and a plurality of diode elements D. In a region 70 between the metal member 21 and the metal member 22 shown in FIG. 1A, a plurality of submodules 10 are arranged in the layout illustrated in FIG.

図4に示す例では、1つのサブモジュール10に同種の2つの半導体素子1が搭載されている。すなわち、複数のサブモジュール10は、2つのスイッチング素子Sが搭載されたサブモジュール10と、2つのダイオード素子Dが搭載されたサブモジュール10とを有する。   In the example shown in FIG. 4, the same two semiconductor elements 1 are mounted in one sub module 10. That is, the plurality of submodules 10 have a submodule 10 in which two switching elements S are mounted and a submodule 10 in which two diode elements D are mounted.

スイッチング素子Sが搭載された複数のサブモジュール10、すなわち複数のスイッチング素子Sは、上記領域70の面方向の中心Cの周囲に沿って配置されている。図4において、領域70の中心Cの周回線を破線で仮想的に表す。複数のスイッチング素子Sは、その周回線上に配置されている。それぞれのスイッチング素子Sは、中心Cから略等距離の位置に配置されている。   The plurality of submodules 10 on which the switching element S is mounted, that is, the plurality of switching elements S are disposed along the periphery of the center C in the surface direction of the region 70. In FIG. 4, the peripheral circuit at the center C of the area 70 is virtually represented by a broken line. The plurality of switching elements S are disposed on the circuit. Each switching element S is disposed at a position approximately equidistant from the center C.

上記金属部材21と金属部材22との間の領域70には、制御配線50が配置されている。制御配線50は、外側配線51と、内側配線52と、取り出し配線55とを有する。   A control wiring 50 is disposed in a region 70 between the metal member 21 and the metal member 22. The control wiring 50 has an outer wiring 51, an inner wiring 52, and a lead-out wiring 55.

外側配線51は、領域70の中心Cを連続して囲み、スイッチング素子Sの制御入力部と接続されている。スイッチング素子Sにおける図3に示す制御入力部(ゲートパッド)13は、例えばワイヤ14によって外側配線51と接続されている。または、ゲートパッド13は、例えばコネクタによって外側配線51と接続されてもよい。   The outer wire 51 continuously surrounds the center C of the region 70 and is connected to the control input of the switching element S. The control input unit (gate pad) 13 shown in FIG. 3 in the switching element S is connected to the outer wiring 51 by, for example, a wire 14. Alternatively, the gate pad 13 may be connected to the outer wiring 51 by, for example, a connector.

内側配線52は、外側配線51の内側に例えば格子状パターンで配置され、外側配線51と取り出し配線55とを接続している。   The inner wires 52 are arranged, for example, in a lattice pattern inside the outer wires 51, and connect the outer wires 51 and the lead-out wires 55.

取り出し配線55は、領域70の中心Cまたはその近傍から外側配線51の外側へと延び、さらに領域70の外部に導出されている。   The lead-out interconnection 55 extends from the center C of the region 70 or its vicinity to the outside of the outer interconnection 51 and is led to the outside of the region 70.

図1(a)に示すように、領域70内には基板(例えばプリント配線基板)41が配置されている。基板41は、例えば絶縁性の支持柱42によって金属部材21上に支持されている。領域70内における複数のサブモジュール10の間、およびサブモジュール10が配置されていない領域に、基板41が配置されている。   As shown in FIG. 1A, a substrate (for example, a printed wiring board) 41 is disposed in the area 70. The substrate 41 is supported on the metal member 21 by, for example, an insulating support column 42. The substrate 41 is disposed between the plurality of submodules 10 in the region 70 and in the region where the submodules 10 are not disposed.

外側配線51、内側配線52、および取り出し配線55は、基板41に、同材料で一体形成された導体パターン(例えば銅パターン)である。基板41は例えば多層配線基板であり、図1(b)に示すように、内側配線52と取り出し配線55は、それぞれ、異なる層に形成されている。外側配線51は、例えば内側配線52と同じ層に形成されている。   The outer wiring 51, the inner wiring 52, and the lead-out wiring 55 are conductor patterns (for example, copper patterns) integrally formed on the substrate 41 using the same material. The substrate 41 is, for example, a multilayer wiring substrate, and as shown in FIG. 1B, the inner wiring 52 and the lead-out wiring 55 are respectively formed in different layers. The outer wire 51 is formed, for example, in the same layer as the inner wire 52.

図4に示すように、ダイオード素子Dが搭載された複数のサブモジュール10、すなわち複数のダイオード素子Dは、外側配線51の内側、および複数のスイッチング素子Sの配置周回(破線)の内側に配置されている。   As shown in FIG. 4, the plurality of submodules 10 on which the diode element D is mounted, that is, the plurality of diode elements D are arranged inside the outer wiring 51 and inside the arrangement circulation (dotted line) of the plurality of switching elements S. It is done.

複数のスイッチング素子Sのそれぞれは、外側配線51および内側配線52を通じて、領域70の中心Cまたはその近傍で取り出し配線55と電気的に接続されている。各スイッチング素子Sと取り出し配線55との間の配線長は略等しい。   Each of the plurality of switching elements S is electrically connected to the lead-out wiring 55 at or near the center C of the region 70 through the outer wiring 51 and the inner wiring 52. The wiring lengths between each switching element S and the lead-out wiring 55 are approximately equal.

このような構成は、各スイッチング素子Sに制御信号(電流)を均等に供給することを可能にする。これは、各スイッチング素子Sのスイッチングばらつきを抑制し、パワー半導体モジュールに安定した特性および高い信頼性を与える。   Such a configuration makes it possible to equally supply the control signal (current) to each switching element S. This suppresses the switching variation of each switching element S and gives the power semiconductor module stable characteristics and high reliability.

外側配線51、内側配線52、および取り出し配線55を含む制御配線50を、プリント基板41に導体パターンとして形成することで、制御配線50の固定性の向上および省配線化が可能となる。そして、制御入力部をもたないダイオード素子Dは、領域70の空いているスペースに配置することで、モジュール内スペースを有効活用することができる。   By forming the control wiring 50 including the outer wiring 51, the inner wiring 52, and the lead-out wiring 55 on the printed circuit board 41 as a conductor pattern, it is possible to improve the fixing property of the control wiring 50 and reduce the wiring. The diode element D having no control input unit can effectively utilize the space in the module by being disposed in the free space of the region 70.

以下、他の実施形態について説明する。第1実施形態と異なる箇所を中心に説明し、第1実施形態と共通の要素は同じ符号を付し、その説明を省略する場合もある。   Hereinafter, other embodiments will be described. The description will be made focusing on the points different from the first embodiment, and the elements common to the first embodiment may be denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図5は、第2実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図である。   FIG. 5 is a schematic plan view showing the layout of internal elements of the power semiconductor module of the second embodiment.

複数のスイッチング素子Sは、上記領域70の中心Cの周囲に沿って配置されている。図5において、領域70の中心Cの周回線を破線で仮想的に表す。図5に示す例では、二重の周回線が形成されている。複数のスイッチング素子Sは、それぞれの周回線上に配置されている。   The plurality of switching elements S are disposed along the periphery of the center C of the region 70. In FIG. 5, the peripheral line at the center C of the area 70 is virtually represented by a broken line. In the example shown in FIG. 5, double circumferential circuits are formed. The plurality of switching elements S are disposed on the respective circulation lines.

外側配線51は、二重の周回線(スイッチング素子Sの配列線)の間に形成されている。内側配線52は、外側配線51の内側に例えば格子状パターンで配置され、外側配線51と取り出し配線55とを接続している。   The outer wire 51 is formed between double circumferential lines (arrangement lines of the switching elements S). The inner wires 52 are arranged, for example, in a lattice pattern inside the outer wires 51, and connect the outer wires 51 and the lead-out wires 55.

取り出し配線55は、領域70の中心Cまたはその近傍から外側配線51の外側へと延び、さらに領域70の外部に導出されている。   The lead-out interconnection 55 extends from the center C of the region 70 or its vicinity to the outside of the outer interconnection 51 and is led to the outside of the region 70.

複数のダイオード素子Dは、外側配線51の内側、および複数のスイッチング素子Sの配置周回(破線)の内側に配置されている。さらに、図5に示す例では、領域70の四隅の領域にもダイオード素子Dが配置されている。   The plurality of diode elements D are disposed on the inside of the outer wiring 51 and the inside of the arrangement circulation (broken line) of the plurality of switching elements S. Furthermore, in the example shown in FIG. 5, the diode elements D are arranged also in the four corners of the region 70.

第2実施形態においても、複数のスイッチング素子Sのそれぞれは、外側配線51および内側配線52を通じて、領域70の中心Cまたはその近傍で取り出し配線55と電気的に接続されている。各スイッチング素子Sと取り出し配線55との間の配線長は略等しい。   Also in the second embodiment, each of the plurality of switching elements S is electrically connected to the lead-out wiring 55 at or near the center C of the region 70 through the outer wiring 51 and the inner wiring 52. The wiring lengths between each switching element S and the lead-out wiring 55 are approximately equal.

したがって、第2実施形態においても、各スイッチング素子Sに制御信号(電流)を均等に供給することを可能にする。これは、各スイッチング素子Sのスイッチングばらつきを抑制し、パワー半導体モジュールに安定した特性および高い信頼性を与える。   Therefore, also in the second embodiment, it is possible to uniformly supply the control signal (current) to each switching element S. This suppresses the switching variation of each switching element S and gives the power semiconductor module stable characteristics and high reliability.

また、制御入力部をもたないダイオード素子Dは、領域70の空いているスペースに配置することで、モジュール内スペースを有効活用することができる。   In addition, by arranging the diode element D having no control input portion in the free space of the region 70, the space in the module can be effectively used.

図6は、第3実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図である。   FIG. 6 is a schematic plan view showing the layout of internal elements of the power semiconductor module of the third embodiment.

第3実施形態のパワー半導体モジュールは、スイッチング素子Sとダイオード素子Dとを混載したサブモジュール10を有する。図6に示す例では、1つのスイッチング素子Sと1つのダイオード素子Dとが、共通の同じサブモジュール10に搭載されている。   The power semiconductor module of the third embodiment has a submodule 10 in which the switching element S and the diode element D are mixedly mounted. In the example shown in FIG. 6, one switching element S and one diode element D are mounted on the same common submodule 10.

そして、ダイオード素子Dは、スイッチング素子Sよりも領域70の中心Cに近い側に配置されている。スイッチング素子Sは、ダイオード素子Dよりも、中心Cから見て領域70の外側に配置されている。   The diode element D is disposed closer to the center C of the region 70 than the switching element S. The switching element S is disposed outside the region 70 as viewed from the center C than the diode element D.

複数のスイッチング素子Sは、領域70の中心Cの周囲に沿って配置されている。図6において、領域70の中心Cの周回線を破線で仮想的に表す。複数のスイッチング素子Sは、その周回線上に配置されている。   The plurality of switching elements S are arranged along the periphery of the center C of the region 70. In FIG. 6, the peripheral circuit at the center C of the area 70 is virtually represented by a broken line. The plurality of switching elements S are disposed on the circuit.

外側配線51は、領域70の中心Cを連続して囲んでいる。内側配線52は、外側配線51の内側に例えば格子状パターンで配置され、外側配線51と取り出し配線55とを接続している。   The outer wires 51 continuously surround the center C of the region 70. The inner wires 52 are arranged, for example, in a lattice pattern inside the outer wires 51, and connect the outer wires 51 and the lead-out wires 55.

取り出し配線55は、領域70の中心Cまたはその近傍から外側配線51の外側へと延び、さらに領域70の外部に導出されている。   The lead-out interconnection 55 extends from the center C of the region 70 or its vicinity to the outside of the outer interconnection 51 and is led to the outside of the region 70.

第3実施形態においても、複数のスイッチング素子Sのそれぞれは、外側配線51および内側配線52を通じて、領域70の中心Cまたはその近傍で取り出し配線55と電気的に接続されている。各スイッチング素子Sと取り出し配線55との間の配線長は略等しい。   Also in the third embodiment, each of the plurality of switching elements S is electrically connected to the lead-out wiring 55 at or near the center C of the region 70 through the outer wiring 51 and the inner wiring 52. The wiring lengths between each switching element S and the lead-out wiring 55 are approximately equal.

したがって、第3実施形態においても、各スイッチング素子Sに制御信号(電流)を均等に供給することを可能にする。これは、各スイッチング素子Sのスイッチングばらつきを抑制し、パワー半導体モジュールに安定した特性および高い信頼性を与える。   Therefore, also in the third embodiment, it is possible to uniformly supply the control signal (current) to each switching element S. This suppresses the switching variation of each switching element S and gives the power semiconductor module stable characteristics and high reliability.

図7は、第4実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図である。   FIG. 7 is a schematic plan view showing the layout of internal elements of the power semiconductor module of the fourth embodiment.

第4実施形態のパワー半導体モジュールも、第3実施形態と同様、スイッチング素子Sとダイオード素子Dとを混載したサブモジュール10を有する。図7に示す例では、1つのスイッチング素子Sと1つのダイオード素子Dとが、共通の同じサブモジュール10に搭載されている。   The power semiconductor module of the fourth embodiment also has the submodule 10 in which the switching element S and the diode element D are mixedly mounted as in the third embodiment. In the example shown in FIG. 7, one switching element S and one diode element D are mounted on the same common submodule 10.

そして、第3実施形態においては、図6に示す配置とは逆に、スイッチング素子Sは、ダイオード素子Dよりも領域70の中心Cに近い側に配置されている。ダイオード素子Dは、スイッチング素子Sよりも、中心Cから見て領域70の外側に配置されている。   In the third embodiment, the switching element S is disposed closer to the center C of the region 70 than the diode element D, contrary to the arrangement shown in FIG. The diode element D is disposed outside the region 70 as viewed from the center C than the switching element S.

制御配線56は、パッド部58と、接続配線57と、取り出し配線55とを有する。   The control wiring 56 has a pad portion 58, a connection wiring 57, and a lead-out wiring 55.

パッド部58は、複数のスイッチング素子Sの内側の領域(領域70の中心Cを含む領域)に配置されている。   The pad portion 58 is disposed in an area inside the plurality of switching elements S (an area including the center C of the area 70).

取り出し配線55は、領域70の中心Cまたはその近傍でパッド部58に接続され、その接続部から外側配線51の外側へと延び、さらに領域70の外部に導出されている。   The lead-out wiring 55 is connected to the pad portion 58 at or near the center C of the region 70, extends from the connection portion to the outside of the outer wiring 51, and is led to the outside of the region 70.

パッド部58および取り出し配線55は、上記実施形態と同様、基板41に、同材料で一体形成された導体パターン(例えば銅パターン)である。   The pad portion 58 and the lead-out wiring 55 are conductor patterns (for example, copper patterns) integrally formed on the substrate 41 with the same material as in the above embodiment.

接続配線57は、各スイッチング素子Sの制御入力部(ゲートパッド)13と、パッド部58とを接続するワイヤまたはコネクタである。   The connection wiring 57 is a wire or a connector that connects the control input unit (gate pad) 13 of each switching element S to the pad unit 58.

複数のスイッチング素子Sは、領域70の中心Cの周囲およびパッド部58の周囲に沿って配置されている。図7において、領域70の中心Cの周回線を破線で仮想的に表す。複数のスイッチング素子Sは、その周回線上に配置されている。   The plurality of switching elements S are arranged around the center C of the region 70 and around the pad portion 58. In FIG. 7, the peripheral circuit at the center C of the area 70 is virtually represented by a broken line. The plurality of switching elements S are disposed on the circuit.

複数のスイッチング素子Sのそれぞれは、接続配線57およびパッド部58を通じて、領域70の中心Cまたはその近傍で取り出し配線55と電気的に接続されている。各スイッチング素子Sと取り出し配線55との間の配線長は略等しい。   Each of the plurality of switching elements S is electrically connected to the lead-out wiring 55 at or near the center C of the region 70 through the connection wiring 57 and the pad portion 58. The wiring lengths between each switching element S and the lead-out wiring 55 are approximately equal.

したがって、第4実施形態においても、各スイッチング素子Sに制御信号(電流)を均等に供給することを可能にする。これは、各スイッチング素子Sのスイッチングばらつきを抑制し、パワー半導体モジュールに安定した特性および高い信頼性を与える。   Therefore, also in the fourth embodiment, it is possible to equally supply the control signal (current) to each switching element S. This suppresses the switching variation of each switching element S and gives the power semiconductor module stable characteristics and high reliability.

図8は、第5実施形態のパワー半導体モジュールの内部要素のレイアウトを示す模式平面図である。   FIG. 8 is a schematic plan view showing the layout of internal elements of the power semiconductor module of the fifth embodiment.

第5実施形態におけるサブモジュール10の構成および複数の半導体素子1の配置レイアウトは、図6に示す実施形態と同じである。すなわち、ダイオード素子Dは、スイッチング素子Sよりも領域70の中心Cに近い側に配置されている。スイッチング素子Sは、ダイオード素子Dよりも、中心Cから見て領域70の外側に配置されている。制御配線50のレイアウトも図6と同じである。   The configuration of the submodule 10 and the layout of the plurality of semiconductor devices 1 in the fifth embodiment are the same as those of the embodiment shown in FIG. That is, diode element D is arranged closer to center C of region 70 than switching element S. The switching element S is disposed outside the region 70 as viewed from the center C than the diode element D. The layout of the control wiring 50 is also the same as in FIG.

図8に示す実施形態では、半導体素子1を冷却するための水冷機構を備えている。例えば、水冷流路61が、半導体素子1に直接または間接的に接するように、上記領域70内に配置されている。   In the embodiment shown in FIG. 8, a water cooling mechanism for cooling the semiconductor element 1 is provided. For example, the water cooling channel 61 is disposed in the area 70 so as to be in direct or indirect contact with the semiconductor element 1.

図8において、矢印Aは水冷流路61内への水の流入方向を表し、矢印Bは水冷流路61からの水の流出方向を表す。   In FIG. 8, the arrow A represents the inflow direction of water into the water cooling channel 61, and the arrow B represents the outflow direction of water from the water cooling channel 61.

電力変換器の動作において、スイッチング素子Sの発熱密度と、ダイオード素子Dの発熱密度は異なることがある。例えば、スイッチング素子Sの方がダイオード素子Dよりも発熱密度が高い場合、図8に示すように、スイッチング素子Sの方がダイオード素子Dよりも水冷流路61の上流になるように配置することで、発熱密度の高いスイッチング素子Sの冷却性能を向上させることができ、パッケージ(モジュール)としての均熱化が可能となる。これにより、各半導体素子1の利用率を上げることができ、大電流化が可能となる。   In the operation of the power converter, the heat generation density of the switching element S and the heat generation density of the diode element D may be different. For example, when the switching element S has a heat generation density higher than that of the diode element D, the switching element S should be disposed upstream of the water cooling channel 61 than the diode element D, as shown in FIG. Thus, the cooling performance of the switching element S having a high heat generation density can be improved, and soaking of heat as a package (module) becomes possible. Thereby, the utilization factor of each semiconductor element 1 can be increased, and a large current can be realized.

図9は、他の実施形態のパワー半導体モジュールの模式断面図である。
図10(a)は図9のパワー半導体モジュールに搭載されたサブモジュールの上面図であり、図10(b)は同サブモジュールの側面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor module according to another embodiment.
Fig.10 (a) is a top view of the submodule mounted in the power semiconductor module of FIG. 9, FIG.10 (b) is a side view of the same submodule.

図9に示すパワー半導体モジュールは、金属部材21と、金属部材21上に搭載された複数のサブモジュール10と、主回路配線80と、複数のサブモジュール10のそれぞれと主回路配線80とを接続する複数のバスバー20と、絶縁樹脂製のケース100とを有する。   The power semiconductor module shown in FIG. 9 connects the metal member 21, the plurality of submodules 10 mounted on the metal member 21, the main circuit wiring 80, and the plurality of submodules 10 to the main circuit wiring 80. And a case 100 made of an insulating resin.

金属部材21は、板状部21aと、複数の凸部(または柱状部)21bとを有する。複数の凸部21bは、板状部21aの一方の面上に、板状部21aと一体に設けられている。凸部21bの上にサブモジュール10が搭載されている。   The metal member 21 has a plate-like portion 21 a and a plurality of convex portions (or columnar portions) 21 b. The plurality of convex portions 21 b are provided integrally with the plate-like portion 21 a on one surface of the plate-like portion 21 a. The sub module 10 is mounted on the convex portion 21 b.

ケース100の下端部は金属部材21の板状部21aに接着され、それら金属部材21とケース100の内側に密閉空間として領域70が形成されている。その領域70に、複数のサブモジュール10、複数のバスバー20、および主回路配線80が配置されている。   The lower end portion of the case 100 is bonded to the plate-like portion 21 a of the metal member 21, and a region 70 is formed inside the metal member 21 and the case 100 as a sealed space. In the area 70, a plurality of submodules 10, a plurality of bus bars 20, and a main circuit wiring 80 are disposed.

サブモジュール10は、前述した実施形態と同様、金属部材4と、金属部材4の上方に配置された金属部材3と、金属部材4と金属部材3との間に配置された半導体素子1と、電気絶縁性の樹脂6とを有する。   The sub module 10 includes the metal member 4, the metal member 3 disposed above the metal member 4, and the semiconductor element 1 disposed between the metal member 4 and the metal member 3 as in the embodiment described above. And an electrically insulating resin 6.

複数のサブモジュール10の間に主回路配線80が配置されている。主回路配線80は、板状の金属配線であり、例えば銅配線である。主回路配線80は、金属部材21上に形成された樹脂90中に設けられ、その樹脂90によって金属部材21上に保持されている。主回路配線80の一部は、主電極端子としてケース100の外部に突出している。   A main circuit wiring 80 is disposed between the plurality of submodules 10. The main circuit wiring 80 is a plate-like metal wiring, and is, for example, a copper wiring. The main circuit wiring 80 is provided in a resin 90 formed on the metal member 21, and is held on the metal member 21 by the resin 90. A portion of the main circuit wiring 80 protrudes outside the case 100 as a main electrode terminal.

サブモジュール10の金属部材3の板状部3bに、バスバー20が接合されている。バスバー20の両端部に金属足部20a、20bが設けられている。金属足部20a、20bは、例えばバスバー20にろう付けされた銅である。   The bus bar 20 is joined to the plate-like portion 3 b of the metal member 3 of the sub module 10. Metal feet 20 a and 20 b are provided at both ends of the bus bar 20. The metal feet 20 a and 20 b are, for example, copper brazed to the bus bar 20.

バスバー20の一端の金属足部20aは、金属部材3の側面に接合またはネジ締結されている。または、金属足部20aは、金属部材3の上面に接合またはネジ締結されてもよい。   The metal foot portion 20 a at one end of the bus bar 20 is joined or screwed to the side surface of the metal member 3. Alternatively, the metal foot 20 a may be joined or screwed to the upper surface of the metal member 3.

バスバー20の他端の金属足部20bは、主回路配線80に接合またはネジ締結されている。樹脂90は、主回路配線80と金属足部20bとの接合部を覆って保護している。   The metal foot portion 20 b at the other end of the bus bar 20 is joined or screwed to the main circuit wiring 80. The resin 90 covers and protects the junction between the main circuit wiring 80 and the metal foot 20b.

バスバー20は、例えば、銅、42アロイ(ニッケルと鉄の合金)、ニッケルとクロムの合金などの導電性材料からなる。バスバー20は、例えば、板状、または板状部材をジグザグに折り曲げた形状に形成されている。   The bus bar 20 is made of, for example, a conductive material such as copper, 42 alloy (alloy of nickel and iron), alloy of nickel and chromium, or the like. The bus bar 20 is formed in, for example, a plate-like shape or a shape obtained by bending a plate-like member in a zigzag manner.

バスバー20の電気抵抗は、主回路配線80の電気抵抗よりも高い。バスバー20において、電流が流れる方向に垂直な断面の断面積S[cm]と、長さ(電流経路長)L[cm]は、バスバー20に求められる電気抵抗R[Ω]に対して、次の式で決定される。
R=ρ×L/S[Ω](ρ:体積抵抗率[Ωcm])
The electrical resistance of the bus bar 20 is higher than the electrical resistance of the main circuit wiring 80. In bus bar 20, the cross-sectional area S [cm 2 ] of the cross section perpendicular to the direction of current flow and the length (current path length) L [cm] are compared to the electrical resistance R [Ω] required for bus bar 20. It is determined by the following equation.
R = ρ 0 × L / S [Ω] (ρ 0 : volume resistivity [Ω cm])

例えば、バスバー20の材料として、主回路配線80よりも体積抵抗率が高い材料を用いることで、バスバー20の電気抵抗を主回路配線80の電気抵抗よりも高くしている。主回路配線80の材料は、電気抵抗を低く、且つ発熱を小さくするために、バスバー20よりも体積抵抗率が小さい材料が望ましい。例えば、主回路配線80の材料は銅であり、バスバー20の材料は42アロイ(ニッケルと鉄の合金)、またはニッケルとクロムの合金である。   For example, by using a material having a volume resistivity higher than that of the main circuit wiring 80 as the material of the bus bar 20, the electric resistance of the bus bar 20 is made higher than the electric resistance of the main circuit wiring 80. The material of the main circuit wiring 80 is desirably a material having a volume resistivity smaller than that of the bus bar 20 in order to reduce the electrical resistance and the heat generation. For example, the material of the main circuit wiring 80 is copper, and the material of the bus bar 20 is a 42 alloy (an alloy of nickel and iron), or an alloy of nickel and chromium.

1つのサブモジュール10は、少なくとも1つのバスバー20によって、主回路配線80と電気的に接続されている。複数のサブモジュール10は、複数のバスバー20を介して、金属部材21と主回路配線80との間に、電気的に並列接続されている。電流は、サブモジュール10の縦方向(積層方向)を流れる。電流は、そのサブモジュール10およびバスバー20を通じて、金属部材21と主回路配線80との間を流れる。   One submodule 10 is electrically connected to the main circuit wiring 80 by at least one bus bar 20. The plurality of sub-modules 10 are electrically connected in parallel between the metal member 21 and the main circuit wiring 80 via the plurality of bus bars 20. The current flows in the vertical direction (stacking direction) of the submodule 10. The current flows between the metal member 21 and the main circuit wiring 80 through the submodule 10 and the bus bar 20.

半導体素子1に短絡電流が流れ、そのときに発生するジュール熱によって、半導体素子1が破壊され、サブモジュール10内の圧力が上がるとサブモジュール10の破裂をまねく可能性がある。   A short circuit current may flow in the semiconductor device 1 and the Joule heat generated at that time may destroy the semiconductor device 1 and lead to the rupture of the submodule 10 if the pressure in the submodule 10 is increased.

そこで、図9に示す実施形態によれば、ある程度電気抵抗値の高いバスバー20をサブモジュール10に直列に接続することで、バスバー20と半導体素子1とでエネルギー消費を分担し、半導体素子1に発生するジュール熱を抑制できる。   Therefore, according to the embodiment shown in FIG. 9, by connecting the bus bar 20 having a high electric resistance value to the sub module 10 in series, energy consumption is shared between the bus bar 20 and the semiconductor element 1. Joule heat generated can be suppressed.

通常動作(正常動作)時は各バスバー20に電流が分流するため、複数のサブモジュール10に流れる電流の合計をItotalとすると、1つのバスバー20あたりに発生するジュール熱Qは、Q=R×(Itotal/並列数)[J]となる(Rはバスバー20の電気抵抗[Ω])。 In normal operation (normal operation), since current flows in each bus bar 20, assuming that the total current flowing in the plurality of submodules 10 is Itotal, the Joule heat Q generated per one bus bar 20 is Q = R × (Itotal / number of parallel connections) 2 [J] (R is the electrical resistance [Ω] of the bus bar 20).

故障した半導体素子1を含むサブモジュール10には電流が流れ、正常なサブモジュール10には電流が流れない。故障したサブモジュール10に接続されたバスバー20に発生するジュール熱Q’は、Q’=R×(Itotal)[J]となる。 A current flows in the submodule 10 including the failed semiconductor device 1 and no current flows in the normal submodule 10. The Joule heat Q ′ generated in the bus bar 20 connected to the failed submodule 10 is Q ′ = R × (Itotal) 2 [J].

故障時と比較して、通常動作時におけるサブモジュール10に流れる電流値に対するロス発生効果は、Q/Q’=(1/並列数)となり、通常動作時は故障時よりもロス発生を低減することができる。 The loss generation effect on the current value flowing to the submodule 10 in normal operation is Q / Q ′ = (1 / parallel number) 2 compared to the failure time, and the loss generation is reduced in normal operation more than the failure time. can do.

複数のバスバー20の並列接続効果によって、通常動作時はサブモジュール10の効率を悪化させることなく、故障時には故障したサブモジュール10に接続されたバスバー20がエネルギーを消費することで、半導体素子1に発生するジュール熱を抑制し、サブモジュール10の破裂を抑制することができる。   Due to the parallel connection effect of the plurality of bus bars 20, the bus bar 20 connected to the failed sub module 10 consumes energy at the time of failure without deteriorating the efficiency of the sub module 10 at the time of normal operation. The generated Joule heat can be suppressed, and the rupture of the submodule 10 can be suppressed.

すなわち、故障時には、故障したサブモジュール10と、そのサブモジュール10に直列に接続されたバスバー20のみに短絡電流が流れ、バスバー20に大きなジュール熱を発生させることができる。これにより、短絡電流が流れる半導体素子1に発生するジュール熱が低減され、破壊を抑制できる。   That is, at the time of failure, a short circuit current flows only to the failed sub module 10 and the bus bar 20 connected in series to the sub module 10, and a large Joule heat can be generated in the bus bar 20. Thus, the Joule heat generated in the semiconductor element 1 through which the short circuit current flows is reduced, and the destruction can be suppressed.

金属部材21と主回路配線80との間には複数のバスバー20が並列接続されているため、通常運転時に各バスバー20に流れる電流値は、パワー半導体モジュールの出力電流を並列数で割った値となり、通常運転時のジュール熱は抑制することができる。   Since the plurality of bus bars 20 are connected in parallel between the metal member 21 and the main circuit wiring 80, the value of the current flowing through each of the bus bars 20 during normal operation is a value obtained by dividing the output current of the power semiconductor module by the number of parallel Joule heat during normal operation can be suppressed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…半導体素子、2…金属部材、3…金属部材、10…サブモジュール、21…金属部材、22…金属部材、50…制御配線、51…外側配線、52…内側配線、55…取り出し配線、56…制御配線、57…接続配線、58…パッド部、61…水冷流路、S…スイッチング素子、D…ダイオード素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor element, 2 ... Metal member, 3 ... Metal member, 10 ... Submodule, 21 ... Metal member, 22 ... Metal member, 50 ... Control wiring, 51 ... Outer wiring, 52 ... Inner wiring, 55 ... Extraction wiring, 56: control wiring, 57: connection wiring, 58: pad portion, 61: water cooling flow path, S: switching element, D: diode element

Claims (9)

第1金属部材と、
前記第1金属部材上に配置された複数のサブモジュールであって、前記第1金属部材に接合された第2金属部材と、前記第2金属部材の上方に配置された第3金属部材と、前記第2金属部材と前記第3金属部材との間に配置され、前記第2金属部材および前記第3金属部材に接合された半導体素子と、をそれぞれが有する複数のサブモジュールと、
前記第1金属部材上に配置された制御配線と、
を備え、
前記複数の半導体素子は、前記複数のサブモジュールが配置された領域の中心の周囲に沿って配置され、制御入力部を有する複数のスイッチング素子を有し、
前記制御配線は、
前記領域の前記中心を囲み、前記スイッチング素子の前記制御入力部と接続された外側配線と、
前記中心またはその近傍から前記外側配線の外側へと延びる取り出し配線と、
前記外側配線の内側に配置され、前記外側配線と前記取り出し配線とを接続する内側配線と、
を有するパワー半導体モジュール。
A first metal member,
A plurality of sub-modules disposed on the first metal member, a second metal member joined to the first metal member, and a third metal member disposed above the second metal member; A plurality of sub-modules each having a semiconductor element disposed between the second metal member and the third metal member and joined to the second metal member and the third metal member;
Control wiring disposed on the first metal member;
Equipped with
The plurality of semiconductor elements are disposed along the periphery of the center of the region in which the plurality of sub-modules are disposed, and have a plurality of switching elements having a control input unit,
The control wiring is
An outer wire surrounding the center of the region and connected to the control input of the switching element;
A lead-out wire extending from the center or the vicinity thereof to the outside of the outer wire;
An inner wire disposed inside the outer wire and connecting the outer wire and the lead-out wire;
Power semiconductor module having a.
前記複数の半導体素子は、前記外側配線の内側に配置されたダイオード素子をさらに有する請求項1記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor elements further include a diode element disposed inside the outer wiring. 前記複数の半導体素子として、前記スイッチング素子とダイオード素子とが、同じ前記サブモジュールに搭載され、
前記ダイオード素子は、前記スイッチング素子よりも前記領域の前記中心に近い側に配置されている請求項1記載のパワー半導体モジュール。
The switching element and the diode element are mounted on the same submodule as the plurality of semiconductor elements,
The power semiconductor module according to claim 1, wherein the diode element is disposed closer to the center of the region than the switching element.
前記スイッチング素子の方が前記ダイオード素子よりも水冷流路の上流になるように配置された水冷機構をさらに備えた請求項2または3に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 2 or 3, further comprising a water cooling mechanism arranged such that the switching element is upstream of the water cooling flow path than the diode element. 前記制御配線は、基板に形成された導体パターンである請求項1〜4のいずれか1つに記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 4, wherein the control wiring is a conductor pattern formed on a substrate. 第1金属部材と、
前記第1金属部材上に配置された複数のサブモジュールであって、前記第1金属部材に接合された第2金属部材と、前記第2金属部材の上方に配置された第3金属部材と、前記第2金属部材と前記第3金属部材との間に配置され、前記第2金属部材および前記第3金属部材に接合された半導体素子と、をそれぞれが有する複数のサブモジュールと、
前記第1金属部材上に配置された制御配線と、
を備え、
前記複数の半導体素子は、前記複数のサブモジュールが配置された領域の中心の周囲に沿って配置され、制御入力部を有する複数のスイッチング素子を有し、
前記制御配線は、
前記複数のスイッチング素子の内側に配置されたパッド部と、
前記スイッチング素子の前記制御入力部と、前記パッド部とを接続する接続配線と、
前記中心またはその近傍で前記パッド部に接続された取り出し配線と、
を有するパワー半導体モジュール。
A first metal member,
A plurality of sub-modules disposed on the first metal member, a second metal member joined to the first metal member, and a third metal member disposed above the second metal member; A plurality of sub-modules each having a semiconductor element disposed between the second metal member and the third metal member and joined to the second metal member and the third metal member;
Control wiring disposed on the first metal member;
Equipped with
The plurality of semiconductor elements are disposed along the periphery of the center of the region in which the plurality of sub-modules are disposed, and have a plurality of switching elements having a control input unit,
The control wiring is
A pad portion disposed inside the plurality of switching elements;
A connection wire connecting the control input portion of the switching element and the pad portion;
A lead-out wire connected to the pad portion at or near the center;
Power semiconductor module having a.
前記複数の半導体素子は、前記スイッチング素子よりも外側に配置されたダイオード素子をさらに有する請求項6記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 6, wherein the plurality of semiconductor elements further include a diode element disposed outside the switching element. 前記スイッチング素子と前記ダイオード素子は、同じ前記サブモジュールに搭載されている請求項7記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 7, wherein the switching element and the diode element are mounted on the same sub-module. 前記領域に配置された主回路配線と、
前記複数の第3金属部材と、前記主回路配線とに接続され、前記主回路配線よりも電気抵抗が高い複数のバスバーと、
をさらに備えた請求項1〜8のいずれか1つに記載のパワー半導体モジュール。
Main circuit wiring disposed in the area;
A plurality of bus bars connected to the plurality of third metal members and the main circuit wiring, and having a higher electrical resistance than the main circuit wiring;
The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
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