CN113874998A - 半导体模块以及电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
得到能够在可靠地连接半导体芯片的控制信号电极和控制信号端子的同时实现小型化的半导体模块以及电力变换装置。半导体模块具备基体部件(31)、半导体芯片(1)、定位部件(6)以及控制信号端子(4)。半导体芯片(1)搭载于基体部件(31)上。半导体芯片(1)包括控制信号电极(3)。定位部件(6)包括与半导体芯片(1)的外周端部接触的定位部(6a)。定位部件(6)配置于基体部件(31)上。控制信号端子(4)被固定到定位部件(6)。控制信号端子(4)与控制信号电极(3)连接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体模块以及电力变换装置。
背景技术
以往,已知一种以搭载于输送设备等的功率半导体模块为代表的半导体模块。这样的半导体模块被用作例如电力变换装置的结构零件。例如,在日本特开2009-105267号公报中,在包含于半导体模块的半导体芯片的主电极上接合有金属块。在上述半导体模块中,将与树脂壳体一体化的外部导出端子的前端附近和金属块直接接合。其结果,去掉中继基板,实现半导体模块的小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-105267号公报
发明内容
在此,在上述半导体模块中,作为对用于控制半导体芯片的动作的控制信号电极和半导体模块的外部进行电连接的信号布线,使用键合导线等部件。为了通过导线键合法将该键合导线接合到控制信号电极,需要在半导体模块中确保在该导线键合法中使用的接合工具可动的区域。其结果,半导体模块的小型化变得不充分。
进而,控制信号电极与大电流流过的主电极不同,在半导体芯片表面上所占的面积非常小。因此,即使与和上述金属块接合的外部导出端子同样地,将应接合到控制信号电极的控制信号端子与树脂壳体一体化,也由于树脂壳体和半导体芯片的相对的定位精度不充分,所以难以准确地定位并连接控制信号电极和控制信号端子。
本发明是为了解决如上述的课题而完成的,本发明的目的在于提供一种能够在可靠地连接半导体芯片的控制信号电极和控制信号端子的同时实现小型化的半导体模块以及电力变换装置。
按照本公开的半导体模块具备基体部件、半导体芯片、定位部件、以及控制信号端子。半导体芯片搭载于基体部件上。半导体芯片包括控制信号电极。定位部件包括与半导体芯片的外周端部接触的定位部。定位部件配置于基体部件上。控制信号端子被固定到定位部件。控制信号端子与控制信号电极连接。
本公开所涉及的电力变换装置具备主变换电路和控制电路。主变换电路具有上述半导体模块。主变换电路变换被输入的电力而输出。控制电路将控制主变换电路的控制信号输出给主变换电路。
根据上述,与半导体芯片的控制信号电极连接的控制信号端子被固定到定位部件。进而,该定位部件被配置成与半导体芯片的外周端部接触。因此,得到能够在可靠地连接半导体芯片的控制信号端子和控制信号端子的同时实现小型化的半导体模块以及电力变换装置。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的半导体模块的俯视示意图。
图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。
图3是示出图1所示的半导体模块的变形例的剖面示意图。
图4是示出实施方式2所涉及的半导体模块的部分俯视示意图。
图5是图4的线段V-V处的部分剖面示意图。
图6是示出实施方式3所涉及的半导体模块的部分剖面示意图。
图7是示出实施方式4所涉及的半导体模块的部分剖面示意图。
图8是示出应用实施方式5所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
(附图标记说明)
1、2:半导体芯片;1a:第1端部;1b:第2端部;3:控制信号电极;4:控制信号端子;4a:固定部;4b:端子部;4c:弯曲部;4d:位置调整部;4e:连接部;4f:切入部;5:接合部件;6:定位部件;6a:定位部;6b、25:凹部;6c:开口部;7:主电极;8:芯片接合件;9:电路图案;10:第1主端子;11、13、17:接合件;12:第2主端子;14:壳体;15:绝缘部件;16:金属层;18:冷却器;19:密封树脂;31:基体部件;100:电源;200:电力变换装置;201:主变换电路;202:半导体模块;203:控制电路;300:负载。
具体实施方式
以下,说明本发明的实施方式。此外,对同一结构附加同一参照编号,不重复其说明。
实施方式1.
<半导体模块的结构>
图1是示出实施方式1所涉及的半导体模块的俯视示意图。图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。图3是示出图1所示的半导体模块的变形例的剖面示意图。
图1以及图2所示的半导体模块主要具备冷却器18、基体部件31、半导体芯片1、2、定位部件6、控制信号端子4、第1主端子10、第2主端子12、包括绝缘性的材料的壳体14、以及作为密封部件的密封树脂19。在冷却器18的上表面上,经由接合件17固定有基体部件31。基体部件31包括绝缘部件15、形成于该绝缘部件15的表面的电路图案9、以及形成于绝缘部件15的背面的金属层16。绝缘部件15的形状例如是板状。基体部件31的平面形状例如是四边形形状。
在电路图案9的表面上,经由芯片接合件8接合半导体芯片1、2。半导体芯片1、2例如是功率半导体芯片。半导体芯片1、2相互隔开间隔配置。在半导体芯片1、2的表面分别形成有主电极7。对半导体芯片1、2的主电极7,分别连接有第1主端子10。主电极7和第1主端子10经由接合件11连接。第2主端子12经由接合件13与电路图案9连接。
第1主端子10以及第2主端子12分别部分性地固定到壳体14。第1主端子10以及第2主端子12中的成为外部连接部的外周侧端部与壳体14相比配置于外侧。
以与半导体芯片1的外周端部接触的方式,配置有定位部件6。定位部件6是例如包括绝缘性的材料的块,具有如图1以及图2所示包围半导体芯片1的外周的侧壁部。在定位部件6中,在与侧壁部的上侧相连的上表面侧形成有开口部6c。控制信号端子4被固定到定位部件6。在半导体芯片1的表面,形成有控制信号电极3。控制信号端子4的至少一部分位于控制信号电极3的上方。控制信号端子4和控制信号电极3通过接合部件5连接。
定位部件6的下表面被固定到电路图案9。在定位部件6的内周侧的下部、即在定位部件6的侧壁部中与电路图案9相邻的部分中,形成有以与芯片接合件8分离的方式凹陷的凹部6b。在凹部6b上,形成有能够与半导体芯片1的第1端部1a以及第2端部1b接触的定位部6a。定位部6a与凹部6b相比位于更靠半导体芯片1侧。定位部6a也可以与第1端部1a以及第2端部1b接触。与定位部6a相比位于上侧的定位部件6的侧壁部的内周面从定位部6a向半导体芯片1侧突出。
第1主端子10成为在俯视时与定位部件6重叠的部分处以与半导体芯片1分离的方式弯曲的形状。壳体14包围基体部件31的外周,并且与冷却器18的外周部连接。在壳体14的内周侧,配置有密封树脂19。密封树脂19以埋入基体部件31、半导体芯片1、2、定位部件6、第1主端子10以及第2主端子12的一部分、和控制信号端子4的一部分的方式形成。
作为功率半导体芯片的半导体芯片1、2例如是绝缘栅型双极晶体管(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)、续流二极管(FWD:Free Wheel Diode)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)等。作为半导体芯片的材料,例如是硅(Si:Silicon)、碳化硅(SiC:SiliconCarbide)、氮化镓(GaN:Gallium Nitride)、氧化镓(Ga2O3:Gallium(III)Oxide)等。但是,半导体芯片1、2的种类、材料不限于这些。在图1以及2中,半导体芯片1、2的数量合计是2个,但半导体芯片1、2的数量不限于此。
半导体芯片1如上所述在表面设置有控制信号电极3和主电极7。但是,形成于半导体芯片1的表面的电极的种类不限于这些。例如,在半导体芯片2的表面仅形成有主电极7。这样,也可以在半导体芯片1、2中形成有控制信号电极3以及主电极7中的某一方。作为控制信号电极3以及主电极7,根据电气特性以及机械特性的观点,使用铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、金(Au)以及以它们中的任意材料为主要成分的合金中的至少某一种。在图1中,控制信号电极3的数量是3个,但控制信号电极3的数量不限于此。
芯片接合件8设置于半导体芯片1的未图示的背面电极与电路图案9之间。通过芯片接合件8,接合半导体芯片1的背面电极和电路图案9。作为芯片接合件8,例如也可以使用含有铅(Pb)以及锡(Sn)的高温用焊料。但是,在芯片接合件8中使用的材料不限于此。例如,作为芯片接合件8的材料,还能够使用Ag纳米粒子膏或者Cu纳米粒子膏、或者包含Ag粒子或Cu粒子以及环氧树脂的导电性粘接材料。
控制信号端子4部分性地埋设并插入到定位部件6而固定。控制信号端子4以使一方的前端配置于控制信号电极3的正上方的方式从定位部件6突出。控制信号端子4经由接合部件5与控制信号电极3接合。
控制信号端子4中的另一方的前端从定位部件6向与半导体芯片1侧相反的方向突出。作为构成控制信号端子4的材料,只要是电传导性良好的材料,则可以是任意的材料。作为该材料,例如使用包括铜(Cu)、铝(Al)等的合金。但是,在控制信号端子4中使用的材料不限于此。
作为构成接合部件5的材料,例如使用以无铅(Pb)的锡(Sn)系焊料为首的焊料材料等。此外,在接合部件5中使用的材料不限于此。作为在接合部件5中使用的材料,还能够使用利用了Ag纳米粒子膏或者Cu纳米粒子膏的烧结型接合材料、或者包含Ag粒子或者Cu粒子以及环氧树脂的导电性粘接材料。
在图2中,构成为控制信号端子4的宽度小于控制信号电极3的宽度。但是,控制信号端子4的结构不限于此。例如,控制信号端子4的宽度既可以与控制信号电极3的宽度相等,也可以大于该控制信号电极3的宽度。另外,在图1中,控制信号端子4的数量是3个,但控制信号端子4的数量不限于此。
定位部件6以包围半导体芯片1的方式配置。在定位部件6中,形成有露出半导体芯片1正上方的开口部6c。例如,定位部件6通过未图示的粘接剂等被固定到电路图案9上。如图1以及图2所示,定位部件6被固定到电路图案9上。进而,在定位部件6中,形成有与作为半导体芯片1的外周端部的边缘接触的定位部6a,所以能够准确地规定定位部件6相对半导体芯片1的配置。因此,能够将固定于定位部件6的控制信号端子4配置到控制信号电极3的正上方。这样,定位部件6也可以具备以覆盖半导体芯片1的外周端部的全周的方式形成并可接触到半导体芯片1的外周端部的4个部位的定位部6a。此外,也可以使定位部件6的平面形状成为U字状,以对半导体芯片1的外周端部从3个方向相向的方式,在定位部件6中形成3个定位部6a。在图3中,示出如上所述具有3个定位部6a的定位部件的剖面图。在图3中,在半导体芯片1中,在半导体芯片2侧未形成定位部件6。因此,第1主端子10不需要从半导体芯片1上朝向半导体芯片2上弯曲而直线状地形成。
在定位部件6中,以至少与半导体芯片1的外周端部中的相邻的2边相向的方式,具备定位部6a即可。此外,定位部6a的数量只要是2个以上,则也可以成为3个以上的任意的数量。作为构成定位部件6的材料,使用可注塑成形且耐热性高的绝缘性的材料。例如,作为该材料,使用聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PolybutyleneTerephthaete)、液晶树脂、氟系树脂等。
在此,半导体芯片1的上表面为了提高绝缘性而需要用密封树脂19覆盖。因此,定位部件6成为不与半导体芯片1的上表面接触的形状。优选在半导体芯片1的上表面与定位部件6之间设置可填充密封树脂19的程度的间隙。
作为构成第1主端子10以及第2主端子12的材料,能够使用电传导性良好的材料。作为该材料,例如使用包括铜(Cu)、铝(Al)等的合金。但是,在第1主端子10以及第2主端子12中使用的材料不限于此。
作为构成接合件11、13的材料,例如使用含有铅(Pb)以及锡(Sn)的高温用焊料等。但是,在接合件11、13中使用的材料不限于此。作为在接合件11、13中使用的材料,例如还能够使用利用Ag纳米粒子膏或者Cu纳米粒子膏的烧结型接合材料、或者包含Ag粒子或者Cu粒子等粒子和环氧树脂的导电性粘接材料。另外,在图1以及2所示的半导体模块中,第1主端子10以及第2主端子12配置于壳体14的表面上,但第1主端子10以及第2主端子12的结构不限于此。第1主端子10以及第2主端子12也可以插入到壳体14而固定。
如图2所示,壳体14利用作为冷却器18的外周端部的边缘,进行水平方向以及高度方向上的位置调整。但是,不限于该结构,壳体14也可以如图3所示利用基体部件31的外周端部、例如构成基体部件31的绝缘部件15的外周端部,来进行水平方向以及高度方向上的位置调整。另外,壳体14也可以利用基体部件31的其他部件的外周端部、例如电路图案9的外周端部,来进行水平方向以及高度方向上的位置调整。
绝缘部件15是例如陶瓷基板。作为陶瓷基板的材料,能够使用例如氧化铝(Aluminum Oxide)、氮化铝(Aluminum Nitride)、氮化硅(Silicon Nitride)。但是,陶瓷基板的材料不限定于这些。
作为构成电路图案9以及金属层16的材料,使用例如铜(Cu)。但是,构成电路图案9以及金属层16的材料不限于此。构成电路图案9以及金属层16的材料优选为能够与绝缘部件15通过直接接合法或者活性金属接合法接合的材料。例如,构成电路图案9以及金属层16的材料也可以是具有高的电传导性的材料。
此外,在此,直接接合法是指,通过直接反应将电路图案9以及金属层16和绝缘部件15接合的方法。另外,活性金属接合法是指,通过添加了钛(Ti)、锆(Zr)等活性金属的钎料,将电路图案9以及金属层16和绝缘部件15接合的方法。基体部件31的金属层16经由接合件17与冷却器18接合。
作为绝缘部件15,不仅是陶瓷基板,而且还能够使用例如包括填充了陶瓷填料的有机材料的部件。作为这样的有机材料,使用例如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸酯系树脂等。另外,作为构成陶瓷填料的材料,使用例如氧化铝、氮化铝、氮化硼等。此外,也可以成为不将金属层16以及接合件17设置到冷却器18上,而将绝缘部件15设置到冷却器18上的结构。
冷却器18将在半导体模块的动作中发生的热向半导体模块的外部散热。因此,冷却器18包括热传导性良好的材料。作为冷却器18的材料,例如也可以使用以铝(Al)、铜(Cu)中的任意一种为主要成分的合金。另外,作为该材料,也可以使用碳化硅(SiC)和Al的复合材料(Al-SiC)。此外,构成冷却器18的材料不限定于这些。
对冷却器18经由接合件17接合金属层16。作为构成接合件17的材料,例如能够使用含有Pb以及Sn的高温用焊料等。另外,作为构成接合件17的材料,也可以使用含有锑(Sb)的无铅焊料等。此外,在接合件17中使用的材料不限于此。作为构成接合件17的材料,还能够使用利用Ag纳米粒子膏或者Cu纳米粒子膏的烧结型接合材料、或者包含以Ag粒子以及Cu粒子等为代表的粒子和环氧树脂的导电性粘接材料。如图2所示,在冷却器18中形成有用于使制冷剂流通的流路。也可以对该流路连接未图示的制冷剂循环装置和热交换器。此外,冷却器18的结构不限于此。
密封树脂19被填充到由壳体14以及电路图案9包围的区域、即半导体模块的框体的内部。作为构成密封树脂19的材料,例如使用硅酮树脂。此外,构成密封树脂19的材料不限于此。例如,作为构成密封树脂19的材料,能够使用氨基甲酸乙酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、橡胶材料等。
另外,密封树脂19也可以由多个密封树脂形成。例如,关于密封树脂19,针对在狭小的间隙等中也需要填充密封树脂19的部位,作为构成密封树脂19的材料,使用凝胶状的硅酮树脂。进而,为了抑制在凝胶状的硅酮树脂内发生气泡等,也可以通过在该硅酮树脂的上部重叠环氧树脂来形成密封树脂19。另外,为了降低施加到半导体芯片1的应力,也可以一方面使定位部件6内的密封树脂19成为环氧树脂等,另一方面使壳体14内的位于定位部件6的外部的密封树脂19成为橡胶材料。这样,也可以使用分别提供必要的功能性的多种树脂来形成密封树脂19。
在图2中,在由壳体14和冷却器18包围的内部区域中填充有密封树脂19。另一方面,在图3中,在由壳体14和绝缘部件15包围的内部区域中填充有密封树脂19。规定被填充密封树脂19的内部区域的部件的结构不限定于上述例子。
<使用定位部件6的定位方法>
在此,说明使用定位部件6的定位方法。定位部件6的水平方向上的位置能够通过使定位部件6的定位部6a和作为半导体芯片1的外周端部的第1端部1a以及第2端部1b接触来决定。另外,定位部件6的高度方向上的位置通过将定位部件6的底面固定到电路图案9的表面来规定。在此,如图2所示,有芯片接合件8的平面形状大于半导体芯片1的平面形状的情况。在该情况下,在定位部件6的内周侧面的下部形成凹部6b,以避免定位部件6的底面被配置到芯片接合件8的上方。但是,在芯片接合件8的平面形状成为与半导体芯片1的平面形状相同的尺寸的情况下,也可以不形成凹部6b。例如,作为芯片接合件8,能够使用片材状的导电性粘接材料,并通过冲切等加工,将该导电性粘接剂切断成与半导体芯片1相同的尺寸。在该情况下,芯片接合件8的平面尺寸与半导体芯片1的平面尺寸相同,所以也可以不形成凹部6b。
定位部件6例如通过利用未图示的粘接材料连接外周侧的侧面和电路图案9来固定。但是,为了相对电路图案9坚固地固定定位部件6,有在定位部件6的下表面也放置粘接材料的情况。在该情况下,也可以在定位部件6的作为电路图案9侧的面的底面形成突起部。也可以在该突起部的周围、即定位部件6的底面与电路图案9之间,配置粘接材料。在该情况下,能够通过突起部来从电路图案9的表面起准确地规定定位部件6的高度位置。
<半导体模块的装配方法>
接下来,说明实施方式1所涉及的半导体模块的装配方法。准备作为电路图案9、绝缘部件15、以及金属层16的接合体的基体部件31。将该基体部件31还称为绝缘基板。在作为绝缘基板的基体部件31的电路图案9上,通过芯片接合件8接合半导体芯片1、2。
接下来,将插入固定了控制信号端子4的定位部件6配置成从半导体芯片1的上方覆盖。此时,优选在半导体芯片1的控制信号电极3上预先配置有接合部件5。定位部件6的定位部6a与作为半导体芯片1的外周端部的第1端部1a以及第2端部1b接触。进而,将定位部件6的底面固定到电路图案9。这样,能够决定定位部件6的水平方向以及高度方向的位置。其结果,固定到定位部件6的控制信号端子4的前端被定位到半导体芯片1的控制信号电极3的正上方。
在通过以往的导线键合对控制信号电极3连接键合导线的情况下,需要使导线以及接合工具对位到各个控制信号电极3。另外,还需要确保接合工具可动的区域。但是,在上述实施方式1所涉及的半导体模块的装配方法中,无需如上述的导线以及接合工具的对位、以及接合工具工作的区域的确保。因此,能够实现半导体模块的小型化。
之后,在冷却器18与基体部件31的金属层16之间配置接合件17。另外,将壳体14配置到冷却器18上。将第1主端子10、第2主端子12、接合件11、13配置到各个预先决定的位置。例如,在作为接合部件5、接合件11、13、17利用焊料材料等的情况下,通过利用定位部件6的定位部6a准确地规定定位部件6相对半导体芯片1的位置,能够对位成控制信号电极3和控制信号端子4重叠。另外,通过将壳体14相对冷却器18或者基体部件31进行定位,能够将第1主端子10以及第2主端子12的位置相对半导体芯片1、2以及电路图案9准确地定位。通过在该状态下进行回流加热,即使没有对控制信号端子4、第1主端子10、第2主端子12的各个个别地进行位置调整,也能够在一次性地使这些端子准确地定位的状态下固定。
另外,不仅是如图示的半导体芯片1、2为2个的情况,而且在2个以上的具备控制信号端子4的半导体模块的装配方法中也能够应用本实施方式。即,在分别具有控制信号电极的多个半导体芯片1中,配置具备分别对应的控制信号端子4的定位部件6。其结果,能够通过回流加热等,将多个控制信号端子4分别同时接合到多个控制信号电极3。通过还配置壳体14和第1主端子10以及第2主端子12,能够与控制信号端子4同时接合这些主端子。其结果,能够提高半导体模块的装配工序中的生产性。
在实施方式1所涉及的半导体模块的结构中,将控制信号端子4插入到定位部件6而固定。进而,在定位部件6中,以使控制信号端子4的前端配置于控制信号电极3的正上方的方式,配置有定位部6a。因此,能够在半导体芯片1上的控制信号电极3正上方,准确地配置并接合控制信号端子4。另外,还能够实现功率半导体模块的小型化。
<作用效果>
本公开所涉及的半导体模块具备基体部件31、半导体芯片1、定位部件6、以及控制信号端子4。半导体芯片1搭载于基体部件31上。半导体芯片1包括控制信号电极3。定位部件6包括与半导体芯片1的外周端部接触的定位部6a。定位部件6配置于基体部件31上。控制信号端子4被固定到定位部件6。控制信号端子4与控制信号电极3连接。
由此,通过定位部件6的定位部6a与半导体芯片1的外周端部接触,能够准确地规定定位部件6相对半导体芯片1的配置。因此,固定到定位部件6的控制信号端子4相对半导体芯片1的相对的配置也能够准确地决定,所以能够将控制信号端子4可靠地连接到控制信号电极3。进而,无需如对控制信号电极连接键合导线的情况那样确保在导线键合中使用的接合工具的可动区域,所以能够实现半导体模块的小型化。
在上述半导体模块中,定位部件6被固定到基体部件31。在该情况下,能够将定位部件6可靠地固定到与半导体芯片1相邻的位置。
上述半导体模块具备将控制信号电极3和控制信号端子4接合的接合部件5。在该情况下,能够通过接合部件5,将控制信号端子4可靠地固定到控制信号电极3。
在上述半导体模块中,在俯视半导体芯片1时,半导体芯片1的外周端部的外形是四边形形状。定位部6a与外周端部的外形中的相邻的2边以上的边分别接触。在该情况下,能够准确地决定定位部件6相对半导体芯片1的配置。
在上述半导体模块中,半导体芯片1的外周端部包括第1端部1a和第2端部1b。在俯视半导体芯片1时,第1端部1a在第1方向上延伸。在俯视半导体芯片1时,第2端部1b在与第1端部1a交叉的方向上延伸并且与第1端部1a相连。定位部6a包括与第1端部1a接触的第1部分、和与第2端部1b接触的第2部分。在该情况下,能够准确地决定定位部件6相对半导体芯片1的配置。
在上述半导体模块中,在定位部件6中,形成有使在半导体芯片1中形成有控制信号电极3的表面露出的开口部6c。在该情况下,能够经由开口部6c来容易地确认控制信号电极3和控制信号端子4的连接部的状态。
实施方式2.
<半导体模块的结构>
图4是示出实施方式2所涉及的半导体模块的部分俯视示意图。图5是图4的线段V-V处的部分剖面示意图。
图4以及图5所示的半导体模块具备与图1以及图2所示的半导体模块基本上同样的结构,但定位部件6的结构以及控制信号端子4的形状与图1以及图2所示的半导体模块不同。即,在图4以及图5所示的半导体模块中,定位部件6的平面形状是U字状,具有在3个方向上与半导体芯片1的外周端部接触的3个定位部6a。进而,控制信号端子4具有弯曲部4c。控制信号端子4被插入到定位部件6而固定。控制信号端子4具有配置于定位部件6的内部并与定位部件6连接的固定部4a。固定部4a包括弯曲部4c。控制信号端子4包括作为一方的前端的端子部4b。端子部4b以配置于控制信号电极3的正上方的方式从定位部件6突出。端子部4b经由接合部件5与控制信号电极3接合。控制信号端子4中的另一方的前端从定位部件6朝向与半导体芯片1侧相反的一侧突出。
图4的定位部件6包括与半导体芯片1的第1端部1a接触的定位部6a和与半导体芯片1的2个第2端部1b接触的2个定位部6a。定位部件6具有在俯视时从3个方向与半导体芯片1的外周端部相向的3个定位部6a。此外,在图4中在3个方向上存在定位部6a,但形成与作为半导体芯片1的相邻的2边的第1端部1a和一方的第2端部1b分别接触的2个定位部6a即可。另外,也可以在定位部件6中,形成如图1以及图2所示从4个方向面对半导体芯片1的外周端部的4个定位部6a。
如图5所示,在实施方式2所涉及的半导体模块中,在定位部件6中与图1以及图2所示的半导体模块同样地形成有使半导体芯片1露出的开口部6c。进而,控制信号端子4具备弯曲部4c。因此,能够通过外观检查,确认控制信号电极3和控制信号端子4的接合部的状态。
<作用效果>
在上述半导体模块中,半导体芯片的1外周端部包括第1端部1a和第2端部1b。在俯视半导体芯片1时,第1端部1a在第1方向上延伸。在俯视半导体芯片1时,第2端部1b在与第1端部1a交叉的方向上延伸并且与第1端部1a相连。定位部6a包括与第1端部1a接触的第1部分、和与第2端部1b接触的第2部分。在该情况下,能够准确地决定定位部件6相对半导体芯片1的配置。
实施方式3.
<半导体模块的结构>
图6是示出实施方式3所涉及的半导体模块的部分剖面示意图。图6所示的半导体模块具备与图4以及图5所示的半导体模块基本上同样的结构,但控制信号端子4的形状与图4以及图5所示的半导体模块不同。即,在图6所示的半导体模块中,控制信号端子4包括位置调整部4d。位置调整部4d具有辅助定位部件6的高度调整的作用。位置调整部4d包括形成于连接端子部4b和弯曲部4c的连接部4e的切入部4f。连接部4e沿着例如半导体芯片1的上表面延伸。在连接部4e中形成有切入部4f。切入部4f分别形成于连接部4e的上表面以及下表面这两方。通过形成这样的切入部4f,其结果是连接部4e包括具有比控制信号端子4的其他部分中的厚度薄的厚度的部分。其结果,连接部4e比控制信号端子4的其他部分更易于变形。从不同的观点而言,连接部4e相比于控制信号端子4的其他部分,刚性更低。另外,连接部4e也可以比控制信号端子4的其他部分更易于弹性变形。如果连接部4e易于弹性变形,则切入部4f也可以仅形成于连接部4e的上表面以及下表面中的任意一个。通过这样的位置调整部4d,能够补充高度方向上的定位部件6的位置调整。即,通过位置调整部4d变形,即使定位部件6的高度方向的位置偏移的情况下,也能够使控制信号端子4可靠地接触到控制信号电极3。
此外,切入部4f分别形成于连接部4e的上表面以及下表面这两方,但也可以形成于连接部4e的左右的面这两方。通过这样的位置调整部4d,能够补充左右方向上的定位部件6的位置调整。即,通过位置调整部4d变形,即使定位部件6的左右方向的位置偏移的情况下,也能够使控制信号端子4可靠地接触到控制信号电极3。
此外,作为位置调整部4d,能够采用上述的切入部4f以外的结构。例如,也可以通过使连接部4e的厚度比弯曲部4c等相对地变薄、或者使连接部4e成为蛇腹状的形状、或者使连接部4e成为曲线状等设为可弹性变形的形状这样的结构,实现位置调整部4d。由于在控制信号端子4中有位置调整部4d,所以能够实现控制信号端子4相对控制信号电极3的高精度的定位。
<作用效果>
在上述半导体模块中,控制信号端子4包括固定部4a、端子部4b、以及位置调整部4d。固定部4a被固定到定位部件6。端子部4b与控制信号电极3连接。位置调整部4d在从控制信号电极3朝向端子部4b的方向上变更端子部4b相对固定部4a的位置。在该情况下,关于控制信号电极3和控制信号端子4,能够通过位置调整部4d吸收从控制信号电极3朝向端子部4b的高度方向上的配置偏差,所以能够可靠地连接控制信号电极3和控制信号端子4。
在上述半导体模块中,控制信号端子4包括连接部4e。连接部4e连接固定部4a和端子部4b。位置调整部4d包括形成于连接部4e的切入部4f。在该情况下,形成有切入部4f的连接部4e在高度方向上可容易地变形,所以关于控制信号电极3和控制信号端子4,能够通过位置调整部4d吸收高度方向上的配置偏差。因此,能够可靠地连接控制信号电极3和控制信号端子4。
在上述半导体模块中,位置调整部4d是连接固定部4a和端子部4b的连接部4e。连接部4e可在从控制信号电极3朝向端子部4b的方向上弹性变形。在该情况下,连接部4e可在高度方向上弹性变形,所以关于控制信号电极3和控制信号端子4,能够通过连接部4e吸收高度方向上的配置偏差。因此,能够可靠地连接控制信号电极3和控制信号端子4。
实施方式4.
<半导体模块的结构>
图7是示出实施方式4所涉及的半导体模块的部分剖面示意图。图7所示的半导体模块具备与图4以及图5所示的半导体模块基本上同样的结构,但控制信号端子4和控制信号电极3的连接构造与图4以及图5所示的半导体模块不同。即,在图7所示的半导体模块中,控制信号端子4的端子部4b对控制信号电极3直接接合。接合方法可采用任意的方法,例如也可以通过超声波接合法,将控制信号端子4接合到控制信号电极3。
一般,在对电极通过超声波接合法接合布线部件的情况下,一边从布线部件上表面按压接合工具一边施加超声波振动。因此,如图7所示,在控制信号端子4的端子部4b中,在其上表面形成凹部25。此外,控制信号端子4的结构不限于此。例如,也可以不在控制信号端子4的端子部4b的上表面形成凹部25,而对控制信号端子4的端子部4b和控制信号电极3进行超声波接合。在该情况下,相比于实施方式1至实施方式3,能够提高控制信号端子4和控制信号电极3的接合部的接合强度。
<作用效果>
在上述半导体模块中,控制信号电极3和控制信号端子4被直接接合。在该情况下,能够在控制信号电极3与控制信号端子4之间形成高强度的接合部。其结果,能够提高控制信号电极3和控制信号端子4的接合的可靠性。
实施方式5.
本实施方式是将上述实施方式1~实施方式4所涉及的半导体装置应用于电力变换装置的例子。本发明不限定于特定的电力变换装置,以下作为实施方式5,说明在三相的逆变器中应用本发明的情况。
图8是示出应用了本实施方式所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
图8所示的电力变换系统包括电源100、电力变换装置200、负载300。电源100是直流电源,对电力变换装置200供给直流电力。电源100能够包括各种例子,例如既能够包括直流系统、太阳能电池、蓄电池,也可以包括与交流系统连接的整流电路、AC/DC转换器。另外,电源100也可以包括将从直流系统输出的直流电力变换为预定的电力的DC/DC转换器。
电力变换装置200是连接于电源100与负载300之间的三相的逆变器,将从电源100供给的直流电力变换为交流电力,对负载300供给交流电力。电力变换装置200如图8所示具备:主变换电路201,将直流电力变换为交流电力而输出;以及控制电路203,将控制主变换电路201的控制信号输出给主变换电路201。
负载300是通过从电力变换装置200供给的交流电力驱动的三相的电动机。此外,负载300不限于特定的用途,是搭载于各种电气设备的电动机,例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯、或者空调设备的电动机。
以下,详细说明电力变换装置200。主变换电路201具备开关元件和续流二极管(未图示),通过开关元件进行开关,将从电源100供给的直流电力变换为交流电力,提供给负载300。主变换电路201的具体的电路结构有各种方式,但本实施方式所涉及的主变换电路201是2电平的三相全桥电路,能够包括6个开关元件和与各个开关元件逆并联的6个续流二极管。主变换电路201的各开关元件、各续流二极管包括与上述实施方式1~实施方式4中的任意一个相当的半导体模块202。6个开关元件按每2个开关元件串联连接而构成上下支路,各上下支路构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且,各上下支路的输出端子、即主变换电路201的3个输出端子与负载300连接。
另外,主变换电路201具备驱动各开关元件的驱动电路(未图示),驱动电路既可以内置于半导体模块202,也可以是与半导体模块202独立地具备驱动电路的结构。驱动电路生成驱动主变换电路201的开关元件的驱动信号,提供给主变换电路201的开关元件的控制电极。具体而言,依照来自后述控制电路203的控制信号,将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出给各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为导通状态的情况下,驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号),在将开关元件维持为截止状态的情况下,驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。
控制电路203以对负载300供给期望的电力的方式,控制主变换电路201的开关元件。具体而言,根据应提供给负载300的电力,计算主变换电路201的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如,能够通过根据应输出的电压来调制开关元件的导通时间的PWM控制,控制主变换电路201。而且,在各时间点,以向应成为导通状态的开关元件输出导通信号,向应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式,向主变换电路201具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)。驱动电路依照该控制信号来向各开关元件的控制电极输出导通信号或者截止信号作为驱动信号。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中,作为主变换电路201的开关元件和续流二极管,应用实施方式1~实施方式4中的任意一个所涉及的半导体模块,所以能够实现电力变换装置的小型化。
在本实施方式中,说明了在2电平的三相逆变器中应用本发明的例子,但本发明不限于此,能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中,设为2电平的电力变换装置,但也可以是3电平、多电平的电力变换装置,在对单相负载供给电力的情况下也可以在单相的逆变器中应用本发明。另外,在对直流负载等供给电力的情况下还能够在DC/DC转换器、AC/DC转换器中应用本发明。
另外,应用本发明的电力变换装置不限定于上述负载为电动机的情况,例如,既能够用作放电加工机、激光加工机、或者感应加热烹调器、非接触器供电系统的电源装置,进而也能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。
应认为本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不是限制性的。只要不存在矛盾,也可以组合本次公开的实施方式的至少2个。本发明的范围并非通过上述说明表示而通过权利要求书表示,意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。
Claims (11)
1.一种半导体模块,具备:
基体部件;
半导体芯片,搭载于所述基体部件上,包括控制信号电极;
定位部件,包括与所述半导体芯片的外周端部接触的定位部,该定位部件配置于所述基体部件上;以及
控制信号端子,固定到所述定位部件,并且与所述控制信号电极连接。
2.根据权利要求1所述的半导体模块,其中,
所述定位部件被固定到所述基体部件。
3.根据权利要求1或者2所述的半导体模块,其中,
所述控制信号端子包括:
固定部,被固定到所述定位部件;
端子部,与所述控制信号电极连接;以及
位置调整部,在从所述控制信号电极朝向所述端子部的方向上,变更所述端子部相对所述固定部的位置。
4.根据权利要求3所述的半导体模块,其中,
所述控制信号端子包括连接所述固定部和所述端子部的连接部,
所述位置调整部包括形成于所述连接部的切入部。
5.根据权利要求3所述的半导体模块,其中,
所述位置调整部是连接所述固定部和所述端子部且在从所述控制信号电极朝向所述端子部的所述方向上可弹性变形的连接部。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的半导体模块,其中,
具备接合部件,该接合部件接合所述控制信号电极和所述控制信号端子。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的半导体模块,其中,
所述控制信号电极和所述控制信号端子是被直接接合的。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的半导体模块,其中,
所述半导体芯片的所述外周端部在俯视所述半导体芯片时包括在第1方向上延伸的第1端部、和在与所述第1端部交叉的方向上延伸并且与所述第1端部相连的第2端部,
所述定位部包括与所述第1端部接触的第1部分和与所述第2端部接触的第2部分。
9.根据权利要求1至7中的任意一项所述的半导体模块,其中,
在俯视所述半导体芯片时,所述半导体芯片的所述外周端部的外形是四边形形状,
所述定位部与所述外周端部的外形中的相邻的2边以上的边接触。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的半导体模块,其中,
在所述定位部件中形成有开口部,该开口部露出在所述半导体芯片中形成有所述控制信号电极的表面。
11.一种电力变换装置,具备:
主变换电路,具有权利要求1所述的半导体模块,该主变换电路将被输入的电力进行变换并输出;以及
控制电路,将控制所述主变换电路的控制信号输出给所述主变换电路。
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