JP2000196009A - 半導体パワーモジュール - Google Patents

半導体パワーモジュール

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JP2000196009A
JP2000196009A JP36682598A JP36682598A JP2000196009A JP 2000196009 A JP2000196009 A JP 2000196009A JP 36682598 A JP36682598 A JP 36682598A JP 36682598 A JP36682598 A JP 36682598A JP 2000196009 A JP2000196009 A JP 2000196009A
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control
power supply
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semiconductor
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JP36682598A
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Hisashi Kawato
寿 川藤
Sukehisa Noda
祐久 野田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御基板の小形化を可能とすると共に制御基
板への取付け容易な小形の半導体パワーモジュールを得
る。 【解決手段】 スイッチング素子T1〜T6とHVIC
1〜IC3およびLVIC4を備えた半導体パワーモジ
ュールにおけるスイッチング素子T1〜T6の電源端子
P、Nおよび出力端子U、V、Wを、HVIC1〜3お
よびLVICの制御端子および電源端子と共に絶縁金属
基板10Aの一辺の端縁近傍に一列に形成し、かつ、出
力端子U、V、WとHVIC1〜3の負側の電源電極端
子とを兼用したので、総端端子数が少なく、小形かつ制
御基板への取付け容易なSIL形パッケージ20Aを得
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、シングルインラ
インパッケージ(以下、SILと記す)で構成された半
導体パワーモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電力制御用に供するスイッチング素子を
備える主回路と前記スイッチング素子を駆動制御する制
御素子を備える制御回路とをパッケージに収めた半導体
パワーモジュールがモータ制御用インバータ等に多用さ
れている。
【0003】図5は従来の半導体パワーモジュールに搭
載された三相インバータの回路図、図6は図5に対応す
る半導体パワーモジュールの部品配置を示す平面図、図
7は図6に示した半導体パワーモジュールのA−A断面
を示す図、図8は図7に示した半導体パワーモジュール
の制御基板への取付法の一例を示す断面図である。
【0004】図5、図6において、T1〜T3は絶縁ゲ
ート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)からなる
第一スイッチング素子、T4〜T6はスイッチング素子
T1〜T3とそれぞれ直列接続された絶縁ゲート・バイ
ポーラ・トランジスタからなる第二スイッチング素子、
D1〜D6はスイッチング素子T1〜T6のそれぞれに
逆並列に接続されたフライホイルダイオード、IC1〜
IC3はそれぞれスイッチング素子T1〜T3を駆動制
御するハイサイドの制御ICからなる第一制御半導体素
子、IC4はスイッチング素子T4〜T6を駆動制御す
るローサイドの制御ICからなる第二制御半導体素子で
ある。
【0005】図5に示した三相インバータの回路は第一
制御半導体素子IC1〜IC3に供給する絶縁電源とし
て、所謂ブートストラップ方式を採用しており、この電
源供給用コンデンサC1〜C3が、第一制御半導体素子
IC1〜IC3の負側の電源電極端子VUFS〜VWFSと正
側の電源電極端子VUFB〜VWFBにおける対を成す端子V
UFSとVUFB、VVFSとVVFB、VWFSとVWFBの間に接続さ
れている。
【0006】そして、第一制御半導体素子IC1〜IC
3、第二制御半導体素子IC4は外部のコントローラか
らそれぞれ制御信号を制御端子UP、VP、WP、UN、V
N、WNを介して入力し、入力された制御信号により対応
するスイッチング素子T1〜T6へそれぞれ駆動制御信
号を出力し、これらの駆動制御信号の入力によりスイッ
チング素子T1〜T6がON/OFFすることにより、
電力入力端子P、Nから入力された主電流がスイッチン
グ素子T1とスイッチング素子T4、スイッチング素子
T2とスイッチング素子T5、スイッチング素子T3と
スイッチング素子T6の接続点に接続されている出力端
子U、V、Wを介して制御対象の三相モータ(図示せ
ず)に任意の周波数の交流出力を供給する。
【0007】例えば、スイッチング素子T1の動作は、
まず、スイッチング素子T1と直列接続されたローサイ
ドのスイッチング素子T4がON動作すると制御電源
(図示せず)から供給される電流が正側の電源電極端子
VUFB、制限抵抗R1、ダイオードD1を介して、コン
デンサC1に充電され、スイッチング素子T4がOFF
した時、コンデンサC1に充電された電荷が、第一制御
半導体素子IC1に電源電流として供給され、この状態
で入力信号が端子UPを介して入力されると第一制御半
導体素子IC1からスイッチング素子T1をONする駆
動制御信号が出力され、スイッチング素子T1がONす
る。他のスイッチング素子T2、T3も同様に動作す
る。
【0008】図6、図7において、10は絶縁金属基板
であり、金属板11と、金属板11の一主面上に設けら
れた絶縁層12にて構成され、絶縁層12上には後述の
導体領域を形成するリードフレーム13が固着されてい
る。
【0009】このリードフレーム13は、スイッチング
素子T1〜T3およびフライホイルダイオードD1〜D
3が載置されて半田付けされた第一の導体領域13a
と、スイッチング素子T4〜T6とスイッチング素子T
4〜T6のそれぞれと対を成すフライホイルダイオード
D4〜D6とがそれぞれ載置されて半田付けされた第二
の導体領域13bと、スイッチング素子T1〜T6の第
二の電源端子領域13cと、第一制御半導体素子IC1
〜IC3が載置されて半田付けされた第三の導体領域1
3dと、第二制御半導体素子IC4が載置されて半田付
けされた第四の導体領域13eと、第一制御半導体素子
IC1〜IC3の第一の制御端子領域13fと、第一制
御半導体素子IC1〜IC3の正側の電源電極端子領域
13gと、第一制御半導体素子IC1〜IC3の負側の
電源電極端子領域13hと、第二制御半導体素子IC4
の第二の制御端子領域13iやその他の端子領域と、ス
イッチング素子T1〜T6と第一制御半導体素子IC1
〜IC3や第二制御半導体素子IC4との中継導体領域
13jとを有している。
【0010】なお、スイッチング素子T1〜T6の第一
の電源端子領域を第一の導体領域13aが兼ね、出力端
子領域を第二の導体領域13bが兼ね、それぞれ一体に
形成されている。そして、外部と接続を要する各端子領
域は、その一端部が絶縁金属基板10の図面左右の辺に
並列に配列され、絶縁金属基板10の端縁から突出し
て、図面左側の一辺に電力用の外部リード端子列を、右
側の一辺に制御用の外部リード端子列を形成している。
【0011】即ち、第一の電源端子領域を兼ねる第一の
導体領域13a、出力端子領域を兼ねる第二の導体領域
13bおよび第二の電源端子領域13cが、図面左側に
配列されて絶縁金属基板10の端縁から突出し、第一電
源端子P、出力端子U、V、W、第二電源端子Nからな
る電力用外部リード端子列を形成している。また、第一
の制御端子領域13f、正側の電源電極端子領域13
g、負側の電源電極端子領域13h、第二の制御端子領
域13i等が図面右側に配列されて絶縁金属基板10の
端縁から突出し、制御端子UP、VP、WP、UN、VN、
WN、正側の電源電極端子VUFB、VVFB、VWFB、負側の
電源電極端子VUFS、VVFS、VWFS等の制御用外部リー
ド端子列を形成している。
【0012】そして、図7に示したように、リードフレ
ーム13にて構成された第二の導体領域13b、第二の
電源端子領域13c、第四の導体領域13e、第二の制
御端子領域13i、中継導体領域13j、および第二の
導体領域13b上に載置されたスイッチング素子T6、
第四の導体領域13e上に載置された第二制御半導体素
子IC4の間がワイヤ14により配線され、スイッチン
グ素子T6および第二制御半導体素子IC4を含めて絶
縁金属基板10がケース15に内包され、第二の電源端
子領域13cの端部および第二の制御端子領域13iの
端部がケース15を図面左右に貫通して、電力用外部リ
ード端子列として第二電源端子N、制御用外部リード端
子列としての第二の制御端子UNが露出している。
【0013】以上のように構成された従来形の半導体パ
ワーモジュールは、スイッチング素子T6から発生する
熱をリードフレーム13、絶縁材12を介して金属板1
1から外部に放散する。また、外部との接続のため、ケ
ース15における一方の側に第一電源端子P、出力端子
U、V、W、第二電源端子Nの5本からなる電力用外部
リード端子列が、他方の側に制御端子UP、VP、WP、
UN、VN、WN、正側の電源電極端子VUFB、VVFB、VW
FB、負側の電源電極端子VUFS、VVFS、VWFS等の合計
21本からなる制御用の外部リード端子列が配置されて
おり、所謂、デュアルインラインパッケージ(以下、D
IPと記す)を構成している。
【0014】図8は従来形の半導体パワーモジュールと
してのDIP形パッケージの制御基板への取付法の一例
を示すものである。図において、20はDIP形パッケ
ージ、21はDIP形パッケージ20を載置した制御基
板、22は制御基板21上にDIP形パッケージ20と
共に載置されたその他の制御部材、23はDIP形パッ
ケージ20の放熱部を構成する金属板(図示せず)に固
着された冷却器、24はDIP形パッケージ20等を載
置した制御基板21を内包するケース(図示せず)のカ
バーであり、冷却器23の一部がカバー24から外部に
突出している。
【0015】DIP形パッケージ20は、その両側面に
電力用の外部リード端子列20aおよび制御用の外部リ
ード端子列20bを有するので、制御基板21への投影
面積が広く、制御基板21が大きなものとなり、かつD
IP形パッケージ20の背面に冷却器23を固着するタ
イプの場合、DIP形パッケージ20やその他の制御部
材22を載置した制御基板21を内包するケース(図示
せず)のカバー13の加工法が、冷却器23の寸法、形
状に影響されて複雑となる。
【0016】この対策として、半導体パワーモジュール
を、電力用端子および制御用端子が共に同一方向に配列
された、所謂、SIL形の構成とすれば、制御基板21
への投影面積が狭くなることが期待されるが、一般に
は、電力用および制御用の外部リード端子が一列に並ぶ
ことにより、合計した端子数の総本数が変わらないの
で、やはり大形となる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体パワーモ
ジュールは、以上のように構成されているので、これら
を装着した制御基板21が大きなものとなり、かつ、D
IP形パッケージ20の背面に冷却器23を固着するタ
イプの場合、これらを載置した制御基板21を内包する
ケース(図示せず)のカバー13の加工法が、冷却器2
3の寸法、形状に影響されて複雑となる等の問題点があ
った。また、単純に制御用の外部リード端子13fを電
力用の外部リード端子13e側に移してSIL形を構成
しても、合計した端子数の総本数が変わらないので、や
はり大形となるという問題点があった。
【0018】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、制御基板の小形化を可能と
すると共に制御基板への取付け容易な小形の半導体モジ
ュールを得ることを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係わる半導
体パワーモジュールは、金属板に形成された絶縁層と、
この絶縁層上に形成され、第一スイッチング素子を載置
した第一の導体領域と、一端が上記第一スイッチング素
子の一端に直列接続された第二スイッチング素子を載置
した第二の導体領域と、上記絶縁層上に形成され、上記
第一スイッチング素子を駆動制御する第一制御半導体素
子を載置した第三の導体領域と、上記絶縁層上に形成さ
れ、上記第二スイッチング素子を駆動制御する第二制御
半導体素子を載置した第四の導体領域と、上記絶縁層上
に形成され、上記第一スイッチング素子の他端に接続さ
れた第一の電源端子領域と、上記絶縁層上に形成され、
上記第二スイッチング素子の他端に接続された第二の電
源端子領域と、上記絶縁層上に形成され、上記第一スイ
ッチング素子と上記第二スイッチング素子との接続部に
接続された出力端子領域と、上記絶縁層上に形成される
と共に上記第一制御半導体素子に接続され、この第一制
御半導体素子に制御信号を入力する第一の制御端子領域
と、上記絶縁層上に形成されると共に上記第二制御半導
体素子に接続され、この第二制御半導体素子に制御信号
を入力する第二の制御端子領域と、上記絶縁層上に形成
されると共に上記第一制御半導体素子に接続された正側
の電源電極端子領域とを備え、上記第一制御半導体素子
の負側の電源電極を上記出力端子領域に配線してこの出
力端子領域を上記負側の電源電極端子領域とすると共
に、上記第一の電源端子領域、上記第二の電源端子領
域、上記出力端子領域、上記第一の制御端子領域、上記
第二の制御端子領域および上記正側の電源電極端子領域
を、上記金属板の一辺から離れる方向に並列して突出さ
せ、外部リード端子列としたものである。
【0020】第2の発明に係わる半導体パワーモジュー
ルは、第1の発明に係わる半導体パワーモジュールにお
いて、各導体領域が単一のリードフレームにて形成され
ているものである。
【0021】第3の発明に係わる半導体パワーモジュー
ルは、第1の発明または第2の発明に係わる半導体パワ
ーモジュールにおいて、外部リード端子列のうち、少な
くとも上記第一の電源端子領域、上記第二の電源端子領
域および上記出力端子領域の外部リード端子の端子幅
が、上記第一の制御端子領域、上記第二の制御端子領域
および上記正側の電源電極端子領域の外部リード端子の
端子幅よりも幅広であると共に、上記第一の電源端子領
域および上記第二の電源端子領域の外部リード端子が上
記端子列の両端にそれぞれ配置されたものである。
【0022】第4の発明に係わる半導体パワーモジュー
ルは、第1の発明に係わる半導体パワーモジュールにお
いて、各導体領域の絶縁層上に位置する部分が金属箔パ
ターンにて形成され、上記絶縁層上から突出した部分が
接続部材にて構成され、該接続部材がその一端が上記絶
縁層上にて対応する金属箔パターンの端部に固着され、
他端を外部リード端子としたものである。
【0023】第5の発明に係わる半導体パワーモジュー
ルは、第4の発明に係わる半導体パワーモジュールにお
いて、外部リード端子列のうち、少なくとも上記第一の
電源端子領域、上記第二の電源端子領域および上記出力
端子領域の外部リード端子の端子厚さが、上記第一の制
御端子領域、上記第二の制御端子領域および上記正側の
電源電極端子領域の外部リード端子の端子厚さよりも厚
いと共に、上記第一の電源端子領域および上記第二の電
源端子領域の外部リード端子が上記端子列の両端にそれ
ぞれ配置されているものである。
【0024】第6の発明に係わる半導体パワーモジュー
ルは、第3または第5の発明に係わる半導体パワーモジ
ュールにおいて、上記出力端子領域の外部リード端子
が、上記第一の制御端子領域、上記第二の制御端子領域
および上記正側の電源電極端子領域の外部リード端子か
らなる端子列の間に分散配列されているものである。
【0025】
【発明の実施の形態】実施の形態1.この発明の実施の
形態1を図1〜図3に基づき説明する。図1は図5に示
した三相インバータの回路が搭載された半導体パワーモ
ジュールの部品配置を示す平面図、図2は図1に示した
半導体パワーモジュールの断面図、図3は図2に示した
半導体パワーモジュールの制御基板への取付法の一例を
示す断面図である。図中、従来例と同じ符号で示された
ものは従来例のそれと同一若しくは同等なものを示す。
【0026】なお、図1、図2に示した半導体パワーモ
ジュールには、図5に示した三相インバータ回路が搭載
されており、図6に示した従来の半導体パワーモジュー
ルと構成部品の配置や端子の配置が異なるが、回路の動
作に関しては同じであり、説明を省略する。図1、図2
において、絶縁金属基板10Aは、金属板11と、金属
板11の一主面上に設けられた絶縁層12と、絶縁層1
2上に配設された導体領域としてのリードフレーム13
Aとで構成されている。
【0027】このリードフレーム13Aは、スイッチン
グ素子T1〜T3およびフライホイルダイオードD1〜
D3が載置されて半田付けされた第一の導体領域13A
aと、スイッチング素子T4〜T6とスイッチング素子
T4〜T6のそれぞれと対を成すフライホイルダイオー
ドD4〜D6とがそれぞれ載置されて半田付けされた3
個の島からなる第二の導体領域13Abと、スイッチン
グ素子T1〜T6の第二の電源端子領域13Acと、ス
イッチング素子T1〜T3とスイッチング素子T4〜T
6との中間点がそれぞれ接続される3個の島からなる出
力端子領域13Adと、第一制御半導体素子IC1〜I
C3が載置されて半田付けされた第三の導体領域13A
eと、第二制御半導体素子IC4が載置されて半田付け
された第四の導体領域13Afと、第一制御半導体素子
IC1〜IC3にそれぞれ外部コントローラ(図示せ
ず)からの制御信号を入力する複数の島からなる第一の
制御端子領域13Agと、第一制御半導体素子IC1〜
IC3の正側の電源電極端子領域13Ahと、第二制御
半導体素子IC4の第二の制御端子領域13Aiおよび
その他の端子領域と、スイッチング素子T1〜T6と第
一制御半導体素子IC1〜IC3および第二制御半導体
素子IC4とをそれぞれ接続する複数の島々からなる中
継導体領域13Ajとを有する。
【0028】そして、スイッチング素子T1〜T6の第
一の電源端子領域を第一の導体領域13Aaが兼ね、第
一制御半導体素子IC1〜IC3の負側の電源電極端子
領域を出力端子領域13Adが兼ね、それぞれ一体に形
成されている。しかし、図6に示した従来例とは異な
り、全ての端子領域の一端部が絶縁金属基板10の図面
右側の一辺に並列に配列されて同一方向に延伸してい
る。
【0029】即ち、図1に示されるように、第一の電源
端子領域を兼ねる第一の導体領域13Aaと第二の電源
端子領域13Acは絶縁金属基板10A上における図面
左側に位置し、第一の導体領域13Aaの一端が絶縁金
属基板10Aにおける図面上側辺に沿って右方向に延伸
して絶縁金属基板10Aの右側辺の端縁からの突出し、
第一電源端子Pを形成している。また、第二の電源端子
領域13Acの一端が図面下側辺に沿って右方向に延伸
して絶縁金属基板10Aの右側辺の端縁からの突出し、
第二電源端子Nを形成している。スイッチング素子T1
〜T3とスイッチング素子T4〜T6との中間点がそれ
ぞれ接続される3個の島からなる出力端子領域13Ad
は、それぞれ絶縁金属基板10A上における図面右側に
位置し、図面右方向に延伸して絶縁金属基板10Aの右
側辺の端縁からの突出し、出力端子U、V、Wを形成し
ている。
【0030】さらに、複数の島々からなる第一の制御端
子領域13Ag、正側の電源電極端子領域13Ah、第
二の制御端子領域13Aiも、それぞれ絶縁金属基板1
0A上における図面右側に位置し、図面右方向に延伸し
て絶縁金属基板10Aの右側辺の端縁からの突出し、制
御端子UP、VP、WP、UN、VN、WN、正側の電源電極
端子VUFB、VVFB、VWFB等を形成している。また、電
力用および制御用の外部リード端子列において、第一電
源端子Pおよび第二電源端子Nはそれぞれ前記端子列の
両端に位置し、出力端子U、V、Wは、第一電源端子P
および第二電源端子Nに挟まれた制御端子UP、VP、W
P、UN、VN、WNや正側の電源電極端子VUFB、VVFB、
VWFB等からなる端子列の間に分散配列されている。な
お、第一制御半導体素子IC1〜IC3の負側の電源電
極端子VUFS、VVFS、VWFSはそれぞれ出力端子U、
V、Wが兼ね、省略されている。
【0031】そして、図2に示したように、絶縁層12
の上に、リードフレーム13Aにて構成された第二の導
体領域13Ab、第二の電源端子領域13Ac、第四の
導体領域13Af、第二の制御端子領域13Ai、中継
導体領域13Ajが載置され、これらの間およびこれら
と第二の導体領域13Ab上に載置されたスイッチング
素子T6、第四の導体領域13Af上に載置された第二
制御半導体素子IC4の間がワイヤ14により配線され
ている。そして、スイッチング素子T6および第二制御
半導体素子IC4を含めて絶縁金属基板10Aがケース
15Aに内包されて樹脂封止されており、第二の制御端
子領域13Aiの端部がケース15Aを図面右側に貫通
して第二の制御端子UNとして露出している。なお、図
2には示されてないが、第二の電源端子領域13Acの
端部も図面右側に延伸してケース15Aを貫通し、第二
電源端子Nとして、第二の制御端子UNに重なる位置に
露出している。
【0032】以上のように構成された実施の形態1とし
ての半導体パワーモジュールは、スイッチング素子T1
〜T6から発生する熱をリードフレーム13A、絶縁材
12を介して金属板11から外部に放散する。また、外
部との接続のため、電力用外部リード端子である第一電
源端子P、第二電源端子N、負側の電源電極端子VUF
S、VVFS、VWFSをそれぞれ兼ねる出力端子U、V、W
の5本と、制御用の外部リード端子である制御端子U
P、VP、WP、UN、VN、WN、正側の電源電極端子VUF
B、VVFB、VWFB等の18本との合計23本からなる電
力用および制御用の外部リード端子列がケース15Aに
おける一方の側に配列されている。
【0033】即ち、出力端子U、V、Wが、ハイサイド
の制御ICである第一制御半導体素子IC1〜IC3に
おける電源の負側の電源電極端子VUFS、VVFS、VWFS
を兼ねさせ、図6に示した従来のものと比較して、総端
子数を3本減らして合計23本とした。さらに、第一電
源端子P、出力端子U、V、W、第二電源端子Nの端子
幅を、その他の制御用端子幅よりも幅広にすると共に、
第一電源端子P、第二電源端子Nを端子列の両端にそれ
ぞれ配置し、出力端子U、V、Wをその他の制御用端子
列の間にバランスよく分散配置した。
【0034】そして、図2に示すごとく、実施の形態1
としての半導体パワーモジュールは、ケース15Aに内
蔵するスイッチング素子T1〜T6から発生する熱を金
属板11から放散すると共に、外部と接続する為の前記
電力用及び制御用の外部リード端子列をケース15Aの
一辺側に配列したSIL形のパッケージを構成してい
る。
【0035】図3は図2に示した実施の形態1としての
パワーモジュールの制御基板への取付法の一例を示すも
のである。図3において、20AはSIL形パッケー
ジ、23AはSIL形パッケージ20Aの放熱部を構成
する金属板(図示せず)が固着された冷却器23Aであ
り、SIL形パッケージ20Aは冷却器23Aに固着さ
れた状態で制御基板21上に、その他の制御部材22と
共に半田付けされている。SIL形パッケージ20Aに
はその片側辺に電力用および制御用の外部リ−ド端子列
20Aaが一列に配列されているので、図8に示した従
来例と比較して、制御基板20Aへの投影面積の狭いも
のが得られ、また、カバー24Aの加工方法も容易であ
る。
【0036】以上のように、実施の形態1としての半導
体パワーモジュールは、スイッチング素子T1〜T6や
第一制御半導体素子IC1〜IC3、第二制御半導体素
子IC4等を載置する各導体領域や前記電力用および制
御用の外部リード端子列をリードフレーム13Aで構成
し、リードフレーム13Aを金属板11上に絶縁層12
を介し接着したので、構造が簡単で、製造工程を短縮で
き、低コストなものが得られる。また、スイッチング素
子T1〜T6の出力端子U、V、Wと第一制御半導体素
子IC1〜IC3用電源の負端子VUFS、VVFS、VWFS
とを共用したので全体の端子数が削減され、全ての端子
をケース15Aの一方の側面に集中しても、そのそれほ
ど大きなものとならず、SIL形パッケージ20Aの小
形化を可能し、制御基板21Aへの取付け投影面積を狭
くできる。
【0037】さらに、第一電源端子P、第二電源端子N
および出力端子U、V、Wの端子幅を、その他の制御用
端子の端子幅よりも幅広とすると共に、電力用および制
御用の外部リ−ド端子列の両端に第一電源端子P、第二
電源端子Nを配置し、出力端子U、V、Wをその他の制
御用端子列間にバランスよく分散配置したので、前記端
子列の強度が増し、前記端子列の制御基板21Aへの実
装作業を容易にできる。
【0038】実施の形態2.この発明の実施の形態2を
図4に基づき説明する。図4は半導体パワーモジュール
の断面を示す図である。図において、10Bは絶縁金属
基板であり、金属板11、金属板11の一主面上に設け
られた絶縁層12と、絶縁層12上に配設された金属箔
パターンとしての銅箔パターン16、一端が銅箔パター
ン16に固着され、外部リード端子を構成する接続部材
17からなる。
【0039】なお、実施の形態2としての半導体パワー
モジュールの平面図を省略したが、その構成、形状は、
図1におけるリードフレーム13の代わりに銅箔パター
ン16を用いた点と、電力用および制御用の外部リード
端子列が銅箔パターン16にて形成された各端子領域に
一端が固着され、絶縁金属基板10の端縁からの突出し
た銅板材からなる接続部材17にて構成された点を除き
図1に示した実施の形態1としての半導体パワーモジュ
ールとほぼ同じである。
【0040】即ち、図4に示すごとく、金属板11の主
面に設けた絶縁層12上に、銅箔パターン16にて構成
された第二の導体領域16b、第二の電源端子領域16
c、第四の導体領域16f、第二の制御端子領域16
i、中継導体領域16jが載置され、これらの間および
これらと第二の導体領域16b上に載置されたスイッチ
ング素子T6、第四の導体領域16f上に載置された第
二制御半導体素子IC4との間がワイヤ14により配線
され、接続部材17が第二の制御端子領域16iにおけ
る金属板11の端縁近傍に位置する端部に半田付けによ
り固着されている。なお、図示されていないが、第二の
電源端子領域16cもその一端が、第二の制御端子領域
16iと同じく、金属板11の端縁近傍まで、即ち、図
4中の右端近傍まで延伸し、その先端部に接続部材17
が半田付けにより固着されている。
【0041】そして、スイッチング素子T6および第二
制御半導体素子IC4を含めた絶縁金属基板10Bがケ
ース15Bにより覆われて樹脂封止され、保護されると
共に、接続部材17の他端部がケース15Bを貫通し
て、電力用および制御用の外部リード端子列としての第
二の制御端子UNが露出している。なお、図示されてい
ないが、前記電力用および制御用の外部リード端子列を
構成する全ての端子が図面上、第二の制御端子UNに重
なった状態にて露出している。
【0042】実施の形態2においては、実施の形態1の
ものにおけるリードフレーム13の代わりに銅箔パター
ン16が用いられ、別ピ−スの接続部材17の一端を対
応する銅箔パターン16の端部に半田付けにより固着
し、電力用および制御用の外部リード端子列を形成した
ので、リードフレーム13の場合のごとく絶縁層12と
の接着剤による接着工程が不要であり、銅箔パターン1
6との密着性に優れたものが得られ、スイッチング素子
から前記絶縁層を介して金属板への熱放散に優れた小形
ながら高品質のSIL形の半導体パワーモジュールが得
られる。
【0043】また、実施の形態2においては、電力用お
よび制御用の外部リード端子列の各端子を銅箔パターン
16とは別ピースの接続部材17にて構成したので、リ
ードフレーム13を用いた場合のごとく、電力用として
制御用よりも幅広に形成する必要がなく、電力用および
制御用の幅は略同一とし、その厚さをその電流容量に応
じて変えることができ、機械的強度を増すことができ
る。従って、実施の形態1に比較して、電力用外部リー
ド端子を幅広に形成する必要がなく、前記外部リード端
子列の全体の幅をより狭く形成できる。
【0044】そして、実施の形態2においても、図1に
示した実施の形態1のもの同様に、電力用および制御用
の外部リード端子列の端子数を削減し、SIL形パッケ
ージを小形に構成できると共に、前記端子列の両端に、
厚い板厚の第一電源端子(図示せず)、第二電源端子
(図示せず)を配置し、前記端子列の中間にも厚い板厚
の出力端子(図示せず)をバランスよく分散配置するこ
とにより、前記端子列の強度が増し、図3に示す制御基
板21への実装が容易であり、使用者の自由度が増すと
共に、安価で小形、かつ、実装の容易なものが得られ
る。
【0045】
【発明の効果】第1の発明によれば、金属板に形成され
た絶縁層上に形成された各導体領域のうち、直列接続さ
れた第一スイッチング素子および第二スイッチング素子
における前記第一スイッチング素子を制御駆動する第一
制御半導体素子の負側の電源電極を、前記第一スイッチ
ング素子と前記第二スイッチング素子との接続部に接続
することにより、前記第一スイッチング素子および第二
スイッチング素子の出力端子領域を上記負側の電源電極
の端子領域とすると共に、上記第一の電源端子領域、上
記第二の電源端子領域、上記出力端子領域、上記第一の
制御端子領域、上記正側の電源電極端子領域および上記
第二の制御端子領域を、上記金属板の一辺から離れる方
向に並列して突出させ、外部リード端子列としたので、
その端子数を削減できると共に、全ての外部リード端子
をパッケージの一方側に配設した小形の半導体パワーモ
ジュールが得られる効果がある。
【0046】また、第2の発明によれば、第1の発明の
半導体パワーモジュールにおける、全ての導体領域を単
一のリードフレームで構成したので、構成材料が安価で
あると共に製造工程が簡単であり、比較的低コストの半
導体パワーモジュールが得られる効果がある。
【0047】また、第3の発明によれば、第2の発明の
半導体パワーモジュールにおける外部リード端子列のう
ち、少なくとも上記第一の電源端子領域、上記第二の電
源端子領域および上記出力端子領域の外部リード端子の
端子幅が、上記第一の制御端子領域、上記第二の制御端
子領域および上記正側の電源電極端子領域の外部リード
端子の端子幅よりも幅広であると共に、上記第一の電源
端子領域および上記第二の電源端子領域の外部リード端
子を上記端子列の両端にそれぞれ配置したので、上記端
子列としての機械的強度が比較的大きく、基板への取付
け作業が容易な高信頼性の半導体パワーモジュールを得
られる効果がある。
【0048】また、第4の発明によれば、第1の発明の
半導体パワーモジュールにおける各導体領域の絶縁層上
に位置する部分を金属箔パターンにて形成し、上記絶縁
層上から突出した部分を接続部材にて構成し、該接続部
材をその一端が上記絶縁層上にて対応する金属箔パター
ンの端部に固着され、他端を外部リード端子としたの
で、上記絶縁層と上記金属箔パターンとの密着性に優
れ、スイッチング素子から上記絶縁層を介して金属板へ
の熱放散に優れた高品質の半導体パワーモジュールを得
られる効果がある。
【0049】また、第5の発明によれば、第4の発明の
半導体パワーモジュールにおける外部リード端子列のう
ち、少なくとも上記第一の電源端子領域、上記第二の電
源端子領域および上記出力端子領域の外部リード端子の
端子厚さを、上記第一の制御端子領域、上記第二の制御
端子領域および上記正側の電源電極端子領域の外部リー
ド端子の端子厚さよりも厚くすると共に、上記第一の電
源端子領域および上記第二の電源端子領域の外部リード
端子を上記端子列の両端にそれぞれ配置したので、上記
端子列としての機械的強度が比較的大きく、基板への取
付け作業が容易な高信頼性の半導体パワーモジュールを
得られる効果がある。
【0050】また、第6の発明によれば、第3の発明若
しくは第5の発明の半導体パワーモジュールにおける出
力端子領域の外部リード端子を、上記第一の制御端子領
域、上記第二の制御端子領域および上記正側の電源電極
端子領域の外部リード端子からなる端子列の間に分散配
置したので、上記端子列としての機械的強度が安定し、
基板への取付け作業がさらに容易な高信頼性の半導体パ
ワーモジュールを得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1としての半導体パワ
ーモジュールの部品配置を示す平面図である。
【図2】 図1に示した半導体パワーモジュールの断面
図である。
【図3】 図2に示した半導体パワーモジュールの制御
基板への取付法の一例を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態2としての半導体パワ
ーモジュールの断面図である。
【図5】 従来のパワーモジュールに搭載された三相イ
ンバータの回路図である。
【図6】 図5に対応するパワーモジュールの部品配置
を示す平面図である。
【図7】 図6に示した従来の半導体パワーモジュール
の断面図である。
【図8】 図7に示した半導体パワーモジュールの制御
基板への取付法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
10A、10B 絶縁金属基板、11 金属板、12
絶縁層、13A リードフレーム、13Aa 第一の導
体領域、13Ab 第二の導体領域、13Ac第二の電
源端子領域、13Ad 出力端子領域、13Ae 第三
の導体領域、13Af 第四の導体領域、13Ag 第
一の制御端子領域、13Ah 正側の電源電極端子領
域、13Ai 第二の制御端子領域、16 銅箔パター
ン、17接続部材、T1〜T6 スイッチング素子、I
C1〜IC3 第一制御半導体素子、IC4 第二制御
半導体素子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属板に形成された絶縁層と、この絶縁
    層上に形成され、第一スイッチング素子を載置した第一
    の導体領域と、一端が上記第一スイッチング素子の一端
    に直列接続された第二スイッチング素子を載置した第二
    の導体領域と、上記絶縁層上に形成され、上記第一スイ
    ッチング素子を駆動制御する第一制御半導体素子を載置
    した第三の導体領域と、上記絶縁層上に形成され、上記
    第二スイッチング素子を駆動制御する第二制御半導体素
    子を載置した第四の導体領域と、上記絶縁層上に形成さ
    れ、上記第一スイッチング素子の他端に接続された第一
    の電源端子領域と、上記絶縁層上に形成され、上記第二
    スイッチング素子の他端に接続された第二の電源端子領
    域と、上記絶縁層上に形成され、上記第一スイッチング
    素子と上記第二スイッチング素子との接続部に接続され
    た出力端子領域と、上記絶縁層上に形成されると共に上
    記第一制御半導体素子に接続され、この第一制御半導体
    素子に制御信号を入力する第一の制御端子領域と、上記
    絶縁層上に形成されると共に上記第二制御半導体素子に
    接続され、この第二制御半導体素子に制御信号を入力す
    る第二の制御端子領域と、上記絶縁層上に形成されると
    共に上記第一制御半導体素子に接続された正側の電源電
    極端子領域とを備え、上記第一制御半導体素子の負側の
    電源電極を上記出力端子領域に配線してこの出力端子領
    域を上記負側の電源電極端子領域とすると共に、上記第
    一の電源端子領域、上記第二の電源端子領域、上記出力
    端子領域、上記第一の制御端子領域、上記第二の制御端
    子領域および上記正側の電源電極端子領域を、上記金属
    板の一辺から離れる方向に並列して突出させ、外部リー
    ド端子列としたことを特徴とする半導体パワーモジュー
    ル。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体パワーモジュール
    において、各導体領域および各端子領域は単一のリード
    フレームにて形成されていることを特徴とする半導体パ
    ワーモジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の半導体パ
    ワーモジュールにおいて、外部リード端子列のうち、少
    なくとも第一の電源端子領域、第二の電源端子領域およ
    び出力端子領域の外部リード端子の端子幅が、第一の制
    御端子領域、第二の制御端子領域および正側の電源電極
    端子領域の外部リード端子の端子幅よりも幅広であると
    共に、上記第一の電源端子領域および上記第二の電源端
    子領域の外部リード端子が上記端子列の両端にそれぞれ
    配置されていることを特徴とする半導体パワーモジュー
    ル。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体パワーモジュール
    において、各導体領域および各端子領域の絶縁層上に位
    置する部分は金属箔パターンにて形成され、金属板の一
    辺から離れる方向に並列して突出した部分は接続部材に
    て構成され、該接続部材はその一端が上記絶縁層上にて
    対応する金属箔パターンの端部に固着され、他端を外部
    リード端子としたことを特徴とする半導体パワーモジュ
    ール。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体パワーモジュール
    において、外部リード端子列のうち、少なくとも第一の
    電源端子領域、第二の電源端子領域および出力端子領域
    の外部リード端子の端子厚さが、第一の制御端子領域、
    第二の制御端子領域および正側の電源電極端子領域の外
    部リード端子の端子厚さよりも厚いと共に、上記第一の
    電源端子領域および上記第二の電源端子領域の外部リー
    ド端子が上記端子列の両端にそれぞれ配置されているこ
    とを特徴とする半導体パワーモジュール。
  6. 【請求項6】 請求項3または請求項5記載の半導体パ
    ワーモジュールにおいて、出力端子領域の外部リード端
    子は、第一の制御端子領域、第二の制御端子領域および
    正側の電源電極端子領域の外部リード端子からなる端子
    列の間に分散配列されていることを特徴とする半導体パ
    ワーモジュール。
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