JP2003243611A - 半導体モジュール及び半導体装置 - Google Patents

半導体モジュール及び半導体装置

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semiconductor
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宗良 河口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モジュール本体の小型化を実現できる半導体
モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体モジュールが、支持基板上に実装
された複数個の半導体チップが1つのパッケージ内に収
納され、該半導体チップと電気的に接続された電極端子
の少なくとも一部が外部に露出されて、該半導体チップ
から電極が取り出される構造を備える。この半導体モジ
ュールにおいて、エミッタ電極端子が、その一端側で上
記半導体チップのエミッタ電極に接続される一方、その
他端側でモジュール本体上側に露出される。そして、支
持基板が導電体からなり、それ自体で、その上面側で半
導体チップが直接に接合されて半導体チップと電気的に
接続される一方、その下面側で本体底面をなして外部に
露出するコレクタ電極端子をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等の複合型半導体モジュール及び複数の半導体モジュー
ルが組み込まれたインバータ装置等の半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図5及び6は、それぞれ、従来知られた
半導体装置(例えばインバータ装置等)の主回路を構成
する複数のパワーモジュールの実装構造を示す斜視図及
び平面図である。図から分かるように、複数個(ここで
は3つ)のパワーモジュール90が放熱フィン81上に
同方向に配列されて実装されている。各パワーモジュー
ル90は、本体底面をなす支持基板91上に絶縁層(不
図示)を介して実装された複数個の半導体チップ(不図
示)が支持基板91上でパッケージ92により規定され
る空間内に収納される構造を有している。これらのパワ
ーモジュール90では、パッケージ92内に収納された
半導体チップからエミッタ電極,コレクタ電極を取り出
すべく、それぞれ一端側で半導体チップに接続されたエ
ミッタ電極端子97,コレクタ電極端子98が、共に、
その他端側でパッケージ上面に沿って露出されている。
符号94は、入力信号端子である。
【0003】かかる実装構造において、放熱フィン81
上で配列される3つのパワーモジュール90は、それぞ
れ、本体四隅におけるネジ締結により、放熱フィン81
に直接に固定されている。符号99は、ネジ部材を示
す。そして、平板状に形成された細長いエミッタ電極用
及びコレクタ電極用ブスバー86及び87が、モジュー
ル本体上側で、3つのパワーモジュール90を橋渡しす
るようにして取り付けられている。各エミッタ電極端子
及びコレクタ電極端子の露出部分にはネジ挿通孔(不図
示)が形成され、また、これらネジ挿通孔に対応してモ
ジュール本体には雌ネジ構造(不図示)が設けられてお
り、ブスパー86及び87は、それぞれ、エミッタ電極
端子及びコレクタ電極端子の露出部分を介して、モジュ
ール本体にネジ締結される。これにより、異なるパワー
モジュール90の間で、各エミッタ電極端子及びコレク
タ電極端子が電気的に接続される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たパワーモジュール90では、エミッタ電極端子及びコ
レクタ電極端子が共にパッケージ上面に沿って露出され
ることから、モジュールの上側で両電極端子用のスペー
スを確保する必要があり、モジュール本体の小型化が困
難であった。また、パワーモジュール90の実装構造に
ついては、パワーモジュール90が放熱フィン81に対
して直接にネジ締結されるため、放熱フィン81におい
ては、パワーモジュール90の実装スペースを広く設計
する必要があり、その小型化は困難であった。すなわ
ち、放熱フィン81を含む装置本体の小型化が困難であ
った。
【0005】本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされ
たもので、モジュール本体の小型化及びそれが実装され
る装置の小型化を実現できる半導体モジュール及びそれ
が組み込まれた半導体装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願の第1の発明は、支
持基板上に実装された複数個の半導体チップが1つのパ
ッケージ内に収納され、該半導体チップと電気的に接続
された電極端子の少なくとも一部が外部に露出されて、
該半導体チップから電極が取り出される構造を備えた半
導体モジュールにおいて、その一端側で上記半導体チッ
プのエミッタ電極に接続される一方、その他端側でモジ
ュール本体上側に露出されるエミッタ電極端子が設けら
れるとともに、上記支持基板が導電体からなり、その上
面側で半導体チップが直接に接合されて半導体チップと
電気的に接続される一方、その下面側で本体底面をなし
て外部に露出するコレクタ電極端子をなしていることを
特徴としたものである。
【0007】また、本願の第2の発明は、上記第1の発
明に記載の半導体モジュールが該半導体モジュールから
発生した熱を放熱する放熱フィン上に複数個実装され、
異なる半導体モジュール間で各電極端子が電気的に接続
される半導体装置において、上記半導体モジュールと放
熱フィンとの間に平板状のコレクタ電極用ブスバーが介
在させられ、各半導体モジュールが、本体底面をなす支
持基板が上記コレクタ電極用ブスバーと電気的に接続す
るように、コレクタ電極用ブスバーに直接に固定されて
いることを特徴としたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明
の実施の形態に係る非絶縁型パワーモジュールの斜視図
であり、また、図2は、図1におけるC−C線に沿った
縦断面説明図である。このパワーモジュール10は、本
体底面をなす支持基板1上に実装された複数個(ここで
は2つ)の半導体チップ15A,15Bが1つのパッケ
ージ5内に収納される構造を有している。図2に示すよ
うに、半導体チップ15A,15Bは、パッケージ5の
内部で、ボンディングワイヤ7を用いて結線された状態
で、シリコンゲル等の樹脂6により封止されている。
【0009】図1からよく分かるように、パッケージ5
は、全体として、支持基板1の上方へ延び、半導体チッ
プ15A,15Bを収納する空間を構成するチップ収納
部2と、チップ収納部2の両側で支持基板1に沿って延
び、計4つのモジュール本体固定用のネジ挿通孔4aを
有する固定部4とから成る。チップ収納部2はその上端
側で開口し、その開口部は樹脂6による封止後に蓋11
で閉じられる。また、チップ収納部2の上端側には、そ
の一辺において、本体外方へ延びる突起部3が設けられ
る。また、特に図示しないが、固定部4に形成されたネ
ジ挿通孔4aに対応して、支持基板1にも計4つのネジ
挿通孔が形成されている。
【0010】また、このパワーモジュール10は、半導
体チップ15A,15Bからのエミッタ電極及びコレク
タ電極取出し用に半導体チップ15A,15Bと電気的
に接続された電極端子の一部が外部に露出される構造を
有している。この実施の形態では、まず、半導体チップ
15A,15Bからエミッタ電極を取り出すために、そ
の一端側で半導体チップ15A,15Bにボンディング
ワイヤ7を介して接続されたエミッタ電極端子8が、パ
ッケージ5を構成するチップ収納部5の内壁に沿って上
方へ延び、その他端側で、突起部3に沿って外部に露出
している。エミッタ電極端子8の露出部分には、ネジ挿
通孔8aが形成され、これに対応して、突起部3には雌
ネジ構造3aが設けられている。
【0011】更に、この実施の形態では、半導体チップ
15A,15Bからコレクタ電極を取り出すために、支
持基板1が導電体から成り、半導体チップ15A,15
Bは半田(不図示)を用いて支持基板1に接合され、支
持基板1に対して電気的に接続されている。すなわち、
支持基板1は、その上面側で半導体チップ15A,15
Bに接続し、その下面側で本体底面をなしつつ外部に露
出するコレクタ電極端子をなしている。
【0012】なお、半導体モジュール10の外部端子と
しては、このような各電極端子とともに、入力信号端子
9がパッケージ内部から蓋11を通過して上方へ突出す
るように設けられている。
【0013】このような電極取出し構造を備えたパワー
モジュール10では、モジュール本体上側に露出する電
極端子がエミッタ電極端子8のみであり、モジュール本
体上側に複数の電極端子が露出される従来の電極取出し
構造の場合と比較して、モジュール本体上側での電極端
子の露出に要するスペースは小さくて済む。つまり、か
かる電極取出し構造によれば、モジュール本体の小型化
を図ることができる。
【0014】次に、かかる電極取出し構造を備えたパワ
ーモジュール10が、インバータ装置の主回路を構成す
るために用いられる場合について説明する。図2では、
パワーモジュール10とともに、インバータ装置の主回
路の構成に際して、パワーモジュール10が実装される
放熱フィン21と、その放熱フィン21とパワーモジュ
ール10との間に介在させられるコレクタ電極用ブスバ
ー12とが仮想線で示されている。前述したように、パ
ッケージ5の固定部4及び支持基板1には、モジュール
本体固定用のネジ挿通孔が形成されているが、これらの
ネジ挿通孔に対応して、コレクタ電極用ブスバー12に
は、雌ネジ構造12aが設けられている。すなわち、パ
ワモジュール10は、インバータ装置の主回路の構成に
際して、コレクタ電極用ブスバー12に対して直接にネ
ジ締結され、この状態では、コレクタ電極をなす支持基
板1とコレクタ電極用ブスバー12とが電気的に接続さ
れることになる。なお、特に図示しないが、コレクタ電
極用ブスバー12と放熱フィン21との間は、絶縁材料
により絶縁されている。
【0015】図3及び4は、それぞれ、インバータ装置
の主回路を構成する複数のパワーモジュール10の実装
構造を示す斜視図及び平面図である。3つのパワーモジ
ュール10が、放熱フィン21上で所定の間隔をおいて
同方向に配列されるようにして実装されている。より詳
しくは、3つのパワーモジュール10が、各チップ収納
部2の上端側に設けられた突起部3が同一直線上に配列
されるように位置決めされている。各パワーモジュール
10は、前述したように、ネジ部材16を用いた本体4
隅におけるネジ締結により、放熱フィン21に配設され
たコレクタ電極用ブスバー12に固定されている。これ
により、各パワーモジュール10の間で、コレクタ電極
をなす支持基板1が、コレクタ電極用ブスバー12を介
して、互いに電気的に接続される。なお、ここでは、放
熱フィン21が、その上面側で、コレクタ電極用ブスバ
ー12と略同じ大きさに設定されている。
【0016】また、パワーモジュール10の上側では、
平板状に形成された細長いエミッタ電極用ブスバー13
が、3つのパワーモジュール10を橋渡しするようにし
て取り付けられている。このエミッタ電極用ブスバー1
3の取付けは、突起部3に形成された雌ネジ構造3a
(図2参照)に対するネジ部材14を用いたネジ締結に
より行なわれる。このネジ締結の状態では、各パワーモ
ジュール10の間で、エミッタ電極端子8が、エミッタ
電極用ブスバー13を介して、互いに電気的に接続され
る。
【0017】このように、本実施の形態に係るパワーモ
ジュール10の実装構造では、パワーモジュール10が
コネクタ電極用ブスバー12に対して直接に固定された
上で、エミッタ電極用ブスバー13及びコレクタ電極用
ブスバー12が、それぞれ、モジュール本体を挟み込む
ように、モジュール本体上側にてエミッタ電極用ブスバ
ー13が取り付けられる。この実装構造によれば、パワ
ーモジュール10が放熱フィン21に対して直接に固定
されることなく、放熱フィン21の小型化が可能であ
る。その結果、インバータ装置本体の小型化が可能とな
る。
【0018】なお、本発明は、例示された実施の形態に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良及び設計上の変更が可能であるこ
とは言うまでもない。
【0019】
【発明の効果】本願の請求項1の発明によれば、半導体
モジュールが、その一端側で半導体チップのエミッタ電
極に接続される一方、その他端側でモジュール本体上側
に露出されるエミッタ電極端子が設けられるとともに、
支持基板が導電体からなり、その上面側で半導体チップ
が直接に接合されて半導体チップと電気的に接続される
一方、その下面側で本体底面をなして外部に露出するコ
レクタ電極端子をなす電極取出し構造を有するので、モ
ジュール本体上側に露出する電極端子がエミッタ電極端
子のみとなり、モジュール本体上側に複数の電極端子が
露出される従来の電極取出し構造の場合と比較して、モ
ジュール本体上側での電極端子の露出に要するスペース
は小さくて済む。その結果、モジュール本体の小型化を
図ることができる。
【0020】また、本願の請求項2の発明によれば、半
導体装置における半導体モジュールの実装構造におい
て、複数の半導体モジュールと放熱フィンとの間に平板
状のコレクタ電極用ブスバーが介在させられ、各半導体
モジュールが、その支持基板が上記コレクタ電極用ブス
バーと電気的に接続するように、コレクタ電極用ブスバ
ーに直接に固定されるので、パワーモジュールが放熱フ
ィンに対して直接に固定されることなく、放熱フィンの
小型化が可能である。その結果、インバータ装置本体の
小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る非絶縁型のパワー
モジュールを示す斜視図である。
【図2】 図1におけるC−C線に沿ったパワーモジュ
ールの縦断面説明図である。
【図3】 上記実施の形態に係るインバータ装置の主回
路を構成する複数個のパワーモジュールの実装構造を示
すを示す斜視図である。
【図4】 上記パワーモジュールの実装構造を示す平面
図である。
【図5】 従来知られたインバータ装置の主回路を構成
する複数個のパワーモジュールの実装構造を示すを示す
斜視図である。
【図6】 従来知られたインバータ装置の主回路を構成
する複数個のパワーモジュールの実装構造を示す平面図
である。
【符号の説明】
1 コレクタ電極端子兼支持基板,3 突起部,5 パ
ッケージ,8 エミッタ電極端子,10 パワーモジュ
ール,12 コレクタ電極用ブスバー,13エミッタ電
極用ブスバー,15A,15B 半導体チップ,21
放熱フィン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持基板上に実装された複数個の半導体
    チップが1つのパッケージ内に収納され、該半導体チッ
    プと電気的に接続された電極端子の少なくとも一部が外
    部に露出されて、該半導体チップから電極が取り出され
    る構造を備えた半導体モジュールにおいて、 その一端側で上記半導体チップのエミッタ電極に接続さ
    れる一方、その他端側でモジュール本体上側に露出され
    るエミッタ電極端子が設けられるとともに、 上記支持基板が導電体からなり、その上面側で半導体チ
    ップが直接に接合されて半導体チップと電気的に接続さ
    れる一方、その下面側で本体底面をなして外部に露出す
    るコレクタ電極端子をなしていることを特徴とする半導
    体モジュール。
  2. 【請求項2】 上記請求項1に記載の半導体モジュール
    が該半導体モジュールから発生した熱を放熱する放熱フ
    ィン上に複数個実装され、異なる半導体モジュール間で
    各電極端子が電気的に接続される半導体装置において、 上記半導体モジュールと放熱フィンとの間に平板状のコ
    レクタ電極用ブスバーが介在させられ、各半導体モジュ
    ールが、本体底面をなす支持基板が上記コレクタ電極用
    ブスバーと電気的に接続するように、コレクタ電極用ブ
    スバーに直接に固定されていることを特徴とする半導体
    装置。
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