JP2005159197A - Semiconductor module and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体モジュール及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor module and a semiconductor device.
従来からの半導体モジュールは、半導体素子の動作や半導体素子に印加される電圧等を制御するための回路が半導体モジュールの製造と並行して作製されていた。このため、制御用の回路が変更されるごとに半導体モジュールの製造工程を変更する必要があり、コストが高くなる等の問題が生じていた。 In the conventional semiconductor module, a circuit for controlling the operation of the semiconductor element, the voltage applied to the semiconductor element, and the like is manufactured in parallel with the manufacture of the semiconductor module. For this reason, it is necessary to change the manufacturing process of the semiconductor module every time the control circuit is changed, and there is a problem that the cost is increased.
そこで、電圧を印加するための電極端子とは別の電極端子が設けられた半導体モジュールが開発されている。この電極端子は、絶縁基板に対して傾斜して延在しており、制御用の回路を有する素子等が後付けされる。 Therefore, a semiconductor module has been developed in which an electrode terminal different from the electrode terminal for applying a voltage is provided. The electrode terminal extends at an angle with respect to the insulating substrate, and an element having a control circuit is attached later.
なお、混成集積回路装置においてインダクタンスを低減する技術が特許文献1に開示されている。半導体パワーモジュールにおいて主回路で発生する熱を放散できる技術が特許文献2に開示されている。半導体装置において主電流端子の高い耐圧とインダクタンスの低減と実現する技術が特許文献3に開示されている。
A technique for reducing inductance in a hybrid integrated circuit device is disclosed in
半導体モジュールは、回路部分、すなわち半導体素子や電極端子等が、シリコンゲル等の絶縁物で覆われる。シリコンゲル等は水分を吸収するため膨張する。このため電極端子に応力が生じ、この応力により電極端子が劣化しやすかった。このため、電極端子の形状をベンド状にすることで、電極端子の強度を高めていた。制御用の回路素子等が後付け可能な電極端子についても同様に、形状をベンド状にすることで強度を高めていた。 In the semiconductor module, circuit portions, that is, semiconductor elements, electrode terminals, and the like are covered with an insulator such as silicon gel. Silicon gel or the like expands to absorb moisture. For this reason, stress is generated in the electrode terminal, and the electrode terminal is easily deteriorated by this stress. For this reason, the intensity | strength of the electrode terminal was raised by making the shape of an electrode terminal into a bend shape. Similarly, the electrode terminal to which a control circuit element or the like can be retrofitted has also been increased in strength by being bent.
一般的に、電極端子の形状がベンド状である場合、電極端子のインダクタンスが高くなる。特に制御用の回路素子が後付け可能な電極端子のインダクタンスが高くなると、制御機能が低下する可能性があった。このため、半導体モジュールの特性が低下する等の問題が生じる可能性もあった。 Generally, when the shape of the electrode terminal is a bend, the inductance of the electrode terminal is increased. In particular, when the inductance of the electrode terminal to which the control circuit element can be retrofitted becomes high, the control function may be lowered. For this reason, there is a possibility that problems such as deterioration of the characteristics of the semiconductor module may occur.
本発明は、上述の事情に鑑みてなれたものであり、電極端子のインダクタンスを小さくすることで、それに起因して半導体モジュールの特性が低下することを防止する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by reducing the inductance of the electrode terminal, it is possible to prevent the characteristics of the semiconductor module from being deteriorated due to the inductance.
この発明にかかる半導体モジュールは、金属板と、前記金属板上に積層され、前記金属板とは反対側の面上に回路パターンを有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に載置される半導体素子とを備え、前記回路パターンは、回路配線部と電極端子部とを含み、前記電極端子部は直線状であり、前記半導体素子と前記回路配線部とを絶縁物により覆うと共に、前記電極端子部の一端を前記絶縁物の周囲より露出させたことを特徴とする。 A semiconductor module according to the present invention includes a metal plate, an insulating substrate stacked on the metal plate, and having a circuit pattern on a surface opposite to the metal plate, and a semiconductor element mounted on the insulating substrate The circuit pattern includes a circuit wiring portion and an electrode terminal portion, the electrode terminal portion is linear, and the semiconductor element and the circuit wiring portion are covered with an insulator, and the electrode terminal portion One end is exposed from the periphery of the insulator.
この発明にかかる半導体モジュールによれば、電極端子部が直線状であるので、インダクタンスが小さくなる。よって、インダクタンスが原因となって半導体モジュールの特性が低下することを防止することができる。また、電極端子部は絶縁基板に対して傾斜しないため、製造コストの低減、生産性の向上、ケースの小型化等が可能になる。 According to the semiconductor module of the present invention, since the electrode terminal portion is linear, the inductance is reduced. Therefore, it is possible to prevent the characteristics of the semiconductor module from being deteriorated due to inductance. Further, since the electrode terminal portion is not inclined with respect to the insulating substrate, the manufacturing cost can be reduced, the productivity can be improved, and the case can be downsized.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態にかかる半導体モジュールの概念的な平面図である。図2は、図1に示される半導体モジュール100の位置A−Aにおける断面図である。
FIG. 1 is a conceptual plan view of a semiconductor module according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the
半導体モジュール100は、金属板1と絶縁基板2、半導体素子4とを備える。絶縁基板2は、金属板1に積層され、金属板1とは反対側の面上に回路パターン3を有する。回路パターン3は、回路配線部32と電極端子部31とを含む。電極端子部31は回路配線部32と接続されている。半導体素子4は絶縁基板2上に載置される。半導体素子4は回路配線部32と接続されている。半導体素子4と回路配線部32とが絶縁物6により覆われる。
The
電極端子部31は、その一端が絶縁物6の周囲から絶縁基板2の表面上に露出しており、位置A−Aの方向と平行な方向へと直線状に延在している。図1では、電極端子部31が三つの電極端子311,312,313を含む場合が示されている。例えば、半導体素子4がトランジスタを含む場合においては、エミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)に電極端子311,312,313がそれぞれ接続されてもよい。
One end of the
図1と図2では、半導体モジュール100が電極端子51,52を更に備える場合が示されている。電極端子51,52は、絶縁物6に覆われ、端部の一方を回路配線部32と接続し、他方を絶縁物6の表面に露出させている。また電極端子51,52は、形状がベンド状である。
1 and 2 show a case where the
上述の半導体モジュール100によれば、電極端子部31が直線状であるので、インダクタンスが小さくなる。よって、インダクタンスが原因となって半導体モジュール100の特性が低下することを防止することができる。また、電極端子部31は絶縁基板2に対して傾斜しないため、製造コストの低減、生産性の向上、ケースの小型化等が可能になる。
According to the
半導体モジュール100が、図3に示されるように電極端子部31が電極端子311,312を二つだけ含む場合であってもよい。例えば、半導体素子4がトランジスタを含む場合においては、エミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)のいずれか二つに電極端子311,312が接続されてもよい。
The
実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1で説明された電極端子部31に、外部からコンデンサを接続する。図4は、本実施の形態にかかる半導体モジュールの回路図である。
In the present embodiment, a capacitor is connected from the outside to the
図4では、半導体素子4が絶縁型バイポーラトランジスタ(IGBT)とフリーホイールダイオード(FWD)とを含む場合が示されている。IGBTは、エミッタ(E)・コレクタ(C)・ゲート(G)を有し、ゲート(G)を有するトランジスタと把握できる。FWDは、エミッタとコレクタの間でIGBTと並列に接続される。
FIG. 4 shows a case where the
電極端子311,312は、コレクタ(C)とエミッタ(E)にそれぞれ接続されている。図中の斜線部は、電極端子311,312が絶縁基板2の表面上に露出していることを示す。以下の実施の形態で説明される図5と図7についても同様である。
The
電極端子51,52は、コレクタ(C)とエミッタ(E)にそれぞれ接続される。電極端子51,52がそれぞれ有するインダクタンスL1,L2は、電極端子51とコレクタ(C)及び電極端子52とエミッタ(E)の間にそれぞれ示されている。電極端子51,52には、例えば電源が接続され、IGBT及びFWDに電圧を印加する。
The
コンデンサは、IGBT及びFWDと並列に電極端子311,312の間に接続される。つまり、コンデンサが、電極端子311,312を含む電極端子部31を介して、IGBTとFWDとに接続されると把握することができる。
The capacitor is connected between the
上述の半導体モジュールによれば、コンデンサがIGBT及びFWDと並列に接続されるので、IGBT及びFWDに印加される電圧が振動することを抑制することができる。 According to the above-described semiconductor module, since the capacitor is connected in parallel with the IGBT and FWD, it is possible to suppress the voltage applied to the IGBT and FWD from vibrating.
実施の形態3.
本実施の形態では、実施の形態1で説明された電極端子部31に、外部からツェナーダイオードを接続する。図5は、本実施の形態にかかる半導体モジュールの回路図である。図5に示される半導体素子4及び電極端子51,52については実施の形態2と同様の内容である。
In the present embodiment, a Zener diode is connected from the outside to the
電極端子311,312は、ゲート(G)とエミッタ(E)にそれぞれ接続される。互いに逆向きで直列に接続された二つのツェナーダイオードは、IGBTと並列に電極端子311,312の間に接続される。ツェナーダイオードは、ゲート(G)の電圧をクランプして制御する。つまり、ツェナーダイオードは外部から接続される回路素子と把握することができる。
The
この場合、半導体素子4は、ゲートを有するトランジスタ(IGBT)を含み、回路素子は、電極端子311,312を含む電極端子部31を介して、トランジスタに接続されると把握することもできる。
In this case, it can be understood that the
上述の半導体モジュールによれば、ツェナーダイオードがゲート(G)とエミッタ(E)を介してトランジスタに並列に接続されるので、インダクタンスが原因となってゲートの電圧が急激に変化することを抑制することができる。 According to the semiconductor module described above, since the Zener diode is connected in parallel to the transistor via the gate (G) and the emitter (E), it is possible to suppress a rapid change in the gate voltage due to the inductance. be able to.
実施の形態4.
本実施の形態では、半導体装置が、実施の形態1で説明された半導体モジュールを複数備える。図6は、本実施の形態にかかる半導体装置を概念的に示す平面図である。
In the present embodiment, the semiconductor device includes a plurality of semiconductor modules described in the first embodiment. FIG. 6 is a plan view conceptually showing the semiconductor device according to the present embodiment.
図6では、半導体装置が二つの半導体モジュール100,101を備える場合が示されている。半導体モジュール100,101は、図3に示される半導体モジュールと同様である。ただし半導体モジュール101において、電極端子53,54は電極端子51,52に、電極端子部31が有する電極端子314,315は電極端子311,312にそれぞれ対応する。
FIG. 6 shows a case where the semiconductor device includes two
半導体モジュール100,101は、それぞれが備える電極端子部31を介して接続される。図6では、電極端子311と電極端子314及び電極端子312と電極端子315が、銅材等でできた配線21によりそれぞれ接続される場合が示されている。
The
上述される半導体装置によれば、インダクタンスの小さい半導体モジュールが備えられるので、半導体装置のインダクタンスも小さくなる。 According to the semiconductor device described above, since the semiconductor module having a small inductance is provided, the inductance of the semiconductor device is also reduced.
上述の半導体装置においては図6に示されるように、半導体モジュール100,101同士が、相手が位置する側に電極端子部31を有することが望ましい。これにより、半導体モジュール100,101をできるだけ短い配線21で接続することができるので、配線に起因するインダクタンスを小さくすることができる。よって、半導体装置のインダクタンスをより小さくすることができる。
In the semiconductor device described above, as shown in FIG. 6, it is desirable that the
図7は、上述の半導体装置において、半導体モジュール100,101にそれぞれ備えられる半導体素子4がIGBTとFWDとを含む場合の回路図である。半導体モジュール100,101に対応する回路図は、図4で示される回路図においてコンデンサが省かれた場合と同様である。ただし半導体モジュール101に対応する回路図において、インダクタンスL3,L4はインダクタンスL1,L2に対応する。
FIG. 7 is a circuit diagram in the case where the
上述の回路図に示される半導体装置によれば、IGBTのコレクタに接続された電極端子311,314が、IGBTのエミッタに接続された電極端子312,315が、それぞれ配線21により接続されるので、半導体モジュール100,101のそれぞれの半導体素子4に印加される電圧を均一化するこができる。
According to the semiconductor device shown in the circuit diagram described above, the
上述いずれの実施の形態においても、用途に応じて回路素子を後付けすることができる。ここで回路素子は、実施の形態2においてはコンデンサを、実施の形態3においてはツェナーダイオードを、実施の形態3においては一方の半導体モジュールを、それぞれ示す。よって、半導体素子4の近傍での回路設計が容易になる。
In any of the above-described embodiments, circuit elements can be retrofitted according to the application. Here, the circuit element indicates a capacitor in the second embodiment, a Zener diode in the third embodiment, and one semiconductor module in the third embodiment. Therefore, circuit design near the
1 金属板、2 絶縁基板、3 回路パターン、4 半導体素子、31 電極端子部、32 回路配線部、100,101 半導体モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記金属板上に積層され、前記金属板とは反対側の面上に回路パターンを有する絶縁基板と、
前記絶縁基板上に載置される半導体素子と
を備え、
前記回路パターンは、回路配線部と電極端子部とを含み、
前記電極端子部は直線状であり、
前記半導体素子と前記回路配線部とを絶縁物により覆うと共に、前記電極端子部の一端を前記絶縁物の周囲より露出させたことを特徴とする、半導体モジュール。 A metal plate,
An insulating substrate laminated on the metal plate and having a circuit pattern on a surface opposite to the metal plate;
A semiconductor element placed on the insulating substrate,
The circuit pattern includes a circuit wiring portion and an electrode terminal portion,
The electrode terminal portion is linear,
A semiconductor module, wherein the semiconductor element and the circuit wiring part are covered with an insulator, and one end of the electrode terminal part is exposed from the periphery of the insulator.
前記電極端子部を介して、前記トランジスタと前記フリーホイールダイオードとにコンデンサが接続される、請求項1に記載の半導体モジュール。 The semiconductor element includes a transistor having a gate and a free wheel diode,
The semiconductor module according to claim 1, wherein a capacitor is connected to the transistor and the free wheel diode via the electrode terminal portion.
前記ゲートの電圧をクランプして制御する回路素子が前記電極端子部を介して前記トランジスタに接続される、請求項1に記載の半導体モジュール。 The semiconductor element includes a transistor having a gate,
The semiconductor module according to claim 1, wherein a circuit element that clamps and controls the voltage of the gate is connected to the transistor through the electrode terminal portion.
前記半導体モジュール同士が、それぞれが備える前記電極端子部を介して接続される、半導体装置。 A plurality of the semiconductor modules according to claim 1,
A semiconductor device in which the semiconductor modules are connected to each other through the electrode terminal portions included in each of the semiconductor modules.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor modules have the electrode terminal portions on at least a side where a counterpart is located.
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