JP2005243713A - パワーモジュール及び実装基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 過渡的な電流に関係する寄生インダクタンスを小さくし、安定した大電流動作が可能なパワーモジュールを提供する。
【解決手段】 第１主電極と第２主電極間に主電流を流す半導体チップ１８ａ〜１８ｄを、複数個、内部に実装する。絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）と、絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）上に配置され、一方の端部を絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）から離間するように折り曲げて内部接続端子とし、残余の部分の底部を絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）に接合し、互いに分離して配置された複数の配線板１６ａ〜１６ｄと、複数の配線板１６ａ〜１６ｄの内部接続端子を互いに電気的に短絡する短絡部材３１ｈとをパワーモジュールの内部に備える。複数の配線板１６ａ〜１６ｄには、複数個の半導体チップ１８ａ〜１８ｄの内の対応する半導体チップ１８ａ〜１８ｄの第１主電極が、それぞれ独立に、電気的に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パワーモジュール及び実装基板に関し、特に絶縁性基板の表面上に複数の配線板を有する実装基板、及びこの実装基板上に複数の半導体素子を搭載しこの複数の半導体素子と実装基板の複数の配線板とを電気的に接続する構造を備えたパワーモジュールに関する。

大電力用のパワーモジュールを構成するために、複数の電力用半導体素子を並列接続し、例えば、エミッタ領域、コレクタ領域に平板型アームを接続する技術が提案されている（特許文献１参照。）。特に、電気モータの駆動制御等に使用される高耐圧のパワーモジュールは、図１１に示すように、電力用半導体素子Ｔｒ１及びＴｒ２を複数個電気的に並列に接続し、且つ１つのパッケージ内に収納している。図１１では、シンボルマークで示した電力用半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であるとして説明する。

即ち、電力用半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のそれぞれのコレクタ電極は、図１１に示すように、パワーモジュールのコレクタ端子Ｃに電気的に並列に接続されているとする。更に、電力用半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のそれぞれのエミッタ電極が、パワーモジュールのエミッタ端子Ｅに電気的に並列に接続されているとする。この場合、パワーモジュールのエミッタ端子Ｅは電源Ｖｇを介在させてパワーモジュールのゲート端子Ｇに電気的に接続され、ゲート端子Ｇはパワーモジュールを構成する電力用半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のそれぞれのゲート電極に電気的に並列に接続される。このようにして、パワーモジュールのゲート端子Ｇに印加されるスイッチング電圧により、パワーモジュールのコレクタ端子Ｃからパワーモジュールのエミッタ端子Ｅに流れる大電流の導通動作又は遮断動作を制御することができる。

図１１に等価な、従来のパワーモジュールの具体的な断面構造を図１０に示す。従来のパワーモジュールは、放熱板１１と、放熱板１１上に半田１２ａ，１２ｂによりそれぞれ接合された金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）及び金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）と、金属配線回路基板を構成する配線板１７ａ，１７ｂ上で、それぞれ半田接合された半導体チップ１８ａ，１８ｂと、半導体チップ１８ａ，１８ｂ上の回路基板４５と、放熱板１１の周縁に沿って半導体チップ１８ａ，１８ｂ、金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ；１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）及び回路基板４５の側面周囲を取り囲む樹脂ケース５１と、回路基板４５上のターミナルホルダ５３と、放熱板１１、樹脂ケース５１及びターミナルホルダ５３を備えている。図示を省略しているが、このパワーモジュールを構築するパッケージ内部にはシリコーンゲル等のゲル状封止体が充填されている。

半導体チップ１８ａ，１８ｂのそれぞれの表面（図中、上側表面）上には、図示しないが、エミッタ電極及びゲート電極として使用されるボンディングパッドが配設され、それぞれの裏面（図中、下側表面）上にはコレクタ電極として使用される裏面電極が配設されている。左側の金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）は、絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の表面上に第１配線板（ゲート電極）１５ａ，第２配線板（エミッタ電極）１６ａ，第３配線板（コレクタ電極）１７ａを備えている。ここで、第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）は、下部金属板１３ａと絶縁基板１４ａとで構成されている。同様に、右側の金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）は、絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）の表面上に第１配線板（ゲート電極）１５ｂ，第２配線板（エミッタ電極）１６ｂ，第３配線板（コレクタ電極）１７ｂを備えている。ここで、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）は、下部金属板１３ｂと絶縁基板１４ｂとで構成されている。

左側の金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）の第３配線板（コレクタ電極）１７ａ上には半導体チップ１８ａが実装され、第３配線板（コレクタ電極）１７ｂと半導体チップ１８ａのコレクタパッドとの間は電気的にかつ機械的に接続されている。半導体チップ１８ａのエミッタパッドと金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）の第２配線板（エミッタ電極）１６ａとの間はボンディングワイヤにより電気的に接続されている。半導体チップ１８ａのゲートパッドと金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）の第１配線板（ゲート電極）１５ａとの間はボンディングワイヤにより電気的に接続されている。同様に、右側の金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）の第３配線板（コレクタ電極）１７ｂ上には半導体チップ１８ｂが実装され、第３配線板（コレクタ電極）１７ｂと半導体チップ１８ｂのコレクタパッドとの間は電気的にかつ機械的に接続されている。半導体チップ１８ｂのエミッタパッドと金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）の第２配線板（エミッタ電極）１６ｂとの間はボンディングワイヤにより電気的に接続されている。半導体チップ１８ｂのゲートパッドと金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）の第１配線板（ゲート電極）１５ｂとの間はボンディングワイヤにより電気的に接続されている。

左側の金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）の第１配線板（ゲート電極）１５ａに接続された第１電極柱（ゲート信号端子）４１ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第１外部端子（外部ゲート端子）６１に電気的に接続され、第２配線板（エミッタ電極）１６ａに接続された第２電極柱（エミッタ信号端子）４２ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第２外部端子（外部エミッタ端子）６２ａに電気的に接続され、第３配線板（コレクタ電極）１７ａに接続された第３電極柱（コレクタ信号端子）４３ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第３外部端子（外部コレクタ端子）６３ａに電気的に接続される。同様に、右側の金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）の第１配線板（ゲート電極）１５ｂに接続された第１電極柱（ゲート信号端子）４１ｂは回路基板４５を経由して、第１電極柱（ゲート信号端子）４１ａ側の経路と集合され、第１外部端子（外部ゲート端子）６１に電気的に接続され、第２配線板（エミッタ電極）１６ｂに接続された第２電極柱（エミッタ信号端子）４２ｂは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第２外部端子（外部エミッタ端子）６２ｂに電気的に接続され、第３配線板（コレクタ電極）１７ｂに接続された第３電極柱（コレクタ信号端子）４３ｂは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第３外部端子（外部コレクタ端子）６３ｂに電気的に接続される。ターミナルホルダ５３の外部には、更に第４外部端子６４と第５外部端子６５が突出している。回路基板４５の配線と第４外部端子６４とは、電極柱４６ａで接続され、回路基板４５の配線と第５外部端子６５との接続は、電極柱４６ｂで接続される。第４外部端子６４は、例えば、エミッタ電極のモニタ端子として機能し、第５外部端子６５は、例えば、コレクタ電極のモニタ端子として機能する。

図１０に示すように、半導体チップ１８ａ，１８ｂはパワーモジュールの内部で並列接続されている。それぞれの半導体チップ１８ａ，１８ｂのエミッタパッドは左側の金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）と右側の金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）からそれぞれ延びる第２電極柱（エミッタ信号端子）４２ａ及び４２ｂを介し接続される第２外部端子（外部エミッタ端子）６２ａ及び６２ｂを、互いに外部接続板７２より接続されている。それぞれの半導体チップ１８ａ，１８ｂの裏面電極（コレクタ電極）は、左側の金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）と右側の金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）からそれぞれ延びる第３電極柱（コレクタ信号端子）４３ａ及び４３ｂを介し接続される第２外部端子（外部コレクタ端子）６３ａ及び６３ｂを、互いに外部接続板７３より接続されている。
特開２０００−１０２５１９号公報

図１０に示すような左側の第２外部端子（外部エミッタ端子）６２ａと右側の第２外部端子（外部エミッタ端子）６２ｂとを、互いに外部接続板７２より接続する構造では、左側の半導体チップ１８ａのエミッタパッドと右側の半導体チップ１８ｂのエミッタパッドとの間、外部接続板７２を経由する電流通路に起因した寄生インダクタンスが存在する。図１１は、図１０に対応する従来のパワーモジュールの等価回路表現である。

図１１に示すように、左側電力用半導体素子Ｔｒ１から右側の電力用半導体素子Ｔｒ２側への経路を通じて電流が流れた場合、従来のパワーモジュールでは経路の寄生インダクタンスにより、大きな誘導電圧Ｖｌが発生する。これによるゲート印加電圧Ｖｇの変動が、発振等の並列動作不安定の原因となっている。

このため、従来のパワーモジュールでは、経路の寄生インダクタンスを小さくするために、回路基板４５内の配線層幅を太くする、配線層を厚くする、層数を増やす等の対策を行っているが、配線層幅は回路基板４５のサイズに制限され、配線層を厚くすることと層数を増やすことはコスト増大を伴う。

又、図１０に示すような回路基板４５を用いる場合は、回路基板用第２電極柱（エミッタ信号端子）４７ａ，４７ｂを使い、回路基板４５上内の配線層を介し、左側の第２配線板（エミッタ電極）１６ａと右側の第２配線板（エミッタ電極）１６ｂ間を接続する必要があるが、この回路基板４５上内の配線層を経由する電流経路で寄生インダクタンスが発生する。

上記問題点を鑑み、本発明は、過渡的な電流に関係する寄生インダクタンスを小さくし、安定した大電流動作が可能なパワーモジュール及びこのパワーモジュールに用いることが可能な実装基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、第１主電極と第２主電極間に主電流を流す半導体チップを、複数個、内部に実装するパワーモジュールに関する。即ち、（イ）絶縁基板構造体と、（ロ）絶縁基板構造体上に配置され、一方の端部を絶縁基板構造体から離間するように折り曲げて内部接続端子とし、残余の部分の底部を絶縁基板構造体に接合し、互いに分離して配置された複数の配線板と、（ハ）複数の配線板の内部接続端子を互いに電気的に短絡する短絡部材とをパワーモジュールの内部に備えることを要旨とする。そして、複数の配線板には、複数個の半導体チップの内の対応する半導体チップの第１主電極が、それぞれ独立に、電気的に接続されることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、第１主電極と第２主電極間に主電流を流す半導体チップを、複数個、搭載する実装基板に関する。即ち、（イ）絶縁基板構造体と、（ロ）絶縁基板構造体上に配置され、一方の端部を絶縁基板構造体から離間するように折り曲げて内部接続端子とし、残余の部分の底部を絶縁基板構造体に接合し、互いに分離して配置された複数の配線板と、（ハ）複数の配線板の内部接続端子を互いに電気的に短絡する短絡部材とを備えることを要旨とする。そして、複数の配線板には、複数個の半導体チップの内の対応する半導体チップの第１主電極が、それぞれ独立に、電気的に接続されることを要旨とする。

本発明によれば、過渡的な電流に関係する寄生インダクタンスを小さくし、安定した大電流動作が可能なパワーモジュール、及びこのパワーモジュールに用いることが可能な実装基板を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す本発明の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
（パワーモジュール の構造）
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの内部実装構造は、４つの第１絶縁基板１４ａ、第２絶縁基板１４ｂ、第３絶縁基板１４ｃ及び第４絶縁基板１４ｄを隣接して２×２のマトリクス状に配置して絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）を構成し、この絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）を基礎として構成している。ここで、第１絶縁基板１４ａの表面上には、第１配線板（制御電極板）１５ａ，第２配線板（第１主電極板）１６ａ及び第３配線板（第２主電極板）１７ａが配置されている。同様に、第２絶縁基板１４ｂの表面上には、第１配線板（制御電極板）１５ｂ，第２配線板（第１主電極板）１６ｂ，第３配線板（第２主電極板）１７ｂが配置され、第３絶縁基板１４ｃの表面上には、第１配線板（制御電極板）１５ｃ，第２配線板（第１主電極板）１６ｃ，第３配線板（第２主電極板）１７ｃが配置され、更に、第４絶縁基板１４ｄの表面上には、第１配線板（制御電極板）１５ｄ，第２配線板（第１主電極板）１６ｄ，第３配線板（第２主電極板）１７ｄが配置されている。ここで、「第１主電極」とは、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）においてエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方となる電極を意味する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）においてはソース電極又はドレイン電極のいずれか一方となる電極を意味する。静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）やゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯサイリスタ）では、アノード電極又はカソード電極のいずれか一方となる電極を意味する。「第２主電極」とは、ＢＪＴ，ＩＧＢＴ等においては上記第１主電極とはならないエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方となる電極、ＦＥＴ，ＳＩＴにおいては上記第１主電極とはならないソース電極又はドレイン電極のいずれか一方となる電極を意味する。又、ＳＩサイリスタ、ＧＴＯサイリスタでは、「第２主電極」は、上記第１主電極とはならないアノード電極又はカソード電極のいずれか一方となる電極を意味する。即ち、第１主電極が、エミッタ電極であれば、第２主電極はコレクタ電極であり、第１主電極がソース電極であれば、第２主電極はドレイン電極であり、第１主電極がカソード電極であれば、第２主電極はアノード電極を意味する。又、「制御電極」とは第１主電極及び第２主電極の間を流れる電流を制御する電極であり、例えば、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ，ＳＩＴ，ＳＩサイリスタ，ＧＴＯサイリスタでは、ゲート電極を意味し、ＢＪＴではベース電極を意味する。したがって、例えば、「第１主電極板」、「第２主電極板」、「制御電極板」とは、それぞれ「第１主電極」、「第２主電極」、「制御電極」に関係した配線板の意味である。

絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）を構成する第１〜第４絶縁基板１４ａ〜１４ｄの材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、ベリリア（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック基板が使用可能である。尚、絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）は、図１に示すような４つに分割された第１〜第４絶縁基板１４ａ〜１４ｄからなる構造以外に、これらの第１〜第４絶縁基板１４ａ〜１４ｄを一体とした構造等でも構わない。 一方、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄの材料としては、銅（Ｃｕ）板が好適である。但し、銅板以外に、例えばアルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ−Ｆｅ，Ｃｕ−Ｃｒ，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ，Ｃｕ−Ｓｎ等の銅合金、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ等のニッケル・鉄合金、或いは銅とステンレスの複合材料等を用いることも可能である。更に、これらの金属にニッケル（Ｎｉ）メッキや金（Ａｕ）メッキ等を施したものなどから構成しても良い。第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄは、厚さ０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは厚さ０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度に形成すれば良い。具体的な厚さとしては、０．３ｍｍ程度が例示可能である。

第１絶縁基板１４ａ上の第３配線板（第２主電極板）１７ａには、半田接合により第１半導体チップ１８ａが搭載され、第２絶縁基板１４ｂ上の第３配線板（第２主電極板）１７ｂ上には、第２半導体チップ１８ｂが半田接合されている。同様に、第３絶縁基板１４ｃ上の第３配線板（第２主電極板）１７ｃには、半田接合により第３半導体チップ１８ｃが搭載され、第４絶縁基板１４ｄ上の第３配線板（第２主電極板）１７ｄ上には、第４半導体チップ１８ｄが半田接合されている。第１〜第４半導体チップ１８ａ〜１８ｄのそれぞれの表面（図中、上側表面）上には、図示しないが、第１主電極パッド及び制御電極パッドとして使用されるボンディングパッドが配設されている。更に、第１〜第４半導体チップ１８ａ〜１８ｄのそれぞれの裏面（図中、下側表面）には、第２主電極として使用される裏面電極膜が配設されている。ここで、「第１主電極パッド」、「制御電極パッド」とは、それぞれ「第１主電極」、「制御電極」に関係したボンディングパッドの意味である。

図１に示すように、第１絶縁基板１４ａの第２配線板１６ａの左側の端部は、第１絶縁基板１４ａと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成している。同様に、第２絶縁基板１４ｂの第２配線板１６ｂの左側の端部は、第２絶縁基板１４ｂと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成している。一方、第３絶縁基板１４ｃの第２配線板１６ｃの右側の端部は、第３絶縁基板１４ｃと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成している。同様に、第４絶縁基板１４ｄの第２配線板１６ｄの右側の端部は、第４絶縁基板１４ｄと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成している。尚、第２配線板１６ａ〜１６ｄに設けられた内部接続端子の詳細は、図５及び図６を用いて、後述する。

第１絶縁基板１４ａの第３配線板（第２主電極板）１７ｂと半導体チップ１８ａの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は、半田等で電気的にかつ機械的に接続されている。第１半導体チップ１８ａの第１主電極パッドと第１絶縁基板１４ａの第２配線板（第１主電極板）１６ａとの間はボンディングワイヤ２２ａにより電気的に接続されている。第１半導体チップ１８ａの制御電極パッドと第１絶縁基板１４ａの第１配線板（制御電極板）１５ａとの間はボンディングワイヤ２１ａにより電気的に接続されている。同様に、第２絶縁基板１４ｂの第３配線板（第２主電極板）１７ｂと第２半導体チップ１８ｂの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は電気的にかつ機械的に接続されている。第２半導体チップ１８ｂの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｂの第２配線板（第１主電極板）１６ｂとの間はボンディングワイヤ２２ｂにより電気的に接続されている。第２半導体チップ１８ｂの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｂの第１配線板（制御電極板）１５ｂとの間はボンディングワイヤ２１ｂにより電気的に接続されている。更に、第３絶縁基板１４ｃの第３配線板（第２主電極板）１７ｃと第３半導体チップ１８ｃの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は電気的にかつ機械的に接続されている。第３半導体チップ１８ｃの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｃの第２配線板（第１主電極板）１６ｃとの間はボンディングワイヤ２２ｃにより電気的に接続されている。第３半導体チップ１８ｃの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｃの第１配線板（制御電極板）１５ｃとの間はボンディングワイヤ２１ｃにより電気的に接続されている。更に、第２絶縁基板１４ｄの第３配線板（第２主電極板）１７ｄと第４半導体チップ１８ｄの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は電気的にかつ機械的に接続されている。第４半導体チップ１８ｄの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｄの第２配線板（第１主電極板）１６ｄとの間はボンディングワイヤ２２ｄにより電気的に接続されている。第４半導体チップ１８ｄの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｄの第１配線板（制御電極板）１５ｄとの間はボンディングワイヤ２１ｄにより電気的に接続されている。尚、図１では、ボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄ、ボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄは、それぞれ１本ずつ記載しているが、これは、便宜上の表現であり、電流容量に応じて、ボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄ、ボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄの本数や太さは任意に設計できる。又、ボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄ、ボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄの代わりに、帯状の接続部材（ボンディング帯）を用いても良い。これらのボンディングワイヤやボンディング帯の材料としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が使用可能である。

図１において、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄの、第１〜第４絶縁基板１４ａ〜１４ｄに接合している部分のパターンが、同一形状のストライプパターンとして示されているが、実際には、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄのパターンは互いに異なるように形成してよいことは勿論である。例えば、第１〜第４半導体チップ１８ａ〜１８ｄを搭載する第３配線板１７ａ〜１７ｄのストライプの幅は、第１〜第４半導体チップ１８ａ〜１８ｄの大きさに適合するように設計され、一般には、第３配線板１７ａ〜１７ｄのストライプの幅は、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄのストライプの幅よりも大きく設定される。第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄのストライプの幅は、それぞれボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄ、ボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄがボンディングできる幅であれば良いからである。又、４つに分離された第３配線板１７ａ〜１７ｄを一体として矩形状の一枚の第３配線板としても良い。更に、対向する２つのストライプである第１配線板１５ａと第１配線板１５ｄの組を、一体のストライプとして連続的に形成すること可能である。同様に、対向する２つのストライプである第１配線板１５ｂ及び１５ｃの組を一体のストライプとして形成しても良く、第２配線板１６ａ及び１６ｄの組、第２配線板１６ｂ及び１６ｃの組を、それぞれ一体のストライプとして形成すること可能である。更に、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄの、第１〜第４絶縁基板１４ａ〜１４ｄに接合している部分のストライプパターンの長さを統一する必要はなく、ボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄ、ボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄをボンディングする場所と、寄生インダクタンスの検討により、それぞれのストライプパターンの最適長さを設計し、互いに異なるようにしても構わない。

図１に示すように、第２配線板１６ａ及び１６ｂの左側の端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）と、第２配線板１６ｃ及び１６ｄの右側の端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）とは、Ｈ型に成形された梁状の短絡バー（短絡部材）３１ｈにより、互いに電気的に接続され、同電位に設定されている。短絡バー（短絡部材）３１ｈは、銅（Ｃｕ）等の導電率の良好な金属で形成されている。

第１絶縁基板１４ａの第１配線板（制御電極板）１５ａには、第１電極柱（制御電極信号端子）４１ａが、第２配線板（第１主電極板）１６ａには、第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ａが、第３配線板（第２主電極板）１７ａには第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ａが直立している。同様に、第２絶縁基板１４ｂの第１配線板（制御電極板）１５ｂには、第１電極柱（制御電極信号端子）４１ｂが、第２配線板（第１主電極板）１６ｂには、第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ｂが、第３配線板（第２主電極板）１７ｂには第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ｂが直立している。更に、第３絶縁基板１４ｃの第１配線板（制御電極板）１５ｃには、第１電極柱（制御電極信号端子）４１ｃが、第２配線板（第１主電極板）１６ｃには、第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ｃが、第３配線板（第２主電極板）１７ｃには第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ｃが直立し、第４絶縁基板１４ｄの第１配線板（制御電極板）１５ｄには、第１電極柱（制御電極信号端子）４１ｄが、第２配線板（第１主電極板）１６ｄには、第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ｄが、第３配線板（第２主電極板）１７ｄには第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ｄが直立している。第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄは、銅（Ｃｕ）等の導電率の良好な金属で形成すれば良い。ここで、「第１主電極信号端子」、「第２主電極信号端子」及び「制御電極信号端子」とは、それぞれ「第１主電極」、「第２主電極」及び「制御電極」に関係した信号端子の意味である。

図１では、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄが、それぞれ、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄの互いに対向する端部近傍に配置されているが、これは一例であり、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄを、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ及び第３配線板１７ａ〜１７ｄのどの位置に配置するかは、パッケージの設計により、任意に選択可能である。例えば、第２電極柱４２ａ〜４２ｄの位置とボンディングワイヤ２２ａ〜２２ｄの位置と端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）とを互いに近づけ、第２配線板１６ａ〜１６ｄのストライプの長さを短くする配置（トポロジー）にすれば、第１主電極周りの寄生インダクタンスを小さくできる。同様に、第１電極柱４１ａ〜４１ｄの位置とボンディングワイヤ２１ａ〜２１ｄの位置を近づけ、第１配線板１５ａ〜１５ｄのストライプの長さを短くすれば、制御電極周りの寄生インダクタンスを小さくできる。

更に、４つに分離された第３配線板１７ａ〜１７ｄを一体として矩形状の一枚の第３配線板とした場合は、４つ分の第３配線板１７ａ〜１７ｄを集合して、１本の第３電極柱を設けても良い。或いは、更に、対向する第１配線板１５ａと第１配線板１５ｄの組を、一体のストライプとして連続的に形成した場合は、第１配線板１５ａと第１配線板１５ｄの両方をまとめて、１本の第１電極柱としても良い。同様に、対向する２つの第１配線板１５ｂ及び１５ｃの組を一体のストライプとして形成した場合や、第２配線板１６ａ及び１６ｄの組、第２配線板１６ｂ及び１６ｃの組を、それぞれ一体のストライプとして形成した場合もそれぞれ、まとめて１本の第１電極柱又は第２電極柱を配置することも可能である。又、図１では、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄの合計１２本の電極柱を配置しているが、パッケージの設計により、１３本以上の電極柱を配置しても良いことは勿論である。

図１に示した内部実装構造を切断面Ｓで切った断面図に相当する、パワーモジュールの全体を示す断面図を、図２に示す。切断面Ｓの位置の関係上、図２においては、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの放熱板１１と、放熱板１１上に半田１２ａ，１２ｂによりそれぞれ接合された第１金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）及び第２金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）とを備えた構造が、断面上に示されているが、図１から容易に理解できるように、紙面の奥には、第３及び第４金属配線回路基板が存在する。便宜上、以下の説明では、第１及び第２金属配線回路基板に着目して説明するが、第３及び第４金属配線回路基板についても同様な構造であり、重複した説明は省略する。尚、放熱板１１には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の単一金属材料の他、銅・タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の合金材料や複合材料が使用可能である。又、半田１２ａ，１２ｂとしては、鉛・錫（Ｐｂ−Ｓｎ）共晶半田等が使用可能である。

第１金属配線回路基板（１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ）は、下部金属板１３ａ，この下部金属板１３ａの上部に接合された絶縁基板１４ａ，及び絶縁基板１４ａの表面上に接合された第１配線板（制御電極板）１５ａ，第２配線板（第１主電極板）１６ａ，第３配線板（第２主電極板）１７ａを備えている。下部金属板１３ａと絶縁基板１４ａとで、第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）を形成している。同様に、第２金属配線回路基板（１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ）は、下部金属板１３ｂ，この下部金属板１３ｂの上部に接合された絶縁基板１４ｂ，及び絶縁基板１４ｂの表面上に接合された第１配線板（制御電極板）１５ｂ，第２配線板（第１主電極板）１６ｂ，第３配線板（第２主電極板）１７ｂを備えている。下部金属板１３ｂと絶縁基板１４ｂとで、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）を形成している。下部金属板１３ａ、１３ｂと絶縁基板１４ａ、１４ｂとは、それぞれ酸化銅（ＣｕＯ）を接着剤としたロウ付け、活性化金属法や直接接合法で接合される。「活性化金属法」はロウ材に銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）及びチタン（Ｔｉ）を用いたロウ付け法である。同様に、第１配線板１５ａ，１５ｂ，第２配線板１６ａ，１６ｂ，第３配線板１７ａ，１７ｂと絶縁基板１４ａ、１４ｂとは、それぞれたロウ付けや直接接合法で接合される。例えば、ＡｌＮ基板からなる絶縁基板１４ａ〜１４ｄの上面に、第１配線板１５ａ〜１５ｄ，第２配線板１６ａ〜１６ｄ，第３配線板１７ａ〜１７ｄを、下面に銅箔からなる下部金属板１３ａ〜１３ｄをＤＢＣ（direct bond copper）技術で、それぞれ接続しても良い。この説明からは、図１に示した絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）は、図２では、第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）、第３絶縁性基板（１３ｃ，１４ｃ）及び第４絶縁性基板（１３ｄ，１４ｄ）から構成されると説明するのが、より正確な表現である。しかし、図２の断面図の性格上、第３絶縁性基板（１３ｃ，１４ｃ）及び第４絶縁性基板（１３ｄ，１４ｄ）は、図示を省略している。

第１配線板１５ａ，１５ｂ，第２配線板１６ａ，１６ｂ，第３配線板１７ａ，１７ｂは、図１で既に説明したような形状である。特に、第２配線板１６ａ，１６ｂの一方の端部は、第１絶縁基板１４ａ，１４ｂと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成しているが、切断面Ｓで切った断面図である図２には、図示されていない。図２では、第３絶縁基板１４ｃの第２配線板１６ｃの紙面の一番奥の端部が第３絶縁基板１４ｃと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成している様子と、第４絶縁基板１４ｄの第２配線板１６ｄの紙面の一番奥の端部が、第４絶縁基板１４ｄと接合することなく、垂直方向に曲げ加工して内部接続端子を形成して様子が示されている。即ち、図２においては、第３絶縁基板１４ｃの第２配線板１６ｃの紙面の一番奥の端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）と、第４絶縁基板１４ｄの第２配線板１６ｄの紙面の一番奥の端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）とが、短絡バー（短絡部材）３１ｈにより、互いに電気的に接続され、同電位に設定されているた様子を示している。しかし、図１を参照すれば明らかなように、図示を省略した第１及び第２絶縁基板１４ａ及び１４ｂの第２配線板１６ａ及び１６ｂの端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）は、第２配線板１６ｃ及び１６ｄの端部に設けられた垂直方向曲げ加工部（内部接続端子）と、Ｈ型に成形された梁状の短絡バー（短絡部材）３１ｈにより、互いに電気的に接続され、同電位に設定されている。図２は、図１に示した本発明の実施の形態に係るパワーモジュールを切断面Ｓで切った断面図であるので、図２では、Ｈ型に成形された梁状の短絡バー（短絡部材）３１ｈの中方の梁部の断面のみがハッチングで示されている。

第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）上の第３配線板１７ａには、半田接合により第１半導体チップ１８ａが搭載され、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）上の第３配線板１７ｂ上には、第２半導体チップ１８ｂが半田接合されている。そして、第１半導体チップ１８ａ及び第２半導体チップ１８ｂの上方には、回路基板４５が配置されている。詳細を省略するが、回路基板４５は、第１〜第４半導体チップ１８ａ〜１８ｄの制御・駆動回路や保護回路を搭載しておくことが可能なプリント基板である。回路基板４５上に集積化する制御回路としては、ｎＭＯＳ制御回路、ｐＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制御回路、バイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、ＳＩＴ制御回路等が使用できる。又、回路基板４５上に集積化する保護回路としては、過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路等を含むことが可能である。

更に、放熱板１１の周縁に沿って第１半導体チップ１８ａ、第２半導体チップ１８ｂ、第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）及び回路基板４５等を収納するように、樹脂ケース５１が配置され、この樹脂ケース５１と、回路基板４５上のターミナルホルダ５３及び放熱板１１とで密閉構造のパッケージを構成している。樹脂ケース５１は、ポリイフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂が採用可能であるが、樹脂ケース５１の代わりに金属ケースを採用しても良い。ターミナルホルダ５３には、ＰＰＳ等の樹脂が採用可能である。図２では、内部実装構造を示しやすくするために、図示を省略しているが、実際には、図３に示すように、このパワーモジュールを構築するパッケージの内部にはシリコーンゲル等のゲル状封止体５７が充填されている。ゲル状封止体５７が充填後、樹脂ケース５１とターミナルホルダ５３との間は、エポキシ樹脂等の封止樹脂５２で封止される。

既に、図１において説明したように、第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の第３配線板１７ａ上には第１半導体チップ１８ａが実装され、第３配線板１７ｂと第１半導体チップ１８ａの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は電気的にかつ機械的に接続されている。第１半導体チップ１８ａの第１主電極パッドと第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の第２配線板１６ａとの間はボンディングワイヤ２２ａにより電気的に接続されている。第１半導体チップ１８ａの制御電極パッドと第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の第１配線板１５ａとの間はボンディングワイヤ２１ａにより電気的に接続されている。同様に、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）の第３配線板１７ｂ上には第２半導体チップ１８ｂが実装され、第３配線板１７ｂと第２半導体チップ１８ｂの裏面電極膜（第２主電極膜）との間は電気的にかつ機械的に接続されている。第２半導体チップ１８ｂの第１主電極パッドと第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）の第２配線板１６ｂとの間はボンディングワイヤ２２ｂにより電気的に接続されている。第２半導体チップ１８ｂの制御電極パッドと第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）の第１配線板１５ｂとの間はボンディングワイヤ２１ｂにより電気的に接続されている。

第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の第１配線板１５ａに接続された第１電極柱（制御電極信号端子）４１ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第１外部端子（外部制御電極端子）６１に電気的に接続されている。第１絶縁性基板（１３ａ，１４ａ）の第２配線板１６ａに接続された第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第２外部端子（外部第１主電極端子）６２ａに電気的に接続され、第３配線板１７ａに接続された第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ａは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第３外部端子（外部第２主電極端子）６３ａに電気的に接続される。同様に、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）の第１配線板１５ｂに接続された第１電極柱（制御電極信号端子）４１ｂは回路基板４５を経由して、第１電極柱（制御電極信号端子）４１ａ側の経路と集合され、ターミナルホルダ５３の外部に突出する第１外部端子（外部制御電極端子）６１に電気的に接続されている。更に、第２絶縁性基板（１３ｂ，１４ｂ）、第２配線板１６ｂに接続された第２電極柱（第１主電極信号端子）４２ｂは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第２外部端子（外部第１主電極端子）６２ｂに電気的に接続され、第３配線板１７ｂに接続された第３電極柱（第２主電極信号端子）４３ｂは回路基板４５を経由してターミナルホルダ５３の外部に突出する第３外部端子（外部第２主電極端子）６３ｂに電気的に接続されている。これら図１で示したは第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄの１２本の電極柱の他、回路基板４５の配線と接続するため、図２では、更に他の電極柱４７ａ，４７ｂ，４８ａが示されている。又、回路基板４５の配線と第１電極柱（制御電極信号端子）４１ａ，４１ｂ等と接続するために、更に他の電極柱４６ａ，４６ｂが配置されている。ターミナルホルダ５３の外部には、更に第４外部端子６４と第５外部端子６５が突出している。そして、回路基板４５の配線と第４外部端子６４とは、電極柱４６ａで接続され、回路基板４５の配線と第５外部端子６５との接続は、電極柱４６ｂで接続される。第４外部端子６４は、例えば、第１主電極のモニタ端子として機能し、第５外部端子６５は、例えば、第２主電極のモニタ端子として機能する。

尚、樹脂ケース５１とターミナルホルダ５３とは一体としたターミナルホルダ一体型ケースを構成可能であり、この場合は、図２に示した封止樹脂５２は不要である。即ち、「ターミナルホルダ一体型ケース」は、放熱板１１の周縁に沿って配置され、絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）、複数の半導体チップ１８ａ〜１８ｄ、短絡部材３１ｈとを取り囲む側壁部と、側壁部の上端を覆い、複数の配線板１５ａ〜１５ｄ；１６ａ〜１６ｄ；１７ａ〜１７ｄに電気的に接続される外部端子６１，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４，６５を有する上蓋部とを有するように、一体として構成しても良い。

図２に示すように、第１半導体チップ１８ａ及び第２半導体チップ１８ｂはパワーモジュールの内部で並列接続されている。そして、図２に示す左側の第２外部端子（外部第１主電極端子）６２ａと右側の第２外部端子（外部第１主電極端子）６２ｂとは、図１０と同様に、互いに外部接続板より接続可能である。この場合、第１半導体チップ１８ａの第１主電極パッドと第２半導体チップ１８ｂの第１主電極パッドとの間は、太く短い短絡部材（内部短絡経路）３１ｈで短絡されるので、図４に示す外部接続板を経由する電流通路に起因した寄生インダクタンスは、小さなインダクタンスの短絡部材（内部短絡経路）３１ｈで短絡され、合成インダクタンスは小さな値になる。図４では、第１半導体チップ１８ａに対応する左側の電力用半導体素子Ｔｒ１の外部第２主電極端子Ｃから外部第１主電極端子Ｅの方向へ第１主電流が流れる。同時に、第２半導体チップ１８ｂに対応する、右側の電力用半導体素子Ｔｒ２の外部第２主電極端子Ｃから外部第１主電極端子Ｅの方向へ第２主電流が、第１主電流と並列に流れる。第１主電流と第２主電流との合成により、主電流ＩMの大電流動作を実現している。

したがって、図４に示す本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの等価回路表現で明らかなように、左側の電力用半導体素子Ｔｒ１から右側の電力用半導体素子Ｔｒ２側への経路を通じて電流が流れた場合、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールでは内部短絡経路３１ｈの寄生インダクタンスが小さいため、内部短絡経路３１ｈに発生する誘導電圧Ｖinducedは比較的小さな値に抑制可能である。このため、ゲート印加電圧Ｖｇの変動により、発振等の並列動作を不安定にする現象が回避できる。即ち、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールでは、短絡部材（内部短絡経路）３１ｈを用いるだけで、簡単に、経路の寄生インダクタンスを小さくできるので、回路基板４５内の配線層幅を太くする、配線層を厚くする、層数を増やす等の対策も不要であり、コスト増大を回避可能である。言い換えれば、図２及び図３に示すような回路基板４５を用いる場合においても、回路基板用電極柱４７ａ，４７ｂ，４８ａ等を経由して、回路基板４５上内の配線層を介し、左側の第２配線板１６ａと右側の第２配線板１６ｂ間を接続しても、この経路は、インダクタンスが小さい短絡部材（内部短絡経路）３１ｈで短絡されるので、この回路基板４５上内の配線層を経由する電流経路で寄生インダクタンスの発生は問題にならない。このように、図１０に示した従来技術に係るパワーモジュールより、遙かに小さな寄生インダクタンス成分に抑制できるので、各絶縁性基板（１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄ）の第１主電極電位を揃えることが容易であり、安定した並列動作を実現できる。

即ち、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、過渡的な電流（パルス状の電流）Ｉ_tはインダクタンスの小さい内部短絡経路３１ｈへ流れ、各絶縁性基板（１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄ）の第１主電極電位を瞬時に揃えることができる。又、内部短絡経路３１ｈは、インダクタンスＬ_gの大きい、制御電圧Ｖgの規準電位側の経路と別経路にすることができる。即ち、インダクタンスＬ_gの大きい、制御電圧Ｖgの規準電位側の経路には、過渡的な電流（パルス状の電流）Ｉ_tは流れないようにすることが出きる。このため、制御電圧Ｖgの規準電位側の経路に発生する電圧ＶIs：
ＶIs ＝Ｌ_g（ｄＩ_t／ｄｔ） ・・・・・（１）
は、（ｄＩ_t／ｄｔ）の値が小さいので、殆ど無視でき、即ち、図４に示した制御電圧Ｖgの規準電位側の経路に発生する電圧ＶIsが制御電極Ｇへ印加されることを避けることが可能となり、安定した制御電極電圧を得ることができる。これらによりパワーモジュール内部の複数の半導体チップ１８ａ〜１８ｄの並列動作の安定性向上が図れる。

図１の説明で、紹介したように、第２配線板１６ｂに設けられた内部接続端子の詳細を図５に示す。図５（ａ）では、下部金属板１３ｂに接合された第２絶縁基板１４ｂの第２配線板１６ｂの左側の端部は、第２絶縁基板１４ｂと接合することなく、垂直方向に曲げ加工され、高さ３〜８ｍｍ程度、より好ましくは高さ５〜６ｍｍ程度の内部接続端子を形成している。垂直方向に曲げ加工された部分である内部接続端子の高さは、半導体チップ１８ａ，１８ｂの厚さを考慮して設計すれば良い。即ち、図３に示したゲル状封止体５７が、半導体チップ１８ａ，１８ｂの上面と短絡バー（短絡部材）３１ｈの下面の間に、十分に充填できるように内部接続端子の高さが設計される。そして、垂直方向に曲げ加工された内部接続端子の頂部は、溶接若しくは半田等の接続部材１９により、短絡バー（短絡部材）３１ｈに接合されている。

図５（ａ）に示す構造の特徴は、垂直方向に曲げ加工された部分で定義される内部接続端子が、残余の部分、即ち、第２絶縁基板１４ｂに接合している第２配線板１６ｂと一体で形成されている点である。内部接続端子が、第２絶縁基板１４ｂに接合している第２配線板１６ｂと一体で形成されているので、温度サイクルにも安定で、実装信頼性が向上する。例えば、図５（ａ）に示す構造と等価な構造を、第２絶縁基板１４ｂに接合している第２配線板１６ｂの端部に半田等で別体としての金属を接合した場合は、温度サイクルにより切断やはがれ等の恐れがあり、実装信頼性が乏しい。

図５（ａ）に示す構造は、端部近傍の断面の形状としてはＬ型構造であるが、図５（ｂ）に示す構造は、端部近傍の断面の形状としてはＵ型構造である。即ち、図５（ｂ）に示す構造は、第２絶縁基板１４ｂの第２配線板１６ｂの左側の端部が、第２絶縁基板１４ｂと接合することなく、垂直方向に曲げ加工され、更に、短絡バー（短絡部材）３１ｈとの糊代部分を構成するように、直角に折れ曲がっている。糊代部分の長さは、１〜１０ｍｍ程度、より好ましくは２〜６ｍｍ程度に設ければ良い。糊代部分の長さは、短絡バー（短絡部材）３１ｈとの接合強度、接合信頼性とパッケージの小型化への要求を考慮して決めれば良い。図５（ａ）と同様に、このＵ型構造に曲げ加工された内部接続端子の頂部の糊代部分は、溶接若しくは半田等の接続部材１９により、短絡バー（短絡部材）３１ｈに接合される。又、図５（ａ）と同様に、Ｕ型構造となるように、内部接続端子が、残余の部分、即ち、第２絶縁基板１４ｂに接合している第２配線板１６ｂと一体で形成されているので、温度サイクルにも安定で、実装信頼性が向上する。特に、図５（ａ）の場合は、内部接続端子と短絡部材３１ｈとの接合部分の面積は、第２配線板１６ｂの頂部断面積で決まり、第２配線板１６ｂの厚さを０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度にしている場合は、接合面積に一定の限界がある。これに対し、図５（ｂ）に示すように端部近傍をＵ型構造にし、糊代部分を確保することにより、図５（ａ）に示すＬ型構造に比し、よりも広い接合面積が得られるので、高い接合強度及び高い接合信頼性が得られ、より高い実装信頼性が得られる。

（パワーモジュール の組み立て方法）
次に、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの組み立て方法を、図１〜図３、図６及び図７を参照して説明する。

（イ）先ず、図６に示すように、放熱板（図示省略）上に、４つの第１絶縁基板１４ａ、第２絶縁基板１４ｂ、第３絶縁基板１４ｃ及び第４絶縁基板１４ｄが隣接して搭載された実装基板を用意する。４つの第１絶縁基板１４ａ、第２絶縁基板１４ｂ、第３絶縁基板１４ｃ及び第４絶縁基板１４ｄとで、絶縁基板構造体（１４ａ〜１４ｄ）を構成している。図２に示したように、絶縁基板１４ａ〜１４ｄは、下部金属板を介して、放熱板に接続されている。更に、第１絶縁基板１４ａの表面上には、第１配線板１５ａ，第２配線板１６ａ及び第３配線板１７ａが配置され、第２絶縁基板１４ｂの表面上には、第１配線板１５ｂ，第２配線板１６ｂ，第３配線板１７ｂが配置され、第３絶縁基板１４ｃの表面上には、第１配線板１５ｃ，第２配線板１６ｃ，第３配線板１７ｃが配置され、更に、第４絶縁基板１４ｄの表面上には、第１配線板１５ｄ，第２配線板１６ｄ，第３配線板１７ｄが配置されている。又、第１絶縁基板１４ａの第１配線板１５ａには、第１電極柱４１ａが、第２配線板１６ａには、第２電極柱４２ａが、第３配線板１７ａには第３電極柱４３ａが直立し、第２絶縁基板１４ｂの第１配線板１５ｂには、第１電極柱４１ｂが、第２配線板１６ｂには、第２電極柱４２ｂが、第３配線板１７ｂには第３電極柱４３ｂが直立し、第３絶縁基板１４ｃの第１配線板１５ｃには、第１電極柱４１ｃが、第２配線板１６ｃには、第２電極柱４２ｃが、第３配線板１７ｃには第３電極柱４３ｃが直立し、第４絶縁基板１４ｄの第１配線板１５ｄには、第１電極柱４１ｄが、第２配線板１６ｄには、第２電極柱４２ｄが、第３配線板１７ｄには第３電極柱４３ｄが直立している。

（ロ） 次に、図７に示すように、第１絶縁基板１４ａ上の第３配線板１７ａに第１半導体チップ１８ａを、第２絶縁基板１４ｂ上の第３配線板１７ｂ上に第２半導体チップ１８ｂを、第３絶縁基板１４ｃ上の第３配線板１７ｃに第３半導体チップ１８ｃを、第４絶縁基板１４ｄ上の第３配線板１７ｄ上に第４半導体チップ１８ｄを半田接合により搭載する。

（ハ） 更に、図７に示すように、第１半導体チップ１８ａの第１主電極パッドと第１絶縁基板１４ａの第２配線板１６ａとの間をボンディングワイヤ２２ａにより接続、第１半導体チップ１８ａの制御電極パッドと第１絶縁基板１４ａの第１配線板１５ａとの間をボンディングワイヤ２１ａにより接続する。同様に、第２半導体チップ１８ｂの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｂの第２配線板１６ｂとの間をボンディングワイヤ２２ｂにより、第２半導体チップ１８ｂの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｂの第１配線板１５ｂとの間をボンディングワイヤ２１ｂにより、第３半導体チップ１８ｃの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｃの第２配線板１６ｃとの間をボンディングワイヤ２２ｃにより、第３半導体チップ１８ｃの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｃの第１配線板１５ｃとの間をボンディングワイヤ２１ｃにより、第４半導体チップ１８ｄの第１主電極パッドと第２絶縁基板１４ｄの第２配線板１６ｄとの間をボンディングワイヤ２２ｄにより、第４半導体チップ１８ｄの制御電極パッドと第２絶縁基板１４ｄの第１配線板１５ｄとの間をボンディングワイヤ２１ｄにより接続する。

（ニ）その後、図１に示すように、溶接若しくは半田付け等の手法により、第２配線板１６ａ及び１６ｂの左側の端部に設けられた内部接続端子と、第２配線板１６ｃ及び１６ｄの右側の端部に設けられた内部接続端子とを、短絡バー（短絡部材）３１ｈにより、互いに電気的に接続する。

（ホ）更に、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄの内、対応する電極柱が貫通する孔が開いた回路基板４５を図２及び図３に示すように、短絡バー（短絡部材）３１ｈの上方に配置する。この際、回路基板４５上の配線と接続する必要がある電極柱とその配線とを半田等で接続し、固定する。図６及び図７では図示を省略しているが、設計によっては、図２に示すように、他の電極柱４７ａ，４７ｂ，４８ａと回路基板４５上の配線とを半田で接続しても良い。

（ヘ）次に、図２及び図３に示すように、、絶縁樹脂を放熱板１１の周縁に沿って、放熱板１１上に、射出成形し、この絶縁樹脂からなる樹脂ケース５１を外囲ケースとして成形する。

（ト）その後、図２及び図３に示すように、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄが貫通する孔が開口されたターミナルホルダ５３を樹脂ケース５１の上蓋として、回路基板４５の上方に配置する。そして、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄと対応する第１外部端子６１、第２外部端子６２ａ，６２ｂ，第３外部端子６３ａ，６３ｂ、第４外部端子６４、第５外部端子６５等に接続する。更に、必要に応じて、例えば、回路基板４５の配線と第４外部端子６４、第５外部端子６５との接続を、それぞれ電極柱４６ａ，４６ｂを用いて行う。

（チ）そして、ターミナルホルダ５３と樹脂ケース５１の間に設けられた、絶縁性充填部材注入口（ゲル状封止体注入口）から、シリコーンゲル等のゲル状封止体５７を注入し、その後、絶縁性充填部材注入口（ゲル状封止体注入口）をエポキシ樹脂等の封止樹脂５２で封止すれば、図２及び図３に示すように、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールは完成する。

尚、樹脂ケース５１を外囲ケースとして成形する際に、樹脂ケース（側壁部）５１とターミナルホルダ（上蓋部）５３とは一体でターミナルホルダ一体型ケースとして構成可能であり、この場合は、図２に示した封止樹脂５２による封止工程は不要である。

上述のように、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの組み立て方法では、樹脂ケース５１を放熱板１１上に射出成形することにより作製し、絶縁樹脂からなる樹脂ケース５１と放熱板１１とを一体化している。これにより、絶縁樹脂からなる樹脂ケース５１と放熱板１１間の接着性は向上し、パッケージ内部への水分の侵入を防止することができる。尚、図２及び図３に示す樹脂ケース５１を形成するための、絶縁樹脂の射出成形工程は、絶縁基板１４ａ〜１４ｄの放熱板１１上への積載前であっても構わない。即ち、上述したパワーモジュールの組み立て方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々のパワーモジュールの組み立て方法により、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールは、実現可能であることは勿論である。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第２配線板１６ｂに設けられた内部接続端子の詳細を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したが、内部接続端子の構造は、図５に限定されるものではない。特に、図５（ａ）に示した垂直方向に曲げ加工された内部接続端子の頂部の構造、或いは図５（ｂ）に示したＵ型構造の糊代部分の構造は、溶接若しくは半田等の接続部材１９により、短絡バー（短絡部材）３１ｈと接合する場合、より高い接合強度及び高い接合信頼性が得られる構造が採用可能である。図８には、そのような一例として、第２配線板１６ａ〜１６ｄに設けられた内部接続端子の糊代部分に、溝が設けられた構造を示す。対応する短絡バー（短絡部材）３１ｈにも、図８とは逆のトポロジーの凹凸を設けておけば、糊代部分に設けられた溝を利用して、互いにはめ込み、その後、溶接若しくは半田等の接続をすることにより、より高い接合強度及び高い接合信頼性が得られる。

又、短絡部材の構造は、図１に示すＨ型の短絡バー（短絡部材）３１ｈに限定されるものではない。例えば、図９に示すような額縁状（枠型形状）の短絡バー（短絡部材）３１ｏとしても良い。その他、「田の字」型や簾型、格子型等種々の変形例が採用可能である。又、第１電極柱４１ａ〜４１ｄ，第２電極柱４２ａ〜４２ｄ，第３電極柱４３ａ〜４３ｄ及び第４電極柱４４ａ〜４４ｄの少なくとも一部を貫通する孔が開口された平板状の短絡部材とすれば、寄生インダクタンスを極めて小さくできる。「田の字」型、簾型、格子型、或いは穴あき平板状の短絡部材の場合は、４本の第２電極柱４２ａ〜４２ｄを１本に集合し、短絡部材の上部に設けても良い。一方、パワーモジュールの仕様により、Ｉ型若しくは単純な棒状の短絡バーにして、構造を簡略化し、小型軽量化を図っても良い。

更に、短絡部材の絶縁基板１４ａ〜１４ｄに対する配置方向は、図１に示す配置方向に限定されるものではなく、絶縁基板１４ａ〜１４ｄを固定し、短絡部材のみを９０度回転したトポロジーでも構わない。

更に、上記実施の形態に係るパワーモジュールでは、２×２＝４個の半導体チップ１８ａ〜１８ｄが搭載された例を示したが、半導体チップの数は、４個に限定されるものではない。例えば、２×３＝６個、２×４＝８個、３×３＝９個・・・・・等でも良く、少なくとも１×２＝２個を含む複数個であれば、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの技術的思想は適用可能である。

本発明の実施の形態に係るパワーモジュールは、例えば、ＩＧＢＴ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）、ＧＴＯサイリスタ等のパワー半導体素子を搭載した半導体チップに適用可能であるが、３端子デバイスに限定されるものではなく、ダイオード等の２端子デバイスやダブルゲートＩＧＢＴ，ダブルゲートＳＩサイリスタ等の４端子デバイスにも適用可能である。２端子デバイスや４端子デバイスでは、絶縁基板１４ａ〜１４ｄ上に設けられる配線板の数や電極柱の数がそれに併せて増減されることは勿論である。

又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールに搭載される半導体チップは、全て同一種類のパワー半導体素子に限定されるものではない。例えば、ＩＧＢＴとこれに並列接続される還流ダイオードとの組み合わせのように、異種のパワー半導体素子の組み合わせでも良い。例えば、４個のＩＧＢＴとこれに並列接続される４個の還流ダイオードの合計８個の半導体チップを搭載する構造でも良い。

又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールにおいて、各半導体チップ１８ａ〜１８ｄの第１主電極パッドと対応する第２配線板１６ａ〜１６ｄとの間、或いは各半導体チップ１８ａ〜１８ｄの制御電極パッドと対応する第１配線板１５ａ〜１５ｄとの間をボンディングワイヤで接続する構造のみに限定されるものではない。例えば、フリップチップ構造で、各半導体チップ１８ａ〜１８ｄと対応する第１配線板１５ａ〜１５ｄの間及び各半導体チップ１８ａ〜１８ｄと第２配線板１６ａ〜１６ｄとの間をバンプ接続等により、電気的に接続しても良い。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの構造の一部としての、パワーモジュールの内部実装構造を示す模式的な鳥瞰図である。 図１に示したパワーモジュールの内部実装構造を切断面Ｓで切った断面図に相当する、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの全体を示す断面図である。 図２に示したパワーモジュールに、ゲル状封止体を封入した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの等価回路表現である。 本発明の実施の形態に係るパワーモジュールに用いられる内部接続端子の構造を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの組み立て方法を説明するために、半導体チップが搭載される前の状態の、内部実装構造を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの組み立て方法を説明するために、図６で示したパワーモジュールの内部実装構造に、半導体チップが搭載された後の状態を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の他の実施の形態に係るパワーモジュールの内部実装構造として、内部接続端子の頂部に溝を設けた構造を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の更に他の実施の形態に係るパワーモジュールの内部実装構造として、額縁状（枠型形状）の短絡部材の構造を示す模式的な鳥瞰図である。 従来のパワーモジュールの断面構造図である。 従来のパワーモジュールの等価回路表現である。

符号の説明

１１…放熱板
１２ａ，１２ｂ…半田
１３ａ〜１３ｄ…下部金属板
１４ａ〜１４ｄ…絶縁基板
１５ａ〜１５ｄ…第１配線板
１６ａ〜１６ｄ…第２配線板
１７ａ〜１７ｄ…第３配線板
１８ａ…第１半導体チップ
１８ｂ…第２半導体チップ
１８ｃ…第３半導体チップ
１８ｄ…第４半導体チップ
１９…接続部材
２１ａ〜２１ｄ…ボンディングワイヤ
２２ａ〜２２ｄ…ボンディングワイヤ
３１ｈ…短絡部材（内部短絡経路）
４１ａ〜４１ｄ…第１電極柱
４２ａ〜４２ｄ…第２電極柱
４３ａ〜４３ｄ…第３電極柱
４４ａ…第４電極柱
４５…回路基板
４６ａ，４６ｂ…電極柱
４７ａ，４７ｂ，４８ａ…回路基板用電極柱
５１…樹脂ケース
５２…封止樹脂
５３…ターミナルホルダ
５７…ゲル状封止体
６１…第１外部端子
６２ａ…第２外部端子
６３ａ…第３外部端子
６４…第４外部端子
６５…第５外部端子
７２、７３…外部接続板

Claims (6)

1. 第１主電極と第２主電極間に主電流を流す半導体チップを、複数個、内部に実装するパワーモジュールであって、
   絶縁基板構造体と、
   前記絶縁基板構造体上に配置され、一方の端部を前記絶縁基板構造体から離間するように折り曲げて内部接続端子とし、残余の部分の底部を前記絶縁基板構造体に接合し、互いに分離して配置された複数の配線板と、
   前記複数の配線板の前記内部接続端子を互いに電気的に短絡する短絡部材
   とを前記パワーモジュールの内部に備え、前記複数の配線板には、前記複数個の半導体チップの内の対応する半導体チップの前記第１主電極が、それぞれ独立に、電気的に接続されることを特徴とするパワーモジュール。
2. 前記絶縁基板構造体を上部に備え、且つ底部を前記パワーモジュールの外部に露出する放熱板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記絶縁基板構造体は、前記放熱板の上部に配置された複数の絶縁基板からなり、前記複数個の半導体チップは、前記複数の絶縁基板上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
4. 前記放熱板の周縁に沿って配置され、前記絶縁基板構造体、前記複数の半導体チップ、前記短絡部材とを取り囲むケースと、
   前記ケースの上端を覆い、前記複数の配線板に電気的に接続される外部端子を有するターミナルホルダと、
   前記放熱板、前記ケース及び前記ターミナルホルダとにより囲まれた空間に充填される封止体と
   を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
5. 前記放熱板の周縁に沿って配置され、前記絶縁基板構造体、前記複数の半導体チップ、前記短絡部材とを取り囲む側壁部と、
   前記側壁部の上端を覆い、前記複数の配線板に電気的に接続される外部端子を有する上蓋部
   とを有するターミナルホルダ一体型ケースを更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
6. 第１主電極と第２主電極間に主電流を流す半導体チップを、複数個、搭載する実装基板であって、
   絶縁基板構造体と、
   前記絶縁基板構造体上に配置され、一方の端部を前記絶縁基板構造体から離間するように折り曲げて内部接続端子とし、残余の部分の底部を前記絶縁基板構造体に接合し、互いに分離して配置された複数の配線板と、
   前記複数の配線板の前記内部接続端子を互いに電気的に短絡する短絡部材
   とを備え、前記複数の配線板には、前記複数個の半導体チップの内の対応する半導体チップの前記第１主電極が、それぞれ独立に、電気的に接続されることを特徴とする実装基板。
   

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