JP2007305983A - パワー半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】パワー半導体モジュールを提供する。
【解決手段】電気絶縁サブストレート(14)と、ハウジング(18)によってサブストレート(14)から離間した回路基板(16)とを配置するパワー半導体モジュール(10)。回路基板(16)に対向するサブストレート(14)の内側(20)には、第１の導電路(22)が接触され、この第１の導電路には、制御ＩＣ構成要素(34)によって駆動可能であるパワー半導体構成要素(28)が接触される。サブストレート(14)に対向する回路基板(16)の内側(38)には、第２の導電路(40)が設けられる。ハウジング(18)において、弾性接続要素(42)は、形状安定な押圧体(44)によって第１および第２の導電路(22と40)の間に圧接される。最適な電磁適合性は、第１の導電路(22)に加えて、ＩＣ導電路(32)および制御ＩＣ構成要素(24)も、サブストレート(14)の内側(20)に設けられることによって達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気絶縁サブストレートと、ハウジングによって上記サブストレートから離間した回路基板とを配置するパワー半導体モジュールであって、回路基板に対向するサブストレートの内側には、第１の導電路が接触され、この第１の導電路には、制御ＩＣ構成要素によって駆動可能であるパワー半導体構成要素が接触され、サブストレートに対向する回路基板の内側には、第２の導電路が設けられ、ハウジングにて、第１および第２の導電路の間に弾性接続要素が圧接されるパワー半導体モジュールに関する。
このようなパワー半導体モジュールは、例えば、本出願人の特許文献１または特許文献２から知られている。この既知のパワー半導体モジュールでは、サブストレートに設けられたパワー半導体構成要素を駆動するために制御ＩＣ構成要素が回路基板に設けられる。この回路基板は、いわゆる、カスタムプレートであり、すなわち、この既知のパワー半導体モジュールでは、サブストレートに設けられたパワー半導体構成要素用の制御ＩＣ構成要素がカスタムプレートで実現される。サブストレートにパワー半導体構成要素を有し、かつハウジングによってサブストレートから離間した回路基板に制御ＩＣ構成要素を有するこの既知のパワー半導体モジュールでは、制御ＩＣ構成要素と、それに関連したパワー半導体構成要素との間に、長い接続が生じる。この比較的長い接続により、この既知のパワー半導体モジュールの電磁適合性は未だ目標に達していないが、この理由は、上記の接続における電磁波の入力（coupling-in）がその接続の長さに比例しているからである。
ＤＥ１０３０６６４３Ｂ４ ＤＥ１０３１６３５５Ｂ３
本発明の課題は、上記の種類の既知のパワー半導体モジュールと比較して簡単に製造可能であり、それと同時に、電磁適合性を向上させる冒頭に述べた様式のパワー半導体モジュールを提供することである。
この課題は、本発明によれば、冒頭に述べた様式のパワー半導体モジュールにおいて、パワー半導体構成要素用の第１の導電路に加えて、さらに、ＩＣ導電路および制御ＩＣ構成要素も、サブストレートの内側に設けられることによって解決される。
このサブストレートは、ＤＣＢ（直接銅ボンディング）サブストレートであることが好ましい。ＩＣ導電路は、関連した回路基板の第２の導電路と共に、関連した弾性接続要素によって圧接される。弾性接続要素は、パワー半導体構成要素の負荷接続および制御接続の両方のために設けられる。
サブストレートの内側に、パワー半導体構成要素だけでなく、制御ＩＣ構成要素も設けられ、かつパワー半導体構成要素が接触されることによって、パワー半導体構成要素と制御ＩＣ構成要素との間には、比較的短い接続が得られるので、それに応じて、本発明によるパワー半導体モジュールの電磁適合性が向上する。本発明によるパワー半導体モジュールのさらなる利点は、パワー半導体構成要素と、これに設けられた制御ＩＣ構成要素との接触が、同一面で、すなわち、回路基板に対向するサブストレートの内側で行われるので、本発明によるパワー半導体モジュールの製造が簡単になるという点にある。
本発明によるパワー半導体モジュールでは、制御ＩＣ構成要素は、好ましくはボンディングワイヤによって、対応するＩＣ導電路に接触される。本発明によれば、パワー半導体構成要素が、ボンディングワイヤによって、対応する第１の導電路に接触された後でも、作業工程の接合装置によって、パワー半導体構成要素、およびこれに設けられた制御ＩＣ構成要素の両方を、それぞれ対応するサブストレートの導電路に接触させることが可能になる。このことにより、時間の節約が可能になり、このことが、本発明によるパワー半導体モジュールの製造の生産性に対して好影響を与える。
本発明によるパワー半導体モジュールでは、制御ＩＣ構成要素は、ハウジングなしの構成要素であることができる。このようなハウジングなしのチップ構成要素は、ボンディングワイヤによって、対応するサブストレートの導電路に簡単に接触させることができる。その他に、制御ＩＣ構成要素はハウジング構成要素であることができる。このようなハウジング構成要素は、例えば、ＳＭＤ構成要素である。
さらなる詳細、特徴および利点は、図面に拡大して示されている本発明によるパワー半導体モジュールの実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
図１は、部分的に示されているヒートシンク１２に直接取り付けて設けられるパワー半導体モジュール１０の形成部の断面図を示している。パワー半導体モジュール１０は、電気絶縁サブストレート１４と、ハウジング１８によってサブストレート１４から離間した回路基板１６とを備える。
図２から明らかなように、電気絶縁サブストレート１４は、回路基板１６に対向する前記電気絶縁基板の内側２０に第１の導電路２２を備える。電気絶縁サブストレート１４をヒートシンク１２に熱的に接続するために、内側２０の反対側の外側２４において、導電サブストレート１４には金属層２６が設けられる。
サブストレート１４の内側２０には、対応する第１の導電路２２にそれぞれ接触されるパワー半導体構成要素２８が配置される。この接触はボンディングワイヤ３０によって行われる。
特に、図２からより明らかなように、電気絶縁サブストレート１４の内側２０には、第１の導電路２２に加えて、さらに、ＩＣ導電路３２も設けられている。このＩＣ導電路３２は、ボンディングワイヤ３６によってＩＣ導電路３２に接触される（図１を参照）制御ＩＣ構成要素３４のために設けられる。
パワー半導体モジュール１０の回路基板１６は、サブストレート１４に対向する内側３８に第２の導電路４０を備える。電気絶縁サブストレート１４の内側２０の第１の導電路２２は、弾性接続要素４２によって回路基板１６の内側３８の第２の導電路４０に圧接される。この圧接は、ヒートシンク１２をねじ止めしたねじ要素４６によって回路基板１６の外側４８に対して形状が安定した押圧体４４によって行われる。このために、押圧体４４には、回路基板１６に対向する前記押圧体の内側５０において、押圧機構５２と周鍔部５４とが形成される。周鍔部５４には、冷却空気流の通過が可能である互いに離間した切欠部５６が形成される。
形状が安定した押圧体４４は、形状安定性を向上させる金属芯５８に組み合わせられる。
ハウジング１８には、弾性接続要素４２用のスリット状案内路６０が形成される。
パワー半導体モジュールの断面図である。 第１の導電路とパワー半導体構成要素と制御ＩＣ構成要素とを有する基板の平面図である。
符号の説明
１０ パワー半導体モジュール
１２ （１０の）ヒートシンク
１４ （１０の）電気絶縁サブストレート
１６ （１０の）回路基板
１８ （１４と１６との間に設けられた１０の）ハウジング
２０ （１４の）内側
２２ （２０に設けられた）第１の導電路
２４ （１４の）外側
２６ （２４に設けられた）金属層
２８ （２０に設けられた）パワー半導体構成要素
３０ （２８と２２との間に設けられた）ボンディングワイヤ
３２ （２０に設けられた）ＩＣ導電路
３４ （２０に設けられた）制御ＩＣ構成要素
３６ （３４と３２との間に設けられた）ボンディングワイヤ
３８ （１６の）内側
４０ （３８に設けられた）第２の導電路
４２ （２２と４０との間に設けられた）弾性接続要素
４４ （１０の）形状が安定した押圧体
４６ （４４と１２との間に設けられた）ねじ要素
４８ （１６の）外側
５０ （４４の）内側
５２ （５０と４８との間に設けられた４４の）押圧機構
５４ （４４の）周鍔部
５６ （５４に設けられた）切欠部
５８ （４４の）金属芯
６０ （４２に関して１８の）スリット状案内路

Claims (5)

  1. 電気絶縁サブストレート（１４）と、ハウジング（１８）によって上記サブストレート（１４）から離間する回路基板（１６）とを配置するパワー半導体モジュールであって、前記回路基板（１６）に対向する前記サブストレート（１４）の内側（２０）には、第１の導電路（２２）が接触され、該第１の導電路には、制御ＩＣ構成要素（３４）によって駆動可能であるパワー半導体構成要素（２８）が接触され、前記サブストレート（１４）に対向する前記回路基板（１６）の内側（３８）には、第２の導電路（４０）が設けられ、前記ハウジング（１８）にて、前記第１の導電路（２２）と第２の導電路（４０）の間に弾性接続要素（４２）が圧接されるパワー半導体モジュールにおいて、
    前記サブストレート（１４）の前記内側（２０）には、前記第１の導電路（２２）に加えて、ＩＣ導電路（３２）および制御ＩＣ構成要素（２４）も設けられることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  2. 前記制御ＩＣ構成要素（３４）が、ボンディングワイヤ（３６）を用いて、関連したＩＣ導電路（３２）に接触されることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
  3. 前記制御ＩＣ構成要素（３４）が、ハウジングなしのチップ構成要素であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジュール。
  4. 前記制御ＩＣ構成要素（３４）が、ハウジング構成要素であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジュール。
  5. 前記弾性接続要素（４２）が、形状安定な押圧体（４４）によって圧接されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
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