JP2011130626A - Module for semiconductor switch - Google Patents

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JP2011130626A JP2009288863A JP2009288863A JP2011130626A JP 2011130626 A JP2011130626 A JP 2011130626A JP 2009288863 A JP2009288863 A JP 2009288863A JP 2009288863 A JP2009288863 A JP 2009288863A JP 2011130626 A JP2011130626 A JP 2011130626A
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Tetsuya Inoue
哲也 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a module for a semiconductor switch having a structure that achieves good heat dissipation and reduced erroneous switching operation, and also having improved reliability. <P>SOLUTION: The module for the semiconductor switch has the structure that conducts heat emitted from a semiconductor switch element to a heat sink separately arranged from a print substrate, and has the structure that separates a switching current path that serves as an input and output to the semiconductor switch element from a driving current path that drives the semiconductor switch element for switching operation, thereby each path is connected at a short distance. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体スイッチ用モジュールに係り、特に、直流電力をスイッチングすることにより所定の電力に変換する電力変換装置等に用いられる半導体スイッチ用モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor switch module, and more particularly to a semiconductor switch module used for a power conversion device that converts DC power into predetermined power by switching.

従来より、半導体素子のスイッチング機能を利用して高電圧大電流を高速でスイッチングするように構成された、半導体スイッチ用モジュールが知られており、例えばスイッチング型の電源やインバータ装置等の電力変換装置に用いられている(例えば、特許文献1、及び特許文献2参照。)。この種の従来の半導体スイッチ用モジュールの一例を図4乃至図6に例示する。この事例は、半導体スイッチ用モジュールが熱伝導性の良好なアルミ基板上に表面実装型として構成された事例であり、その回路構成を図4に、またモジュールの構造を図5及び図6に例示する。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor switch module configured to switch a high voltage and large current at high speed using a switching function of a semiconductor element is known. For example, a power conversion device such as a switching power source or an inverter device. (See, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). An example of this type of conventional semiconductor switch module is illustrated in FIGS. In this case, the semiconductor switch module is configured as a surface mount type on an aluminum substrate with good thermal conductivity. The circuit configuration is illustrated in FIG. 4 and the structure of the module is illustrated in FIGS. 5 and 6. To do.

図4はこの半導体スイッチ用モジュールの回路構成の一例を示すブロック図である。図4に例示したように、この半導体スイッチ用モジュールは、半導体スイッチ回路としての2つのスイッチアーム1a及び1b、平滑コンデンサ2、駆動回路3、入力側端子対4、ならびに出力端子5から構成されている。半導体スイッチ回路としてのスイッチアーム1a及び1bは、同一に構成される。すなわち、スイッチアーム1aでは2つの半導体スイッチ素子11A及び11Bが、またスイッチアーム1bでは2つの半導体スイッチ素子11C及び11Dが互いに直列に接続されており、その両端は、入力側の端子対4に共通に接続され、2つの半導体スイッチ素子の接続点が出力端子5に接続されている。そして半導体スイッチ素子11A及び11Cがハイサイドスイッチとして、また半導体スイッチ素子11B及び11Dがローサイドスイッチとして機能する。なお、それぞれの半導体スイッチ素子は、さらに2つの半導体素子により構成されているものとしている。   FIG. 4 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the semiconductor switch module. As illustrated in FIG. 4, the semiconductor switch module includes two switch arms 1 a and 1 b as semiconductor switch circuits, a smoothing capacitor 2, a drive circuit 3, an input side terminal pair 4, and an output terminal 5. Yes. The switch arms 1a and 1b as semiconductor switch circuits are configured identically. That is, two semiconductor switch elements 11A and 11B are connected to each other in the switch arm 1a, and two semiconductor switch elements 11C and 11D are connected to each other in series on the switch arm 1b, and both ends thereof are common to the terminal pair 4 on the input side. The connection point of the two semiconductor switch elements is connected to the output terminal 5. The semiconductor switch elements 11A and 11C function as a high-side switch, and the semiconductor switch elements 11B and 11D function as a low-side switch. Each semiconductor switch element is assumed to be composed of two semiconductor elements.

平滑コンデンサ2も入力端子対4間に接続されており、この端子対間を低インピーダンスにして各半導体スイッチ素子が発生するスイッチングノイズを抑える。駆動回路3は、各半導体スイッチ素子11A、11B、11C、及び11Dをオンオフするための駆動信号を供給する。入力端子対4は、この半導体スイッチ用モジュールへの入力を接続するための端子対である。出力端子5は、半導体スイッチ回路によるスイッチング後の出力が現れる端子である。   The smoothing capacitor 2 is also connected between the input terminal pair 4, and the switching noise generated by each semiconductor switch element is suppressed by making the impedance between the terminal pair low. The drive circuit 3 supplies a drive signal for turning on / off each of the semiconductor switch elements 11A, 11B, 11C, and 11D. The input terminal pair 4 is a terminal pair for connecting an input to the semiconductor switch module. The output terminal 5 is a terminal at which an output after switching by the semiconductor switch circuit appears.

また、図5、及び図6は、それぞれこの半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す平面図、及び側面図である。この事例では、半導体スイッチ用モジュールは、放熱性を考慮してアルミ基板上に表面実装型として構成されており、図5に例示したように、アルミ基板6の左端側に2つの半導体素子で構成されたハイサイドスイッチの半導体スイッチ素子11A及び11Cが、その右側の領域にこれら半導体スイッチに駆動信号を供給する駆動回路3の一部及び出力端子5が、その右側の領域となるアルミ基板6の中央部分には平滑コンデンサ2及び入力端子対の一方4aが、その右側の領域に半導体スイッチ素子11B及び11Dが、そしてさらにその右隣となるアルミ基板6の右端部には、駆動回路3の一部及び入力端子対の片方4bが、それぞれ実装されている。   FIGS. 5 and 6 are a plan view and a side view, respectively, showing an example of the structure of the semiconductor switch module. In this example, the semiconductor switch module is configured as a surface mount type on an aluminum substrate in consideration of heat dissipation, and is configured with two semiconductor elements on the left end side of the aluminum substrate 6 as illustrated in FIG. The high-side switch semiconductor switch elements 11A and 11C have a part of the drive circuit 3 for supplying drive signals to these semiconductor switches and the output terminal 5 on the right side of the aluminum substrate 6 which is the right side of the area. The smoothing capacitor 2 and one of the input terminal pairs 4a are located in the central portion, the semiconductor switch elements 11B and 11D are located in the region on the right side, and the right end of the aluminum substrate 6 adjacent to the right side is one of the drive circuits 3. One of the part and the input terminal pair 4b is mounted.

特開2000−92847号公報(第5ページ、図1)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-92847 (5th page, FIG. 1) 特開2004−335625号公報(第12ページ、図1)JP 2004-335625 A (Page 12, FIG. 1)

上述のように、表面実装型に構成された従来の半導体スイッチ用モジュールでは、各半導体スイッチ素子を構成する半導体素子としては、例えば所定の耐電力を有する面実装型のFET(Field Effect Transistor)が用いられ、スイッチング時の損失による半導体素子からの発熱は、熱伝導性絶縁シート等(図示せず)を介してアルミ基板6に伝導される。また、駆動信号は、駆動回路3から対応するFETのゲート電極に供給されるが、ゲート電極は入力インピーダンスが高いので、周辺からのノイズによる影響を受けやすい。このため、駆動回路3は、対応する各半導体素子の近傍に配置する必要がある。さらに、配線パターンによるラインドロップや自己インダクタンスを低減するために、ひとつのスイッチアームを構成するハイサイドスイッチとローサイドスイッチとは、平滑コンデンサ2に短距離で接続されることが望ましい。   As described above, in a conventional semiconductor switch module configured in a surface mount type, as a semiconductor element constituting each semiconductor switch element, for example, a surface mount type FET (Field Effect Transistor) having a predetermined withstand power is used. Heat generated from the semiconductor element due to the loss during switching is conducted to the aluminum substrate 6 via a heat conductive insulating sheet or the like (not shown). The drive signal is supplied from the drive circuit 3 to the corresponding gate electrode of the FET. However, since the gate electrode has a high input impedance, it is easily affected by noise from the periphery. For this reason, it is necessary to arrange the drive circuit 3 in the vicinity of each corresponding semiconductor element. Furthermore, in order to reduce line drop and self-inductance due to the wiring pattern, it is desirable that the high-side switch and the low-side switch constituting one switch arm are connected to the smoothing capacitor 2 at a short distance.

しかしながら、上述した従来の半導体スイッチ用モジュールでは、駆動回路3と各半導体素子とを短距離に配置しているため、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとを短距離で接続できない。このため、その間の配線パターンを十分に短くできず、ラインドロップによる温度上昇や自己インダクタンスの影響により各半導体素子に対するサージ電圧が増加し、放射ノイズの増加や半導体素子が破壊してしまう場合があった。また、分散配置された各駆動回路の周辺には、各半導体素子でスイッチングされた比較的大きなドレイン電流が流れるため、この電流によって生ずる磁界が駆動回路3から半導体素子に供給される駆動信号に結合して半導体素子が誤動作し、同じスイッチアーム内のハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが両導通を起こして半導体素子が破損する場合があった。さらに、半導体素子からの発熱がアルミ基板6を介して繰り返し平滑コンデンサ2に伝わるため、温度サイクル等により平滑コンデンサ2の電極にクラックを発生させてしまう場合があった。   However, in the conventional semiconductor switch module described above, since the drive circuit 3 and each semiconductor element are arranged at a short distance, the high-side switch and the low-side switch cannot be connected at a short distance. For this reason, the wiring pattern between them cannot be shortened sufficiently, the surge voltage for each semiconductor element increases due to the temperature rise due to line drop and the influence of self-inductance, and the radiation noise increases and the semiconductor element may be destroyed. It was. Further, since a relatively large drain current switched by each semiconductor element flows around each of the drive circuits arranged in a distributed manner, a magnetic field generated by this current is coupled to the drive signal supplied from the drive circuit 3 to the semiconductor element. As a result, the semiconductor element malfunctions, and the high-side switch and the low-side switch in the same switch arm are both brought into conduction, and the semiconductor element may be damaged. Furthermore, since heat generated from the semiconductor element is repeatedly transmitted to the smoothing capacitor 2 through the aluminum substrate 6, a crack may occur in the electrode of the smoothing capacitor 2 due to a temperature cycle or the like.

このように、従来の半導体スイッチ用モジュールの構造では、表面実装型を採用して小型化されているものの、発熱の影響を受けやすく、またスイッチング動作に異常を生ずる場合があり、必ずしも信頼性が十分ではなかった。   Thus, although the structure of the conventional semiconductor switch module is miniaturized by adopting the surface mount type, it is easily affected by heat generation and may cause an abnormality in the switching operation. It was not enough.

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、良好な放熱とスイッチングの誤動作を低減した構造を有するともに、信頼性を向上させた半導体スイッチ用モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a module for a semiconductor switch having a structure in which good heat dissipation and switching malfunctions are reduced and reliability is improved. .

上記目的を達成するために、本発明の半導体スイッチ用モジュールは、2つの半導体スイッチ素子が互いに直列に接続され、その両端が入力側の端子対に、またこれら2つの素子の接続点が出力側の端子にそれぞれ接続されたスイッチアームが複数組、入力側の端子対を共通にして並列に接続されてなる半導体スイッチ回路と、前記入力側の端子対間に接続された平滑コンデンサと、前記半導体スイッチ回路内の各半導体スイッチ素子にスイッチ駆動信号を供給する駆動回路とがプリント基板上に実装された半導体スイッチ用モジュールにおいて、前記プリント基板の一方の面には、前記平滑コンデンサと、この平滑コンデンサを挟むように前記半導体スイッチ回路内の各スイッチアームを構成する2つの半導体スイッチ素子の電極リードを互いに対向させ、前記複数のアーム数分、電極リードが対向する方向と直交する方向に互いに隣接させて実装するとともに、前記各半導体スイッチ素子の放熱面を、このプリント基板の面と同一の側に平行に離間させて設けられた放熱板に共通に取り付け、前記プリント基板の他方の面には、このプリント基板の一方の面において前記平滑コンデンサを挟むように対向させた前記半導体スイッチ素子の電極リードの相互間の領域に対応する部位に前記入力側の端子対及び出力側の端子を実装し、この領域の外側で前記半導体スイッチ素子と対向する部位に前記駆動回路を実装したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the semiconductor switch module of the present invention has two semiconductor switch elements connected in series with each other, both ends of which are input terminal pairs, and the connection point of these two elements is the output side. A plurality of sets of switch arms connected to each of the terminals, a semiconductor switch circuit connected in parallel with a common input side terminal pair, a smoothing capacitor connected between the input side terminal pair, and the semiconductor In a semiconductor switch module in which a drive circuit for supplying a switch drive signal to each semiconductor switch element in the switch circuit is mounted on a printed circuit board, the smoothing capacitor and the smoothing capacitor are provided on one surface of the printed circuit board. The electrode leads of the two semiconductor switch elements constituting each switch arm in the semiconductor switch circuit are sandwiched between The semiconductor switch elements are mounted adjacent to each other in a direction orthogonal to the direction in which the electrode leads face each other, and the heat dissipation surface of each semiconductor switch element is the same side as the surface of the printed circuit board. An electrode of the semiconductor switch element that is commonly attached to a heat radiating plate provided in parallel with and spaced from the other surface of the printed circuit board, and is opposed to the other surface of the printed circuit board so as to sandwich the smoothing capacitor therebetween The input-side terminal pair and the output-side terminal are mounted on a portion corresponding to a region between leads, and the drive circuit is mounted on a portion facing the semiconductor switch element outside the region. To do.

本発明によれば、良好な放熱とスイッチングの誤動作を低減した構造を有するとともに、信頼性を向上させた半導体スイッチ用モジュールを得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while having the structure which reduced favorable heat dissipation and the malfunction of switching, the module for semiconductor switches which improved reliability can be obtained.

本発明に係る半導体スイッチ用モジュールの回路構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the circuit structure of the module for semiconductor switches which concerns on this invention. 本発明に係る半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す平面図。The top view which shows an example of the structure of the module for semiconductor switches which concerns on this invention. 本発明に係る半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す側面図。The side view which shows an example of the structure of the module for semiconductor switches which concerns on this invention. 従来の半導体スイッチ用モジュールの回路構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the circuit structure of the module for conventional semiconductor switches. 従来の半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す平面図。The top view which shows an example of the structure of the conventional module for semiconductor switches. 従来の半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す側面図。The side view which shows an example of the structure of the conventional module for semiconductor switches.

以下に、本発明に係る半導体スイッチ用モジュールを実施するための最良の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、背景技術で説明した従来の半導体スイッチ用モジュールと同一の構成要素に相当する部分には、背景技術の説明で使用した符号と同一の符号を用いて説明する。   The best mode for carrying out a semiconductor switch module according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following embodiments, parts corresponding to the same components as those of the conventional semiconductor switch module described in the background art will be described using the same reference numerals as those used in the description of the background art.

図1は、本発明に係る半導体スイッチ用モジュールの一実施例の回路構成を示すブロック図である。本実施例においては、基本部分の回路構成は、図4に例示した従来の回路構成と同様なブロックによりモジュールが構成されているものとしている。   FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment of a semiconductor switch module according to the present invention. In the present embodiment, the circuit configuration of the basic portion is such that a module is configured by the same blocks as the conventional circuit configuration illustrated in FIG.

すなわち、半導体スイッチ回路として2つのスイッチアーム1a及び1b、平滑コンデンサ2、駆動回路3、入力端子対4、出力端子5、ならびにスイッチ駆動用信号入力端子8から構成されている。スイッチアーム1aは、2つの半導体スイッチ素子11A及び11Bが互いに直列に接続され、その両端は入力端子対4に、またこれら2つの半導体スイッチ素子の接続点は出力端子5aに接続されている。スイッチアーム1bも同様に2つの半導体スイッチ素子11C及び11Dが互いに直列に接続されており、その両端は入力端子対4を共通にしてスイッチアーム1aと並列に接続され、2つの素子の接続点は出力端子5bに接続されている。   That is, the semiconductor switch circuit includes two switch arms 1a and 1b, a smoothing capacitor 2, a drive circuit 3, an input terminal pair 4, an output terminal 5, and a switch drive signal input terminal 8. In the switch arm 1a, two semiconductor switch elements 11A and 11B are connected in series with each other, both ends thereof are connected to the input terminal pair 4, and the connection point of these two semiconductor switch elements is connected to the output terminal 5a. Similarly, the switch arm 1b has two semiconductor switch elements 11C and 11D connected in series with each other, and both ends thereof are connected in parallel with the switch arm 1a with the input terminal pair 4 in common. It is connected to the output terminal 5b.

本実施例においては、それぞれの半導体スイッチ素子11A、11B、11C、及び11Dは、さらに2つのFET等の個別半導体素子により構成されているものとしている。そして、それぞれのスイッチアームでは、半導体スイッチ素子11A、及び11Cがハイサイドスイッチとして、また半導体スイッチ11B及び11Dがローサイドスイッチとして機能する。   In the present embodiment, each of the semiconductor switching elements 11A, 11B, 11C, and 11D is assumed to be further configured by individual semiconductor elements such as two FETs. In each switch arm, the semiconductor switch elements 11A and 11C function as a high-side switch, and the semiconductor switches 11B and 11D function as a low-side switch.

平滑コンデンサ2は、その両端が入力端子対4に接続されており、2つのスイッチアーム1a及び1bとも並列に接続され、入力端子対4間を高周波に対して低インピーダンスにして各半導体スイッチ素子が発生する高周波のスイッチングノイズを抑える。駆動回路3は、外部から送られてくるスイッチ駆動用信号をドライブし、これを駆動信号として半導体スイッチ素子11A、11B、11C、及び11Dを構成するそれぞれの個別半導体素子に供給する。入力端子対4は、この半導体スイッチ用モジュールへの入力を接続するための端子対であり、例えば外部の直流電源等に接続される。また、出力端子5は、この半導体スイッチ用モジュールでスイッチング後の出力を外部の負荷等に供給する端子である。スイッチ駆動用信号入力端子8は、外部から供給されるスイッチ駆動用信号を受けとる端子である。   Both ends of the smoothing capacitor 2 are connected to the input terminal pair 4, and the two switch arms 1 a and 1 b are connected in parallel. Suppresses high-frequency switching noise that occurs. The drive circuit 3 drives a switch drive signal sent from the outside, and supplies this to the individual semiconductor elements constituting the semiconductor switch elements 11A, 11B, 11C, and 11D as a drive signal. The input terminal pair 4 is a terminal pair for connecting an input to the semiconductor switch module, and is connected to, for example, an external DC power source. The output terminal 5 is a terminal for supplying the output after switching by this semiconductor switch module to an external load or the like. The switch drive signal input terminal 8 is a terminal for receiving a switch drive signal supplied from the outside.

また、図2及び図3は、それぞれこの半導体スイッチ用モジュールの構造の一例を示す平面図及び側面図である。これら図2、及び図3に例示したように、この半導体スイッチモジュールは、半導体スイッチ回路をなす半導体スイッチ素子11A、11B、11C、及び11D、平滑コンデンサ2(2a及び2b)、駆動回路3、入力端子対4、出力端子5、ならびにスイッチ駆動用信号入力端子8が上面または下面に実装されたプリント基板7と、このプリント基板7に実装された各半導体スイッチ素子の放熱面が共通に取り付けられた平板状の放熱板9とが、互いに平行に配置された構造をなしている。   2 and 3 are a plan view and a side view showing an example of the structure of the module for semiconductor switch, respectively. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the semiconductor switch module includes semiconductor switch elements 11A, 11B, 11C, and 11D that form a semiconductor switch circuit, a smoothing capacitor 2 (2a and 2b), a drive circuit 3, and an input. The printed circuit board 7 on which the terminal pair 4, the output terminal 5, and the switch drive signal input terminal 8 are mounted on the upper surface or the lower surface, and the heat radiation surface of each semiconductor switch element mounted on the printed circuit board 7 are attached in common. The flat heat sink 9 has a structure arranged in parallel to each other.

プリント基板7の下面側には、半導体スイッチ回路をなす半導体スイッチ素子11A、11B、11C、及び11D、ならびに2つの平滑コンデンサ2a及び2bが実装されている。本実施例では、半導体スイッチ素子11A〜11Dは、上記したようにそれぞれに2つの個別半導体素子で構成されており、これら個別半導体素子は、各スイッチアームを構成する2つの半導体スイッチの組み合わせ毎に、平滑コンデンサ2を挟むようにしてその電極リードを互いに対向させ、2アーム分隣接させて実装されている。すなわち、図2に示したように、第1のアーム1aをなす半導体スイッチ素子11A内の2つの個別半導体素子と半導体スイッチ素子11B内の2つの個別半導体素子とが、平滑コンデンサ2aを挟むようにしてそれぞれの電極リードを対向させて実装されており、これと同じように第2のアーム1bをなす半導体スイッチ素子11C及び11Dのそれぞれの個別半導体素子ならびに平滑コンデンサ2bが、図2の紙面で第1のアーム1aの下側に隣接させて実装されている。そして、それぞれの半導体スイッチ素子内の個別半導体素子は、プリント基板7と平行に配置された平面状の放熱板に、熱伝導性絶縁シート10を介して共通に取り付けられている。   On the lower surface side of the printed circuit board 7, semiconductor switch elements 11A, 11B, 11C, and 11D that form a semiconductor switch circuit, and two smoothing capacitors 2a and 2b are mounted. In the present embodiment, the semiconductor switch elements 11A to 11D are each composed of two individual semiconductor elements as described above, and these individual semiconductor elements are provided for each combination of two semiconductor switches constituting each switch arm. The electrode leads are mounted so as to face each other so as to sandwich the smoothing capacitor 2 and are adjacent to each other by two arms. That is, as shown in FIG. 2, the two individual semiconductor elements in the semiconductor switch element 11A forming the first arm 1a and the two individual semiconductor elements in the semiconductor switch element 11B are respectively sandwiched between the smoothing capacitors 2a. The individual semiconductor elements of the semiconductor switch elements 11C and 11D and the smoothing capacitor 2b forming the second arm 1b in the same manner as above are mounted on the paper surface of FIG. It is mounted adjacent to the lower side of the arm 1a. The individual semiconductor elements in each of the semiconductor switch elements are commonly attached to a planar heat radiating plate disposed in parallel with the printed circuit board 7 via a heat conductive insulating sheet 10.

一方、プリント基板7の上面側には、駆動回路3、入力端子対4、出力端子5、及びスイッチ駆動用信号入力端子8が実装されている。この中で、入力端子対4、及び出力端子5は、平滑コンデンサ2に対向する上面側の位置、すなわち、電極リードが対向するように実装された各アームの個別半導体素子の電極リード相互間の領域に実装されている。図2においては、半導体スイッチ素子11Aと半導体スイッチ素子11Bを構成するそれぞれの個別半導体素子の電極リード相互間で、かつ平滑コンデンサ2aと対向するプリント基板の上面側の領域に入力端子対の一方4a、及び出力端子5aが実装されており、同様に半導体スイッチ素子11Cと半導体スイッチ素子11Dを構成するそれぞれの個別半導体素子の電極リード相互間で、かつ平滑コンデンサ2bと対向するプリント基板7の上面側の領域に入力端子対の一方4b、及び出力端子5bが実装されている。また、駆動回路3は、4つの半導体スイッチ素子11A〜11Dのそれぞれに対応させて4分割し、各半導体スイッチ素子を構成する半導体素子と対向するプリント基板7の上面側に実装されている。さらに、外部から供給されるスイッチ駆動用信号を受けとるスイッチ駆動用信号入力端子8a及び8bは、2つのアームをなす半導体スイッチ素子が隣接する領域に実装されている。   On the other hand, a drive circuit 3, an input terminal pair 4, an output terminal 5, and a switch drive signal input terminal 8 are mounted on the upper surface side of the printed circuit board 7. Among these, the input terminal pair 4 and the output terminal 5 are positioned on the upper surface side facing the smoothing capacitor 2, that is, between the electrode leads of the individual semiconductor elements of each arm mounted so that the electrode leads face each other. Implemented in the area. In FIG. 2, one side 4a of the input terminal pair is formed between the electrode leads of the individual semiconductor elements constituting the semiconductor switch element 11A and the semiconductor switch element 11B and in the region on the upper surface side of the printed circuit board facing the smoothing capacitor 2a. And the output terminal 5a, and similarly, between the electrode leads of the individual semiconductor elements constituting the semiconductor switch element 11C and the semiconductor switch element 11D, and on the upper surface side of the printed circuit board 7 facing the smoothing capacitor 2b The input terminal pair 4b and the output terminal 5b are mounted in the region. The drive circuit 3 is divided into four parts corresponding to the four semiconductor switch elements 11A to 11D, and is mounted on the upper surface side of the printed circuit board 7 facing the semiconductor elements constituting each semiconductor switch element. Further, switch drive signal input terminals 8a and 8b for receiving a switch drive signal supplied from the outside are mounted in a region where semiconductor switch elements forming two arms are adjacent to each other.

上述のように構成された本実施例の半導体スイッチ用モジュールにおいては、例えば、入力端子対4には直流電源を接続しておき、この直流電源からの直流電力を、半導体スイッチ素子11A〜11Dからなる半導体スイッチ回路において、スイッチ駆動用信号入力端子8に印加されたスイッチ駆動用の信号によりスイッチングする。この時の半導体スイッチ回路内の各半導体スイッチ素子11A〜11Dは、各スイッチアーム内のハイサイドスイッチとローサイドスイッチが交互に、しかもスイッチアーム間では異なるサイドのスイッチが同時にオンまたはオフとなるような、2つのスイッチ状態を定周期で交互に繰り返すように、駆動回路3からの駆動信号によりスイッチ制御される。すなわち、半導体スイッチ素子11Aと半導体スイッチ素子11Dとが同時にオンとなり、かつ半導体スイッチ素子11Bと半導体スイッチ素子11Cとが同時にオフとなる第1のスイッチ状態と、半導体スイッチ素子11Aと半導体スイッチ素子11Dとが同時にオフとなり、かつ半導体スイッチ素子11Bと半導体スイッチ素子11Cとが同時にオンとなる第2のスイッチ状態とを定周期で交互に繰り返す。そして、スイッチング後の電力を出力端子5から取り出している。   In the semiconductor switch module of the present embodiment configured as described above, for example, a DC power supply is connected to the input terminal pair 4, and DC power from this DC power supply is supplied from the semiconductor switch elements 11A to 11D. In this semiconductor switch circuit, switching is performed by a switch driving signal applied to the switch driving signal input terminal 8. At this time, each of the semiconductor switch elements 11A to 11D in the semiconductor switch circuit is such that the high-side switch and the low-side switch in each switch arm are alternately turned on and the switches on different sides are simultaneously turned on or off between the switch arms. Switch control is performed by a drive signal from the drive circuit 3 so that the two switch states are alternately repeated at regular intervals. That is, the first switch state in which the semiconductor switch element 11A and the semiconductor switch element 11D are simultaneously turned on, and the semiconductor switch element 11B and the semiconductor switch element 11C are simultaneously turned off, the semiconductor switch element 11A and the semiconductor switch element 11D, Are switched off at the same time, and the second switch state in which the semiconductor switch element 11B and the semiconductor switch element 11C are simultaneously turned on is alternately repeated at regular intervals. Then, the electric power after switching is taken out from the output terminal 5.

このようなスイッチング動作においては、特にスイッチの状態が切り換わるタイミングを中心に損失が発生し、半導体スイッチ素子11A〜11Dを構成する個別半導体素子は発熱するが、本実施例においては、これら個別半導体素子の放熱面は、プリント基板7とは距離をおいて配置された放熱板9に、熱伝導性絶縁シート10を介して取り付けられている。このため、これらの素子からの発熱は、主に放熱板9から放熱されることになり、プリント基板7への熱伝導も低減される。従って、プリント基板7に実装された平滑コンデンサ2に対する温度サイクル等の温度負荷も十分低減され、平滑コンデンサ2に対する発熱の影響を抑えることができる。   In such a switching operation, a loss occurs particularly at the timing when the switch state is switched, and the individual semiconductor elements constituting the semiconductor switch elements 11A to 11D generate heat. In this embodiment, these individual semiconductor elements are used. The heat radiating surface of the element is attached to a heat radiating plate 9 disposed at a distance from the printed board 7 via a heat conductive insulating sheet 10. For this reason, the heat generated from these elements is mainly dissipated from the heat radiating plate 9, and the heat conduction to the printed circuit board 7 is also reduced. Therefore, the temperature load such as the temperature cycle on the smoothing capacitor 2 mounted on the printed circuit board 7 is also sufficiently reduced, and the influence of heat generation on the smoothing capacitor 2 can be suppressed.

また、各アームを構成する、直列に接続された2つの半導体スイッチ素子11A及び11B、ならびに11C及び11Dは、それぞれ平滑コンデンサ2a及び2bを挟むようにして、その電極リードを対向させてプリント基板7に実装されている。このため、相互間の接続を短距離の配線パターンとすることができ、配線パターンの自己インダクタンスを減らすことができるとともに、大電流を取り扱う場合においてもラインドロップの影響を低減することができる。加えて、平滑コンデンサとスイッチングノイズの発生源となる半導体スイッチ素子とが短距離で接続されることになるので、スイッチングノイズに対する平滑コンデンサの効果をより高めることができる。   The two semiconductor switch elements 11A and 11B and 11C and 11D connected in series constituting each arm are mounted on the printed circuit board 7 with the electrode leads facing each other so as to sandwich the smoothing capacitors 2a and 2b, respectively. Has been. For this reason, the connection between each other can be made a short-distance wiring pattern, the self-inductance of the wiring pattern can be reduced, and the influence of the line drop can be reduced even when a large current is handled. In addition, since the smoothing capacitor and the semiconductor switch element that is the source of switching noise are connected at a short distance, the effect of the smoothing capacitor on the switching noise can be further enhanced.

さらに、各半導体スイッチ素子11A〜11Dに対して駆動信号を供給する駆動回路3は、各半導体スイッチ素子とは反対側のプリント基板7の面上で、各半導体スイッチ素子と対向する部位に、それぞれの半導体スイッチ素子に対応するように分散させて実装されている。このため、それぞれの駆動回路と半導体スイッチ素子との間の接続距離を短くすることができるとともに、その接続経路は、半導体スイッチ回路が扱う電流の経路からは離隔させることができる。従って、スイッチング電流が駆動信号に結合することによる影響を減らすことができ、半導体スイッチ素子の誤動作を防止して、その破損を抑制することができる。   Further, the drive circuit 3 that supplies a drive signal to each of the semiconductor switch elements 11A to 11D is provided on the surface of the printed circuit board 7 on the opposite side of each semiconductor switch element at a position facing each semiconductor switch element. The semiconductor switch elements are distributed and mounted so as to correspond to the semiconductor switch elements. For this reason, the connection distance between each drive circuit and the semiconductor switch element can be shortened, and the connection path can be separated from the current path handled by the semiconductor switch circuit. Therefore, it is possible to reduce the influence caused by coupling the switching current to the drive signal, to prevent malfunction of the semiconductor switch element, and to suppress the damage.

以上説明したように、本実施例においては、半導体スイッチ素子からの発熱をプリント基板から離隔して設けられた放熱板に伝導する構造にするとともに、半導体スイッチ素子への入出力となるスイッチング電流の経路と、半導体スイッチ素子をスイッチ駆動する駆動信号の経路とを分離し、それぞれの経路は短距離での接続を可能とする構造としている。これにより、良好な放熱とスイッチングの誤動作を低減した構造を有するとともに、信頼性を向上させた半導体スイッチ用モジュールを得ることができる。   As described above, in this embodiment, the heat generated from the semiconductor switch element is conducted to the heat radiating plate provided away from the printed circuit board, and the switching current serving as an input / output to the semiconductor switch element is reduced. The path and the path of the drive signal for driving the semiconductor switch element are separated from each other, and each path has a structure that enables connection at a short distance. As a result, it is possible to obtain a semiconductor switch module having a structure in which good heat dissipation and switching malfunctions are reduced and reliability is improved.

なお、本発明は、上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

1a、1b スイッチアーム
2、2a、2b 平滑コンデンサ
3 駆動回路
4 入力端子対
5 出力端子
6 アルミ基板
7 プリント基板
8 スイッチ駆動用信号入力端子
9 放熱板
10 熱伝導性絶縁シート
11A、11B、11C、11D 半導体スイッチ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Switch arm 2, 2a, 2b Smoothing capacitor 3 Drive circuit 4 Input terminal pair 5 Output terminal 6 Aluminum substrate 7 Printed circuit board 8 Switch drive signal input terminal 9 Heat sink 10 Thermal conductive insulating sheet 11A, 11B, 11C, 11D Semiconductor switch element

Claims (2)

2つの半導体スイッチ素子が互いに直列に接続され、その両端が入力側の端子対に、またこれら2つの素子の接続点が出力側の端子にそれぞれ接続されたスイッチアームが複数組、入力側の端子対を共通にして並列に接続されてなる半導体スイッチ回路と、
前記入力側の端子対間に接続された平滑コンデンサと、
前記半導体スイッチ回路内の各半導体スイッチ素子にスイッチ駆動信号を供給する駆動回路とがプリント基板上に実装された半導体スイッチ用モジュールにおいて、
前記プリント基板の一方の面には、
前記平滑コンデンサと、
この平滑コンデンサを挟むように前記半導体スイッチ回路内の各スイッチアームを構成する2つの半導体スイッチ素子の電極リードを互いに対向させ、前記複数のアーム数分、電極リードが対向する方向と直交する方向に互いに隣接させて実装するとともに、
前記各半導体スイッチ素子の放熱面を、このプリント基板の面と同一の側に平行に離間させて設けられた放熱板に共通に取り付け、
前記プリント基板の他方の面には、
このプリント基板の一方の面において前記平滑コンデンサを挟むように対向させた前記半導体スイッチ素子の電極リードの相互間の領域に対応する部位に前記入力側の端子対及び出力側の端子を実装し、
この領域の外側で前記半導体スイッチ素子と対向する部位に前記駆動回路を実装したことを特徴とする半導体スイッチ用モジュール。
Two semiconductor switch elements are connected in series with each other, a plurality of sets of switch arms each having both ends connected to the input side terminal pair and the connection point of these two elements to the output side terminal, the input side terminals A semiconductor switch circuit connected in parallel with a common pair;
A smoothing capacitor connected between the input-side terminal pair;
In a semiconductor switch module in which a drive circuit for supplying a switch drive signal to each semiconductor switch element in the semiconductor switch circuit is mounted on a printed circuit board,
On one side of the printed circuit board,
The smoothing capacitor;
The electrode leads of the two semiconductor switch elements constituting each switch arm in the semiconductor switch circuit are opposed to each other so as to sandwich the smoothing capacitor, and in a direction orthogonal to the direction in which the electrode leads are opposed by the number of arms. Install it next to each other,
The heat dissipating surface of each semiconductor switch element is commonly attached to a heat dissipating plate provided in parallel with the same side as the surface of the printed circuit board,
On the other side of the printed circuit board,
Mounting the input-side terminal pair and the output-side terminal on a portion corresponding to a region between the electrode leads of the semiconductor switch element opposed to sandwich the smoothing capacitor on one surface of the printed circuit board;
A module for a semiconductor switch, wherein the drive circuit is mounted on a portion facing the semiconductor switch element outside the region.
前記半導体スイッチ素子を、複数の個別半導体素子で構成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ用モジュール。   2. The semiconductor switch module according to claim 1, wherein the semiconductor switch element is composed of a plurality of individual semiconductor elements.
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