JP2011243808A - Semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の半導体チップが配置された半導体モジュールに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor module in which a plurality of semiconductor chips are arranged.
従来の半導体モジュールにおいては、長方形又は正方形のベース板の一面に複数の半導体チップが列をなして配置される(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional semiconductor module, a plurality of semiconductor chips are arranged in a row on one surface of a rectangular or square base plate (see, for example, Patent Document 1).
この半導体モジュールに通電すると、各半導体チップが発熱する。この発熱により、各半導体チップの間では、熱干渉が発生する。ここで、ベース板端部側の半導体チップは、発熱源となる他の半導体チップにベース板中央側のみで隣接している。 When the semiconductor module is energized, each semiconductor chip generates heat. Due to this heat generation, thermal interference occurs between the semiconductor chips. Here, the semiconductor chip on the end side of the base plate is adjacent to another semiconductor chip serving as a heat source only on the center side of the base plate.
しかしながら、ベース板中央の半導体チップは、発熱源となる他の半導体チップに両側から挟まれた状態となる。このため、上記従来の半導体モジュールでは、ベース板端部側の半導体チップの温度よりもベース板中央の半導体チップの温度の方が高くなり易い。 However, the semiconductor chip in the center of the base plate is in a state of being sandwiched from both sides by another semiconductor chip serving as a heat source. For this reason, in the conventional semiconductor module, the temperature of the semiconductor chip at the center of the base plate is likely to be higher than the temperature of the semiconductor chip at the end of the base plate.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、複数の半導体チップの温度を均一にすることができる半導体モジュールを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor module capable of making the temperature of a plurality of semiconductor chips uniform.
この発明に係る半導体モジュールは、列をなして配置された複数の半導体チップ、を備え、前記複数の半導体チップは、他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップほど、他の半導体チップから伝播される熱量による温度上昇の抑制量が大きいものである。 A semiconductor module according to the present invention includes a plurality of semiconductor chips arranged in a row, and the plurality of semiconductor chips, the semiconductor chip having a smaller total value of the distance to the other semiconductor chip, the other semiconductor chip The amount of suppression of temperature rise due to the amount of heat propagated from is large.
また、この発明に係る半導体モジュールは、列をなして配置された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップに電圧を供給する電源端子と、前記電源端子間で前記複数の半導体チップの各々に直列に接続された複数の抵抗と、を備え、前記複数の抵抗は、他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップに接続された抵抗ほど、抵抗値が大きいものである。 The semiconductor module according to the present invention includes a plurality of semiconductor chips arranged in a row, a power supply terminal for supplying a voltage to the plurality of semiconductor chips, and each of the plurality of semiconductor chips between the power supply terminals. A plurality of resistors connected in series, and the resistors connected to the semiconductor chip having a smaller total distance from other semiconductor chips have a higher resistance value.
また、この発明に係る半導体モジュールは、同心円状に均等間隔で配置された複数の半導体チップと、環状に形成され、環状の一面に前記複数の半導体チップを配置させたベース体と、を備えたものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor module comprising: a plurality of semiconductor chips arranged concentrically at equal intervals; and a base body formed in an annular shape and having the plurality of semiconductor chips arranged on one annular surface. Is.
また、この発明に係る半導体モジュールは、同心円状に均等間隔で配置された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップの数に応じた数の外縁部を有するように多角形状に形成され、各外縁部近傍の一面に前記複数の半導体チップの各々を配置させたベース体と、を備えたものである。 Further, the semiconductor module according to the present invention is formed in a polygonal shape so as to have a plurality of semiconductor chips arranged concentrically at equal intervals and a number of outer edge portions corresponding to the number of the plurality of semiconductor chips, And a base body in which each of the plurality of semiconductor chips is arranged on one surface in the vicinity of the outer edge portion.
これらの発明によれば、複数の半導体チップの温度を均一にすることができる。 According to these inventions, the temperatures of the plurality of semiconductor chips can be made uniform.
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 A mode for carrying out the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における半導体モジュールの平面図である。
図1において、1はベース体である。このベース体1は、電極板からなる。このベース体1は、水平投影面上で略長方形に形成される。このベース体1の一面は平面となっている。このベース体1の一面には、複数のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)チップ2a〜2fが配置される。具体的には、ベース体1の長縁部の一方に沿って、3個のIGBTチップ2a〜2cが均等間隔で一列に並んで配置される。また、ベース体1の長縁部の他方に沿って、3個のIGBTチップ2d〜2fが均等間隔で一列に並んで配置される。さらに、各IGBTチップ2a〜2fのベース体1内側には、ダイオードチップ3a〜3fが配置される。
1 is a plan view of a semiconductor module according to
In FIG. 1, 1 is a base body. This
ベース体1の他面は一面と平行となっている。このベース体1の他面側には、冷却装置4が配置される。この冷却装置4は、水平投影面上で略長方形に形成される。この冷却装置4は、水平投影面上でベース体1全体が重なるように配置される。この冷却装置4のIGBTチップ2d〜2f側長縁部の一側には、冷媒の入口5が設けられる。一方、この冷却装置4のIGBTチップ2d〜2f側長縁部の他側には、冷媒の出口6が設けられる。なお、本実施の形態においては、冷媒として冷却水が利用される。
The other surface of the
次に、半導体モジュールに通電したときの各IGBTチップ2a〜2fの温度について説明する。
半導体モジュールに通電すると、各IGBTチップ2a〜2fが発熱する。この発熱により、各IGBTチップ2a〜2fの間では、熱干渉が発生する。すなわち、IGBTチップ2a〜2fが発した熱は、ベース体1を介して他のIGBTチップに伝播される。このため、IGBTチップ2a〜2fは、自らの発熱と他のIGBTチップから伝播される熱によって温度を上昇させる。
Next, the temperature of each
When the semiconductor module is energized, each
本実施の形態においては、IGBTチップ2a〜2fは、同じ種類のものである。そして、全てのIGBTチップ2a〜2fには、同じ値の電圧がかかる。この電圧により、全てのIGBTチップ2a〜2fには、同じ値の電流が流れる。従って、各IGBTチップ2a〜2fにおいては、自らの発熱量は同等である。
In the present embodiment, the
一方、各IGBTチップ2a〜2fから伝播される熱量は、ベース体1の伝播距離に応じて減少する。このため、他のIGBTチップとの距離の合計値が最も小さいIGBTチップほど、他のIGBTチップから伝播される熱量が大きくなる。すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が小さいIGBTチップほど、熱干渉による温度の上昇量が大きくなりやすい。
On the other hand, the amount of heat propagated from each of the
ここで、各IGBTチップ2a〜2fと他のIGBTチップとの距離の合計値を求める。
図1に示すように、隣接したIGBTチップ2a、2b等の間隔はAである。また、IGBTチップ2a〜2cの列とIGBTチップ2d〜2fの列との間隔はBである。
Here, the total value of the distances between the
As shown in FIG. 1, the interval between
まず、IGBTチップ2aと他のIGBTチップ2b〜2fとの距離の合計値Xを求める。IGBTチップ2aと他のIGBTチップ2b〜2fとの距離は、それぞれ、A、2A、B、(A2+B2)1/2、(4A2+B2)1/2である。従って、IGBTチップ2aと他のIGBTチップ2b〜2fとの距離の合計値Xは、3A+B+(A2+B2)1/2+(4A2+B2)1/2となる。
First, the total value X of the distance between the
なお、IGBTチップ2a〜2fの配置の対称性から、IGBTチップ2cと他のIGBTチップ2a、2b、2d〜2fとの距離の合計値もXとなる。また、IGBTチップ2dと他のIGBTチップ2a〜2c、2e、2fとの距離の合計値もXとなる。さらに、IGBTチップ2fと他のIGBTチップ2a〜2eとの距離の合計値もXとなる。
Note that the total value of the distances between the
次に、IGBTチップ2bと他のIGBTチップ2a、2c、2d〜2fとの距離の合計値Yを求める。IGBTチップ2bと他のIGBTチップ2a、2c、2d〜2fとの距離は、それぞれ、A、A、(A2+B2)1/2、B、(A2+B2)1/2である。従って、IGBTチップ2bと他のIGBTチップ2a、2c、2d〜2fとの距離の合計値Yは、2A+B+2(A2+B2)1/2となる。
Next, a total value Y of the distances between the
なお、IGBTチップ2a〜2fの配置の対称性から、IGBTチップ2eと他のIGBTチップ2a〜2d、2fとの距離の合計値もYとなる。
Note that the total value of the distances between the
ここで、X−Y=A+(4A2+B2)1/2−(A2+B2)1/2>0である。
すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が最も小さいIGBTチップは、IGBTチップ2b、2eである。
Here, X−Y = A + (4A 2 + B 2 ) 1/2 − (A 2 + B 2 ) 1/2 > 0.
That is, the IGBT chips having the smallest total distance from other IGBT chips are the
従って、本実施の形態においては、他のIGBTチップから伝播される熱量の合計値が最も大きいIGBTチップは、IGBTチップ2b、2eである。このため、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの温度上昇量よりもIGBTチップ2b、2eの温度上昇量の方が大きくなりやすい。
Therefore, in the present embodiment, the IGBT chips having the largest total amount of heat propagated from other IGBT chips are the
そこで、本実施の形態においては、冷却装置4によって、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eを強力に冷却するようにした。以下、本実施の形態の冷却装置4を具体的に説明する。
Therefore, in the present embodiment, the cooling device 4 cools the
図2はこの発明の実施の形態1における半導体モジュールの冷却装置の縦断面図である。
図2において、7は第1冷却層である。この第1冷却層7は、平板状に形成される。この第1冷却層7は、水平投影面上でベース体1全体と重なるように、ベース体1と平行に配置される。この第1冷却層7内には、冷媒が流れている。
2 is a longitudinal sectional view of the cooling device for a semiconductor module according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, 7 is a first cooling layer. The first cooling layer 7 is formed in a flat plate shape. The first cooling layer 7 is arranged in parallel with the
この第1冷却層7中央の直下には、第2冷却層8が配置される。この第2冷却層8は、平板状に形成される。この第2冷却層8は、第1冷却層7と平行に配置される。この第2冷却層8は、IGBTチップ2a、2c、2d、2fへの近接を避けた状態で、IGBTチップ2b、2eに近接して配置される。具体的には、第2冷却層8は、IGBTチップ2b、2eの直下に配置される。この第2冷却層8内にも、冷媒が流れている。
A
次に、冷却装置4による半導体モジュールの冷却について説明する。
上記構成の冷却装置4においては、第1冷却層7は、水平投影面上でベース体1全体と重なるように配置される。従って、第1冷却層7単体が配置されている場合、第1冷却層7内の冷媒によって、ベース体1が均一に冷却される。この冷却により、IGBTチップ2a〜2fが均一に冷却される。このため、第1冷却層7単体による各IGBTチップ2a〜2fの温度上昇の抑制量は均一となる。
Next, cooling of the semiconductor module by the cooling device 4 will be described.
In the cooling device 4 configured as described above, the first cooling layer 7 is disposed so as to overlap the
しかしながら、上述したように、本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの温度上昇量よりもIGBTチップ2b、2eの温度上昇量の方が大きくなりやすくなっている。このため、第1冷却層7単体による各IGBTチップ2a〜2fの温度上昇の抑制だけでは、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの温度よりもIGBTチップ2b、2eの温度の方が高くなる。
However, as described above, in the present embodiment, the temperature rise amount of the
本実施の形態においては、第1冷却層7の他に第2冷却層8も設けられている。この第2冷却層8は、IGBTチップ2a、2c、2d、2fへの近接を避けた状態でIGBTチップ2b、2eに近接して配置されている。このため、第2冷却層8内の冷媒は、第1冷却層7のIGBTチップ2a、2c、2d、2f近傍よりもIGBTチップ2b、2e近傍を強力に冷却する。この冷却により、ベース体1の両側よりも中央が強力に冷却される。この冷却により、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が強力に冷却される。
In the present embodiment, the
すなわち、本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が自らの発熱による温度上昇を抑制される。さらに、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制される。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
That is, in the present embodiment, the
以上で説明した実施の形態1によれば、第2冷却層8によってIGBTチップ2b、2eが強力に冷却される。この冷却により、IGBTチップ2b、2eに対して、他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇の抑制量が最も大きくなる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。また、IGBTチップ2b、2eの破壊を防止することができる。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fは長期にわたり十分な性能を発揮することができる。さらに、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度の均一化により、半導体モジュール全体の消費電力を低減することができる。
According to the first embodiment described above, the
また、本実施の形態においては、冷却装置4の第2冷却層8の配置を考慮するだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。具体的には、冷却装置4の第2冷却層8を、IGBTチップ2a、2c、2d、2fへの近接を避けた状態でIGBTチップ2b、2eに近接して配置するだけでよい。このため、簡単な構成で、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。
In the present embodiment, the temperature of all the
なお、実施の形態1においては、IGBTチップ2a〜2cの列とIGBTチップ2d〜2fの列が形成されている場合で説明した。しかしながら、IGBTチップの総数や列の数を限定する必要はない。すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が小さいIGBTチップほど、他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇の抑制量が大きくなるように冷却してもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。
In the first embodiment, the case where a row of
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2における半導体モジュールの冷却装置の縦断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
3 is a longitudinal sectional view of a cooling device for a semiconductor module according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to
実施の形態1では、冷却装置4の第1冷却層7及び第2冷却層8は平板状に形成されていた。このため、実施の形態1では、第1冷却層7への冷媒の流入圧力が低いと、冷媒が第1冷却層7のIGBTチップ2a〜2c側まで到達せずに流出する。また、第2冷却層8への冷媒の流入圧力が低いと、冷媒がIGBTチップ2b側まで到達せずに流出する。
In
この場合、第1冷却層7のIGBTチップ2a〜2c側では、IGBTチップ2a〜2cの発熱によって温まった冷媒がその場に滞留する。また、第2冷却層8のIGBTチップ2b近傍では、IGBTチップ2bの発熱によって温まった冷媒がその場に滞留する。これらの滞留により、IGBTチップ2bが設定通りに冷却されない場合がある。
In this case, on the
一方、実施の形態2では、冷却装置9の第1冷却層10は、図3に示すように、ベース体1のIGBTチップ2d〜2f側長縁部近傍とIGBTチップ2a〜2c側長縁部近傍との間を行き来するように、水平投影面上で蛇行して形成される。また、実施の形態2の冷却装置9の第2冷却層11は、IGBTチップ2b近傍とIGBTチップ2e近傍との間を行き来するように、水平投影面上で蛇行して形成される。
On the other hand, in the second embodiment, the
本実施の形態においては、第1冷却層10に流入された冷媒は、ベース体1の下方で、IGBTチップ2d〜2f側とIGBTチップ2a〜2c側とを行き来するように、第1冷却層10内を通過して流出する。また、第2冷却層11に流入された冷媒は、第1冷却層10の下方で、IGBTチップ2b近傍とIGBTチップ2e近傍とを行き来するように、第2冷却層11を通過して流出する。
In the present embodiment, the coolant that has flowed into the
すなわち、本実施の形態においては、第1冷却層10のIGBTチップ2a〜2c側に、温まった冷媒が滞留することはない。このため、IGBTチップ2a〜2fは、第1冷却層10によって設定通りに冷却される。また、第2冷却層11のIGBTチップ2b近傍に、温まった冷媒が滞留することはない。このため、IGBTチップ2b、2eは、第2冷却層11によって設定通りに冷却される。
That is, in the present embodiment, the warmed refrigerant does not stay on the
以上で説明した実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果に加え、実施の形態1よりも確実にIGBTチップ2bを設定通りに冷却することができる。
According to the second embodiment described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3における半導体モジュールの縦断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1では、IGBTチップ2a〜2fと冷却装置4との距離は同等であった。一方、実施の形態3では、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が冷却装置12に近接して配置されている。以下、本実施の形態の半導体モジュールを具体的に説明する。
Embodiment 3 FIG.
4 is a longitudinal sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to
In the first embodiment, the distance between the IGBT chips 2a to 2f and the cooling device 4 is the same. On the other hand, in the third embodiment, the
図4では、IGBTチップ2a〜2f、ダイオードチップ3a〜3fの図示は省略される。図4の冷却装置12は、冷却フィンからなる。この冷却装置12の一面は、ベース体1の他面全面に接触する。
In FIG. 4, illustration of the
本実施の形態においては、ベース体1の一面の中央に、段差13が形成される。この段差13は、ベース体1の一面よりも冷却装置12側へ凹んでいる。
In the present embodiment, a
次に、図5を用いて、IGBT2a〜2f、ダイオードチップ3a〜3fの配置を説明する。
図5はこの発明の実施の形態3における半導体モジュールの平面図である。
図5に示すように、段差13は、ベース体1の両長縁部間を繋ぐように連続的に形成される。
Next, the arrangement of the IGBTs 2a to 2f and the
FIG. 5 is a plan view of a semiconductor module according to Embodiment 3 of the present invention.
As shown in FIG. 5, the
本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2f、ダイオードチップ3a、3c、3d、3fは、段差13の両側でベース体1の一面に配置される。一方、IGBTチップ2b、2e、ダイオードチップ3b、3eは、段差13の底面に配置される。
In the present embodiment, the
次に、半導体モジュールに通電したときの各IGBTチップ2a〜2fの温度について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、他の半導体チップから伝播される熱量の合計値が最も大きいIGBTチップは、IGBTチップ2b、2eである。
Next, the temperature of each
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the IGBT chips having the largest total amount of heat propagated from other semiconductor chips are the
ここで、冷却装置12は、ベース体1の他面を均一に冷却する。この冷却力は、冷却装置12からベース体1の一面側に離れるにつれて弱くなる。本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が冷却装置12に近接している。このため、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が強力に冷却される。
Here, the
すなわち、本実施の形態においても、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が自らの発熱による温度上昇を抑制される。さらに、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制される。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
That is, also in the present embodiment, the
以上で説明した実施の形態3によれば、IGBTチップ2a〜2fの配置を考慮して、ベース体1に段差13を設けるだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。
According to the third embodiment described above, the temperature of all the
なお、実施の形態3においては、IGBTチップ2a〜2cの列とIGBTチップ2d〜2fの列が形成されている場合で説明した。しかしながら、IGBTチップの総数や列の数を限定する必要はない。すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が小さいIGBTチップほど、冷却装置12に近接して配置してもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。この際、複数のIGBTチップの各々と冷却装置12との距離に応じて、ベース体1に段差を形成し、段差の底面に複数のIGBTチップを配置させればよい。
In the third embodiment, the case where a row of
実施の形態4.
図6はこの発明の実施の形態4における半導体モジュールの平面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1では、全てのIGBTチップ2a〜2fが同じ種類のものであった。一方、実施の形態4では、ベース体1中央のIGBTチップ14a、14bとIGBTチップ2a、2c、2d、2fとは異なる種類のものである。具体的には、水平投影面において、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの面積よりもIGBTチップ14a、14bの面積の方が広い。このため、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの熱容量よりもIGBTチップ14a、14bの熱容量の方が大きい。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a plan view of a semiconductor module according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to
In the first embodiment, all the
また、水平投影面において、ダイオードチップ3a、3c、3d、3fの面積よりもベース体1中央のダイオードチップ15a、15bの面積の方が広い。このため、ダイオードチップ3a、3c、3d、3fの熱容量よりもダイオードチップ15a、15bの熱容量の方が大きい。
Further, the area of the
ここで、IGBTチップ14a、14bとIGBTチップ2a、2c、2d、2fとは、予め設定された電流を流すときのコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)が同じとなるものの中から選定される。例えば、IGBTチップ14a、14bとIGBTチップ2a、2c、2d、2fとは、500Aの電流を流すときのコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)が3Vとなるものの中から選定される。
Here, the
次に、半導体モジュールに通電したときの各IGBTチップ14a、14b、2a、2b、2d、2fの温度について説明する。
各IGBTチップ14a、14b、2a、2b、2d、2fは、予め設定された電流を流すときのコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)が同じである。このため、各IGBTチップ14a、14b、2a、2b、2d、2fは、同じように発熱する。
Next, the temperature of each
The IGBT chips 14a, 14b, 2a, 2b, 2d, and 2f have the same collector-emitter saturation voltage VCE (sat) when a preset current flows. For this reason, each IGBT chip |
このとき、各IGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fが発した熱の多くは、図6の矢印方向に伝播される。すなわち、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、他の半導体チップから伝播される熱量の合計値が最も大きいIGBTチップは、IGBTチップ14a、14bである。
At this time, most of the heat generated by each
しかしながら、本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの熱容量よりもIGBTチップ14a、14bの熱容量の方が大きい。このため、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ14a、14bの方が自らの発熱による温度上昇を抑制する。さらに、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ14a、14bの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制する。その結果、全てのIGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fの温度が均一となる。
However, in the present embodiment, the heat capacities of the
以上で説明した実施の形態4によれば、IGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fの配置を考慮して、IGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fの熱容量を選定するだけで、全てのIGBTチップ14a、14b、2a、2c、2d、2fの温度を均一にすることができる。
According to the fourth embodiment described above, the heat capacity of the
なお、実施の形態4においては、IGBTチップ2a、14a、2cの列とIGBTチップ2d、14b、2fの列が形成されている場合で説明した。しかしながら、IGBTチップの総数や列の数を限定する必要はない。すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が小さいIGBTチップほど、熱容量を大きくしてもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。
In the fourth embodiment, the case where a row of
実施の形態5.
図7はこの発明の実施の形態5における半導体モジュールの平面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1の半導体モジュールは、冷却装置4を利用して、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度の均一化を図っていた。一方、実施の形態5の半導体モジュールは、冷却装置4を利用することなく、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度の均一化を図っている。以下、実施の形態5の半導体モジュールを具体的に説明する。
FIG. 7 is a plan view of a semiconductor module according to
In the semiconductor module according to the first embodiment, the temperature of all the
図7において、16a〜16dは、スリットである。スリット16aは、IGBTチップ2a、ダイオードチップ3a側とIGBTチップ2b、ダイオードチップ3b側との間で、長手方向をベース体1の短縁部と平行にして形成される。スリット16bは、IGBTチップ2b、ダイオードチップ3b側とIGBTチップ2c、ダイオードチップ3c側との間で、長手方向をベース体1の短縁部と平行にして形成される。
In FIG. 7, 16a-16d are slits. The
スリット16cは、IGBTチップ2d、ダイオードチップ3d側とIGBTチップ2e、ダイオードチップ3e側との間で、長手方向をベース体1の短縁部と平行にして形成される。スリット16dは、IGBTチップ2e、ダイオードチップ3e側とIGBTチップ2f、ダイオードチップ3f側との間で、長手方向をベース体1の短縁部と平行にして形成される。
The
このように構成された半導体モジュールにおいては、IGBTチップ2bが発する熱は、ベース体1を介してIGBTチップ2aに伝播される。このとき、伝播される熱は、スリット16aの外側を経由してIGBTチップ2aに到達する。すなわち、スリット16aが形成されている箇所では、熱の伝播経路の断面積が小さくなる。このため、IGBTチップ2bからIGBTチップ2aに伝播される熱量は、スリット16aが形成されていない場合より減少する。
In the semiconductor module configured as described above, the heat generated by the
同様に、スリット16bにより、IGBTチップ2bからIGBTチップ2cに伝播される熱量も、スリット16bが形成されていない場合より減少する。また、スリット16cにより、IGBTチップ2eからIGBTチップ2dに伝播される熱量も、スリット16cが形成されていない場合より減少する。さらに、スリット16dにより、IGBTチップ2eからIGBTチップ2fに伝播される熱量も、スリット16dが形成されていない場合より減少する。
Similarly, the amount of heat propagated from the
これに対し、IGBTチップ2aが発する熱は、スリット16aの外側を経由してIGBTチップ2bに伝播される。さらに、IGBTチップ2cが発する熱は、スリット16bの外側を経由してIGBTチップ2bに伝播される。すなわち、スリット16a、16bが形成されている箇所では、熱の伝播経路の断面積が小さくなる。このため、IGBTチップ2a、2cの双方からIGBTチップ2bに伝播される熱量は、スリット16a、16bが形成されていない場合より減少する。
On the other hand, the heat generated by the
同様に、スリット16c、16dにより、IGBTチップ2d、2fの双方からIGBTチップ2eに伝播される熱量も、スリット16c、16dが形成されていない場合より減少する。
Similarly, the amount of heat transmitted from both of the
このように、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が隣接したIGBTチップからの熱の伝播量を減少させている。このため、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制される。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
In this way, the amount of heat propagation from the adjacent IGBT chips is reduced in the
以上で説明した実施の形態5によれば、スリット16a〜16dをベース体1に形成するだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。
According to the fifth embodiment described above, the temperature of all the
なお、実施の形態5においては、IGBTチップ2a〜2cの列とIGBTチップ2d〜2fの列が形成されている場合で説明した。しかしながら、IGBTチップの総数や列の数を限定する必要はない。すなわち、列をなして配置された複数のIGBTチップをベース体1の一面に配置させ、隣接したIGBTチップの間でベース体1にスリットを形成してもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。
In the fifth embodiment, the case where a row of
実施の形態6.
図8はこの発明の実施の形態6における半導体モジュールの平面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制されていた。一方、実施の形態6においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が他のIGBTチップから伝播される熱量による温度上昇を抑制されるということはない。
FIG. 8 is a plan view of a semiconductor module according to
In the first embodiment, the
ただし、実施の形態6においては、領域17以外に配置されたIGBTチップ2a、2c、2d、2fよりも領域17に配置されたIGBTチップ2b、2eの方が自らの発熱を抑制している。
However, in the sixth embodiment, the
次に、図9及び図10を用いて、各IGBTチップ2a〜2fの発熱量の設定方法を説明する。
まず、図9を用いて、IGBTチップ2a、2c、2d、2f近傍の回路構成を、IGBTチップ2aを例に挙げて説明する。
図9はこの発明の実施の形態6における半導体モジュールに利用されるIGBTチップ近傍の回路図の第1例である。
Next, a method for setting the heat generation amount of each of the
First, the circuit configuration in the vicinity of the
FIG. 9 is a first example of a circuit diagram in the vicinity of an IGBT chip used in a semiconductor module according to
図9において、18は+端子である。この+端子18は、ベース体1に設けられる。19は−端子である。この−端子19も、ベース体1上に設けられる。+端子18と−端子19は、各IGBTチップ2a〜2fで共用される電源端子である。この+端子18と−端子19との間に、IGBTチップ2aと1つの抵抗20とが直列に接続される。具体的には、+端子18に抵抗20の一端が接続される。この抵抗20の他端にIGBTチップ2aのコレクタ端が接続される。このIGBTチップ2aのエミッタ端に−端子19が接続される。
In FIG. 9, 18 is a + terminal. The +
次に、図10を用いて、IGBTチップ2b、2e近傍の回路構成を、IGBTチップ2bを例に挙げて説明する。
図10はこの発明の実施の形態6における半導体モジュールに利用されるIGBTチップ近傍の回路図の第2例である。
Next, a circuit configuration in the vicinity of the
10 is a second example of a circuit diagram in the vicinity of an IGBT chip used in a semiconductor module according to
図10においては、+端子18と−端子19との間に、IGBTチップ2bと2つの抵抗20とが直列に接続される。具体的には、+端子18に抵抗20の一方の一端が接続される。この抵抗20の一方の他端に抵抗20の他方の一端が接続される。この抵抗20の他方の他端にIGBTチップ2bのコレクタ端が接続される。このIGBTチップ2bのエミッタ端に−端子19が接続される。
In FIG. 10, the
このように、IGBTチップ2b、2eは、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりも抵抗20が1つ多く接続されている。つまり、IGBTチップ2a、2c、2d、2fの各々に接続された1つの抵抗20の抵抗値よりもIGBTチップ2b、2eの各々に接続された2つの抵抗20の合成抵抗値の方が大きくなる。
As described above, the
このため、+端子18と−端子19との間に電圧が供給された場合、IGBTチップ2a、2c、2d、2fに流れる電流の値よりもIGBTチップ2b、2eに流れる電流の値の方が小さくなる。従って、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が自らの発熱量を小さくする。
For this reason, when a voltage is supplied between the +
次に、半導体モジュールに通電したときの各IGBTチップ2a〜2fの温度について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、他の半導体チップから伝播される熱量の合計値が最も大きいIGBTチップは、IGBTチップ2b、2eである。
Next, the temperature of each
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the IGBT chips having the largest total amount of heat propagated from other semiconductor chips are the
しかしながら、本実施の形態においては、IGBTチップ2a、2c、2d、2fよりもIGBTチップ2b、2eの方が自らの発熱量を小さくしている。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fにおいて、自らの発熱と他のIGBTチップから伝播される熱による温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
However, in the present embodiment, the
以上で説明した実施の形態6によれば、IGBTチップ2a〜2fの配置を考慮して、IGBTチップ2a〜2fの抵抗20を選定するだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。
According to the sixth embodiment described above, the temperature of all the
なお、実施の形態6においては、IGBTチップ2a〜2cの列とIGBTチップ2d〜2fの列が形成されている場合で説明した。しかしながら、IGBTチップの総数や列の数を限定する必要はない。すなわち、他のIGBTチップとの距離の合計値が小さいIGBTチップに接続された抵抗ほど、抵抗値を大きくしてもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。
In the sixth embodiment, the case where a row of
実施の形態7.
図11はこの発明の実施の形態7における半導体モジュールの平面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1では、IGBTチップ2a〜2cやIGBTチップ2d〜2fは、列をなして配置されていた。一方、実施の形態7では、IGBTチップ2a〜2fは、同心円状に均等間隔に配置される。そして、実施の形態7では、ベース体21は、水平投影面上で環状に形成される。この環状の一面に、IGBTチップ2a〜2fが配置される。また、ダイオードチップ3a〜3fは、IGBTチップ2a〜2fに近接してIGBTチップ2a〜2fと同心円状に均等間隔でベース体21の一面に配置される。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 11 is a plan view of a semiconductor module according to Embodiment 7 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to
In the first embodiment, the
次に、半導体モジュールに通電したときの各IGBTチップ2a〜2fの温度について説明する。
本実施の形態においては、全てのIGBTチップ2a〜2fは、ベース体21中心に対して同心円状に均等間隔で配置される。このため、全てのIGBTチップ2a〜2fに対し、他のIGBTチップから伝播される熱量の総伝播経路は同等となる。
Next, the temperature of each
In the present embodiment, all the
従って、全てのIGBTチップ2a〜2fは、他のIGBTチップから伝播される熱量の合計値は同じとなる。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
Therefore, all the
以上で説明した実施の形態7によれば、IGBTチップ2a〜2fの配置を考慮するだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。
According to the seventh embodiment described above, the temperature of all the
なお、実施の形態7においては、6個のIGBTチップ2a〜2fを同心円状に均等間隔で配置した。しかしながら、IGBTチップの総数を限定する必要はない。すなわち、複数のIGBTチップを同心円状に均等間隔で配置してもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度の均一にすることができる。
In the seventh embodiment, six
実施の形態8.
図12はこの発明の実施の形態8における半導体モジュールの平面図である。なお、実施の形態7と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態7のベース体21は、水平投影面上で環状になるように形成されていた。一方、実施の形態8のベース体22は、水平投影面上で六角形となるように形成されている。そして、IGBTチップ2a〜2fは、ベース体22の一面の各縁部近傍でベース体22中心に対して同心円状に均等間隔で配置される。さらに、ダイオードチップ3a〜3fは、IGBTチップ2a〜2fのベース体22中心側に近接してベース体22中心に対して同心円状に均等間隔でベース体22の一面に配置される。
FIG. 12 is a plan view of a semiconductor module according to
The
本実施の形態においても、実施の形態7と同様に、全てのIGBTチップ2a〜2fは、ベース体22中心に対して同心円状に均等間隔で配置される。このため、全てのIGBTチップ2a〜2fに対し、他のIGBTチップから伝播される熱量の総伝播経路は同等となる。
Also in the present embodiment, as in the seventh embodiment, all the
従って、全てのIGBTチップ2a〜2fは、他のIGBTチップから伝播される熱量の合計値は同じとなる。その結果、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度上昇量が均一となる。これにより、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度が均一となる。
Therefore, all the
以上で説明した実施の形態8によれば、実施の形態7と同様に、IGBTチップ2a〜2fの配置を考慮するだけで、全てのIGBTチップ2a〜2fの温度を均一にすることができる。また、ベース体22の平行な外縁部をベース体22中心側に押さえ込むだけで、ベース体22の回転を防止することができる。
According to the eighth embodiment described above, similarly to the seventh embodiment, the temperature of all the
なお、実施の形態8においては、6個のIGBTチップ2a〜2fを同心円状に均等間隔で配置した。しかしながら、IGBTチップの総数を限定する必要はない。すなわち、IGBTチップの数に応じた数の外縁部を有する多角形状のベース体を形成し、ベース体の各外縁部近傍の一面に複数のIGBTチップの各々を同心円状に均等間隔で配置してもよい。この場合も、全てのIGBTチップの温度を均一にすることができる。
In the eighth embodiment, six
また、実施の形態1〜実施の形態8においては、IGBTチップ間の熱干渉のみを考慮して、IGBTチップの温度の均一化を図った。しかしながら、IGBTチップ2a等の発熱とともにダイオードチップ3a等の発熱も考慮して、IGBTチップの温度の均一化を図ってもよい。
Further, in the first to eighth embodiments, the temperature of the IGBT chip is made uniform considering only the thermal interference between the IGBT chips. However, the temperature of the IGBT chip may be made uniform in consideration of the heat generated by the
さらに、温度の均一化を図るチップをIGBTチップに限定する必要はない。例えば、温度上昇により性能劣化する半導体チップに対して、全ての半導体チップの温度の均一化を図ってもよい。この場合、実施の形態1〜8のIGBTチップ2a等に変えて、温度の均一化を図る半導体チップを配置すればよい。これにより、半導体チップの故障を抑制することができる。その結果、半導体チップは長期にわたり十分な性能を発揮することができる。
Furthermore, it is not necessary to limit the chip for achieving uniform temperature to the IGBT chip. For example, the temperature of all the semiconductor chips may be made uniform with respect to the semiconductor chip whose performance deteriorates due to the temperature rise. In this case, instead of the
1 ベース体
2a〜2f IGBTチップ
3a〜3f ダイオードチップ
4 冷却装置
5 入口
6 出口
7 第1冷却層
8 第2冷却層
9 冷却装置
10 第1冷却層
11 第2冷却層
12 冷却装置
13 段差
14a、14b IGBTチップ
15a、15b ダイオードチップ
16a〜16d スリット
17 領域
18 +端子
19 −端子
20 抵抗
21 ベース体
22 ベース体
DESCRIPTION OF
Claims (12)
を備え、
前記複数の半導体チップは、他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップほど、他の半導体チップから伝播される熱量による温度上昇の抑制量が大きいことを特徴とする半導体モジュール。 A plurality of semiconductor chips arranged in rows,
With
The semiconductor module, wherein the semiconductor chip has a smaller amount of temperature rise due to the amount of heat propagated from the other semiconductor chip as the semiconductor chip having a smaller total distance from the other semiconductor chip.
前記ベース体の他面側に配置され、前記他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップほど、強力に冷却する冷却装置と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。 A base body in which the plurality of semiconductor chips are arranged on one surface;
A cooling device that is disposed on the other surface side of the base body and cools more powerfully as the semiconductor chip has a smaller total distance from the other semiconductor chip,
The semiconductor module according to claim 1, further comprising:
前記ベース体の他面側に配置され、前記ベース体を均一に冷却する第1冷却層と、
前記第1冷却層の前記ベース体とは反対側に配置され、前記他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップほど、強力に冷却する第2冷却層と、
を備えたことを特徴とする請求項2記載の半導体モジュール。 The cooling device is
A first cooling layer disposed on the other surface side of the base body to uniformly cool the base body;
A second cooling layer which is disposed on the opposite side of the first cooling layer from the base body and cools more strongly as the semiconductor chip has a smaller total distance from the other semiconductor chip;
The semiconductor module according to claim 2, further comprising:
前記第2冷却層は、前記3個の半導体チップのうちの両側の半導体チップへの近接を避けた状態で中央の半導体チップに近接して配置されたことを特徴とする請求項3記載の半導体モジュール。 The plurality of semiconductor chips, three semiconductor chips are arranged in a row,
4. The semiconductor according to claim 3, wherein the second cooling layer is disposed in proximity to a central semiconductor chip in a state avoiding proximity to semiconductor chips on both sides of the three semiconductor chips. module.
前記第2冷却層は、前記2列の一方の中央に配置された半導体チップ近傍と前記2列の他方の中央に配置された半導体チップ近傍との間を行き来するように蛇行して形成され、内部を流れる冷媒で前記2列の一方の中央に配置された半導体チップと前記2列の他方の中央に配置された半導体チップとを冷却することを特徴とする請求項4記載の半導体モジュール。 In the plurality of semiconductor chips, two rows of the three semiconductor chips are formed,
The second cooling layer is formed by meandering so as to go back and forth between the vicinity of the semiconductor chip arranged at the center of one of the two rows and the vicinity of the semiconductor chip arranged at the other center of the two rows, The semiconductor module according to claim 4, wherein the semiconductor chip disposed at the center of one of the two rows and the semiconductor chip disposed at the center of the other of the two rows are cooled by a refrigerant flowing inside.
前記ベース体は、前記複数の半導体チップの各々と前記冷却装置との距離に応じて形成された段差の底面に前記複数の半導体チップを配置させたことを特徴とする請求項2記載の半導体モジュール。 The plurality of semiconductor chips are arranged closer to the cooling device as a semiconductor chip having a smaller total distance from the other semiconductor chips,
3. The semiconductor module according to claim 2, wherein the base body has the plurality of semiconductor chips arranged on a bottom surface of a step formed according to a distance between each of the plurality of semiconductor chips and the cooling device. .
を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。 A base body in which the plurality of semiconductor chips are arranged on one surface, and a slit is formed between adjacent semiconductor chips;
The semiconductor module according to claim 1, further comprising:
前記複数の半導体チップに電圧を供給する電源端子と、
前記電源端子間で前記複数の半導体チップの各々に直列に接続された複数の抵抗と、
を備え、
前記複数の抵抗は、他の半導体チップとの距離の合計値が小さい半導体チップに接続された抵抗ほど、抵抗値が大きいことを特徴とする半導体モジュール。 A plurality of semiconductor chips arranged in rows;
A power supply terminal for supplying a voltage to the plurality of semiconductor chips;
A plurality of resistors connected in series to each of the plurality of semiconductor chips between the power supply terminals;
With
The semiconductor module characterized in that the plurality of resistors have larger resistance values as the resistors are connected to a semiconductor chip having a smaller total distance from other semiconductor chips.
環状に形成され、環状の一面に前記複数の半導体チップを配置させたベース体と、
を備えたことを特徴とする半導体モジュール。 A plurality of semiconductor chips arranged concentrically at equal intervals;
A base body that is formed in a ring shape and has the plurality of semiconductor chips arranged on one ring surface;
A semiconductor module comprising:
前記複数の半導体チップの数に応じた数の外縁部を有するように多角形状に形成され、各外縁部近傍の一面に前記複数の半導体チップの各々を配置させたベース体と、
を備えたことを特徴とする半導体モジュール。 A plurality of semiconductor chips arranged concentrically at equal intervals;
A base body which is formed in a polygonal shape so as to have a number of outer edge portions corresponding to the number of the plurality of semiconductor chips, and each of the plurality of semiconductor chips is arranged on one surface in the vicinity of each outer edge portion;
A semiconductor module comprising:
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