JP2013105776A - Semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子と、半導体素子に電気的に接続されたバスバーを有する半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module having a semiconductor element and a bus bar electrically connected to the semiconductor element.
特許文献1には、縦型の半導体チップのドレイン電極がバスバーに半田付けによって接合され、その半導体チップのソース電極に半田付けされた弾性導体を介して他のバスバーに電気的に接続されている半導体モジュールが開示されている。
In
特許文献1の半導体モジュールを製作する際には、半導体チップとバスバーと弾性導体とを正確に位置合わせして積層し、半田付けする必要がある。従って、従来の半導体モジュールを製作する際には、各要素の位置合わせ作業の負担が大きい。
When manufacturing the semiconductor module of
本明細書では、半導体モジュールを製作する際の作業負担を従来よりも小さくし得る技術を開示する。 In the present specification, a technique capable of reducing the work burden when manufacturing a semiconductor module as compared with the prior art is disclosed.
本明細書で開示する半導体モジュールは、巻き付けシートと、巻き付けシートが巻き付けられる被巻き付け部材と、巻き付けシートの第1バスバー設置部に設置される第1バスバーと、巻き付けシートの第2バスバー設置部に設置される第2バスバーと、巻き付けシートの素子設置部に設置される縦型の半導体素子とを備えている。巻き付けシートを被巻き付け部材に巻き付けると、素子設置部に設置された半導体素子の一方の表面と第1バスバー設置部に設置された第1バスバーとが電気的に接続すると共に、素子設置部に設置された半導体素子の他方の表面と第2バスバー設置部に設置された第2バスバーとが電気的に接続する。巻き付けシートは、巻き付けシートの表面と裏面とを連通し、半導体素子の一方の表面と第1バスバー、又は、半導体素子の他方の表面と第2バスバーとを電気的に接続する連通孔を有している。 The semiconductor module disclosed in the present specification includes a winding sheet, a member to be wound around which the winding sheet is wound, a first bus bar installed in a first bus bar installation part of the winding sheet, and a second bus bar installation part of the winding sheet. A second bus bar to be installed and a vertical semiconductor element to be installed in the element installation part of the wound sheet are provided. When the winding sheet is wound around the member to be wound, one surface of the semiconductor element installed in the element installation unit and the first bus bar installed in the first bus bar installation unit are electrically connected and installed in the element installation unit The other surface of the formed semiconductor element and the second bus bar installed in the second bus bar installation part are electrically connected. The winding sheet communicates the front and back surfaces of the winding sheet and has a communication hole that electrically connects one surface of the semiconductor element and the first bus bar or the other surface of the semiconductor element and the second bus bar. ing.
上記の半導体モジュールは、第1バスバー設置部に第1バスバーを設置し、第2バスバー設置部に第2バスバーを設置し、素子設置部に縦型の半導体素子を設置して、巻き付けシートを被巻き付け部材に巻き付けることによって製作される。即ち、巻き付けシートを被巻き付け部材に巻き付けると、半導体素子の一方の表面と第1バスバーとが電気的に接続すると共に、半導体素子の他方の表面と第2バスバーとが電気的に接続する。従って、上記の半導体モジュールを製作する場合、半導体素子、第1バスバー、第2バスバーの各要素を互いに正確に位置合わせして積層する必要がない。各要素を正確に位置合わせして積層する必要がある従来の手法と比較して、半導体モジュールを形成する際の作業負担を小さくし得る。また、巻き付けシートを被巻き付け部材に巻き付けた際に、バスバーと半導体素子の間に巻き付けシートが位置する場合があるが、その場合は巻き付けシートに連通孔を形成することで、バスバーと半導体素子とを電気的に接続することができる。その結果、半導体素子と各バスバーとを電気的に接続することができる。 In the semiconductor module, the first bus bar is installed in the first bus bar installation section, the second bus bar is installed in the second bus bar installation section, the vertical semiconductor element is installed in the element installation section, and the winding sheet is covered. It is manufactured by winding around a winding member. That is, when the winding sheet is wound around the member to be wound, one surface of the semiconductor element and the first bus bar are electrically connected, and the other surface of the semiconductor element and the second bus bar are electrically connected. Therefore, when manufacturing the above-described semiconductor module, it is not necessary to stack the semiconductor element, the first bus bar, and the second bus bar by accurately aligning each other. Compared to a conventional method in which each element needs to be accurately aligned and stacked, the work load when forming a semiconductor module can be reduced. Also, when the winding sheet is wound around the member to be wound, the winding sheet may be located between the bus bar and the semiconductor element. In that case, by forming a communication hole in the winding sheet, the bus bar and the semiconductor element Can be electrically connected. As a result, the semiconductor element and each bus bar can be electrically connected.
上記の半導体モジュールの一態様では、第1バスバー設置部と第2バスバー設置部は、巻き付けシートの一方の表面に設けられる一方で、素子設置部は、巻き付けシートの他方の表面に設けられていてもよい。素子設置部は、巻き付けシートを被巻き付け部材に巻き付けた際に、第1バスバー設置部と対向する位置に設けられていてもよい。第2バスバー設置部は、素子設置部の裏面側に設けられていてもよい。連通孔は、第2バスバー設置部と素子設置部とを連通する位置に設けられていてもよい。これによって、素子設置部に設置される半導体素子の他方の表面と、第2バスバーに設置される第2バスバーとが、連通孔を通じて電気的に接続可能となっていてもよい。 In one aspect of the semiconductor module described above, the first bus bar installation portion and the second bus bar installation portion are provided on one surface of the winding sheet, while the element installation portion is provided on the other surface of the winding sheet. Also good. The element installation part may be provided at a position facing the first bus bar installation part when the winding sheet is wound around the member to be wound. The second bus bar installation part may be provided on the back side of the element installation part. The communication hole may be provided at a position where the second bus bar installation part and the element installation part communicate with each other. As a result, the other surface of the semiconductor element installed in the element installation section and the second bus bar installed in the second bus bar may be electrically connectable through the communication hole.
上記の被巻き付け部材は、冷却器であることが好ましい。この構成によると、冷却器である被巻き付け部材に巻き付けシートを巻き付けることにより、冷却器の表面に半導体素子が配置される。従って、半導体素子を効果的に冷却することができる。 The wound member is preferably a cooler. According to this structure, a semiconductor element is arrange | positioned on the surface of a cooler by winding a winding sheet around the to-be-wrapped member which is a cooler. Therefore, the semiconductor element can be effectively cooled.
(第1実施例)
図1〜図3に示すように、本実施例の半導体モジュール2は、巻き付けシート10と、冷却器40と、第1バスバー50と、4本の信号線60と、半導体素子70と、第2バスバー80と、バネ板90と、押さえ板98とを備えている。本実施例では、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けることにより、第1バスバー50と半導体素子70の表面電極74(図5参照)とが電気的に接続し、信号線60と半導体素子70の信号パッド76(図5参照)とが電気的に接続し、第2バスバー80と半導体素子70の裏面電極(図示省略)とが電気的に接続し、半導体モジュール2が完成する。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 to 3, the
図1、図2に示すように、巻き付けシート10は、帯状の本体12を有する。本体12は、第1バスバー設置部14と、信号線設置部16と、第2バスバー設置部18と、素子設置部22と、バネ板設置部24と、押さえ板設置部28とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the winding
本体12は、絶縁性を有する樹脂製のシート状部材であって、帯状に形成されている。本体12は、例えば、ポリイミドで形成することができる。
The
第1バスバー設置部14は、図1に示すように、設置される第1バスバー50を保持する。第1バスバー設置部14は、本体12の表面に形成されている2個のコーナー保持部14aと、バスバー挿通部14bとを含む。本実施例では、第1バスバー50をバスバー挿通部14bに挿通させ、第1バスバー50の先端の2個のコーナー部をそれぞれコーナー保持部14aで保持することにより、第1バスバー50を第1バスバー設置部14に設置する。
The 1st bus-
信号線設置部16は、図1に示すように、設置される4本の信号線60を保持する。信号線設置部16は、本体12の表面であって、第1バスバー設置部14に隣接した位置に形成されている。信号線設置部16は、信号線60を挿通可能な4個の筒部を備えている。本実施例では、4本の信号線60の先端を、信号線設置部16の筒部に挿通することにより、4本の信号線60を信号線設置部16に設置する。信号線設置部16に設置された信号線60の先端部は、第1バスバー50方向に伸びる。
As shown in FIG. 1, the signal
第2バスバー設置部18は、図1に示すように、設置される第2バスバー80を保持する。第2バスバー設置部18は、本体12の表面であって、第1バスバー設置部14及び信号線設置部16に対して巻き付けシート10の長手方向に所定の間隔を空けた位置に備えられている。第1バスバー設置部18の構造は、上記の第1バスバー設置部14とほぼ同様であって、2個のコーナー保持部18aと、バスバー挿通部18bとを備えている。
The 2nd bus-
素子設置部22は、図2に示すように、設置される半導体素子70を保持する。素子設置部22は、本体12の裏面であって、第2バスバー設置部18の裏側の位置に設けられている。また、素子設置部22の位置は、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けた際に、上記の第1バスバー設置部14と対向する位置とされている(図3参照)。図2に示すように、素子設置部22は、半導体素子70の4個のコーナー部を保持可能なコーナー保持部22aを4箇所に備えている。本実施例では、半導体素子70の4個のコーナー部をそれぞれコーナー保持部22aに保持させることにより、半導体素子70を素子設置部22に設置する。
The
第2バスバー設置部18及び素子設置部22には、図1に示すように、本体12の表面に設けられる第2バスバー設置部18と、本体12の裏面に設けられる素子設置部22とを連通する連通孔20が設けられている。本実施例では、図3に示すように、連通孔20内には、導電性を有する導電層82(後述)が配置される。そのため、第2バスバー設置部18に設置された第2バスバー80と、素子設置部22に設置された半導体素子70の裏面電極とは、導電層82を介して電気的に接続される。
As shown in FIG. 1, the second bus
バネ板設置部24は、図1に示すように、設置されるバネ板90を保持する。バネ板設置部24は、本体12の表面であって、上記の第2バスバー設置部18に対して巻き付けシート10の長手方向に所定の間隔を空けた位置に設けられている。バネ板設置部24の位置は、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けた際に、上記の第2バスバー設置部18と対向する位置とされている(図3参照)。図1に示すように、バネ板設置部24は、バネ板90の4個のコーナー部を保持可能なコーナー保持部24aを4箇所に備えている。さらに、図2に示すように、本体12のうち、バネ板設置部24の形成位置には、貫通孔26が設けられている。貫通孔26には、バネ板90の凸部92が嵌合可能となっている。本実施例では、バネ板90の4個のコーナー部をそれぞれコーナー保持部24aに保持させると共に、バネ板90の凸部92を貫通孔26に嵌合させ、凸部92の先端を本体12の裏面側に突出させる(図3参照)ことにより、バネ板90をバネ板設置部24に設置する。
As shown in FIG. 1, the spring
押さえ板設置部28は、図2に示すように、設置される押さえ板98を保持する。押さえ板設置部28は、本体12の裏面であって、上記の貫通孔26に対して巻き付けシート10の長手方向に所定の間隔を空けた位置に備えられている。押さえ板設置部28の位置は、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けた際に、上記のバネ板設置部24と対向する位置とされている(図3参照)。図2に示すように、押さえ板設置部28は、押さえ板98の4個のコーナー部を保持可能なコーナー保持部28aを4箇所に備えている。本実施例では、押さえ板98の4個のコーナー部をそれぞれコーナー保持部24aに保持させることにより、押さえ板98を押さえ板設置部28に設置する。
As shown in FIG. 2, the presser
冷却器40は、図3に示すように、内部に水を流すことができる角型筒状部材である。冷却器40は、例えばCuによって形成することができる。 As shown in FIG. 3, the cooler 40 is a rectangular cylindrical member capable of flowing water therein. The cooler 40 can be formed of Cu, for example.
第1バスバー50は、図1に示すように、板状の導電部材である。第1バスバー50は、例えばCuにNi又はAuをめっきした材料によって形成することができる。本実施例では、図4に示すように、第1バスバー50の先端部付近の表面には、導電性を有する導電層52が備えられている。導電層52には、軟塑性材料(例えば、Sn)が用いられている。
As shown in FIG. 1, the
信号線60は、図1に示すように、線状の導電性部材である。信号線は、例えばCuによって形成することができる。本実施例では、信号線60は4本設けられている。信号線60の先端部には、図示しない圧接部が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
半導体素子70は、電力用のスイッチング素子であり、本実施例では縦型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられている。半導体素子70は、例えば、SiC等により形成することができる。図5に示すように、半導体素子70は、平面視すると略矩形状となるように形成されている。
The
半導体素子70の表面側には、表面電極74と、4個の信号パッド76が形成されている。表面電極74と信号パッド76は、Al等の導電材料によって形成されている。また、半導体素子70の裏面側には、図示しない裏面電極が形成されている。裏面電極は、例えば、Ni/Ti/Ni/Au等の複数の金属層からなる導電材料によって形成されている。
A
表面電極74は、半導体素子70のセル領域(MOSFETが形成されている領域)の上方に形成されている。一方、裏面電極は、半導体素子70の裏面の全体に形成されている。信号パッド76は、半導体素子70の非セル領域(MOSFETが形成されていない領域)の上方に形成されている。信号パッド76は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号(小電流の信号)の入力や、半導体素子70に形成された温度検出素子(図示省略)からの検出信号を出力するため等に用いられる。なお、半導体素子70の表面のうち、表面電極74と信号パッド76の周囲には絶縁層77が形成されている。絶縁層77によって、表面電極74と信号パッド76とが絶縁されている。
The
第2バスバー80は、上記の第1バスバー50と同様の板状の導電部材である。本実施例では、図1に示すように、第2バスバー80の裏面には、導電性を有する導電層82が備えられている。導電層82には、軟塑性材料(例えば、Sn)が用いられている。
The
バネ板90は、図6に示すように、板状の本体91と、本体91の中央部を一方の面側に突出させて形成された凸部92とを備えている。凸部92の両側部は開口している。バネ板90は、Cu、SUS(ステンレス鋼)等で形成することができる。
As shown in FIG. 6, the
押さえ板98は、図2に示すような板状の部材である。押さえ板98も、Cu、SUS(ステンレス鋼)等で形成することができる。
The
上記の各要素を用いて図3の半導体モジュール2を製作する方法について説明する。まず、巻き付けシート10を用意する。次いで、第1バスバー設置部14に第1バスバー50を設置し、信号線設置部16に4本の信号線60を設置する。次いで、第2バスバー設置部18に第2バスバー80を設置する。このとき、第2バスバー80の裏面に設けられている導電層82を連通孔20内に配置する。導電層82の表面は、連通孔20から本体12の裏面側に突出する。さらに、素子設置部22に半導体素子70を設置する。このとき、半導体素子70は、半導体素子70の裏面側(裏面電極側)が本体12の裏面と接触するように素子設置部22に配置される。半導体素子70が素子設置部22に設置されると、半導体素子70の裏面電極(図示省略)は、連通孔20から本体12の裏面側に突出する導電層82と接触する。なお、後述するように、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けると、その巻き付け圧力によって、導電層82は、半導体素子70の裏面電極に押圧され、塑性変形する。これにより、素子設置部22に設置された半導体素子70の裏面電極と、第2バスバー設置部18に設置された第2バスバー80とが、導電層82を介して電気的に接続されることとなる。次いで、バネ板設置部24にバネ板90を設置する。このとき、バネ板90の凸部92は、貫通孔26に嵌合する。凸部92の先端は、貫通孔26から本体12の裏面側に突出する。次いで、押さえ板設置部28に、押さえ板98を設置する。これにより、図1、図2に示すように、第1バスバー50、信号線60、半導体素子70、第2バスバー80、バネ板90、押さえ板98の各要素が、巻き付けシート10に保持される。
A method of manufacturing the
次いで、巻き付けシート10を、被巻き付け部材である冷却器40に巻き付ける。具体的には、まず、図7に示すように、巻き付けシート10のうち、第1バスバー50が設置されている側の端部を、冷却器40の表面に固定する。次いで、巻き付けシート10の他端側を引っ張って、巻き付けシート10に図7の矢印方向の引っ張り力を付加しながら、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けていく。なお、巻き付けシート10の巻き付けは、上記のように全部品を設置してから巻き付ける手法には限られず、各部品を設置しつつ少しずつ巻き付ける手法によって行ってもよい。
Next, the winding
巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けると、図3に示すように、まず、冷却器40の表面に巻き付けシート10の裏面側が接触する。このとき、冷却器40の上面の上方に、第1バスバー設置部14に設置された第1バスバー50と、信号線設置部16に設置された4本の信号線60とが配置される。
When the winding
さらに巻き付けシート10を巻き付けると、素子設置部22に設置された半導体素子70の表面電極74と、第1バスバー50とが対向する。このとき、表面電極74は、第1バスバー50の表面に設けられた導電層52と接触する。巻き付けシート10を巻き付ける際には、巻き付けシート10に引っ張り力が付加される。これにより、表面電極74が導電層52に押しつけられ、導電層52が塑性変形する。これにより、半導体素子70の表面電極74と第1バスバー50とが、導電層52を介して電気的に接続される。また、同時に、半導体素子70の信号パッド76が、信号線設置部16に設置された4本の信号線60の先端の圧接部に押し付けられ、圧接部が塑性変形する。その結果、半導体素子70の4個の信号パッド76は、それぞれ、対応する信号線60と電気的に接続される。
When the winding
さらに巻き付けシート10を巻き付けると、第2バスバー設置部18に設置された第2バスバーの表面と、貫通孔26から巻き付けシート10の裏面側に突出しているバネ板90の凸部92とが対向する。巻き付けシート10に付加される引っ張り力が作用することにより、バネ板90の凸部92は、第2バスバー80の表面に押し付けられる。
When the winding
さらに巻き付けシート10を巻き付けると、押さえ板設置部28に設置された押さえ板98と、バネ板設置部24に設置されたバネ板90の表面とが対向する。巻き付けシート10に付加される引っ張り力により、押さえ板98は、バネ板90の表面に押し付けられる。この結果、押さえ板98によって、バネ板90の表面が押圧される。これにより、バネ板90の弾性力により、第2バスバー80、半導体素子70、第1バスバー50、及び、信号線60が互いに圧接される。その結果、半導体素子70の表面電極74と第1バスバー50とが確実に電気的に接続される。同様に、半導体素子の信号パッド76と信号線60、及び、半導体素子70の裏面電極と第2バスバー80も、確実に電気的に接続される。
When the winding
その状態で、巻き付けシート10の他端部を固定することにより、図3の半導体モジュール2が完成する。巻き付けシート10の他端部の固定手段は任意である。半導体モジュール2では、第1バスバー50と半導体素子70の表面電極74が電気的に接続し、信号線60と半導体素子70の信号パッド76が電気的に接続し、第2バスバー80と半導体素子70の裏面電極が電気的に接続している。また、冷却器40は、冷却器40の上方に配置された第1バスバー50を冷却することにより、その上方に配置された半導体素子70を冷却することができる。
In this state, the other end of the winding
以上、第1実施例の半導体モジュール2の構成とその製造方法について説明した。上記の通り、本実施例では、巻き付けシート10を冷却器40に巻き付けることにより、半導体素子70の表面電極74と第1バスバー50とが電気的に接続すると共に、半導体素子70の信号パッド76と信号線60とが電気的に接続し、さらに、半導体素子70の裏面電極と第2バスバー80とが電気的に接続する。従って、半導体モジュール2を製作する際に、半導体素子70、第1バスバー50、信号線60、第2バスバー80の各要素を互いに正確に位置合わせして積層し、接合する必要がない。各要素を正確に位置合わせして積層し、接合する必要がある従来の手法と比較して、半導体モジュール2を製造する際の作業負担を小さくすることができる。
The configuration of the
また、本実施例の半導体モジュール2では、半導体素子70、第1バスバー50、信号線60、第2バスバー80の各要素を互いに圧接させることによって電気的に接続させている。即ち、半導体素子70、第1バスバー50、信号線60、第2バスバー80の各要素を半田付けによって電気的に接続させる必要がない。そのため、半導体モジュール2を製作する際の作業負担をさらに小さくすることができる。また、半田を用いないため、従来の半導体モジュールのように、高温で動作する半導体素子とバスバーとの間の線膨張差によって半田が破損し、その結果、半導体素子の冷却性能が悪化して半導体素子が破損する、という不都合も発生しなくなる。
Further, in the
また、本実施例の半導体モジュール2では、第2バスバー設置部18が素子設置部22の裏面側に設けられ、半導体素子70の裏面電極と第2バスバー80とが連通孔20を通じて電気的に接続されている。そのため、後述する第7,第8実施例と比較して、半導体モジュール2を製作する際の冷却器40への巻き付けシート10の巻き付け回数を少なくすることができる。
Further, in the
また、本実施例の半導体モジュール2では、第1バスバー50と第2バスバー80とを対向させて並行させることができる。そのため、半導体素子70に電流が流れるときに、対向する第1バスバー50と第2バスバー80とに逆向きに電流を流すことができ、その結果、寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
Moreover, in the
また、本実施例の半導体モジュール2では、巻き付けシート10が絶縁性を有するため、絶縁板を用いることなく各部材間を絶縁することができる。
Moreover, in the
(第2実施例)
第2実施例の半導体モジュール102について、第1実施例と異なる点を中心に説明する。図8に示すように、第2実施例では、四角筒状の冷却器40の4つの外周面のそれぞれの面の表面側に、半導体素子170a〜dが配置される点が第1実施例と異なる。なお、図8には図示していないが、第1バスバー、信号線、第2バスバー等の各要素も、四角筒状の冷却器40の4つの外周面のそれぞれの面に設けられる。従って、第2実施例では、四角筒状の冷却器40の4つの外周面をすべて利用することにより、4個の半導体素子170a〜dを有する半導体モジュールを製作することができる。
(Second embodiment)
The
(第3実施例)
第3実施例の半導体モジュール202は、図9に示すように、冷却器240が八角筒状であって、その八角筒状の冷却器240の8つの外周面のそれぞれの面の表面側に、半導体素子270a〜hが配置されている。なお、図9には図示していないが、第1バスバー、信号線、第2バスバー等の各要素も、八角筒状の冷却器240の8つの外周面のそれぞれの面に設けられる。従って、第3実施例では、八角筒状の冷却器240の8つの外周面をすべて利用することにより、8個の半導体素子270a〜hを有する半導体モジュールを製作することができる。
(Third embodiment)
In the
(第4実施例)
第4実施例の半導体モジュール302は、図10に示すように、冷却器40に、冷却器40の長手方向に間隔を空けた位置に2枚の巻き付けシート310a、310bが巻き付けられている。巻き付けシート310aには、第1バスバー350a、信号線360a及び半導体素子、第2バスバー等の各要素(図示省略)が設けられている。同様に、巻き付けシート310bには、第1バスバー350b、信号線360b及び半導体素子、第2バスバー等の各要素(図示省略)が設けられている。第1バスバー350aと第1バスバー350bは、互いに逆方向に伸びるように配置されている。また、信号線360aと信号線360bも、互いに逆方向に伸びるように配置されている。従って、第4実施例でも、多数の半導体素子を有する半導体モジュールを製作することができる。
(Fourth embodiment)
In the
(第5実施例)
第5実施例の半導体モジュール402も、図11に示すように、冷却器40に、2枚の巻き付けシート410a、410bが巻き付けられている。ただし、第5実施例では、巻き付けシート410aに備えられている第1バスバー450a及び第2バスバー(図示省略)は、冷却器40の上面側に配置されている。一方、巻き付けシート410bに備えられている第1バスバー450b及び第2バスバー(図示省略)は、冷却器40の側面側に配置されている。第1バスバー450aと第1バスバー450bとは、同じ方向に伸ばされている。第5実施例では、第1バスバー450a、450bが互いに冷却器40の異なる面に配置されているため、第1バスバー450a、450bが互いに干渉しない。第5実施例では、多数の半導体素子を有する半導体モジュールを製作することができると共に、第1バスバー450a、450bが同一方向に伸びているため、伸ばされた第1バスバー450a、450bへの外部配線の接続を比較的容易に行うことができる。
(5th Example)
Also in the
(第6実施例)
第6実施例の半導体モジュール502は、図12に示すように、巻き付けシート510の材質が、場所によって異なる。即ち、第6実施例では、巻き付けシート510のうち、第1バスバー50が配置される領域S1は、高熱伝導材(例えばCuフィルム)で形成されている。さらに、領域S1のうち、冷却器40と接する部分には、冷却器40と第1バスバー50との間の絶縁性を確保するために、絶縁熱伝導樹脂シートが備えられている。そのため、冷却器40による第1バスバー50の冷却効率が良くなり、その結果、半導体素子70の冷却効率も向上する。また、巻き付けシート510のうち、第2バスバー80、半導体素子70、バネ板90が配置される領域S2は、第1実施例と同様に、絶縁性樹脂(例えばポリイミド)で形成されている。また、第6実施例では、巻き付けシート510のうち、押さえ板98が配置される領域S3は、バネ板90に対向する部分が硬度の高い樹脂(例えばエンプラ)で形成されている。そのため、押さえ板98によって、半導体素子70、第1バスバー50、信号線60、第2バスバー80の各要素をより強く押圧することができる。従って、半導体素子70、第1バスバー50、信号線60、第2バスバー80の各要素を確実に接続させることができると共に、各要素同士が位置ずれすることを防ぐこともできる。
(Sixth embodiment)
As for the
(第7実施例)
第7実施例の半導体モジュール602も、図13に示すように、巻き付けシート610の構成が第1実施例とは異なる。第1実施例の巻き付けシート10では、第2バスバー設置部18が素子設置部22の表面側に設けられ、半導体素子70と第2バスバー80が、巻き付けシート10の表裏面に重ねて備えられている。これに代えて、第7実施例の巻き付けシート610では、図13に示すように、第2バスバー設置部は、本体612の裏面であって、巻き付けシート610を冷却器40に巻き付けた際に、素子設置部22の表面側に設けられた連通孔20に対向する位置に形成されている。この場合、巻き付けシート610を冷却器40に巻き付けることにより、第2バスバー80の裏面に設けられた導電層82が連通孔20に入り込んで、半導体素子70の裏面電極と接触する。これにより、第7実施例でも、半導体素子70の裏面電極と第2バスバー80とが電気的に接続される。なお、第7実施例では、バネ板90の凸部92は、巻き付けシート610の本体612のうち、第2バスバー80が設置された部分の表面側に押し付けられる。
(Seventh embodiment)
Also in the
(第8実施例)
第8実施例の半導体モジュール702も、図14に示すように、巻き付けシート710の構成が第1実施例とは異なる。第1実施例の巻き付けシート10では、素子設置部22が本体12の裏面側に備えられている。これに代えて、第8実施例の巻き付けシート710では、図14に示すように、素子設置部及び第2バスバー設置部は、いずれも、本体712の表面に備えられている。第8実施例では、本体712のうち、素子設置部の位置と、第2バスバー設置部の位置には、それぞれ、連通孔720、725が設けられている。連通孔725内には、第2バスバー80の裏面に備えられている導電層82が配置され、導電層82の一部は本体712の裏面側に突出している。従って、第8実施例では、巻き付けシート710を冷却器40に巻き付けることにより、第1バスバー50の表面に設けられた導電層52が連通孔720に入り込んで、半導体素子70の表面電極74と接触する。これにより、第8実施例でも、半導体素子70の表面電極74と第1バスバー50とが電気的に接続される。さらに、巻き付けシート710を冷却器40に巻き付けることにより、本体712の裏面側に突出した導電層82が、半導体素子70の裏面電極と接触する。これにより、第8実施例でも、半導体素子70の裏面電極と第2バスバー80とが電気的に接続される。
(Eighth embodiment)
As for the semiconductor module 702 of the eighth embodiment, as shown in FIG. 14, the configuration of the winding
(第9実施例)
上記の各実施例では、導電層52は、第1バスバー50の表面に備えられている(図3、図13、図14等参照)。第9実施例では、導電層52が第1バスバー50の表面から脱落したり、巻き付けシート10を巻き付ける際に位置ずれしたりすることを防ぐために、以下に説明する脱落防止加工が施されている。第9実施例では、図15に示すように、第1バスバー50の表面に備えられた導電層52の周囲に粘着材53が配置されている。粘着材53は、導電層52と第1バスバー50の表面とを仮止めする。これにより、導電層52が第1バスバー50の表面から脱落したり、巻き付けシート10を巻き付ける際に位置ずれしたりすることが抑制される。また、他の例では、第1バスバー50の表面に、導電層52の裏面側を収容するための凹部(図示省略)を形成し、その凹部に導電層52を収容し、凹部に収容された導電層52の周囲に粘着材53を配置することもできる。
(Ninth embodiment)
In each of the above embodiments, the
さらに他の例では、図16、図17に示すように、巻き付けシート10の第1バスバー設置部14に、コーナー保持部14a、バスバー挿通部14bに加えて、導電層保持部14cを形成する。導電層保持部14cは、バスバー挿通部14bと同様に、第1バスバー50を挿通可能な筒状に形成されている。導電層保持部14には、導電層52の中央部分52を露出させるための連通孔14dが開口されている。図17に示すように、この例の導電層52は、厚みのある中央部分52aの周囲に、中央部分52aよりも薄く形成された鍔部52bを備えている。この例では、第1バスバー設置部14に第1バスバー50を設置した際に、導電層保持部14cによって、導電層52の鍔部52bの表面が抑えられるとともに、導電層52の中央部分52aが、連通孔14dから表面に露出する。導電層保持部14cによって、導電層52の鍔部52bの表面が抑えられることにより、導電層52が第1バスバー50の表面から脱落したり、巻き付けシート10を巻き付ける際に位置ずれしたりすることが抑制される。
In still another example, as shown in FIGS. 16 and 17, a conductive
(第10実施例)
第10実施例は、上記の第7実施例の変形例である。上記の第7実施例では、導電層82は、第2バスバー80の裏面に備えられている(図13参照)。この点、第10実施例では、図18に示すように、半導体素子70の裏面電極上に導電層82を備えている。また、導電層82は、厚みのある中央部分82aの周囲に、中央部分82aよりも薄く形成された鍔部82bを備えている。第10実施例では、導電層82の鍔部82bが、半導体素子70の裏面電極と巻き付けシート610の本体612の裏面との間に挟まれて保持されるとともに、導電層82の中央部分82aが、連通孔20を通って本体612の表面側に突出している。第10実施例では、巻き付けシート610を冷却器40に巻き付けることにより、本体612の表面側に突出した導電層82の中央部分82aが、第2バスバー80の裏面と接触する。第10実施例では、導電層82の鍔部82bが、半導体素子70の裏面電極と巻き付けシート610の本体612の裏面との間に挟まれて保持されることにより、導電層82が半導体素子70の裏面電極上から脱落したり、巻き付けシート610を巻き付ける際に位置ずれしたりすることが抑制される。
(Tenth embodiment)
The tenth embodiment is a modification of the seventh embodiment. In the seventh embodiment, the
(第11実施例)
第11実施例は、上記の第8実施例の変形例である。上記の第8実施例では、導電層82は、第2バスバー80の裏面に備えられているとともに、導電層82の一部が、連通孔725を通って巻き付けシート710の本体712の裏面側に突出している(図14参照)。この点、第11実施例でも、図19に示すように、導電層82は、厚みのある中央部分82aの周囲に、中央部分82aよりも薄く形成された鍔部82bを備えている。第11実施例では、導電層82の鍔部82bが、第2バスバー80の裏面と巻き付けシート710の本体712の裏面との間に挟まれて保持されるとともに、導電層82の中央部分82aが、連通孔725を通って本体712の裏面側に突出している。第11実施例では、巻き付けシート710を冷却器40に巻き付けることにより、本体712の裏面側に突出した導電層82の中央部分82aが、半導体素子70の裏面電極と接触する。第10実施例では、導電層82の鍔部82bが、第2バスバー80の裏面と巻き付けシート710の本体712の裏面との間に挟まれて保持されることにより、導電層82が第2バスバー80の裏面から脱落したり、巻き付けシート710を巻き付ける際に位置ずれしたりすることが抑制される。
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment is a modification of the eighth embodiment. In the eighth embodiment, the
上記の各実施例の変形例を以下に列挙する。
(1)冷却器に巻き付けた巻き付けシートの外周に、さらに、Cu等の金属フィルム又は金属板を巻き付けてもよい。この際、冷却器とモジュールとの間の絶縁が確保できるように巻き付ける。その場合、冷却器のみならず、巻き付けた金属フィルム(金属板)からも放熱を行うことができ、半導体素子の冷却効率が向上する。
(2)冷却器に巻き付けた巻き付けシートの外周に、さらに防滴シートを巻き付けてもよい。これによって、半導体素子等の各要素に水滴が付着することを防止し得る。
(3)巻き付けシートの一部又は全面に粘着材を配置してもよい。これにより、冷却器に巻き付けシートを巻き付ける際に、粘着材で巻き付けシートを固定することにより、冷却器に巻き付けた巻き付けシートの位置ずれを防ぐことができる。
(4)巻き付けシートに配線パターンを形成してもよい。
(5)一つの巻き付けシートに複数の半導体素子を設置してもよい。この場合、設置する複数の半導体素子は、すべて同じものであっても、互いに異なるものであってもよい。
(6)冷却器と巻き付けシートのうちの一方に、位置決め用のピン(突起)を設け、冷却器と巻き付けシートのうちの他方に、巻き付けシートを巻き付けた際に上記ピンが嵌合する位置決め用の穴を設けてもよい。この場合、巻き付けシートを巻き付けた際に、ピンと穴とが嵌合することにより、巻き付けシートが位置決めされる。これにより、巻き付けシートを巻き付けた際の位置ずれを防ぐことができる。
(7)上記の各実施例では、半導体素子としてMOSFETを使用しているが、半導体素子はこれには限られず、IGBT、ダイオード等、種々の半導体素子を用いることができる。
Modifications of the above embodiments are listed below.
(1) A metal film such as Cu or a metal plate may be further wound around the outer periphery of the wound sheet wound around the cooler. At this time, the winding is performed so as to ensure insulation between the cooler and the module. In that case, heat can be radiated not only from the cooler but also from the wound metal film (metal plate), and the cooling efficiency of the semiconductor element is improved.
(2) A drip-proof sheet may be further wound around the outer periphery of the wound sheet wound around the cooler. This can prevent water droplets from adhering to each element such as a semiconductor element.
(3) An adhesive material may be disposed on a part or the entire surface of the wound sheet. Thereby, when winding a winding sheet around a cooler, the position shift of the winding sheet wound around the cooler can be prevented by fixing the winding sheet with an adhesive.
(4) A wiring pattern may be formed on the winding sheet.
(5) A plurality of semiconductor elements may be installed on one winding sheet. In this case, the plurality of semiconductor elements to be installed may be the same or different from one another.
(6) A positioning pin (protrusion) is provided on one of the cooler and the wrapping sheet, and the pin is fitted when the wrapping sheet is wound on the other of the cooler and the wrapping sheet. May be provided. In this case, when the winding sheet is wound, the pin and the hole are fitted to position the winding sheet. Thereby, the position shift at the time of winding a winding sheet | seat can be prevented.
(7) In each of the above embodiments, a MOSFET is used as a semiconductor element. However, the semiconductor element is not limited to this, and various semiconductor elements such as an IGBT and a diode can be used.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:半導体モジュール
10:巻き付けシート
12:本体
14:第1バスバー設置部
14a:コーナー保持部
14b:バスバー挿通部
14c:導電層保持部
14d:連通孔
16:信号線保持部
18:第2バスバー設置部
18a:コーナー保持部
18b:バスバー挿通部
20:連通孔
22:素子設置部
24:バネ板設置部
24a:コーナー保持部
26:貫通孔
28:押さえ板設置部
28a:コーナー保持部
40:冷却器
50:第1バスバー
52:導電層
53:粘着材
54:凹部
60:信号線
70:半導体素子
74:表面電極
76:信号パッド
77:絶縁層
80:第2バスバー
82:導電層
90:バネ板
91:本体
92:凸部
98:押さえ板
102:半導体モジュール
170a〜170d:半導体素子
202:半導体モジュール
240:冷却器
270a〜270h:半導体素子
302:半導体モジュール
310a、310b:巻き付けシート
314a、314b:第1バスバー設置部
350a、350b:第1バスバー
360a、360b:信号線
402:半導体モジュール
410a、410b:巻き付けシート
450a、450b:第1バスバー
502:半導体モジュール
510:巻き付けシート
602:半導体モジュール
610:巻き付けシート
612:本体
702:半導体モジュール
710:巻き付けシート
712:本体
720、725:連通孔
2: Semiconductor module 10: Winding sheet 12: Body 14: First bus bar installation part 14a: Corner holding part 14b: Bus bar insertion part 14c: Conductive layer holding part 14d: Communication hole 16: Signal line holding part 18: Second bus bar installation Part 18a: Corner holding part 18b: Bus bar insertion part 20: Communication hole 22: Element installation part 24: Spring plate installation part 24a: Corner holding part 26: Through hole 28: Presser plate installation part 28a: Corner holding part 40: Cooler 50: first bus bar 52: conductive layer 53: adhesive material 54: recess 60: signal line 70: semiconductor element 74: surface electrode 76: signal pad 77: insulating layer 80: second bus bar 82: conductive layer 90: spring plate 91 : Main body 92: Convex portion 98: Presser plate 102: Semiconductor modules 170 a to 170 d: Semiconductor element 202: Semiconductor module 240: Cooler 27 a to 270h: semiconductor element 302: semiconductor module 310a, 310b: winding sheet 314a, 314b: first bus bar installation part 350a, 350b: first bus bar 360a, 360b: signal line 402: semiconductor module 410a, 410b: winding sheet 450a, 450b: first bus bar 502: semiconductor module 510: winding sheet 602: semiconductor module 610: winding sheet 612: main body 702: semiconductor module 710: winding sheet 712: main bodies 720, 725: communication holes
Claims (3)
前記巻き付けシートが巻き付けられる被巻き付け部材と、
前記巻き付けシートの第1バスバー設置部に設置される第1バスバーと、
前記巻き付けシートの第2バスバー設置部に設置される第2バスバーと、
前記巻き付けシートの素子設置部に設置される縦型の半導体素子と、を備えており、
前記巻き付けシートを前記被巻き付け部材に巻き付けると、前記素子設置部に設置された前記半導体素子の一方の表面と前記第1バスバー設置部に設置された前記第1バスバーとが電気的に接続すると共に、前記素子設置部に設置された前記半導体素子の他方の表面と前記第2バスバー設置部に設置された前記第2バスバーとが電気的に接続し、
前記巻き付けシートは、前記巻き付けシートの表面と裏面とを連通し、前記半導体素子の一方の表面と前記第1バスバー、又は、前記半導体素子の他方の表面と前記第2バスバーとを電気的に接続する連通孔を有している、
半導体モジュール。 A wrapping sheet;
A member to be wound on which the winding sheet is wound;
A first bus bar installed in a first bus bar installation section of the wound sheet;
A second bus bar installed in a second bus bar installation part of the wound sheet;
A vertical semiconductor element installed in the element installation part of the winding sheet,
When the winding sheet is wound around the member to be wound, one surface of the semiconductor element installed in the element installation unit and the first bus bar installed in the first bus bar installation unit are electrically connected. The other surface of the semiconductor element installed in the element installation part and the second bus bar installed in the second bus bar installation part are electrically connected,
The winding sheet communicates the front surface and the back surface of the winding sheet, and electrically connects one surface of the semiconductor element and the first bus bar, or the other surface of the semiconductor element and the second bus bar. Having a communicating hole,
Semiconductor module.
前記素子設置部は、前記巻き付けシートを前記被巻き付け部材に巻き付けた際に、前記第1バスバー設置部と対向する位置に設けられ、
前記第2バスバー設置部は、前記素子設置部の裏面側に設けられ、
前記連通孔は、第2バスバー設置部と素子設置部とを連通する位置に設けられ、
前記素子設置部に設置される前記半導体素子の他方の表面と、前記第2バスバーに設置される前記第2バスバーとは、前記連通孔を通じて電気的に接続可能となる、
請求項1に記載の半導体モジュール。 The first bus bar installation part and the second bus bar installation part are provided on one surface of the winding sheet, while the element installation part is provided on the other surface of the winding sheet,
The element installation part is provided at a position facing the first bus bar installation part when the winding sheet is wound around the member to be wound.
The second bus bar installation part is provided on the back side of the element installation part,
The communication hole is provided at a position where the second bus bar installation part and the element installation part communicate with each other.
The other surface of the semiconductor element installed in the element installation part and the second bus bar installed in the second bus bar can be electrically connected through the communication hole.
The semiconductor module according to claim 1.
請求項1又は2に記載の半導体モジュール。 The member to be wound is a cooler.
The semiconductor module according to claim 1 or 2.
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JP2014113025A (en) * | 2012-10-31 | 2014-06-19 | Toshiba Corp | Semiconductor power converter and manufacturing method of the same |
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