JP2014127583A - Semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module.
従来、モータなどの電気機器を制御する電力変換装置に使用される半導体モジュールとして、スイッチング素子(例えばIGBT)及び整流素子(例えば還流ダイオード(FWD))を備えたものが知られている。このような半導体モジュールにおいては、定常電流を妨げる方向の電圧であるサージ電圧を低減するために、インダクタンスを低減することが重要である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor module that is used in a power conversion device that controls an electric device such as a motor includes a switching element (for example, IGBT) and a rectifying element (for example, a freewheeling diode (FWD)). In such a semiconductor module, it is important to reduce inductance in order to reduce a surge voltage that is a voltage in a direction that hinders a steady current.
スイッチング素子等に電力を供給する棒状の金属であるバスバの構造を最適化して、インダクタンスを低減する技術が知られている。具体的には、極性の異なるバスバ(正側バスバ、負側バスバ)の導電経路を近接して配置し、正側バスバ及び負側バスバ間の相互インダクタンスを大きくすることにより、インダクタンスの低減を図る。例えば特許文献1に記載された半導体モジュールでは、正側バスバ及び負側バスバをともにループ配線とし、正側バスバ及び負側バスバのループ配線が近接していない箇所に追加配線を設け、正側バスバのループ配線に正側バスバの追加配線を加えた導電経路と、負極バスバのループ配線に負極バスバの追加配線を加えた導電経路とが各箇所において近接するようにし(導電経路の形状が正極バスバと負極バスバとで対応した形の形状(同一の形状)となるようにし)、インダクタンスの低減を図っている。 There is known a technique for reducing the inductance by optimizing the structure of a bus bar that is a rod-shaped metal that supplies power to a switching element or the like. Specifically, the conductive paths of bus bars having different polarities (positive bus bar, negative bus bar) are arranged close to each other, and the mutual inductance between the positive bus bar and the negative bus bar is increased, thereby reducing the inductance. . For example, in the semiconductor module described in Patent Document 1, both the positive side bus bar and the negative side bus bar are loop wires, and additional wires are provided at locations where the loop wires of the positive side bus bar and the negative side bus bar are not close to each other. The conductive path in which the additional wiring of the positive bus bar is added to the loop wiring of the negative bus bar and the conductive path in which the additional wiring of the negative bus bar is added to the loop wiring of the negative bus bar are close to each other (the shape of the conductive path is positive bus bar). And the negative electrode bus bar have shapes corresponding to each other (same shape) to reduce inductance.
上述したような半導体モジュールに用いられるバスバとして、電極と一体となった構造(異形構造)のものがある。このような異形構造の電極及びバスバは、厚さが厚い電極板(電極になる部分)と厚さが薄い電極板(バスバになる部分)とが一体となった部材(異形材)から生成される。具体的には、当該異形材の厚さが薄い電極板のうちバスバを設ける範囲を除いた部分を打ち抜くことにより生成される。厚さが薄い電極板を打ち抜く際、バスバになる部分だけを残して他の部分を完全に打ち抜くことは難しく、厚さが薄い電極板のうち厚さが厚い電極板との境界面の部分には、少量の電極板(バリ)が残ることとなる。 As a bus bar used in the semiconductor module as described above, there is a structure (unshaped structure) integrated with an electrode. Such an irregularly shaped electrode and bus bar are generated from a member (deformed material) in which a thick electrode plate (part that becomes an electrode) and a thin electrode plate (part that becomes a bus bar) are integrated. The Specifically, it is generated by punching out the portion of the electrode plate where the thickness of the deformed material is thin, excluding the area where the bus bar is provided. When punching out a thin electrode plate, it is difficult to completely punch out other parts, leaving only the part that will become the bus bar, and at the boundary of the thin electrode plate with the thick electrode plate This leaves a small amount of electrode plate (burrs).
発明者らは、打ち抜き時に残るバリを完全に除去するのではなく、このバリを有効利用して、インダクタンスの低減を図るべく検討した。その結果、バスバに隣接する領域を除去するのではなく、この領域を残すことで、電流経路の短縮及び断面積の拡大によるインダクタンスの低減を図ることを見出した。以下、バスバに隣接し、インダクタンスの低減に利用可能な領域を羽根部という。 The inventors have studied not to completely remove the burrs remaining at the time of punching, but to reduce the inductance by effectively using the burrs. As a result, the present inventors have found that, instead of removing the area adjacent to the bus bar, leaving this area reduces the inductance by shortening the current path and enlarging the cross-sectional area. Hereinafter, a region adjacent to the bus bar and usable for reducing the inductance is referred to as a blade portion.
しかしながら、半導体モジュール成形時の制約から、上述した羽根部を設けることができる領域は限定されていた。すなわち、通常、半導体モジュールはモールド成形により成形され、該モールド成形時には各バスバの高さを同一として曲げ加工を行う必要があるところ、例えば、正極側バスバと一体成型された羽根部を正極側バスバと同様に曲げ加工を行うと、該羽根部が、負極側バスバと接触する可能性があり、このことで羽根部を設けることができる領域は限られることとなっていた。以上より、羽根部を設けることができる領域が限られていることにより、羽根部によるインダクタンスの低減効果は十分とはいえない状況であった。 However, the region where the above-described blade portion can be provided has been limited due to restrictions during molding of the semiconductor module. That is, normally, a semiconductor module is molded by molding, and it is necessary to perform bending with the same height of each bus bar at the time of molding. For example, the blade portion integrally molded with the positive bus bar is connected to the positive bus bus bar. When bending is performed in the same manner as described above, the blade portion may come into contact with the negative electrode bus bar, and this limits the region in which the blade portion can be provided. As described above, since the region where the blade part can be provided is limited, the effect of reducing the inductance by the blade part is not sufficient.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、羽根部の領域を大きくすることによってインダクタンスのさらなる低減を図ることが可能な半導体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 view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module capable of further reducing inductance by enlarging the region of the blade portion.
本発明は、第1の方向に積層された第1及び第2の電極と、第1及び第2の電極間に配置され、当該第1及び第2の電極に電気的に接続された半導体素子と、第1の方向と交差する第2の方向に張り出す第1のバスバと、第2の電極に接続され、第2の方向に張り出す第2のバスバと、第1の電極に接続され、第1及び第2の方向と交差する第3の方向において前記第1のバスバと隣りあうようにして第2の方向に張り出す第1の羽根部と、第2の電極に接続され、第3の方向において第2のバスバと隣りあうようにして第2の方向に張り出す第2の羽根部と、を備え、第1のバスバは、第1の方向から見た場合に、第2の羽根部と重なる領域を有しており、第2のバスバは、第1の方向から見た場合に、第1の羽根部と重なる領域を有しており、第3の方向において隣りあう第1のバスバと第1の羽根部との間には、第1の隙間部が形成されており、第3の方向において隣りあう第2のバスバと第2の羽根部との間には、第2の隙間部が形成されている半導体モジュールを提供する。 The present invention relates to first and second electrodes stacked in a first direction, and a semiconductor element disposed between the first and second electrodes and electrically connected to the first and second electrodes. And a first bus bar projecting in a second direction intersecting the first direction and a second bus bar projecting in the second direction and connected to the second electrode. A first blade portion projecting in a second direction so as to be adjacent to the first bus bar in a third direction intersecting the first and second directions, and connected to the second electrode, And a second blade portion that projects in the second direction so as to be adjacent to the second bus bar in the direction of 3, and the first bus bar has a second shape when viewed from the first direction. The second bus bar has an area that overlaps with the first blade part when viewed from the first direction. Thus, a first gap is formed between the first bus bar and the first blade portion that are adjacent in the third direction, and the second bus bar and the second bus bar that are adjacent in the third direction. A semiconductor module in which a second gap portion is formed between the blade portions is provided.
この半導体モジュールは、第1の方向から見た場合に、第1の電極に接続された第1のバスバが、第2の電極に接続された第2の羽根部と重なる領域を有している。同様に、第1の方向から見た場合に、第2の電極に接続された第2のバスバが、第1の電極に接続された第1の羽根部と重なる領域を有している。バスバと羽根部とが重なる領域を有しているため、バスバを流れる電流から発生する磁界により、羽根部においては、バスバに流れる電流と相対方向に流れる渦電流が発生することとなり、相互インダクタンス作用によりインダクタンスが低減される。 When viewed from the first direction, this semiconductor module has a region where the first bus bar connected to the first electrode overlaps the second blade portion connected to the second electrode. . Similarly, when viewed from the first direction, the second bus bar connected to the second electrode has a region overlapping the first blade portion connected to the first electrode. Since the bus bar and the blade part overlap each other, the magnetic field generated from the current flowing through the bus bar generates an eddy current flowing in the relative direction to the current flowing through the bus bar. This reduces the inductance.
そして、第1のバスバと該第1のバスバと隣り合う第1の羽根部との間には、第1のバスバと第1の羽根部とが接続されていない領域である第1の隙間部が形成されているため、第1の羽根部と第1のバスバとを、独立した形状とすることができる。同様に、第2のバスバと該第2バスバと隣り合う第2の羽根部との間には、第2のバスバと第2の羽根部とが接続されていない領域である第2の隙間部が形成されているため、第2の羽根部と第2のバスバとを、独立した形状とすることができる。 And between the 1st bus bar and the 1st blade part which adjoins the 1st bus bar, the 1st crevice part which is the field where the 1st bus bar and the 1st blade part are not connected Therefore, the first blade portion and the first bus bar can be formed into independent shapes. Similarly, between the second bus bar and the second blade part adjacent to the second bus bar, the second gap part which is an area where the second bus bar and the second blade part are not connected. Therefore, the second blade portion and the second bus bar can be formed into independent shapes.
これにより、第1の羽根部は、第1のバスバから分離され独立した形状として形成されているので、第1のバスバを曲げ加工しても、第1の羽根部が第1のバスバの形状変化の影響を受けて変形するおそれがない。すなわち、第1の羽根部が変形してしまい第2のバスバと接触するおそれがないので、第1の羽根部の面積を拡大することができる。 Thereby, since the 1st blade part is separated from the 1st bus bar and formed as an independent shape, even if it bends the 1st bus bar, the 1st blade part is the shape of the 1st bus bar. There is no risk of deformation under the influence of changes. That is, there is no possibility that the first blade portion is deformed and comes into contact with the second bus bar, so that the area of the first blade portion can be enlarged.
同様に、第2の羽根部は、第2のバスバから分離され独立した形状として形成されているので、第2のバスバを曲げ加工しても、第2の羽根部が第2のバスバの形状変化の影響を受けて変形するおそれがない。すなわち、第2の羽根部が変形してしまい第1のバスバと接触するおそれがないので、第2の羽根部の面積を拡大することができる。 Similarly, since the second blade portion is formed as an independent shape separated from the second bus bar, even if the second bus bar is bent, the second blade portion has the shape of the second bus bar. There is no risk of deformation under the influence of changes. That is, since there is no possibility that the second blade portion is deformed and comes into contact with the first bus bar, the area of the second blade portion can be increased.
その結果、渦電流を発生させる第1の羽根部の領域を大きくすることができるので、第1の羽根部と第2のバスバとの相互インダクタンス作用をより大きくでき、第2のバスバにおけるインダクタンスを低減することが可能となる。 As a result, since the region of the first blade portion that generates eddy current can be increased, the mutual inductance action between the first blade portion and the second bus bar can be increased, and the inductance of the second bus bar can be increased. It becomes possible to reduce.
同様に、渦電流を発生させる第2の羽根部の領域を大きくすることができるので、第2の羽根部と第1のバスバとの相互インダクタンス作用をより大きくでき、第1のバスバにおけるインダクタンスを低減することが可能となる。 Similarly, since the area of the second blade portion that generates eddy current can be increased, the mutual inductance action between the second blade portion and the first bus bar can be further increased, and the inductance in the first bus bar can be increased. It becomes possible to reduce.
また、本発明に係る半導体モジュールは、第1のバスバは、第1の電極側に配置された第1の基端部と、当該第1の基端部から第1の方向の内側に屈曲された後、第2の方向に張出す第1の本体部とを有し、第2のバスバは、第2の電極側に配置された第2の基端部と、当該第2の基端部から第1の方向の内側に屈曲された後、第2の方向に張出す第2の本体部とを有し、第1及び第2の基端部は、第2の方向において、同じ位置まで延在して屈曲され、第1及び第2の基端部は、第1の方向において、同じ位置に配置され、第1の羽根部は、第2の方向において、第2の本体部の第2の基端部側の屈曲位置の近傍まで延在し、第2の羽根部は、第2の方向において、第1の本体部の第1の基端部側の屈曲位置の近傍まで延在している、構成でもよい。 In the semiconductor module according to the present invention, the first bus bar is bent inward in the first direction from the first base end portion disposed on the first electrode side and the first base end portion. The second bus bar has a second base end portion disposed on the second electrode side, and the second base end portion. A second body portion that is bent inward in the first direction and then extends in the second direction, and the first and second base end portions are in the same direction in the second direction. The first and second proximal end portions are arranged at the same position in the first direction, and the first blade portion is the second main body portion in the second direction. The second blade portion extends in the second direction to the vicinity of the bending position on the first base end side of the first main body portion. Has a configuration It may be.
モールド成形時には、第1及び第2のバスバの第1の方向における高さが同じであることが好ましい。そのため、第1及び第2のバスバが第1の方向において同じ位置となるように、第1及び第2のバスバを屈曲形成することで、好適にモールド成形を行うことができる。 At the time of molding, it is preferable that the heights of the first and second bus bars in the first direction are the same. For this reason, the first and second bus bars can be bent and formed such that the first and second bus bars are in the same position in the first direction.
また、第1の羽根部が、第2の方向において、第2の本体部の第2の基端部側の屈曲位置に近接する位置まで延在しているので、第1の羽根部と第2のバスバの第2の基端部とが重なる領域を拡大して、第2のバスバのインダクタンスを一層低減させることができる。 In addition, since the first blade portion extends to a position close to the bent position on the second base end side of the second main body portion in the second direction, the first blade portion and the second blade portion The area where the second base end of the second bus bar overlaps can be enlarged, and the inductance of the second bus bar can be further reduced.
同様に、第2の羽根部が、第2の方向において、第1の本体部の第1の基端部側の屈曲位置に近接する位置まで延在しているので、第2の羽根部と第1のバスバの第1の基端部とが重なる領域を拡大して、第1のバスバのインダクタンスを一層低減させることができる。 Similarly, since the second blade portion extends to a position close to the bent position on the first base end side of the first main body portion in the second direction, the second blade portion and The area where the first base end of the first bus bar overlaps can be enlarged, and the inductance of the first bus bar can be further reduced.
また、本発明に係る半導体モジュールは、第3の方向において、離間して配置されており、第1及び第2の隙間部は、第3の方向において、第1のバスバと第2のバスバとの間に配置されている構成でもよい。 In addition, the semiconductor module according to the present invention is spaced apart in the third direction, and the first and second gap portions are arranged between the first bus bar and the second bus bar in the third direction. The structure arrange | positioned between these may be sufficient.
羽根部の、第3の方向における外側の端部を、電極の端部と接続することにより羽根部の幅を最大限広くすることができ、さらなるインダクタンスの低減が可能となる。 By connecting the outer end portion of the blade portion in the third direction to the end portion of the electrode, the width of the blade portion can be maximized, and the inductance can be further reduced.
本発明によれば、羽根部の領域を大きくすることによってインダクタンスのさらなる低減を図ることが可能な半導体モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor module which can aim at the further reduction of an inductance by enlarging the area | region of a blade | wing part can be provided.
以下、本発明による半導体モジュールの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor module according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
以下、第1実施形態及び第2実施形態において説明する半導体モジュールは、例えば、三相交流モータを駆動源に持つ車両(例えば、ハイブリッド車両、電気自動車)に搭載されるモータシステムのインバータに適用されるものである。このようなインバータでは、例えば3つの半導体モジュール及び昇圧回路(コンデンサ、リアクトル)等を有している。 Hereinafter, the semiconductor module described in the first embodiment and the second embodiment is applied to, for example, an inverter of a motor system mounted on a vehicle (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle) having a three-phase AC motor as a drive source. Is. Such an inverter has, for example, three semiconductor modules and a booster circuit (capacitor, reactor).
[第1実施形態]
まず、図1〜図4を参照して、第1実施形態に係る半導体モジュールについて説明する。図1に示す半導体モジュール1は、スイッチング素子(パワー素子、半導体素子)としてIGBTを有する。図2に示すように、半導体モジュール1は、Z方向(第1の方向、厚み方向)に対向して配置された一対の電極として、エミッタ電極(第1の電極)11及びコレクタ電極(第2の電極)12を備えている。半導体モジュール1は、エミッタ電極11及びコレクタ電極12の間に、IGBT21及びFWD31を有する。
[First embodiment]
First, the semiconductor module according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. A semiconductor module 1 shown in FIG. 1 has an IGBT as a switching element (power element, semiconductor element). As shown in FIG. 2, the semiconductor module 1 includes an emitter electrode (first electrode) 11 and a collector electrode (second electrode) as a pair of electrodes arranged facing the Z direction (first direction, thickness direction). Electrode) 12. The semiconductor module 1 includes an
エミッタ電極11及びコレクタ電極12は、図3に示すように、板状を成し、Z方向に積層されている。エミッタ電極11とコレクタ電極12との間には、IGBT21を備えた第1の積層体20と、FWD31を備えた第2の積層体30とが配置されている。第1の積層体20と第2の積層体30とは、Z方向と交差するY方向(第3の方向)に離間して配置されている。
As shown in FIG. 3, the
IGBT21の一方の面は、はんだ23を介してコレクタ電極12に接合されている。IGBT21の他方の面は、はんだ24を介してスペーサ22に接合されている。スペーサ22は、はんだ25を介して、エミッタ電極11に接合されている。
One surface of the
FWD31の一方の面は、はんだ33を介してコレクタ電極12に接合されている。FWD31の他方の面は、はんだ34を介してスペーサ32に接合されている。スペーサ32は、はんだ35を介して、エミッタ電極11に接合されている。
One surface of the
FWD31は、コレクタ電極12とエミッタ電極11との間に接続され、逆方向電圧印加時の破損防止のため、負荷電流をバイパスさせる還流用ダイオードとして機能する。FWD31のカソード電極は、コレクタ電極12に接続され、FWD31のアノード電極は、エミッタ電極に接続されている。
The
エミッタ電極11及びコレクタ電極12は、それぞれ熱伝導率が高い素材で構成され、例えば銅、又はアルミニウムなどで構成されている。また、熱膨張率の制御が容易な素材(例えば、アルミ炭化珪素(AlSiC)、又は銅モリブデン(Cu−Mo)等)で構成されていると、半田応力を低減するのに好ましい。エミッタ電極11及びコレクタ電極12は、積層体20,30を冷却する放熱板としても機能する。
The
半導体モジュール1には、IGBT21のゲート電極(図示せず)に信号を与える信号ターミナル(図示せず)が設けられている。電位が異なる電極であるエミッタ電極11及びコレクタ電極12と、信号ターミナルとが導通することを防止するために、スペーサ22及びスペーサ33が設けられている。
The semiconductor module 1 is provided with a signal terminal (not shown) that gives a signal to the gate electrode (not shown) of the
上述した各部品(エミッタ電極11、コレクタ電極12、IGBT21、FWD31、スペーサ22,32、はんだ23,24,25,33,34,35)はモールド樹脂41によって封止されている。このようにモールド樹脂41によって封止することで上記の各部品を保護する。また、はんだ23,24,25,33,34,35は、モールド樹脂41によって保護され、はんだとしての信頼性が向上されている。エミッタ電極11の外面及びコレクタ電極12の外面は、外部に露出されている(モールド樹脂によって覆われていない)。なお、図1及び図2では、モールド樹脂41の図示を省略している。
Each component (
本実施形態の半導体モジュール1は、図1、図2、及び図4に示すように、エミッタ電極11から張出すエミッタバスバ13、コレクタ電極12から張出すコレクタバスバ14、エミッタバスバ13に隣接して配置され、エミッタ電極11から張出す第1の羽根部15、及びコレクタバスバ14に隣接して配置され、コレクタ電極12から張出す第2の羽根部16を備えている。
The semiconductor module 1 of this embodiment is disposed adjacent to the
エミッタバスバ13は、エミッタ電極11を介して、IGBT21と電気的に接続されている。コレクタバスバ14は、コレクタ電極12を介して、IGBT21と電気的に接続されている。エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14は、同一方向に張出すように形成されている。エミッタバスバ13は、エミッタ電極11からX方向(第2の方向)に張出している。コレクタバスバ14は、コレクタ電極12からX方向に張出している。X方向は、Y方向及びZ方向と交差する方向である。
The
エミッタバスバ13は、エミッタ電極11側に配置された第1の基端部13aと、この第1の基端部13aからZ方向の内側へ屈曲された後、X方向に張出す第1の本体部13cとを有する。第1の基端部13aと第1の本体部13cとの間には、屈曲部13bが形成されている。第1の本体部13cは、例えば、Z方向における中央に配置されている。
The
第1の羽根部15は、Y方向において、エミッタバスバ13と隣り合うように配置されている。第1の羽根部15とエミッタバスバ13との間には、第1の羽根部15とエミッタバスバ13とが接続されていない領域である第1の隙間部17が形成されている。
The
第1の羽根部15及び第1の基端部13aは、Z方向において同じ位置に配置されている。また、第1の羽根部15は、X方向において、エミッタバスバ13の屈曲部13b近傍まで張り出している。また、エミッタバスバ13及び第1の羽根部15は、エミッタ電極11と比較して厚さが薄くなっている。
The 1st blade |
コレクタバスバ14は、コレクタ電極12側に配置された第2の基端部14aと、この第2の基端部14aからZ方向の内側へ屈曲された後、X方向に張出す第2の本体部14cとを有する。第2の基端部14aと第2の本体部14cとの間には、屈曲部14bが形成されている。第2の本体部14cは、例えば、Z方向における中央に配置されている。
The
第2の羽根部16は、Y方向において、コレクタバスバ14と隣り合うように配置されている。第2の羽根部16とコレクタバスバ14との間には、第2の羽根部16とコレクタバスバ14とが接続されていない領域である第2の隙間部18が形成されている。
The
第1及び第2の隙間部17,18は、Y方向において、エミッタバスバ13とコレクタバスバ14との間に形成されている。第1の隙間部17は、Y方向において、第2の隙間部18とずれた位置に形成され、第2の隙間部18よりも、エミッタバスバ13側に形成されている。
The first and
第1の本体部13cと第2の本体部14cとは、図2に示すように、Z方向において同じ位置に配置されている。第1の本体部13cと第2の本体部14cとは、Y方向から見て同一の高さに配置されている。エミッタバスバ13の屈曲部13bと、コレクタバスバ14の屈曲部14bとは、X方向において同じ位置に配置されている。
As shown in FIG. 2, the first
第2の羽根部16及び第2の基端部14aは、Z方向において同じ位置に配置されている。また、第2の羽根部16は、Z方向において、コレクタバスバ14の屈曲部14b近傍まで張り出している。また、コレクタバスバ14及び第2の羽根部16は、コレクタ電極12と比較して厚さが薄くなっている。
The 2nd blade |
コレクタバスバ14は、Z方向から見た場合に、エミッタバスバ13と重なる領域を有していない。エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14は、Y方向において、異なる位置に配置されている。第1の羽根部15は、Z方向から見た場合に、コレクタバスバ14と重なる位置に配置されている。第1の羽根部15は、コレクタバスバ14の基端部14aと対面して配置されている。第1の羽根部15は、X方向において、コレクタバスバ14の屈曲部14b近傍まで延びている。第2の羽根部16は、Z方向から見た場合に、エミッタバスバ13と重なる位置に配置されている。第2の羽根部16は、エミッタバスバ13の基端部13aと対面して配置されている。第2の羽根部16は、X方向において、エミッタバスバ13の屈曲部13b近傍まで延びている。
The
第1の羽根部15は、コレクタバスバ14を流れる電流によって発生する磁界によって生じる渦電流が流れるように配置されている。第2の羽根部16は、エミッタバスバ13を流れる電流によって発生する磁界によって生じる渦電流が流れるように配置されている。
The
エミッタバスバ13及び第1の羽根部15は、エミッタ電極11と一体として形成されている。コレクタバスバ14及び第2の羽根部16は、コレクタ電極12と一体として形成されている。第1及び第2の羽根部15,16には、エミッタ電極11、コレクタ電極12、エミッタバスバ13、及びコレクタバスバ14と同様に、例えば銅やアルミニウムなどの導体が用いられる。
The
エミッタ電極11、エミッタバスバ13及び第1の羽根部15は、厚さが厚い電極板(エミッタ電極11になる部分)と厚さが薄い電極板(エミッタバスバ13及び第1の羽根部15になる部分)とが一体となった部材(異形材)から製造される。厚さが厚い電極板はそのままエミッタ電極11となる。また、厚さが薄い電極板はエミッタバスバ13及び第1の羽根部15となる部分を除き打ち抜かれ、打ち抜き後に残った部分がエミッタバスバ13及び第1の羽根部15となる。第1の隙間部17は、打ち抜き後に設けられるものであってもよいし、打ち抜き時に設けられるものであってもよい。
The
打ち抜き後に設けられるとは、打ち抜きによりエミッタバスバ13と第1の羽根部15とが生成された際には第1の隙間部17は設けられておらず、打ち抜き後にエミッタバスバ13と第1の羽根部15との間を切り離すことで第1の隙間部17が設けられるものである。一方で、打ち抜き時に第1の隙間部17が設けられるとは、打ち抜き時に第1の隙間部17の領域についても打ち抜くことで、エミッタバスバ13及び第1の羽根部15の生成と同時に第1の隙間部17が設けられるものである。なお、コレクタ電極12、コレクタバスバ14、第2の羽根部16、及び第2の隙間部18についても、上述したエミッタ電極11、エミッタバスバ13、第1の羽根部15、及び第1の隙間部17と同様の方法で生成、又は設けられる。
The term “provided after punching” means that when the
図4に示すように、第1及び第2の隙間部17,18は、プレス成型時に必要となる幅、及びモールド樹脂の流動に必要な幅のみを開けて、極力狭くなるように形成されている。
As shown in FIG. 4, the first and
次に、第1実施形態に係る半導体モジュール1の作用について説明する。この半導体モジュール1では、第1の方向Zから見た場合に、エミッタ電極11に接続されたエミッタバスバ13が、コレクタ電極12に接続された第2の羽根部16と重なる領域を有している。同様に、第1の方向Zから見た場合に、コレクタ電極12に接続されたコレクタバスバ14が、エミッタ電極11に接続された第1の羽根部15と重なる領域を有している。バスバ13と羽根部16とが重なる領域、及びバスバ14と羽根部15とが重なる領域を有しているため、バスバを流れる電流から発生する磁界によって、羽根部においては、バスバに流れる電流と相対方向に流れる渦電流が発生することとなり、相互インダクタンス作用によりインダクタンスが低減される。
Next, the operation of the semiconductor module 1 according to the first embodiment will be described. In this semiconductor module 1, when viewed from the first direction Z, the
渦電流の発生による相互インダクタンス作用について、図5及び図6を用いて説明する。図5に示すように、エミッタバスバ13にはエミッタ電極11から離間する方向(図5の上から下に向かう方向)に電流が流れており、コレクタバスバ14にはコレクタ電極12に接近する方向(図5の下から上に向かう方向)に電流が流れている。この場合、図6に示す矢印の向きに磁界が発生するところ、第1の羽根部15は破線a,bで囲んだ箇所、第2の羽根部16は破線c,dで囲んだ箇所を磁界が貫通する。この場合、磁界の変化を打ち消す磁界が生じるように渦電流が発生することとなるため、図5に示すように、第1の羽根部15と第2の羽根部16において、エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14に流れる電流と相対方向に流れる渦電流Tが流れる。よって、上述したように、相互インダクタンス作用によりインダクタンスが低減される。
The mutual inductance action due to the generation of eddy current will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the current flows in the
図7の従来例に示すように、従来の半導体モジュール100は、バスバ101と羽根部102とが一体として形成されていたため、モールド成形時にバスバ101と羽根部102とを同様に曲げ加工すると、羽根部102がバスバ103と接触するため、羽根部102を設けることができる領域は限られていた。
As shown in the conventional example of FIG. 7, in the
この点、第1実施形態に係る半導体モジュール1では、エミッタバスバ13とエミッタバスバ13と隣り合う第1の羽根部15との間、及び、コレクタバスバ14とコレクタバスバ14と隣り合う第2の羽根部16との間には、それぞれバスバと羽根部とが接続されていない領域である第1の隙間部17、第2の隙間部18が形成されており、このことで、第1の羽根部15及び第2の羽根部16は、それぞれエミッタバスバ13、コレクタバスバ14から独立した形状とすることができる。そのため、第1の羽根部15及び第2の羽根部16を、それぞれエミッタバスバ13、コレクタバスバ14の形状に影響されずに設けることができ、渦電流を発生させる羽根部の範囲を大きくすることができる。よって、相互インダクタンス作用をより大きくでき、インダクタンスのさらなる低減が可能となる。
In this regard, in the semiconductor module 1 according to the first embodiment, the
また、本実施形態に係る半導体モジュール1では、エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14は、第1の方向Zにおける高さが互いに同じとなるように屈曲されており、第1の羽根部15及び第2の羽根部16は、エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14が第1の方向Zにおいて互いに同じ高さとなる箇所の第2の方向Xにおける位置近傍まで、第2の方向Xに張り出しており、エミッタバスバ13は、第1の方向Zから見た場合に、エミッタ電極11との接続箇所13aから屈曲箇所13b(エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14が第1の方向Zにおいて互いに同じ高さとなる箇所)までの領域が、第2の羽根部16と重なる領域であり、コレクタバスバ14は、第1の方向Zから見た場合に、コレクタ電極12との接続箇所14aから屈曲箇所14b(エミッタバスバ13及びコレクタバスバ14が第1の方向Zにおいて互いに同じ高さとなる箇所)までの領域が、第1の羽根部15と重なる領域、とすることで、モールド成形を考慮しながら、第1の羽根部15及び第2の羽根部16を最大限大きくすることができ、さらなるインダクタンスの低減が可能となる。
In the semiconductor module 1 according to the present embodiment, the
また、本実施形態に係る半導体モジュール1では、第1の羽根部15のY方向の端部15Xは、第1の電極11の端部11Xと同じ位置まで形成され、第2の羽根部16の端部16Xは、第2の電極12の端部12Xと同じ位置まで形成されている構成とすることで、羽根部のY方向の長さを長く形成し、渦電流を発生させる面積を大きくすることができ、さらなるインダクタンスの低減が可能となる。羽根部は、Y方向において、バスバよりも外側まで形成されている。
Further, in the semiconductor module 1 according to the present embodiment, the end portion 15X in the Y direction of the
[第2実施形態]
つぎに、図8〜図11を参照して、第2実施形態に係る半導体モジュールについて説明する。なお、本実施形態の説明では、主に、第1実施形態と異なる点について説明する。なお、図8〜図11では、モールド樹脂の図示を省略している。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor module according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described. 8 to 11, illustration of the mold resin is omitted.
図9に示すように、第2実施形態に係る半導体モジュール50は、第1実施形態に係る半導体モジュール1が有していたスペーサ22及びスペーサ32を有していない。エミッタ電極51には、凹部53が形成されている。凹部53は、X方向に隣接する部分52,54よりもコレクタ電極12側に配置された底部を有する。
As illustrated in FIG. 9, the
そして、第1実施形態の半導体モジュール1において、スペーサ22及びスペーサ32が担っていた導通防止の役割は、図8に示すように、第2実施形態の半導体モジュール50では、リードフレーム形状とされたエミッタ電極51の凹部53の底部が担っている。凹部53の底部が、はんだ24,34と接合されている。
And in the semiconductor module 1 of 1st Embodiment, the role of the electrical conduction prevention which the spacer 22 and the spacer 32 were carrying out was made into the lead frame shape in the
半導体モジュール50では、上述したように、エミッタ電極51がスペーサの役割を担うため、スペーサを廃止することができる。このことで、物品費、加工費を削減しながら、半導体モジュール1と同様にインダクタンス低減効果が得られる。
In the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る半導体モジュールは、実施形態に係る上記半導体モジュール1及び半導体モジュール50に限られたものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the semiconductor module which concerns on this invention is not restricted to the said semiconductor module 1 and
例えば、上記第1実施形態及び第2実施形態においては、スイッチング素子としてIGBT21、整流素子としてFWD31を例示して説明を行ったが、これに限定されるものではなく、種々のスイッチング素子、及び整流素子を用いることができる。
For example, in the first embodiment and the second embodiment, the
1,50…半導体モジュール、11…エミッタ電極、12…コレクタ電極、11X,12X,15X,16X…端部、13…エミッタバスバ、14…コレクタバスバ、13a,14a…接続箇所、13b,14b…屈曲部、15…第1の羽根部、16…第2の羽根部、17…第1の隙間部,18…第2の隙間部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1及び第2の電極間に配置され、当該第1及び第2の電極に電気的に接続された半導体素子と、
前記第1の電極に接続され、前記第1の方向と交差する第2の方向に張り出す第1のバスバと、
前記第2の電極に接続され、前記第2の方向に張り出す第2のバスバと、
前記第1の電極に接続され、前記第1及び第2の方向と交差する第3の方向において前記第1のバスバと隣りあうようにして前記第2の方向に張り出す第1の羽根部と、
前記第2の電極に接続され、前記第3の方向において前記第2のバスバと隣りあうようにして前記第2の方向に張り出す第2の羽根部と、を備え、
前記第1のバスバは、前記第1の方向から見た場合に、前記第2の羽根部と重なる領域を有しており、
前記第2のバスバは、前記第1の方向から見た場合に、前記第1の羽根部と重なる領域を有しており、
前記第3の方向において隣りあう前記第1のバスバと前記第1の羽根部との間には、第1の隙間部が形成されており、
前記第3の方向において隣りあう前記第2のバスバと前記第2の羽根部との間には、第2の隙間部が形成されていることを特徴とする半導体モジュール。 First and second electrodes stacked in a first direction;
A semiconductor element disposed between the first and second electrodes and electrically connected to the first and second electrodes;
A first bus bar connected to the first electrode and projecting in a second direction intersecting the first direction;
A second bus bar connected to the second electrode and extending in the second direction;
A first blade portion connected to the first electrode and extending in the second direction so as to be adjacent to the first bus bar in a third direction intersecting the first and second directions; ,
A second blade connected to the second electrode and projecting in the second direction so as to be adjacent to the second bus bar in the third direction,
The first bus bar has a region overlapping with the second blade portion when viewed from the first direction;
The second bus bar has a region overlapping with the first blade portion when viewed from the first direction;
A first gap is formed between the first bus bar and the first blade that are adjacent in the third direction,
A semiconductor module, wherein a second gap is formed between the second bus bar and the second blade adjacent to each other in the third direction.
前記第2のバスバは、前記第2の電極側に配置された第2の基端部と、当該第2の基端部から前記第1の方向の内側に屈曲された後、前記第2の方向に張出す第2の本体部とを有し、
前記第1及び第2の基端部は、前記第2の方向において、同じ位置まで延在して屈曲され、
前記第1及び第2の基端部は、前記第1の方向において、同じ位置に配置され、
前記第1の羽根部は、前記第2の方向において、前記第2の本体部の前記第2の基端部側の屈曲位置の近傍まで延在し、
前記第2の羽根部は、前記第2の方向において、前記第1の本体部の前記第1の基端部側の屈曲位置の近傍まで延在している、請求項1に記載の半導体モジュール。 The first bus bar includes a first base end portion disposed on the first electrode side, the first bus bar being bent inward in the first direction from the first base end portion, and then the second bus bar. A first body portion extending in a direction,
The second bus bar includes a second base end portion disposed on the second electrode side, the second bus bar being bent inward in the first direction from the second base end portion, and then the second bus bar. A second body portion extending in the direction,
The first and second proximal end portions are bent to extend to the same position in the second direction;
The first and second proximal ends are arranged at the same position in the first direction,
The first blade portion extends in the second direction to the vicinity of a bent position on the second base end side of the second main body portion,
2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the second blade portion extends to a vicinity of a bent position on the first base end side of the first main body portion in the second direction. .
前記第1及び第2の隙間部は、前記第3の方向において、前記第1のバスバと前記第2のバスバとの間に配置されている、請求項1または2に記載の半導体モジュール。
The first bus bar and the second bus bar are spaced apart from each other in the third direction,
3. The semiconductor module according to claim 1, wherein the first and second gap portions are disposed between the first bus bar and the second bus bar in the third direction.
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