JP2018152392A - 半導体モジュールおよび電力変換装置 - Google Patents

半導体モジュールおよび電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018152392A
JP2018152392A JP2017045677A JP2017045677A JP2018152392A JP 2018152392 A JP2018152392 A JP 2018152392A JP 2017045677 A JP2017045677 A JP 2017045677A JP 2017045677 A JP2017045677 A JP 2017045677A JP 2018152392 A JP2018152392 A JP 2018152392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead frame
semiconductor module
electrode
switching element
photocoupler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017045677A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6698569B2 (ja
JP2018152392A5 (ja
Inventor
利弥 只熊
Toshiya Tadakuma
利弥 只熊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2017045677A priority Critical patent/JP6698569B2/ja
Priority to US15/836,948 priority patent/US10109759B2/en
Priority to DE102017223269.2A priority patent/DE102017223269B4/de
Priority to CN201810194379.2A priority patent/CN108573967B/zh
Publication of JP2018152392A publication Critical patent/JP2018152392A/ja
Publication of JP2018152392A5 publication Critical patent/JP2018152392A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6698569B2 publication Critical patent/JP6698569B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/02002Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/02016Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0203Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • H01L31/173Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers formed in, or on, a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/795Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/795Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar transistors
    • H03K17/7955Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar transistors using phototransistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48105Connecting bonding areas at different heights
    • H01L2224/48106Connecting bonding areas at different heights the connector being orthogonal to a side surface of the semiconductor or solid-state body, e.g. parallel layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48105Connecting bonding areas at different heights
    • H01L2224/48108Connecting bonding areas at different heights the connector not being orthogonal to a side surface of the semiconductor or solid-state body, e.g. fanned-out connectors, radial layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49171Fan-out arrangements
    • H01L2224/49173Radial fan-out arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49177Combinations of different arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/1026Compound semiconductors
    • H01L2924/1027IV
    • H01L2924/10272Silicon Carbide [SiC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/1026Compound semiconductors
    • H01L2924/1032III-V
    • H01L2924/1033Gallium nitride [GaN]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12041LED
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12043Photo diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/14Integrated circuits
    • H01L2924/141Analog devices
    • H01L2924/1425Converter
    • H01L2924/14252Voltage converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

【課題】本発明はサイズの増大を抑制してフォトカプラを内蔵した半導体モジュールおよび電力変換装置の提供を目的とする。【解決手段】半導体モジュール100は、フォトカプラ20と、ゲート駆動IC7と、スイッチング素子2と、を備え、第1から第3のリードフレーム11,12,13と、第1の構造と、第2の構造との少なくとも一方をさらに備え、第1の構造は、第1のリードフレーム11の発光素子21の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層31を介して第1の導電層が配置され、発光素子21の上面電極と、第1の導電層41がワイヤW1により電気的に接続される構造であり、第2の構造は、第2のリードフレーム12の受光素子22の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層32を介して第2の導電層42が配置され、受光素子22の上面電極と、第2の導電層42がワイヤW2により電気的に接続される構造である。【選択図】図1

Description

本発明は半導体モジュールおよび電力変換装置に関し、特にフォトカプラを備えた半導体モジュールおよび電力変換装置に関する。
スイッチング素子、スイッチング素子と逆並列に接続された還流ダイオード(フリーホイールダイオードとも呼ばれる)、スイッチング素子を駆動するゲート駆動ICを備えた半導体モジュールが知られている。スイッチング素子、還流ダイオードをそれぞれ6個ずつ備える構成とすることにより、3相正弦波駆動が可能である。
高電圧側のスイッチング素子を駆動するゲート駆動ICの内部には、制御信号の入力側の機器(MCU:micro controller unit)が高電圧により破壊されないために、レベルシフト回路等の絶縁耐圧構造が設けられる。また、制御信号の入力側の機器とゲート駆動ICとを絶縁するために、間にフォトカプラ(オプトカプラとも呼ばれる)を接続する構成が知られている(例えば特許文献1を参照)。
特開平3−245769号公報
ゲート駆動ICの外部にフォトカプラを配置する場合、配置および配線のためのスペース、フォトカプラを駆動するための電源が必要であり、全体としてサイズが大型化する問題があった。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、サイズの増大を抑制してフォトカプラを内蔵した半導体モジュールおよび電力変換装置の提供を目的とする。
本発明に係る半導体モジュールは、制御信号を受信するフォトカプラと、フォトカプラを介して前記制御信号を受信するゲート駆動ICと、ゲート駆動ICによって駆動される少なくとも1つのスイッチング素子と、を備え、フォトカプラは、上面電極および底面電極を備える発光素子と、上面電極および底面電極を備える受光素子と、を備え、発光素子の底面電極が接合された第1のリードフレームと、受光素子の底面電極が接合された第2のリードフレームと、駆動ICが配置された第3のリードフレームと、フォトカプラ、ゲート駆動IC、少なくとも1つのスイッチング素子および第1から第3のリードフレームを封止する封止材と、をさらに備え、第1の構造と、第2の構造との少なくとも一方をさらに備え、第1の構造は、第1のリードフレームの発光素子の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層を介して第1の導電層が配置され、発光素子の上面電極と、第1の導電層がワイヤにより電気的に接続される構造であり、第2の構造は、第2のリードフレームの受光素子の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層を介して第2の導電層が配置され、受光素子の上面電極と、第2の導電層がワイヤにより電気的に接続される構造である。
本発明に係る半導体モジュールによれば、フォトカプラが第1、第2のリードフレーム上に配置されて内蔵される。半導体モジュールに第1、第2の構造の少なくとも一方を設けることにより、フォトカプラに関する配線を第1又は第2のリードフレーム上に配置できるため、フォトカプラを内蔵することに伴う半導体モジュールのサイズの増大を抑制することが可能である。従って、本発明に係る半導体モジュールは、フォトカプラを半導体モジュールの外部に配置する構成と比較して、全体として小型化が可能である。
さらに、半導体モジュールにフォトカプラを内蔵することによって、ゲート駆動ICの内部にレベルシフト回路等の絶縁耐圧構造を設ける必要がなくなる。従って、ゲート駆動ICとして低電圧ICを適用することが可能となる。また、ゲート駆動ICに絶縁耐圧構造が不要となるため、ゲート駆動ICの小型化が可能である。よって、半導体モジュールのさらなる小型化が可能である。
実施の形態1に係る半導体モジュールの平面図である。 実施の形態1に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態1に係る半導体モジュールの構成を示す図である。 実施の形態1に係る半導体モジュールの回路図である。 実施の形態2に係る半導体モジュールの平面図である。 実施の形態3に係る半導体モジュールの平面図である。 実施の形態4に係る半導体モジュールの平面図である。 実施の形態5に係る電力変換システムの構成を示す図である。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1における半導体モジュール100の平面図である。図2は、図1の線分A−Aにおける半導体モジュール100の断面図である。また、図3は、半導体モジュール100の構成を示す図である。図4は、半導体モジュール100の回路図である。なお、図1において図の見易さのために封止材30を透過して記載している。
半導体モジュール100は、制御信号を受信するフォトカプラ20と、ゲート駆動IC7と、スイッチング素子5を備える。半導体モジュール100の信号端子TINには、スイッチング素子5のスイッチングを制御するための制御信号が入力される。制御信号はフォトカプラ20の発光素子21によって一旦光信号に変換された後、フォトカプラ20の受光素子22において電気信号に再変換されて、ゲート駆動IC7の制御電極に入力される。ゲート駆動ICは、制御信号に基づいてスイッチング素子5のゲートを駆動する。これにより、半導体モジュール100の端子C1と端子E1との間の導通、非導通が制御される。なお、スイッチング素子5と逆並列に還流ダイオード6が接続されてもよい。
フォトカプラ20に備わる発光素子21および受光素子22は、光透過性保護材23で封止されている。発光素子21は例えばLEDである。受光素子22は例えばフォトダイオードである。発光素子21と受光素子のそれぞれは、上面電極と底面電極を備える。
図1に示すように、半導体モジュール100は、第1から第3のリードフレーム11,12,13をさらに備える。第1のリードフレーム11には、発光素子21の底面電極が、はんだ1等で接合されている。第2のリードフレーム12には、受光素子22の底面電極が、はんだ1等で接合されている。第3のリードフレーム13には、ゲート駆動IC7が、はんだ2等の金属又は導電性の樹脂等で接合されている。
本実施の形態1では、半導体モジュール100は第1の構造および第2の構造を備える。第1の構造とは、第1のリードフレーム11の発光素子21の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層31を介して第1の導電層41が配置され、発光素子21の上面電極と、第1の導電層がワイヤW1により電気的に接続される構造である。
また、第2の構造とは、第2のリードフレーム12の受光素子22の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層32を介して第2の導電層42が配置され、受光素子22の上面電極と、第2の導電層42がワイヤW2により電気的に接続される構造である。
また、図1に示すように、半導体モジュール100は、ゲート駆動IC7に電力を供給する給電用リードフレーム14と、発光素子21のグランド用リードフレーム15と、スイッチング素子5のコレクタ電極と接続されるリードフレーム16と、スイッチング素子5のエミッタ電極と接続されるリードフレーム17とをさらに備える。各リードフレームは例えば銅などの金属材料で形成されている。
フォトカプラ20、ゲート駆動IC7、スイッチング素子5、還流ダイオード6、各リードフレームおよび各ワイヤは封止材30により封止されている。封止材30は例えばエポキシ樹脂である。封止は例えばトランスファーモールド法により行われる。なお、図1に示すように、第1のリードフレーム11の端部の制御端子TIN、第3のリードフレーム13の端部のグランド端子GND2、給電用リードフレーム14の端部の電源端子TV、リードフレーム16の端子C1およびリードフレーム17の端子E1は、封止材30から露出している。
スイッチング素子5は、上面にエミッタ電極51を備え、底面にコレクタ電極(図示せず)を備える。また、スイッチング素子5は上面の一部に制御電極52を備える。スイッチング素子5は、電力変換用のスイッチング素子であり、例えば、SiC又はGaNを含むパワー半導体である。スイッチング素子5は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor)などである。スイッチング素子5の底面のコレクタ電極はリードフレーム16の上面にはんだ3等で接合されている。
また、スイッチング素子5と逆並列に接続される還流ダイオード6は、上面にアノード電極61を備え、底面にカソード電極(図示せず)を備える。還流ダイオード6のカソード電極はリードフレーム16の上面にはんだ3等で接合されている。
また、図1に示すように、第1の導電層41と発光素子21のグランド用リードフレーム15とが、ワイヤW3により電気的に接続される。第2の導電層42とゲート駆動IC7の制御信号入力電極71とが、ワイヤW4により電気的に接続される。第2のリードフレーム12とゲート駆動IC7の電源電極72とが、ワイヤW5により電気的に接続される。第3のリードフレーム13とゲート駆動IC7のグランド電極73とがワイヤW6により電気的に接続される。ゲート駆動IC7のゲート電圧出力電極74と、スイッチング素子5の制御電極52とがワイヤW7により電気的に接続される。給電用リードフレーム14とゲート駆動IC7の電源電極72とが、ワイヤW8により電気的に接続される。スイッチング素子5のエミッタ電極51と、還流ダイオード6のアノード電極61とがワイヤW9により電気的に接続される。還流ダイオード6のアノード電極61とリードフレーム17とがワイヤW10により電気的に接続される。なお、各ワイヤは例えばアルミニウムで形成されている。
なお、本実施の形態1では、半導体モジュール100が第1の構造と第2の構造の両方を備える構成として説明を行ったが、半導体モジュール100は第1の構造と第2の構造の少なくとも一方を備えていればよい。
<効果>
本実施の形態1における半導体モジュール100は、制御信号を受信するフォトカプラ20と、フォトカプラ20を介して制御信号を受信するゲート駆動IC7と、ゲート駆動IC7によって駆動される少なくとも1つのスイッチング素子5と、を備え、フォトカプラ20は、上面電極および底面電極を備える発光素子21と、上面電極および底面電極を備える受光素子22と、を備え、発光素子21の底面電極が接合された第1のリードフレーム11と、受光素子22の底面電極が接合された第2のリードフレーム12と、ゲート駆動IC7が配置された第3のリードフレーム13と、フォトカプラ20、ゲート駆動IC7、少なくとも1つのスイッチング素子5および第1から第3のリードフレーム11,12,13を封止する封止材と、をさらに備え、第1の構造と、第2の構造との少なくとも一方をさらに備え、第1の構造は、第1のリードフレーム11の発光素子21の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層31を介して第1の導電層が配置され、発光素子21の上面電極と、第1の導電層41がワイヤW1により電気的に接続される構造であり、第2の構造は、第2のリードフレーム12の受光素子22の底面電極と接合された面の一部には、絶縁層32を介して第2の導電層42が配置され、受光素子22の上面電極と、第2の導電層42がワイヤW2により電気的に接続される構造である。
本実施の形態1における半導体モジュール100は、フォトカプラ20が第1、第2のリードフレーム11,12上に配置されて内蔵される。上記第1、第2の構造の少なくとも一方を設けることにより、フォトカプラ20に関する配線を第1又は第2のリードフレーム上に配置できるため、フォトカプラ20を内蔵することに伴う半導体モジュール100のサイズの増大を抑制することが可能である。従って、本実施の形態1における半導体モジュール100は、フォトカプラを半導体モジュールの外部に配置する構成と比較して、全体として小型化が可能である。
さらに、半導体モジュール100にフォトカプラ20を内蔵することによって、ゲート駆動IC7の内部にレベルシフト回路等の絶縁耐圧構造を設ける必要がなくなる。従って、ゲート駆動IC7として低電圧ICを適用することが可能となる。また、ゲート駆動IC7に絶縁耐圧構造が不要となるため、ゲート駆動IC7の小型化が可能である。よって、半導体モジュール100のさらなる小型化が可能である。
また、本実施の形態1における半導体モジュール100は、第2の構造を備え、第2の導電層42と、ゲート駆動IC7の制御信号入力電極71とがワイヤW4により電気的に接続される。これにより、第2の導電層42およびワイヤW4を介して、受光素子22の上面電極とゲート駆動IC7の制御信号入力電極71とが電気的に接続される。従って、受光素子22が出力する制御信号をゲート駆動IC7に入力することが可能となる。
<実施の形態2>
図5は、本実施の形態2における半導体モジュール200の平面図である。図5において図の見易さのために封止材30を透過して記載している。半導体モジュール200において、第2のリードフレーム12に、実施の形態1(図1)における給電用リードフレーム14が一体化された構成となっている。半導体モジュール200において、第2のリードフレーム12以外の構成は実施の形態1(図1)と同じため、説明を省略する。
半導体モジュール200においては、第2のリードフレーム12を介してゲート駆動IC7へ電力が供給される。実施の形態1と同様、第2のリードフレーム12の上面には、フォトカプラ20の受光素子22が接合されている。
<効果>
本実施の形態2における半導体モジュール200において、第2のリードフレーム12と、ゲート駆動IC7の電源電極72がワイヤW5により電気的に接続され、第2のリードフレーム12にはゲート駆動IC7の電源電圧が供給される。
従って、ゲート駆動ICに電源電圧を供給する第2のリードフレーム12の上面にフォトカプラ20の受光素子22が接合されることにより、フォトカプラ20の受光素子22用のリードフレームを別に設ける構成と比較して、半導体モジュール200の小型化が可能である。
<実施の形態3>
図6は、本実施の形態3における半導体モジュール300の平面図である。図6において図の見易さのために封止材30を透過して記載している。半導体モジュール300において、第3のリードフレーム13がゲート駆動IC7のグランドと、フォトカプラ20の発光素子21のグランドを兼ねる構成となっている。
実施の形態1(図1)においては、第1の導電層41はワイヤW3によってグランド用リードフレーム15に接続されていた。一方、本実施の形態3の半導体モジュール300は、グランド用リードフレーム15を備えず、第1の導電層41はワイヤW3によって第3のリードフレーム13に接続される。その他の構成は、実施の形態1(図1)と同じため、説明を省略する。
<効果>
本実施の形態3における半導体モジュール300は、第1の構造を備え、第3のリードフレーム13はゲート駆動IC7のグランド電極73と接続され、第1の導電層41と、第3のリードフレーム13がワイヤW3により電気的に接続される。
従って、第3のリードフレーム13が、ゲート駆動IC7のグランドと、フォトカプラ20の発光素子21のグランドとを兼ねることが可能となるため、半導体モジュール200の小型化が可能である。
<実施の形態4>
図7は、本実施の形態4における半導体モジュール400の平面図である。図7において図の見易さのために封止材30を透過して記載している。本実施の形態4において、半導体モジュール400は、高電位側のスイッチング素子5と低電位側のスイッチング素子8を備える。高電位側のスイッチング素子5と低電位側のスイッチング素子8のそれぞれには、還流ダイオード6,9がそれぞれ逆並列に接続されている。
半導体モジュール400において、ゲート駆動IC7は、高電位側のスイッチング素子5および低電位側のスイッチング素子8を駆動するハーフブリッジICである。つまり、ゲート駆動IC7は、フォトカプラ20を介して制御信号入力電極71に入力される制御信号に基づいて、高電位側のスイッチング素子5と低電位側のスイッチング素子8を互いに逆のタイミングでオン、オフする。
低電位側のスイッチング素子8の底面のコレクタ電極(図示せず)はリードフレーム17の上面にはんだ等で接合されている。また、還流ダイオード9のカソード電極(図示せず)はリードフレーム17の上面にはんだ等で接合されている。
また、ゲート駆動IC7の低電位側のゲート電圧出力電極75と、低電位側のスイッチング素子8の制御電極82とがワイヤW11により電気的に接続される。スイッチング素子8のエミッタ電極81と、還流ダイオード9のアノード電極91とがワイヤW12により電気的に接続される。還流ダイオード9のアノード電極61とリードフレーム18とがワイヤW13により電気的に接続される。リードフレーム16の端子C1は、高電位側のスイッチング素子5のコレクタに対応する。リードフレーム17の端子C2E1は、高電位側のスイッチング素子5のエミッタおよび低電位側のスイッチング素子8のコレクタに対応する。リードフレーム18の端子E2は、高電位側のスイッチング素子8のエミッタに対応する。
<効果>
本実施の形態4における半導体モジュール400において、スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子5と低電位側のスイッチング素子8を含み、ゲート駆動IC7は、高電位側のスイッチング素子5と前記低電位側のスイッチング素子8を互いに逆のタイミングでオン、オフするハーフブリッジICである。ゲート駆動IC7をハーフブリッジICとすることによって、1系統の制御信号、即ち1つのフォトカプラ20で高電位側のスイッチング素子5と低電位側のスイッチング素子8の両方を駆動することが可能となる。従って、フォトカプラ20とゲート駆動ICをそれぞれ2つ備える構成と比較して、半導体モジュールの小型化が可能である。
<実施の形態5>
本実施の形態5は、上述した実施の形態1から4のいずれかにおける半導体モジュール100,200,300,400を電力変換装置に適用したものである。電力変換装置の一例として、三相インバータの電力変換装置500について説明する。
図8は、本実施の形態5における電力変換システムの構成を示す図である。図8に示す電力変換装置500は、電源600および負荷700と接続される。電源600は直流電源であり、電力変換装置500に直流電力を供給する。電源600は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池などで構成することができる。また、電源600は、交流系統に接続された整流回路、AC/DCコンバータなどで構成されてもよい。また、電源600を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成してもよい。
電力変換装置500は、電源600と負荷700との間に接続された三相のインバータである。電力変換装置500は、電源600から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷700に交流電力を供給する。図8に示すように、電力変換装置500は、電力変換回路501と制御回路502を備える。制御回路203は、電力変換回路501のスイッチング動作を制御する制御信号を電力変換回路501に出力する。電力変換回路501は、制御信号に基づいて、直流電力を交流電力に変換して出力する。
電力変換回路501は例えば2レベルの三相フルブリッジ回路であり、例えば、U相、V相、W相のそれぞれに対応する3個の半導体モジュール400を備える。なお、電力変換回路501は、3個の半導体モジュール400を備える代わりに、6個の半導体モジュール100を備えてもよい。また、半導体モジュール100は半導体モジュール200,300であってもよい。
負荷700は、電力変換装置500から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷700は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機である。負荷700は例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、空調機器向けの電動機である。
なお、電力変換回路501は三相フルブリッジ回路であるとして説明を行ったが、これに限定されるものではなく、半導体モジュール100,200,300,400のいずれかを少なくとも1つ備え、電力を変換する回路であればよい。
<効果>
本実施の形態5における電力変換装置500は、入力される電力を変換して出力する電力変換回路501と、電力変換回路501に制御信号を出力する制御回路502と、を備え、電力変換回路501は、半導体モジュール100,200,300,400のいずれかを少なくとも1つ備える。
実施の形態1〜4で説明したように、半導体モジュール100,200,300,400はサイズの増大を抑制してフォトカプラ20を内蔵することが可能である。従って、半導体モジュールを備える電力変換装置500のサイズの増大も抑制することが可能となる。
また、実施の形態1〜5において、半導体モジュール100,200,300,400に備わるスイッチング素子5,8は、SiC又はGaNを含むパワー半導体を含む。電力変換用途など、大電流、高電圧を扱うスイッチング素子においては、ゲート駆動IC7に特に高い絶縁性が要求される。従って、ゲート駆動IC7にフォトカプラ20を内蔵する本発明の半導体モジュールが、SiC又はGaNを含むパワー半導体を含むスイッチング素子を含む構成とすることは特に効果的である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1,2,3 はんだ、5,8 スイッチング素子、6,9 還流ダイオード、7 ゲート駆動IC、11 第1のリードフレーム、12 第2のリードフレーム、13 第3のリードフレーム、14 給電用リードフレーム、15 グランド用リードフレーム、16,17,18 リードフレーム、20 フォトカプラ、21 発光素子、22 受光素子、23 光透過性保護材、30 封止材、31,32 絶縁層、41 第1の導電層、42 第2の導電層、51,81 エミッタ電極、52,82 制御電極、61,91 アノード電極、71 制御信号入力電極、72 電源電極、73 グランド電極、74,75 ゲート電圧出力電極、100,200,300,400 半導体モジュール、500 電力変換装置、501 電力変換回路、502 制御回路、600 電源、700 負荷。

Claims (7)

  1. 制御信号を受信するフォトカプラと、
    前記フォトカプラを介して前記制御信号を受信するゲート駆動ICと、
    前記ゲート駆動ICによって駆動される少なくとも1つのスイッチング素子と、
    を備え、
    前記フォトカプラは、
    上面電極および底面電極を備える発光素子と、
    上面電極および底面電極を備える受光素子と、
    を備え、
    前記発光素子の前記底面電極が接合された第1のリードフレームと、
    前記受光素子の前記底面電極が接合された第2のリードフレームと、
    前記ゲート駆動ICが配置された第3のリードフレームと、
    前記フォトカプラ、前記ゲート駆動IC、前記少なくとも1つのスイッチング素子および前記第1から第3のリードフレームを封止する封止材と、
    をさらに備え、
    第1の構造と、第2の構造との少なくとも一方をさらに備え、
    前記第1の構造は、前記第1のリードフレームの前記発光素子の前記底面電極と接合された面の一部には、絶縁層を介して第1の導電層が配置され、前記発光素子の前記上面電極と、前記第1の導電層がワイヤにより電気的に接続される構造であり、
    前記第2の構造は、前記第2のリードフレームの前記受光素子の前記底面電極と接合された面の一部には、絶縁層を介して第2の導電層が配置され、前記受光素子の前記上面電極と、前記第2の導電層がワイヤにより電気的に接続される構造である、
    半導体モジュール。
  2. 前記第2の構造を備え、
    前記第2の導電層と、前記ゲート駆動ICの制御信号入力電極とがワイヤにより電気的に接続される、
    請求項1に記載の半導体モジュール。
  3. 前記第2のリードフレームと、前記ゲート駆動ICの電源電極がワイヤにより電気的に接続され、
    前記第2のリードフレームには前記ゲート駆動ICの電源電圧が供給される、
    請求項2に記載の半導体モジュール。
  4. 前記第1の構造を備え、
    前記第3のリードフレームは前記ゲート駆動ICのグランド電極と接続され、
    前記第1の導電層と、前記第3のリードフレームがワイヤにより電気的に接続される、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  5. 前記少なくとも1つのスイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子を含み、
    前記ゲート駆動ICは、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子を互いに逆のタイミングでオン、オフするハーフブリッジICである、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  6. 前記少なくとも1つのスイッチング素子は、SiC又はGaNを含むパワー半導体を含む、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  7. 入力される電力を変換して出力する電力変換回路と、
    前記電力変換回路に制御信号を出力する制御回路と、
    を備え、
    前記電力変換回路は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体モジュールを少なくとも1つ備える、
    電力変換装置。
JP2017045677A 2017-03-10 2017-03-10 半導体モジュールおよび電力変換装置 Active JP6698569B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017045677A JP6698569B2 (ja) 2017-03-10 2017-03-10 半導体モジュールおよび電力変換装置
US15/836,948 US10109759B2 (en) 2017-03-10 2017-12-11 Semiconductor module and power conversion device
DE102017223269.2A DE102017223269B4 (de) 2017-03-10 2017-12-19 Halbleitermodul und Leistungsumrichteranordnung
CN201810194379.2A CN108573967B (zh) 2017-03-10 2018-03-09 半导体模块及电力变换装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017045677A JP6698569B2 (ja) 2017-03-10 2017-03-10 半導体モジュールおよび電力変換装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018152392A true JP2018152392A (ja) 2018-09-27
JP2018152392A5 JP2018152392A5 (ja) 2019-06-27
JP6698569B2 JP6698569B2 (ja) 2020-05-27

Family

ID=63258977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017045677A Active JP6698569B2 (ja) 2017-03-10 2017-03-10 半導体モジュールおよび電力変換装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10109759B2 (ja)
JP (1) JP6698569B2 (ja)
CN (1) CN108573967B (ja)
DE (1) DE102017223269B4 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112202318A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 夏普株式会社 功率模块

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113990212A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 北京芯海视界三维科技有限公司 发光模组及显示器件

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6083258U (ja) * 1983-11-14 1985-06-08 関西日本電気株式会社 樹脂封止型半導体装置
JPH0621265U (ja) * 1992-08-13 1994-03-18 松下電工株式会社 リードフレームのカップリング構造
JP2001102518A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Sharp Corp 電力用半導体装置
JP2004296588A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Denso Corp 半導体装置
JP2005005779A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Matsushita Electric Works Ltd 半導体リレー
JP2010088195A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
CN104465531A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 株式会社东芝 安装部件和光耦合器
US20150262985A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Photorelay

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2859270B2 (ja) 1987-06-11 1999-02-17 旭光学工業株式会社 カメラの視線方向検出装置
JPH03245769A (ja) 1990-02-23 1991-11-01 Fuji Electric Co Ltd 高集積型パワー半導体モジュール
JP2014064377A (ja) * 2012-09-20 2014-04-10 Fuji Electric Co Ltd 半導体モジュール
JP2015050281A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 株式会社東芝 光結合装置
JP6371725B2 (ja) * 2015-03-13 2018-08-08 株式会社東芝 半導体モジュール

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6083258U (ja) * 1983-11-14 1985-06-08 関西日本電気株式会社 樹脂封止型半導体装置
JPH0621265U (ja) * 1992-08-13 1994-03-18 松下電工株式会社 リードフレームのカップリング構造
JP2001102518A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Sharp Corp 電力用半導体装置
JP2004296588A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Denso Corp 半導体装置
JP2005005779A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Matsushita Electric Works Ltd 半導体リレー
JP2010088195A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
CN104465531A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 株式会社东芝 安装部件和光耦合器
US20150262985A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Photorelay

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112202318A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 夏普株式会社 功率模块
JP2021012972A (ja) * 2019-07-08 2021-02-04 シャープ株式会社 パワーモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US20180261713A1 (en) 2018-09-13
CN108573967B (zh) 2021-09-21
JP6698569B2 (ja) 2020-05-27
CN108573967A (zh) 2018-09-25
US10109759B2 (en) 2018-10-23
DE102017223269A1 (de) 2018-09-13
DE102017223269B4 (de) 2021-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11322432B2 (en) Semiconductor module and power conversion apparatus
US10305372B2 (en) Power conversion device with snubber circuit to suppress surge voltage
JP7014012B2 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置
US10468314B2 (en) Semiconductor power module and power conversion apparatus
JP6698569B2 (ja) 半導体モジュールおよび電力変換装置
WO2016203743A1 (ja) 半導体装置
US11239124B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device, power conversion device, and moving body
US11128235B2 (en) Power conversion device
US11404340B2 (en) Semiconductor device and power conversion apparatus
US20200343106A1 (en) Semiconductor module and power conversion device
US10573570B2 (en) Semiconductor device and power conversion device
US20230091854A1 (en) Semiconductor device
JP2018152392A5 (ja)
JP5170075B2 (ja) 電流型インバータ装置
US11887904B2 (en) Integrally bonded semiconductor device and power converter including the same
JP6639740B1 (ja) 半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法
US20240136399A1 (en) Semiconductor device and power conversion device
WO2024013857A1 (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP7150183B2 (ja) 半導体装置、電力変換装置及び移動体
US20220301999A1 (en) Power semiconductor module, power conversion apparatus, and moving body
CN117936489A (zh) 半导体装置以及电力变换装置
JPWO2018105075A1 (ja) 半導体装置および電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190523

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190523

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6698569

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250