JP2020038893A - Semiconductor device - Google Patents

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Nobumitsu Tada
伸光 田多
伊東 弘晃
Hiroaki Ito
弘晃 伊東
優太 市倉
Yuta Ichikura
優太 市倉
渡邉 尚威
Naotake Watanabe
尚威 渡邉
匠太 田代
Shota Tashiro
匠太 田代
麻美 水谷
Asami Mizutani
麻美 水谷
関谷 洋紀
Hironori Sekiya
洋紀 関谷
久里 裕二
Yuuji Kuri
裕二 久里
尚隆 飯尾
Hisataka Iio
尚隆 飯尾
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Abstract

To provide a semiconductor device which has excellent rupture prevention performance during short circuit current with a structure without using pressure-welding.SOLUTION: A semiconductor device includes a plurality of semiconductor element modules connected in parallel. Each of the semiconductor element modules SM1a and SM1b has at least one planar semiconductor element 40. A metallic member 20 in contact with one surface of the semiconductor element 40, a second metallic member 30 in contact with the other surface of the semiconductor element 40, and the semiconductor element 40 are laminated. A metallic reinforcing member 50 is provided to surround upper and lower sides in a lamination direction of the laminated metallic member 20, semiconductor element 40 and metallic member 30. The metallic member 30 and the metallic reinforcing member 50 are connected through a connection conductor 90. The connection conductor 90 has electrical resistivity larger than that of the second metallic member 30 or the metallic reinforcing member 50. A second connection conductor 95 connected to the metallic reinforcing member 50 has electrical resistivity larger than the metallic member 20 or the second metallic member 30.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments relate to a semiconductor device.

複数の半導体素子を並列接続することにより、数キロアンペア(kA)の大電流のスイッチングを可能とした半導体装置がある。このような半導体装置では、複数の半導体装置を直列接続することにより、数キロボルト(kV)の高電圧下で動作する電力変換装置を構成できる。   There is a semiconductor device which can switch a large current of several kiloamps (kA) by connecting a plurality of semiconductor elements in parallel. In such a semiconductor device, a power converter that operates under a high voltage of several kilovolts (kV) can be configured by connecting a plurality of semiconductor devices in series.

また、電力変換装置においては、直列接続された半導体装置の1つが短絡故障しても残る半導体装置により動作を継続できる冗長性を有することが好ましい。そのために、半導体装置の短絡時における爆発的破損を回避できる防爆構造を採用している。   Further, in the power conversion device, it is preferable that one of the semiconductor devices connected in series has redundancy so that operation can be continued by the remaining semiconductor device even if a short circuit fault occurs. For this purpose, an explosion-proof structure that can avoid explosive damage when a semiconductor device is short-circuited is adopted.

特許第4385324号公報Japanese Patent No. 4385324

半導体装置の短絡時における爆発的破損を回避するために、半導体素子を導体で挟み、セラミック製の外囲器で封止する圧接型半導体が知られている。しかしながら、圧接型半導体では、全半導体素子を均等に圧接することが求められる。それ故、部品の加工精度やスタック構造の組立精度が高水準で求められ、コストが高くなる。   In order to avoid explosive damage when a semiconductor device is short-circuited, a press-contact type semiconductor in which a semiconductor element is sandwiched between conductors and sealed with a ceramic envelope is known. However, in the press-contact type semiconductor, it is required to press-contact all the semiconductor elements uniformly. Therefore, the processing accuracy of the parts and the assembly accuracy of the stack structure are required at a high level, and the cost is increased.

一方で、圧接を用いない半導体装置も提案されているが、故障時に短絡電流が流れた際の破裂防止性能が劣るという問題点がある。   On the other hand, although a semiconductor device not using pressure welding has been proposed, there is a problem that the rupture prevention performance when a short-circuit current flows at the time of failure is poor.

本実施形態の半導体装置は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、圧接を用いない構造で、短絡電流時の破裂防止性能が優れた半導体装置を提供する。   The semiconductor device of the present embodiment has been proposed to solve the above-described problems of the related art, and provides a semiconductor device having a structure that does not use pressure welding and having excellent burst prevention performance at the time of short-circuit current. I do.

本実施形態に係る半導体装置は、並列接続された複数の半導体素子ユニットを備える半導体装置であって、前記半導体素子ユニットは、板状の半導体素子を少なくとも1つ備え、前記半導体素子の一方の面と接する板状の第1金属部材と、前記半導体素子の他方の面と接し、前記半導体素子を介して前記第1金属部材と対向する第2金属部材と、積層される前記第1金属部材、前記半導体素子、及び前記第2金属部材の積層方向の上下を囲むように設けられる金属強化部材と、前記第2金属部材と前記金属強化部材とに接続され、前記第1金属部材ないし第2金属部材より電気抵抗率の大きい第1の接続導体と、片端を前記金属強化部材に接続され、前記第1ないし第2金属部材より電気抵抗率の大きい第2の接続導体と、を備えることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor device including a plurality of semiconductor element units connected in parallel, the semiconductor element unit including at least one plate-shaped semiconductor element, and one surface of the semiconductor element. A first metal member that is in contact with the first metal member, a second metal member that is in contact with the other surface of the semiconductor element, and faces the first metal member via the semiconductor element, A metal reinforcing member provided so as to surround the semiconductor element and the second metal member in the vertical direction in the stacking direction; and a first metal member or a second metal connected to the second metal member and the metal reinforcing member. A first connection conductor having an electric resistivity higher than that of the member; and a second connection conductor having one end connected to the metal reinforcing member and having an electric resistivity higher than that of the first and second metal members. To.

第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体素子モジュールを模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating the semiconductor element module according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体素子モジュールの分解構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an exploded configuration of the semiconductor element module according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体素子モジュールを示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor element module according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体素子モジュールを示す別座標平面の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another coordinate plane showing the semiconductor element module according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体素子モジュールを示す別座標平面の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another coordinate plane showing the semiconductor element module according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置を示す三面図である。FIG. 3 is a three-view drawing showing the semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部品を示す斜視図である。It is a perspective view showing the component of the semiconductor element module concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部品を示す斜視図である。It is a perspective view showing the component of the semiconductor element module concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係る半導体素子モジュールの組立方法の一部を示す斜視図である。It is a perspective view showing a part of the assembling method of the semiconductor element module concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部品を示す三面図である。It is a three-view figure showing the component of the semiconductor element module concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る半導体素子モジュールの組立方法の一部を示す斜視図である。It is a perspective view showing a part of the assembling method of the semiconductor element module concerning a 4th embodiment. 第5実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部品を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the component of the semiconductor element module which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部品における電気抵抗の解析値を示す図である。It is a figure showing the analysis value of the electric resistance in the component of the semiconductor element module concerning a 5th embodiment. 比較例に係る半導体素子モジュールを示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor element module according to a comparative example.

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、説明の便宜上、あえて厳密な断面図とせず、部分的に簡略な表現方法を用いる場合もある。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The same portions in the drawings are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be appropriately omitted, and different portions will be described. The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and the width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. In addition, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings. In addition, for the sake of convenience of description, a strict cross-sectional view is not necessarily used, and a simplified expression method may be partially used.

さらに、各図中に示すX軸、Y軸およびZ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。X軸、Y軸、Z軸は、相互に直交し、それぞれX方向、Y方向、Z方向を表す。また、Z方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。   Further, the arrangement and configuration of each part will be described using the X axis, Y axis, and Z axis shown in each drawing. The X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other, and represent the X, Y, and Z directions, respectively. In some cases, the Z direction is described as upward and the opposite direction is defined as downward.

[1.第1実施形態]
[1−1.概略構成]
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る半導体装置を示す模式断面図である。
[1. First Embodiment]
[1-1. Schematic configuration]
FIG. 1 is a perspective view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment.

図1及び図2に示すように、本実施形態の半導体装置1は、2個の半導体素子モジュールSM1a、SM1bが、冷却部材10に搭載されている。2個の半導体モジュールSM1a、SM1bが電気的に並列接続されている。半導体装置1は、半導体素子モジュールSM1a、SM1b、冷却部材10、エミッタ導体100から構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, in a semiconductor device 1 of the present embodiment, two semiconductor element modules SM <b> 1 a and SM <b> 1 b are mounted on a cooling member 10. Two semiconductor modules SM1a and SM1b are electrically connected in parallel. The semiconductor device 1 includes semiconductor element modules SM1a and SM1b, a cooling member 10, and an emitter conductor 100.

冷却部材10は、直方体形状の部材であり、底面、及び天面が長方形である。底面及び天面は、XY座標面上に位置する。冷却部材10は、鉄、ステンレス鋼、またはアルミニウムを主成分として含む。冷却部材10の天面には、コレクタ端子接続部10Tと、凸部が所定の間隔で2か所設けられている。   The cooling member 10 is a rectangular parallelepiped member, and the bottom surface and the top surface are rectangular. The bottom surface and the top surface are located on the XY coordinate plane. Cooling member 10 contains iron, stainless steel, or aluminum as a main component. On the top surface of the cooling member 10, a collector terminal connecting portion 10T and two convex portions are provided at predetermined intervals.

コレクタ端子接続部10Tは、モジュールSM1a、SM1bに共通の端子である。   The collector terminal connection part 10T is a terminal common to the modules SM1a and SM1b.

凸部は直方体であり、凸部の底面が冷却部材10の天面と接し、凸部の側面が冷却部材10の天面に対して垂直に立設している。凸部の天面は、半導体モジュールSM1a、SM1bのそれぞれの金属部材と接触した際に、凸部の天面と金属部材との間に隙間が生じないように平滑である。凸部は、冷却部材10と一体に成形されていても良い。   The convex portion is a rectangular parallelepiped, and the bottom surface of the convex portion is in contact with the top surface of cooling member 10, and the side surface of the convex portion stands upright with respect to the top surface of cooling member 10. The top surface of the projection is smooth so that no gap is formed between the top surface of the projection and the metal member when the top surface of the projection comes into contact with the respective metal members of the semiconductor modules SM1a and SM1b. The projection may be formed integrally with the cooling member 10.

冷却部材10は、内部に空隙13を有する。冷却部材10の底面及び天面と直交する空隙13の断面において、空隙13は略長方形である。空隙13の冷却部材10の天面側には、冷却フィン15が設けられる。冷却フィン15は、伝熱面積を広げるために設けられる突起である。例えば、空隙13内部に、純水などの冷却液を循環させることで、半導体素子モジュールSM1から熱を放散させる。   The cooling member 10 has a space 13 inside. In the cross section of the space 13 orthogonal to the bottom surface and the top surface of the cooling member 10, the space 13 is substantially rectangular. Cooling fins 15 are provided on the top side of the cooling member 10 in the gap 13. The cooling fins 15 are projections provided to increase the heat transfer area. For example, heat is radiated from the semiconductor element module SM1 by circulating a cooling liquid such as pure water inside the gap 13.

半導体素子モジュールSM1a、SM1bは、少なくとも1つの半導体素子40、金属部材20、金属部材30、第2接続導体95を含むモジュールである。半導体素子40は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のトランジスタ素子、または、FRD(Fast Recovery Diode)等のダイオード素子である。1つの半導体素子モジュールSM1が、トランジスタ素子とダイオード素子の両方を含んでもよい。   The semiconductor element modules SM1a and SM1b are modules including at least one semiconductor element 40, a metal member 20, a metal member 30, and a second connection conductor 95. The semiconductor element 40 is, for example, a transistor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), or a diode element such as an FRD (Fast Recovery Diode). One semiconductor element module SM1 may include both a transistor element and a diode element.

金属部材20及び金属部材30は、板状の部材である。半導体素子40の一方の面は金属部材20と接し、半導体素子40の他方の面は金属部材30と接する。換言すれば、金属部材20、金属部材30及び半導体素子40は、金属部材30、半導体素子40、金属部材20の順に積層している。   The metal member 20 and the metal member 30 are plate-shaped members. One surface of the semiconductor element 40 contacts the metal member 20, and the other surface of the semiconductor element 40 contacts the metal member 30. In other words, the metal member 20, the metal member 30, and the semiconductor element 40 are stacked in the order of the metal member 30, the semiconductor element 40, and the metal member 20.

半導体素子モジュールSM1a、SM1bは、6つ面のうち2つの面が開口している直方体である。冷却部材に配置された場合に側面に位置する1つの開口面からは、第2接続導体95が突出する。また、冷却部材に配置された場合に冷却部材の天面と対向する位置に開口する開口面からは、金属部材20が露出している。金属部材20が露出する開口面の形状は、凸部が挿入可能な形状である。   Each of the semiconductor element modules SM1a and SM1b is a rectangular parallelepiped in which two of the six surfaces are open. The second connection conductor 95 protrudes from one opening surface located on the side surface when disposed on the cooling member. In addition, the metal member 20 is exposed from an opening surface that opens at a position facing the top surface of the cooling member when it is disposed on the cooling member. The shape of the opening surface from which the metal member 20 is exposed is a shape into which a convex portion can be inserted.

第2接続導体95は、四角柱の形状をした部材である。開口面から突出した第2接続導体95の端部は、エミッタ導体100が接続される。エミッタ導体100は、長辺部と、長辺部の端部より垂直に延びる短辺部からなる、所謂L字形状である。エミッタ導体100は銅やアルミニウムなどの良電気伝導性材料で形成される。エミッタ導体の長辺部は、半導体素子モジュールSM1a、SM1bから突出する第2接続導体95と接続し、エミッタ導体100の短辺部には、共通のエミッタ端子接続部100Tが形成される。   The second connection conductor 95 is a member having the shape of a square pole. The emitter conductor 100 is connected to the end of the second connection conductor 95 protruding from the opening surface. The emitter conductor 100 has a so-called L-shape including a long side portion and a short side portion extending vertically from an end of the long side portion. The emitter conductor 100 is formed of a good electric conductive material such as copper or aluminum. The long side of the emitter conductor is connected to the second connection conductor 95 projecting from the semiconductor element modules SM1a and SM1b, and the short side of the emitter conductor 100 is formed with a common emitter terminal connection 100T.

このような構成とすることにより、2個の半導体モジュールSM1a、SM1bが電気的に並列接続されている。   With such a configuration, the two semiconductor modules SM1a and SM1b are electrically connected in parallel.

[1−2. 半導体素子モジュールの構成]
図3は、第1実施形態に係る半導体素子モジュールSM1を模式的に示す斜視図である。図3では、半導体素子モジュールSM1の構造を示すために樹脂部材70を省略している。
[1-2. Configuration of Semiconductor Element Module]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the semiconductor element module SM1 according to the first embodiment. In FIG. 3, the resin member 70 is omitted to show the structure of the semiconductor element module SM1.

図3に示すように、半導体素子モジュールSM1には、第2接続導体95が設置される。第2接続導体95の片側の端部は強化部材70に接合され、反対側の端部はケース60の解放部から外部へ延出されている。図3では、第2接続導体95は、正方形断面を有する四角棒状として示しているが、断面は正方形さらには四角形に限定されない。また、断面形状は一定でなく、途中で変化しても良い。さらに、形状も直線の棒状に限定されず、円弧状の曲線部を有していても、また途中で折り曲がった箇所があっても構わない。   As shown in FIG. 3, the second connection conductor 95 is provided on the semiconductor element module SM1. One end of the second connection conductor 95 is joined to the reinforcing member 70, and the other end of the second connection conductor 95 extends from the open portion of the case 60 to the outside. In FIG. 3, the second connection conductor 95 is shown as a square rod having a square cross section, but the cross section is not limited to a square or even a square. Further, the cross-sectional shape is not constant, and may change midway. Further, the shape is not limited to a straight rod shape, and may have an arc-shaped curved portion, or may have a bent portion in the middle.

図4は、第1実施形態に係る半導体素子モジュールSM1の、主要構成部品の分解状態を模式的に示す斜視図である。図4では、半導体素子モジュールSM1の構造を示すために樹脂部材70を省略している。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing an exploded state of main components of the semiconductor element module SM1 according to the first embodiment. In FIG. 4, the resin member 70 is omitted to show the structure of the semiconductor element module SM1.

図4に示すように、金属部材30と強化部材50との間に第1接続導体90が設置されており、片端は金属部材30に接合され、反対側の端部はケース50の内側に接合されている。   As shown in FIG. 4, a first connection conductor 90 is provided between the metal member 30 and the reinforcing member 50, one end is joined to the metal member 30, and the other end is joined to the inside of the case 50. Have been.

半導体素子モジュールSM1は、その下面に金属部材20の一部を露出させるため開口OPを有する。強化部材50は開口OPに対応する開口部OP50を有し、ケース60は開口OPに対応する開口部OP60を有する。開口部OP50および開口部OP60は、具体的には略四角形の貫通穴である。金属部材20は、開口OP50を介して冷却部材10に接続される(図1参照)。   The semiconductor element module SM1 has an opening OP on the lower surface to expose a part of the metal member 20. The reinforcing member 50 has an opening OP50 corresponding to the opening OP, and the case 60 has an opening OP60 corresponding to the opening OP. The opening OP50 and the opening OP60 are, specifically, substantially rectangular through holes. The metal member 20 is connected to the cooling member 10 via the opening OP50 (see FIG. 1).

図5、図6、図7は半導体素子モジュールSM1の断面を示す模式図であり、各図は3つの座標軸(X軸、Y軸、Z軸)の内、2つの軸で定義づけられる平面に対応している。例えば、図5はXZ座標平面に対応する断面図である。ただし、図6に示したC矢視方向に概ね対応しており、各図は相関関係にある(上記のとおり、厳密な断面図ではない)。   FIGS. 5, 6, and 7 are schematic views showing a cross section of the semiconductor element module SM1. Each figure shows a plane defined by two axes out of three coordinate axes (X axis, Y axis, Z axis). Yes, it is. For example, FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to the XZ coordinate plane. However, they generally correspond to the direction of the arrow C shown in FIG. 6, and the respective figures have a correlation (as described above, they are not strict cross-sectional views).

半導体素子モジュールSM1は、強化部材50と、ケース60と、樹脂部材70と、樹脂部材75と、をさらに含む。   The semiconductor element module SM1 further includes a reinforcing member 50, a case 60, a resin member 70, and a resin member 75.

強化部材50は、金属部材20および30を囲むように設けられる。強化部材50は、例えば、金属部材である。ケース60は、例えば、樹脂部材からなり、金属部材20、30、半導体素子40および強化部材50をその内部に収容する。   The reinforcing member 50 is provided so as to surround the metal members 20 and 30. The reinforcing member 50 is, for example, a metal member. The case 60 is made of, for example, a resin member, and accommodates the metal members 20, 30, the semiconductor element 40, and the reinforcing member 50 therein.

図5に示すように、金属部材30は、その下面に突出部30aを有する。   As shown in FIG. 5, the metal member 30 has a protrusion 30a on the lower surface.

半導体素子40は、金属部材20と突出部30aとの間に配置される。突出部30aは、金属部材30と半導体素子40との間に配置される。突出部30aは、金属部材30と一体に設けられても良いし、金属部材30の下面に付設された導電部材であっても良い。金属部材30の下面には、半導体素子40と同数の突出部30aが設けられる。   The semiconductor element 40 is disposed between the metal member 20 and the protrusion 30a. The protrusion 30a is disposed between the metal member 30 and the semiconductor element 40. The protrusion 30a may be provided integrally with the metal member 30, or may be a conductive member attached to the lower surface of the metal member 30. On the lower surface of the metal member 30, the same number of protrusions 30a as the semiconductor elements 40 are provided.

半導体素子40の表面40Tには、例えば、エミッタ電極、ソース電極、もしくはカソード電極である第1電極(図示しない)が設けられる。第1電極は、図示しない導電性接合材により突出部30aに接続される。突出部30aは、Z方向に見て、例えば、第1電極にフィットする形状を有する。   On the surface 40T of the semiconductor element 40, for example, a first electrode (not shown) which is an emitter electrode, a source electrode, or a cathode electrode is provided. The first electrode is connected to the protrusion 30a by a conductive bonding material (not shown). The protrusion 30a has, for example, a shape that fits the first electrode when viewed in the Z direction.

一方、半導体素子40の裏面40Bには、例えば、コレクタ電極、ドレイン電極もしくはアノード電極である第2電極(図示しない)が設けられる。第2電極は、図示しない導電性接合材を介して金属部材20に接続される。   On the other hand, a second electrode (not shown) that is, for example, a collector electrode, a drain electrode, or an anode electrode is provided on the back surface 40B of the semiconductor element 40. The second electrode is connected to the metal member 20 via a conductive bonding material (not shown).

樹脂部材70は、強化部材50の内部空間を充填するように設けられる。樹脂部材70の一部は、金属部材20と金属部材30との間に半導体素子40を封じる。また、樹脂部材70の一部は、金属部材20と強化部材50との間、および、金属部材30と強化部材50との間に充填される。   The resin member 70 is provided so as to fill the internal space of the reinforcing member 50. Part of the resin member 70 seals the semiconductor element 40 between the metal member 20 and the metal member 30. Further, a part of the resin member 70 is filled between the metal member 20 and the reinforcing member 50 and between the metal member 30 and the reinforcing member 50.

樹脂部材75は、強化部材50とケース60との間に充填される。樹脂部材70および75は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であり、真空成形を用いて形成される。   The resin member 75 is filled between the reinforcing member 50 and the case 60. The resin members 70 and 75 are a thermosetting resin such as an epoxy resin, for example, and are formed by vacuum molding.

図6はXY座標平面に対応する半導体モジュールSM1の別の断面を示す模式図である。同時に、図7に示したB−B断面に概ね対応している。図6は、金属部材20の上に配置された半導体素子40を示す断面図である。半導体素子40は、例えば、トランジスタ素子であり、ゲート電極45を有する。   FIG. 6 is a schematic diagram showing another cross section of the semiconductor module SM1 corresponding to the XY coordinate plane. At the same time, it generally corresponds to the BB section shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor element 40 disposed on the metal member 20. The semiconductor element 40 is, for example, a transistor element and has a gate electrode 45.

図6に示すように、金属部材20の上に2つの半導体素子40が配置される。半導体素子40は、その表面40Tに設けられたエミッタ電極43(もしくはソース電極)と、ゲート電極45と、を有する。ゲート電極45には、ゲート端子80が接続される。ゲート端子80は、樹脂部材70から半導体素子モジュールSM1の外側へ延出される。ゲート端子80は、例えば、銅またはアルミニウムを主成分として含む金属材料からなり、図示しない制御回路に接続される。   As shown in FIG. 6, two semiconductor elements 40 are arranged on the metal member 20. The semiconductor element 40 has an emitter electrode 43 (or a source electrode) provided on the surface 40T and a gate electrode 45. A gate terminal 80 is connected to the gate electrode 45. Gate terminal 80 extends from resin member 70 to the outside of semiconductor element module SM1. The gate terminal 80 is made of, for example, a metal material containing copper or aluminum as a main component, and is connected to a control circuit (not shown).

金属部材20、30および半導体素子40は、例えば、一面が開放された箱状の強化部材50の内部に収納される。また、強化部材50を覆うケース60も一面が開放された箱状の形状を有する。ゲート端子80は、強化部材50およびケース60の開放部から外部へ延出される。   The metal members 20 and 30 and the semiconductor element 40 are housed inside, for example, a box-shaped reinforcing member 50 whose one side is open. The case 60 that covers the reinforcing member 50 also has a box-like shape with one surface opened. The gate terminal 80 extends outside from the opening of the reinforcing member 50 and the case 60.

図7はYZ座標平面に対応する半導体モジュールSM1の別の断面を示す模式図である。同時に、図6に示したA−A断面に概ね対応している。図7は、金属部材30と、強化部材50に関わる構成を示す断面図である。金属部材30と強化部材50との間に第1接続導体90が設置されている。第1接続導体90は、例えば、ニッケルとクロムの合金(ニクロム材)または、ニッケルと鉄の合金(42アロイ)などを主成分として含む金属部からなり、片端は金属部材30に接合され、反対側の端部はケース50に接合されている。   FIG. 7 is a schematic diagram showing another cross section of the semiconductor module SM1 corresponding to the YZ coordinate plane. At the same time, it generally corresponds to the AA cross section shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration related to the metal member 30 and the reinforcing member 50. The first connection conductor 90 is provided between the metal member 30 and the reinforcing member 50. The first connection conductor 90 is made of, for example, a metal part mainly containing an alloy of nickel and chromium (Nichrome material) or an alloy of nickel and iron (42 alloy), and one end is joined to the metal member 30 and opposite to the other end. The end on the side is joined to the case 50.

また、ケース50の端部には第2接続導体95が設置されている。第2接続導体95は同様に、例えばニッケルとクロムの合金(ニクロム材)または、ニッケルと鉄の合金(42アロイ)などを主成分として含む金属部からなり、片端はケース50に接合され、反対側の端部はケース60の解放部から外部へ延出されている。   Further, a second connection conductor 95 is provided at an end of the case 50. Similarly, the second connection conductor 95 is made of a metal portion containing, for example, an alloy of nickel and chromium (Nichrome material) or an alloy of nickel and iron (42 alloy) as a main component. The end on the side extends from the release portion of the case 60 to the outside.

図8は、第1実施形態に係る半導体装置を示す三面図である。本実施形態の半導体装置におけるコレクタ側電流経路を簡易的にICで示す。コレクタ側電流ICは、コレクタ端子接続部10T→冷却部材10→金属部材20→半導体素子40、という経路を経る。   FIG. 8 is a three-view drawing showing the semiconductor device according to the first embodiment. A collector-side current path in the semiconductor device of the present embodiment is simply shown by an IC. The collector-side current IC passes through the path of the collector terminal connection portion 10T → the cooling member 10 → the metal member 20 → the semiconductor element 40.

半導体モジュールSM1は、半導体モジュールSM1aを経由する場合と、半導体モジュールSM1bを経由する場合があり、冷却部材10の中で、電流が分配される。なお、実際は、各構成部品内で三次元的な拡がりを持った電流が発生するが、特にその点に関して簡易的に表現したものである。   The semiconductor module SM1 may pass through the semiconductor module SM1a or pass through the semiconductor module SM1b, and the current is distributed in the cooling member 10. Actually, a current having a three-dimensional spread is generated in each component, but this is a simple expression in particular.

また、図9は、図8内に示した断面図を単独で示した図である。本実施形態の半導体装置におけるエミッタ側電流経路を簡易的にIEで示す。エミッタ側電流IEは、半導体素子40→金属部材30→第1接続導体90→強化部材50→第2接続導体95→エミッタ導体100→エミッタ端子接続部100T、という経路を経る。   FIG. 9 is a diagram showing the cross-sectional view shown in FIG. 8 alone. The IE-side current path in the semiconductor device of the present embodiment is simply indicated by IE. The emitter-side current IE passes through the path of the semiconductor element 40 → the metal member 30 → the first connection conductor 90 → the reinforcing member 50 → the second connection conductor 95 → the emitter conductor 100 → the emitter terminal connection part 100T.

コレクタ側と同様に、半導体モジュールSM1は、半導体モジュールSM1aを経由する場合と、半導体モジュールSM1bを経由する場合がある。エミッタ側においては、エミッタ導体100の中で、半導体モジュールSM1aを経由する電流と、半導体モジュールSM1bを経由する電流が合流し、並列回路が構成される。また、コレクタ側と同様に、実際は、各構成部品内で三次元的な拡がりを持った電流が発生するが、特にその点に関して簡易的に表現したものである。   Similarly to the collector side, the semiconductor module SM1 may pass through the semiconductor module SM1a or pass through the semiconductor module SM1b. On the emitter side, in the emitter conductor 100, the current passing through the semiconductor module SM1a and the current passing through the semiconductor module SM1b merge to form a parallel circuit. Further, similarly to the collector side, in reality, a current having a three-dimensional spread is generated in each component, but this is a simplified expression particularly in that respect.

[1−3.作用効果]
以上のような本実施形態の半導体装置では、金属部材20及び金属部材30を囲む強化部材50を設ける。強化部材50は、半導体素子40aの故障時に、金属部材20と金属部材30とが、上下に離間する方向に変位もしくは変形しようとした場合、その変位及び変形を抑制する。
[1-3. Effect]
In the semiconductor device of the present embodiment as described above, the reinforcing member 50 surrounding the metal member 20 and the metal member 30 is provided. The reinforcing member 50 suppresses the displacement and deformation when the metal member 20 and the metal member 30 try to be displaced or deformed in a direction in which the metal member 20 and the metal member 30 are vertically separated from each other when the semiconductor element 40a fails.

図17は、比較例に係る半導体素子モジュールSM2を示す模式断面図である。半導体素子モジュールSM2は、ケース60に収容された金属部材20、30、半導体素子40aおよび40bを含む。半導体素子40aおよび40bは、金属部材20と金属部材30との間に配置される。ケース60の内部には、樹脂部材70が充填され、半導体素子40aおよび40bは、金属部材20と金属部材30との間に封じられる。また、図17に示すように、半導体素子モジュールSM2は、強化部材50を含まない。また、強化部材50に接合される第1接続導体90を含まない。同じく強化部材50に接合される第2接続導体も95も含まない。   FIG. 17 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor element module SM2 according to a comparative example. The semiconductor element module SM2 includes the metal members 20, 30 housed in the case 60, and the semiconductor elements 40a and 40b. The semiconductor elements 40a and 40b are arranged between the metal member 20 and the metal member 30. The inside of the case 60 is filled with a resin member 70, and the semiconductor elements 40 a and 40 b are sealed between the metal member 20 and the metal member 30. Further, as shown in FIG. 17, the semiconductor element module SM2 does not include the reinforcing member 50. Also, the first connection conductor 90 joined to the reinforcing member 50 is not included. Similarly, neither the second connection conductor nor the 95 joined to the reinforcing member 50 is included.

図17において、例えば、半導体素子40のうちの1つが短絡故障すると、金属部材20と金属部材30との間が導通状態となる。例えば、半導体素子40aが短絡故障したとすれば、他の正常な半導体素子40bが電流遮断した際に、半導体素子モジュールSM2に流れる電流は、半導体素子40aに集中する。または、半導体素子40aの導通抵抗が、他の正常な半導体素子40bの導通抵抗(チャネル抵抗)よりも低くなるため、半導体素子モジュールSM2に流れる電流は、半導体素子40aに集中する。いずれの場合でも、半導体素子40aに過電流が流れ、例えば、半導体素子40aと金属部材20もしくは30との間に設けられた接合部材、および、半導体素子40aの一部がジュール熱により溶融され、気化する。これにより、半導体素子40aを封じた樹脂部材70の内圧が上昇する。   In FIG. 17, for example, if one of the semiconductor elements 40 is short-circuited, the conduction between the metal member 20 and the metal member 30 becomes conductive. For example, assuming that the semiconductor element 40a has a short-circuit fault, the current flowing through the semiconductor element module SM2 concentrates on the semiconductor element 40a when the current of the other normal semiconductor element 40b is interrupted. Alternatively, since the conduction resistance of the semiconductor element 40a is lower than the conduction resistance (channel resistance) of the other normal semiconductor element 40b, the current flowing through the semiconductor element module SM2 concentrates on the semiconductor element 40a. In any case, an overcurrent flows through the semiconductor element 40a, for example, a bonding member provided between the semiconductor element 40a and the metal member 20 or 30, and a part of the semiconductor element 40a is melted by Joule heat, Vaporize. Thus, the internal pressure of the resin member 70 that seals the semiconductor element 40a increases.

この結果、樹脂部材70は、例えば、金属部材20および30を上下に分離する方向に働く圧力により破断され、例えば、き裂CRが横方向に延びる。そして、き裂CRがケース60に達すると、ケース60に圧力が加わる。ケース60がその圧力に耐える強度を有しない場合、半導体素子モジュールSM2の爆発的破損に至ることがある。   As a result, the resin member 70 is broken by, for example, a pressure acting in a direction of separating the metal members 20 and 30 up and down, and, for example, a crack CR extends in a lateral direction. Then, when the crack CR reaches the case 60, pressure is applied to the case 60. If the case 60 does not have the strength to withstand the pressure, the semiconductor element module SM2 may be explosively damaged.

これに対し、実施形態に係る半導体素子モジュールSM1は、金属部材20および30を囲む強化部材50を有する。強化部材50には、ケース60および樹脂部材70よりも高い強度の材料が用いられる。ここで、強度とは、例えば、材料破断時の引張荷重を材料の断面積(初期断面積または破断時の断面積)で割った値である。また、材料の引張強度もしくは圧縮強度であっても良い。強化部材50には、例えば、樹脂部材よりも高強度の金属材料を用いる。   On the other hand, the semiconductor element module SM1 according to the embodiment has the reinforcing member 50 surrounding the metal members 20 and 30. A material having higher strength than the case 60 and the resin member 70 is used for the reinforcing member 50. Here, the strength is, for example, a value obtained by dividing a tensile load at the time of material breakage by a sectional area of the material (initial sectional area or sectional area at break). Further, the tensile strength or the compressive strength of the material may be used. For the reinforcing member 50, for example, a metal material having higher strength than a resin member is used.

さらに、強化部材50は、樹脂部材70よりも靱性が高いことが望ましい。「靱性が高い」とは、材料の強さ(引張強度)と延性が共に大きいことを意味し、靱性が高い材料の例として、金属材料を挙げることができる。強化部材50は、例えば、鉄、ステンレス鋼、またはアルミニウムを主成分として含む。   Further, it is desirable that the reinforcing member 50 has higher toughness than the resin member 70. "High toughness" means that both the strength (tensile strength) and ductility of the material are large, and examples of the material having high toughness include a metal material. The reinforcing member 50 contains, for example, iron, stainless steel, or aluminum as a main component.

例えば、強化部材50に金属部材を用いた場合、その靱性はケース60よりも高く、高い延性を有する。このため、内圧を受けた強化部材50は、き裂CRを起点として上下に延びるように変形する。すなわち、強化部材50は、その延性によって破断することなく柔軟に変形する。このため、き裂CRが、ケース60に達することを防ぎ、強化部材50の外側を覆う樹脂部材75およびケース60に加わる力が低減される。   For example, when a metal member is used for the reinforcing member 50, the toughness is higher than that of the case 60 and has high ductility. Therefore, the reinforcing member 50 subjected to the internal pressure is deformed so as to extend vertically starting from the crack CR. That is, the reinforcing member 50 is flexibly deformed without breaking due to its ductility. For this reason, the crack CR is prevented from reaching the case 60, and the force applied to the resin member 75 that covers the outside of the reinforcing member 50 and the case 60 is reduced.

さらに、強化部材50を箱形状とすることにより、金属部材20と金属部材30とが、上下に離間する方向に変位もしくは変形しようとした場合、その変位および変形を抑制することができる。   Further, by forming the reinforcing member 50 in a box shape, when the metal member 20 and the metal member 30 are displaced or deformed in a direction in which they are vertically separated from each other, the displacement and deformation can be suppressed.

このように、強化部材50には、故障時の樹脂部材70の内圧に耐える材料を用いるため、半導体素子40の短絡故障に起因する爆発的な破損を回避することが可能となる。   As described above, since a material that can withstand the internal pressure of the resin member 70 at the time of failure is used for the reinforcing member 50, explosive damage due to a short circuit failure of the semiconductor element 40 can be avoided.

なお、強化部材50は、その一部がケース60の内面に接するように配置されても良い。すなわち、強化部材50とケース60との間に設けられる樹脂部材75を省略しても良い。強化部材50は、例えば、ケース60に対して相対的に移動可能に配置される。これにより、強化部材50の変形に起因する応力がケース60に加わることを回避できる。すなわち、強化部材50がケース60の内面に接していても、強化部材50がケース60の内面に沿って変形可能な構造にすることにより、ケースに加わる応力を吸収させることができる。   Note that the reinforcing member 50 may be arranged so that a part thereof contacts the inner surface of the case 60. That is, the resin member 75 provided between the reinforcing member 50 and the case 60 may be omitted. The reinforcing member 50 is arranged, for example, so as to be relatively movable with respect to the case 60. Thus, it is possible to prevent the stress caused by the deformation of the reinforcing member 50 from being applied to the case 60. That is, even if the reinforcing member 50 is in contact with the inner surface of the case 60, the stress applied to the case can be absorbed by forming the structure such that the reinforcing member 50 can be deformed along the inner surface of the case 60.

さらに、樹脂部材70および樹脂部材75が、強化部材50を完全に封止しており、電気的絶縁性を確保できていれば、外側の樹脂部材75を最外周として、ケース60を省略することもできる。   Furthermore, if the resin member 70 and the resin member 75 completely seal the reinforcing member 50 and electrical insulation can be ensured, the case 60 may be omitted with the outer resin member 75 as the outermost periphery. Can also.

このような防爆構造は、例えば、半導体装置1の全体を覆う防爆構造に比べて簡素化され、低コストで実現可能である。また、半導体装置1の小型化にも寄与する。   Such an explosion-proof structure is simpler than, for example, an explosion-proof structure that covers the entire semiconductor device 1, and can be realized at low cost. In addition, it contributes to downsizing of the semiconductor device 1.

次に、本実施形態の半導体装置内における電流通電時の作用について説明する。前述の通り、エミッタ側電流IEは、半導体素子40→金属部材30→第1接続導体90→強化部材50→第2接続導体95→エミッタ導体100→エミッタ端子接続部100T、という経路を経る。   Next, the operation of the semiconductor device according to the present embodiment when current is supplied will be described. As described above, the emitter-side current IE passes through the path of the semiconductor element 40 → the metal member 30 → the first connection conductor 90 → the reinforcing member 50 → the second connection conductor 95 → the emitter conductor 100 → the emitter terminal connection portion 100T.

エミッタ側電流IEの経路構成部材の内、第1接続導体90と第2接続導体95は、ニクロム材または42アロイなどを用いて形成されている。これらの材料は、銅やアルミニウムなどの良電気伝導性材料と比較すると、体積抵抗率が格段に大きい。逆に言えば、導電率が格段に小さい。   The first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 of the path components of the emitter-side current IE are formed using a nichrome material or a 42 alloy. These materials have much higher volume resistivity than good electrical conductive materials such as copper and aluminum. Conversely, the conductivity is much smaller.

一般に、導体の電流が流れる方向に垂直な断面の断面積S[m]と、長さ(電流経路長)L[m]を有する導体の直流抵抗Rdc[Ω]は、概略次の式で決定される。
Rdc=ρ0×L/S[Ω](ρ0:体積抵抗率[Ω・m])
In general, a cross-sectional area S [m 2 ] of a cross section perpendicular to a direction in which a current flows in a conductor and a DC resistance Rdc [Ω] of a conductor having a length (current path length) L [m] are roughly expressed by the following equations. It is determined.
Rdc = ρ0 × L / S [Ω] (ρ0: Volume resistivity [Ω · m])

第1接続導体90と第2接続導体95は、体積抵抗率が大きいので、直流抵抗も大きい値となる。図9において、第1接続導体90と第2接続導体95は電気回路的に直列接続されている。短絡時の半導体素子40は、単純に抵抗体40Sと見なすことができる。短絡時の電気回路は、第1接続導体90、第2接続導体95、および見なし抵抗体40Sによる直列回路と考えられる。   Since the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 have a large volume resistivity, the DC resistance also has a large value. In FIG. 9, the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 are connected in series in an electric circuit. The semiconductor element 40 at the time of the short circuit can be simply regarded as the resistor 40S. The electric circuit at the time of the short circuit is considered as a series circuit including the first connection conductor 90, the second connection conductor 95, and the assumed resistor 40S.

直列回路の合成抵抗は、第1接続導体90、第2接続導体95、および見なし抵抗体40Sの各々の抵抗の合算値となる。その結果、第1接続導体90、第2接続導体95、各々の抵抗値が、見なし抵抗体40Sの抵抗値に対して相対的に大きくなると、合成抵抗も大きくなる。   The combined resistance of the series circuit is the sum of the respective resistances of the first connection conductor 90, the second connection conductor 95, and the assumed resistor 40S. As a result, when the resistance value of each of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 becomes relatively large with respect to the resistance value of the assumed resistor 40S, the combined resistance also increases.

半導体素子40が短絡した際の発生電流は、回路抵抗値に逆比例するため、回路の合成抵抗が増大すると、短絡電流が減少する。   The current generated when the semiconductor element 40 is short-circuited is inversely proportional to the circuit resistance value. Therefore, when the combined resistance of the circuit increases, the short-circuit current decreases.

一般に、直流抵抗Rdc[Ω]を有する導体に電流I(A)が流れた場合、通電時間t(s)における発生エネルギー(ジュール熱)は、概略次の式で決定される。
Q=Rdc×I×t[J]
In general, when a current I (A) flows through a conductor having a DC resistance Rdc [Ω], the generated energy (Joule heat) during the energization time t (s) is roughly determined by the following equation.
Q = Rdc × I 2 × t [J]

そのため、短絡電流Iが減少すると、発生エネルギーQも小さくなる。本実施形態における第1接続導体90と第2接続導体95は、回路の電流制限抵抗として作用し、短絡時の電流制限により発生エネルギー軽減効果が期待できる。   Therefore, when the short-circuit current I decreases, the generated energy Q also decreases. The first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 in the present embodiment act as a current limiting resistor of the circuit, and an effect of reducing generated energy can be expected by current limitation at the time of short circuit.

第1接続導体90および第2接続導体95による、半導体素子40の発生ジュール熱抑制効果は、前述の強化部材50による、半導体素子40の破損回避効果と、同時に作用する。すなわち相乗効果が期待できる。どちらか一方のみが存在する場合と比較して、より大きな短絡エネルギーが発生した場合も、破損回避が可能になる。   The effect of suppressing the generated Joule heat of the semiconductor element 40 by the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 acts simultaneously with the effect of preventing the semiconductor element 40 from being damaged by the reinforcing member 50 described above. That is, a synergistic effect can be expected. Breakage can be avoided even when a larger short-circuit energy is generated as compared with the case where only one of them exists.

本実施形態の第1接続導体90および第2接続導体95について、形状寸法を仮想的に設定して、直流電気抵抗Rdcを試算する。同時に両導体が有する熱容量Cp(J/K)も試算する。試算した条件と結果は以下の通りである。   With respect to the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 of the present embodiment, the shape and dimensions are virtually set, and the DC electric resistance Rdc is estimated. At the same time, the heat capacity Cp (J / K) of both conductors is estimated. The estimated conditions and results are as follows.

[共通項目]
・使用材料:ニッケルクロム合金、第1種
・体積抵抗率:ρ0=108(μΩ・cm)
・比熱容量 :Cp=0.503(J/gK)
・密度 :γ =8.14(g/cm3)
[Common Items]
・ Material used: Nickel chrome alloy, Class 1 ・ Volume resistivity: ρ0 = 108 (μΩcm)
-Specific heat capacity: Cp = 0.503 (J / gK)
-Density: γ = 8.14 (g / cm3)

[第1接続導体90]
・断面形状 :直径0.8(cm)の円形
・長さ :0.6(cm)
・直流抵抗 :Rdc=0.13(mΩ)
・質量 :w =2.45(g)
・熱容量 :C =1.23(J/K)
[First connection conductor 90]
・ Cross section: circular with a diameter of 0.8 (cm) ・ Length: 0.6 (cm)
・ DC resistance: Rdc = 0.13 (mΩ)
-Mass: w = 2.45 (g)
・ Heat capacity: C = 1.23 (J / K)

[第2接続導体95]
・断面形状 :一辺0.4(cm)の正方形
・長さ :2(cm)
・直流抵抗 :Rdc=1.35(mΩ)
・質量 :w =2.6(g)
・熱容量 :C =1.31(J/K)
[Second connection conductor 95]
・ Cross section: 0.4 (cm) square on each side ・ Length: 2 (cm)
DC resistance: Rdc = 1.35 (mΩ)
-Mass: w = 2.6 (g)
-Heat capacity: C = 1.31 (J / K)

第1接続導体90と第2接続導体95は、電気回路的には直列接続された抵抗と見ることができ、直流抵抗および熱容量は合算値として扱うことができる。合算値は以下になる。
[第1接続導体90と第2接続導体95の合算値]
・直流抵抗 :Rdc=1.48(mΩ)
・熱容量 :C =2.54(J/K)
The first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 can be regarded as resistors connected in series in terms of an electric circuit, and the DC resistance and heat capacity can be treated as a sum. The sum is:
[Total value of first connection conductor 90 and second connection conductor 95]
DC resistance: Rdc = 1.48 (mΩ)
・ Heat capacity: C = 2.54 (J / K)

直流抵抗について、第1接続導体90と第2接続導体95の合算値は約1.5mΩである。短絡時の半導体素子40を、単純にみなし抵抗体40Sと見なすことができる。短絡時、見なし抵抗体40Sと、第1接続導体90および第2接続導体95が、直列回路を形成する。見なし抵抗体40Sの直流抵抗を1mΩオーダと仮定すると、第1接続導体90と第2接続導体95の合算抵抗は、見なし抵抗体40Sの直流抵抗と同程度のオーダが望ましい。   As for the DC resistance, the total value of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 is about 1.5 mΩ. The semiconductor element 40 at the time of the short circuit can be simply regarded as the resistor 40S. When a short circuit occurs, the assumed resistor 40S, the first connection conductor 90, and the second connection conductor 95 form a series circuit. Assuming that the DC resistance of the assumed resistor 40S is on the order of 1 mΩ, the total resistance of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 is preferably on the order of the DC resistance of the assumed resistor 40S.

第1接続導体90と第2接続導体95の合算抵抗が、見なし抵抗体40Sに対して格段に小さいと、合成抵抗もさほど大きくならず、電流制限効果によるジュール熱抑制効果が十分に期待できなくなる。   If the combined resistance of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 is much smaller than the assumed resistor 40S, the combined resistance will not be so large, and the Joule heat suppression effect due to the current limiting effect cannot be sufficiently expected. .

逆に、第1接続導体90と第2接続導体95の合算抵抗が、見なし抵抗体40Sに対して格段に大きいと、電流制限効果によるジュール熱抑制効果は大きくなるものの、このジュール熱は通常運転時でも発生することが問題となる。この場合、通常運転時においても、エミッタ電流IEは、第1接続導体90と第2接続導体95の合算抵抗により、大きなジュール熱を発生させる。このことは、装置の効率低下につながり、場合によっては熱放散の機構を付加する必要も生じる。   Conversely, if the combined resistance of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 is much larger than the deemed resistor 40S, the Joule heat suppression effect due to the current limiting effect increases, but the Joule heat is reduced during normal operation. What happens even at times is a problem. In this case, even during normal operation, the emitter current IE generates large Joule heat due to the combined resistance of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95. This leads to a reduction in the efficiency of the device, and in some cases, it is necessary to add a mechanism for dissipating heat.

本実施形態の第1接続導体90と第2接続導体95の合算抵抗は、約1.5mΩと試算され、見なし抵抗体40Sの想定直流抵抗1mΩと同じオーダとなっている。なお、導体使用材料、断面形状、長さを変化させれば、直流抵抗を自在に設定できるのは述べるまでもない。ただし、使用材料として銅やアルミニウムなどの良導体材料を使用すると、目標抵抗値を達成するには、導体の断面積を格段に小さくする、導体の長さを格段に大きくするなどの施策が必要となる。その場合、寄生インダクタンスの増加や強度の不足などの別の問題が浮上するので、好ましくない。   The total resistance of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 of this embodiment is estimated to be about 1.5 mΩ, which is the same order as the assumed DC resistance of the assumed resistor 40S of 1 mΩ. It goes without saying that the DC resistance can be freely set by changing the material used for the conductor, the cross-sectional shape, and the length. However, if a good conductor material such as copper or aluminum is used as the material to be used, measures such as significantly reducing the cross-sectional area of the conductor and significantly increasing the length of the conductor are necessary to achieve the target resistance value. Become. In that case, another problem such as an increase in parasitic inductance or a lack of strength emerges, which is not preferable.

前述において、直流抵抗とともに熱容量の試算結果を示した。短絡時の大電流により発生するジュール熱は、第1接続導体90と第2接続導体95、各々の温度上昇を招く。   In the above, the trial calculation results of the heat capacity were shown together with the DC resistance. Joule heat generated by a large current at the time of a short circuit causes the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 to increase in temperature.

第1接続導体90と第2接続導体95、各々の熱容量が極端に小さいと、発生ジュール熱に伴う温度上昇により、導体の温度特性に起因する諸特性へ影響を及ぼしたり、極端な場合焼損につながるおそれもある。   If the heat capacity of each of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 is extremely small, the temperature rise due to the generated Joule heat may affect various characteristics due to the temperature characteristics of the conductor, or in an extreme case may cause burnout. There is also a risk of connection.

前述の通り、第1接続導体90の熱容量は、1.23(J/K)、第2接続導体95の熱容量は1.31(J/K)と試算された。直流抵抗と同様に、導体使用材料、断面形状、長さを変化させれば、熱容量を自在に設定できるのは述べるまでもない。   As described above, the heat capacity of the first connection conductor 90 was calculated to be 1.23 (J / K), and the heat capacity of the second connection conductor 95 was calculated to be 1.31 (J / K). As in the case of the DC resistance, it is needless to say that the heat capacity can be freely set by changing the material used for the conductor, the cross-sectional shape, and the length.

第1接続導体90と第2接続導体95について、直流抵抗は導体断面積に逆比例し、熱容量は導体断面積に比例するので、両者はトレードオフ関係にあると言える。しかし、材料と形状を適切に設定することで、直流抵抗と熱容量を目標とする値に設定することは十分可能である。   Regarding the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95, the DC resistance is inversely proportional to the conductor cross-sectional area, and the heat capacity is proportional to the conductor cross-sectional area. However, by appropriately setting the material and shape, it is sufficiently possible to set the DC resistance and the heat capacity to target values.

本実施形態により、強化部材50による半導体素子40の破損回避効果と、第1接続導体90および第2接続導体95の電流制限によるジュール熱低減効果の相乗効果により、半導体モジュールSM1の短絡時に大きなエネルギーが発生した場合も、破損回避が可能になる。   According to the present embodiment, the synergistic effect of the effect of preventing the semiconductor element 40 from being damaged by the reinforcing member 50 and the effect of reducing the Joule heat due to the current limitation of the first connection conductor 90 and the second connection conductor 95 causes a large energy when the semiconductor module SM1 is short-circuited. Also when damage occurs, breakage can be avoided.

[2.第2実施形態]
[2−1.構成]
以下では、図10を参照しつつ本実施形態に係る半導体装置について説明する。図10は、第2実施形態に係る半導体装置の構成部材である強化部材50Aを示す斜視図である。図示しない強化部材50A以外の部分は第1実施形態と同等にため、説明を省略する。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Constitution]
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a reinforcing member 50A that is a component of the semiconductor device according to the second embodiment. Portions other than the not-shown reinforcing member 50A are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施形態において、強化部材50Aの開口部付近に突起部50Tが形成されている。強化部材50Aの突起部50Tは、第1実施形態における第2接続導体95と同等の形状を有する。第1実施形態においては、強化部材50と第2接続導体95は別個の部品として構成していたが、本実施形態では第2接続導体95は強化部材50と一体に形成されている。   In the present embodiment, a protrusion 50T is formed near the opening of the reinforcing member 50A. The protrusion 50T of the reinforcing member 50A has the same shape as the second connection conductor 95 in the first embodiment. In the first embodiment, the reinforcing member 50 and the second connection conductor 95 are configured as separate components, but in the present embodiment, the second connection conductor 95 is formed integrally with the reinforcement member 50.

[2−2.作用効果]
このように構成することで、半導体モジュールSM1の構成部品点数を削減できる。さらに、半導体モジュールSM1の組立段階で、強化部材50と第2接続導体95とを接合する工程が不要になるので、半導体モジュールSM1をより簡素に構成できる。
[2-2. Effect]
With this configuration, the number of components of the semiconductor module SM1 can be reduced. Furthermore, since the step of joining the reinforcing member 50 and the second connection conductor 95 is not required at the stage of assembling the semiconductor module SM1, the semiconductor module SM1 can be configured more simply.

本実施形態において、強化部材50Aに突起部50Tを一体で形成することで、強化部材50Aと突起部50Tは同一の材料で構成されることになる。強化部材50Aをステンレス鋼を使用して構成した場合、突起部50Tもステンレス鋼で形成される。   In the present embodiment, by forming the protrusion 50T integrally with the reinforcing member 50A, the reinforcing member 50A and the protrusion 50T are made of the same material. When the reinforcing member 50A is made of stainless steel, the protrusion 50T is also made of stainless steel.

ステンレス鋼の体積抵抗率は、71(μΩ・cm)である。(SUS304合金)前述のニッケルクロム合金第1種と比較すると小さいものの、銅やアルミニウムに対しては格段に大きい。そのため、本実施形態において、例えばステンレス鋼で強化部材50Aを構成した場合でも、突起部50Tの直流抵抗値の電流制限効果による短絡エネルギー軽減が期待できる。   The volume resistivity of stainless steel is 71 (μΩ · cm). (SUS304 alloy) Although it is smaller than the above-mentioned nickel chromium alloy type 1, it is much larger for copper and aluminum. For this reason, in this embodiment, even when the reinforcing member 50A is made of, for example, stainless steel, it is possible to expect a reduction in short-circuit energy due to the current limiting effect of the DC resistance value of the protrusion 50T.

[3.第3実施形態]
[3−1.構成]
以下では、図11を参照しつつ本実施形態に係る半導体装置について説明する。図11は、第3実施形態に係る半導体素子モジュールの構成部材である第2金属部材30Aを示す斜視図である。図示しない第2金属部材30A以外の部分は第1実施形態と同等のため、説明を省略する。
[3. Third Embodiment]
[3-1. Constitution]
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view showing a second metal member 30A that is a component of the semiconductor element module according to the third embodiment. Portions other than the not-shown second metal member 30A are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施形態において、第2金属部材30Aの端面中央部付近に突起部30Tが形成されている。第2金属部材30Aの突起部30Tは、第1実施形態における第1接続導体90と同等の形状を有する。第1実施形態において、第2金属部材30と第1接続導体90は、別個の部品として構成し、組立段階で接合していた。本実施形態における第2金属部材30Aは、第1実施形態の第2金属部材30と第1接続導体90を一体化して1個の部品として形成したものということができる。   In the present embodiment, a protrusion 30T is formed near the center of the end face of the second metal member 30A. The protrusion 30T of the second metal member 30A has the same shape as the first connection conductor 90 in the first embodiment. In the first embodiment, the second metal member 30 and the first connection conductor 90 are configured as separate components, and are joined at an assembling stage. It can be said that the second metal member 30A in the present embodiment is formed by integrating the second metal member 30 of the first embodiment and the first connection conductor 90 as one component.

[3−2.作用効果]
このように構成することで、半導体モジュールSM1の構成部品点数を削減できる。さらに、半導体モジュールSM1の組立段階で、第2金属部材30と第1接続導体90とを接合する工程が不要になるので、半導体モジュールSM1をより簡素に構成できる。
[3-2. Effect]
With this configuration, the number of components of the semiconductor module SM1 can be reduced. Furthermore, since the step of joining the second metal member 30 and the first connection conductor 90 is not required at the stage of assembling the semiconductor module SM1, the semiconductor module SM1 can be configured more simply.

本実施形態において、第2金属部材30Aに突起部30Tを一体で形成することで、第2金属部材30Aと突起部30Tは同一の材料で構成することになる。突起部30Tをニッケルクロム合金を使用して構成する場合、第2金属部材30A全体をニッケルクロム合金で形成することになる。   In the present embodiment, by forming the protrusion 30T integrally with the second metal member 30A, the second metal member 30A and the protrusion 30T are made of the same material. When the protrusion 30T is formed using a nickel-chromium alloy, the entire second metal member 30A is formed from a nickel-chromium alloy.

半導体素子40からの発生熱量の大部分は、第1金属部材20を経由して冷却部材10に伝熱される。半導体素子40から第2金属部材30Aを経由して外部に放熱される熱量はわずかであるので、第2金属部材30Aを熱伝導率の大きい銅やアルミニウムを使用せずに構成しても、放熱特性に係わる影響はわずかである。   Most of the heat generated from the semiconductor element 40 is transferred to the cooling member 10 via the first metal member 20. Since the amount of heat radiated from the semiconductor element 40 to the outside via the second metal member 30A is small, even if the second metal member 30A is formed without using copper or aluminum having a high thermal conductivity, the heat is radiated. The effect on the properties is slight.

本実施形態において、例えばニッケルクロム合金のかわりにステンレス鋼で第2金属部材30Aを構成することも可能である。第2実施形態についての説明と同様に、第2金属部材30Aを、ニッケルクロム合金やステンレス鋼などで構成することにより、突起部30Tの直流抵抗値の電流制限効果による短絡エネルギー軽減が期待できる。   In the present embodiment, for example, the second metal member 30A can be made of stainless steel instead of the nickel-chromium alloy. As in the description of the second embodiment, by forming the second metal member 30A of a nickel chrome alloy, stainless steel, or the like, it is possible to expect a reduction in short-circuit energy due to a current limiting effect of the DC resistance value of the protrusion 30T.

図12は、第3実施形態の半導体モジュールの組立手順の一部を示した図である。まず、第1金属部材20と第2金属部材30Aにはさまれて構成される部品群を、一括で接合してサブアセンブリSA1を組立てる。この際の接合方法は例えばハンダ接合である。   FIG. 12 is a view showing a part of the assembly procedure of the semiconductor module of the third embodiment. First, a group of components sandwiched between the first metal member 20 and the second metal member 30A is joined together to assemble the subassembly SA1. The bonding method at this time is, for example, solder bonding.

サブアセンブリSA1を、貫通穴50Hを有する強化部材50Bに挿入する。この際、サブアセンブリSA1の第2金属部材30Aに形成された突起部30Tの先端を、強化部材50Bの貫通穴50Hに挿入し、挿入部を接合する。この際の接合方法は、例えば溶接であり、溶接の場合、溶接電極を強化部材50Bの外側から当接して施工する。   The subassembly SA1 is inserted into the reinforcing member 50B having the through hole 50H. At this time, the tip of the projection 30T formed on the second metal member 30A of the sub-assembly SA1 is inserted into the through hole 50H of the reinforcing member 50B, and the inserted portion is joined. The joining method at this time is, for example, welding. In the case of welding, the welding electrode is applied from outside the reinforcing member 50B.

サブアセンブリSA1の第2金属部材30Aと強化部材50Bとを同じ材料、例えばステンレス鋼で構成した場合、同種の材料同士の接合となり、異種材料間を接合する場合と比較して、より確実に接合できる。最後にケース60を装着し、さらに図示を省略した樹脂部材を施工して、サブモジュールの組立が完了する。   When the second metal member 30A and the reinforcing member 50B of the subassembly SA1 are made of the same material, for example, stainless steel, the same type of material is joined, and the joining is more reliably performed than when joining different materials. it can. Finally, the case 60 is mounted, and further, a resin member (not shown) is applied to complete the sub-module assembly.

[4.第4実施形態]
以下では、図13を参照しつつ本実施形態に係る半導体装置について説明する。図13は、第4実施形態に係る半導体素子モジュールの、構成部材である第2金属部材30Bを示す三面図である。図示しない第2金属部材30B以外の部分は第3実施形態と同等のため、説明を省略する。
[4. Fourth embodiment]
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a three-view drawing showing a second metal member 30B, which is a constituent member, of the semiconductor element module according to the fourth embodiment. Portions other than the second metal member 30B (not shown) are the same as those of the third embodiment, and thus description thereof is omitted.

本実施形態では、第3実施形態において第2金属部材30Aに突起部30Tを一体で形成したことと同様に、第2金属部材30Bに突起部30Uを一体で形成している。本実施形態の突起部30Uは、厚さに対して幅の大きい帯状で、長さ方向は単純な直線状ではなく、略U字状の湾曲部を有する形状としている。   In this embodiment, the projection 30U is integrally formed on the second metal member 30B, similarly to the third embodiment in which the projection 30T is integrally formed on the second metal member 30A. The projection 30U of the present embodiment has a band shape having a width larger than the thickness, and has a shape having a substantially U-shaped curved portion in a longitudinal direction, not a simple straight line.

本実施形態では、第3実施形態と同様に、突起部30Uの直流抵抗値による電流制限効果による短絡エネルギー軽減が期待できる。本実施形態では、突起部30Uの形状を、長さ方向に略U字状の湾曲部を設けたことで、実効的な経路長を大きくでき、その結果、突起部の直流抵抗値がより大きくなり、電流制限と短絡エネルギー軽減効果をさらに増大することができる。   In the present embodiment, as in the third embodiment, it is possible to expect a reduction in short-circuit energy due to a current limiting effect by the DC resistance value of the projection 30U. In the present embodiment, the shape of the projection 30U is provided with a substantially U-shaped curved portion in the length direction, so that the effective path length can be increased. As a result, the DC resistance value of the projection is increased. Thus, the current limiting and short-circuit energy reduction effects can be further increased.

突起部30Uに、長さ方向に略U字状の湾曲部を設けた形状としたことで、短絡時に第2電極部材30Bに大きな応力が発生し、応力は突起部30Uにも伝わる。特に突起先端は、強化部材50に接合され、接合部にも大きな応力が生じる。   Since the protrusion 30U has a shape in which a substantially U-shaped curved portion is provided in the length direction, a large stress is generated in the second electrode member 30B at the time of short circuit, and the stress is transmitted to the protrusion 30U. In particular, the tip of the projection is joined to the reinforcing member 50, and a large stress is also generated at the joint.

本実施形態においては、突起部30Uの略U字状湾曲部に、応力緩和効果が期待できる。その結果、突起部30U先端の強化部材50との接合部の発生応力も軽減でき、接合部の信頼性がより向上する。   In the present embodiment, a stress relaxation effect can be expected at the substantially U-shaped curved portion of the projection 30U. As a result, the stress generated at the joint with the reinforcing member 50 at the tip of the projection 30U can be reduced, and the reliability of the joint is further improved.

図14は、第4実施形態の半導体モジュールの組立手順の一部を示した図である。まず、第1金属部材20と第2金属部材30Bにはさまれて構成される部品群を、一括で接合してサブアセンブリSA2を組立する。この際の接合方法は例えばハンダ接合である。   FIG. 14 is a view showing a part of the assembly procedure of the semiconductor module of the fourth embodiment. First, a group of components sandwiched between the first metal member 20 and the second metal member 30B is joined together to assemble the subassembly SA2. The bonding method at this time is, for example, solder bonding.

サブアセンブリSA2を、角型の貫通穴50Kを有する強化部材50Cに挿入する。この際、サブアセンブリSA2の第2金属部材30Bに形成された突起部30Uの先端を、強化部材50Cの貫通穴50Kに挿入し、挿入部を接合する。この際の接合方法は、例えば溶接などであり、溶接の場合、溶接電極を強化部材50Cの外側から当接して施工する。   The subassembly SA2 is inserted into the reinforcing member 50C having the square through hole 50K. At this time, the distal end of the projection 30U formed on the second metal member 30B of the subassembly SA2 is inserted into the through hole 50K of the reinforcing member 50C, and the inserted portion is joined. The joining method at this time is, for example, welding or the like. In the case of welding, the welding electrode is applied by abutting from the outside of the reinforcing member 50C.

サブアセンブリSA2の金属部材30Bと強化部材50Cとを同じ材料、例えばステンレス鋼で構成した場合、同種の材料同士の接合となり、異種材料間を接合する場合と比較して、より確実に接合できる。最後にケース60を装着し、さらに図示を省略した樹脂部材を施工して、サブモジュールの組立が完了する。   When the metal member 30B and the reinforcing member 50C of the subassembly SA2 are made of the same material, for example, stainless steel, the same kind of material is joined, and the joining can be performed more reliably than the case of joining different kinds of materials. Finally, the case 60 is mounted, and further, a resin member (not shown) is applied to complete the sub-module assembly.

[5.第5実施形態]
以下では、図15を参照しつつ本実施形態に係る半導体装置について説明する。図15は、第1実施形態に示した半導体モジュールSM1の構成部材である第1接続導体部を示した図である。本実施形態において、第1接続導体90Pは、円形断面を有する直線状の導体で、母材90Bに表面処理などによりメッキ層90Sを施した構成である。図示していないが、導体の両端面にもメッキ層90Sを設けても良い。
[5. Fifth Embodiment]
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram showing a first connection conductor, which is a component of the semiconductor module SM1 shown in the first embodiment. In the present embodiment, the first connection conductor 90P is a linear conductor having a circular cross section, and has a configuration in which a plating layer 90S is applied to a base material 90B by surface treatment or the like. Although not shown, a plating layer 90S may be provided on both end surfaces of the conductor.

図15において、母材90Bは、ニッケルクロム合金などの体積抵抗率の大きい材料で構成される。一方メッキ層90Sは銅などの体積抵抗率の小さい材料で構成される。   In FIG. 15, a base material 90B is made of a material having a large volume resistivity, such as a nickel-chromium alloy. On the other hand, the plating layer 90S is made of a material having a small volume resistivity such as copper.

このように構成した第1接続導体90Pに電流が流れた場合の電気抵抗値は、電流の周波数により異なった傾向を示す。直流もしくは低周波数の場合、母材90Bとメッキ層90S双方に電流が流れる。メッキ層90Sは母材90Bに対して断面積が格段に小さいため、母材90Bの抵抗が支配的となる。交流電流の場合、表皮効果により電流が導体表面に集中する傾向があるものの、低周波数の場合は、その影響が小さい。   When a current flows through the first connection conductor 90P thus configured, the electric resistance value shows a different tendency depending on the frequency of the current. In the case of DC or low frequency, current flows through both the base material 90B and the plating layer 90S. Since the cross-sectional area of the plating layer 90S is much smaller than that of the base material 90B, the resistance of the base material 90B becomes dominant. In the case of alternating current, the current tends to concentrate on the conductor surface due to the skin effect, but in the case of low frequency, the effect is small.

周波数が大きくなるに従い、表皮効果の影響が増大する。メッキ層90Sは断面積が小さく導体の厚さも小さいため、表皮効果の影響は小さい。一方、母材90Bは断面積が大きいため、表皮効果の影響が顕著になり、周波数の増大に対応して母材90Bの抵抗が増大していく。   The effect of the skin effect increases as the frequency increases. Since the plating layer 90S has a small cross-sectional area and a small thickness of the conductor, the influence of the skin effect is small. On the other hand, since the base material 90B has a large cross-sectional area, the influence of the skin effect becomes remarkable, and the resistance of the base material 90B increases with an increase in frequency.

第1実施形態の第1接続導体90は、本来、体積抵抗率の大きい材料を使用しており、直流抵抗が大きく、周波数増大に従い、抵抗値が増大していく。本実施形態における第1接続導体90Pは、直流抵抗が大きい点は第1実施形態と同様である。周波数増大に対応して母材90Bの抵抗は増大するものの、周波数が増大しても顕著に抵抗が増大しないメッキ層90Sが存在するため、周波数が大きい領域における、第1接続導体90Pの抵抗値増大は、第1実施形態の場合より小さい。   The first connection conductor 90 of the first embodiment is originally made of a material having a large volume resistivity, has a large DC resistance, and the resistance value increases as the frequency increases. The first connection conductor 90P in the present embodiment is similar to the first embodiment in that the DC resistance is large. Although the resistance of the base material 90B increases in response to the increase in the frequency, the resistance of the first connection conductor 90P in the region where the frequency is large exists because there is the plating layer 90S whose resistance does not increase significantly even when the frequency increases. The increase is smaller than in the first embodiment.

図16は本実施形態の第1接続導体の、抵抗値の解析結果である。直径が0.8cmで導体長さが5cmの導体について、周波数と抵抗値の関係を示す。母材90Bをニッケルクロム合金、メッキ層90Sを厚さ0.05mmの銅とした場合(△)を基本に、比較として母材90Bをニッケルクロム合金とし、メッキ層が無い場合(■)、および母材90Bを銅とし、メッキ層が無い場合(●)も解析した。   FIG. 16 shows an analysis result of the resistance value of the first connection conductor of the present embodiment. The relationship between frequency and resistance value is shown for a conductor having a diameter of 0.8 cm and a conductor length of 5 cm. Basically, the base material 90B is made of a nickel-chromium alloy and the plating layer 90S is made of copper having a thickness of 0.05 mm (△). The case where the base material 90B was copper and there was no plating layer (●) was also analyzed.

直流から周波数10kHzあたりまで、本実施形態の構成は、母材90Bをメッキなしニッケルクロム合金母材とした場合の抵抗値とほぼ同じである。本実施形態の構成は、10kHzを超えると、メッキなしニッケルクロム合金母材と比較して、抵抗値の上昇度合いが小さくなり、さらに100MHzを超えると、メッキ無銅母材の導体と近い値になる。   From DC to around 10 kHz, the configuration of the present embodiment is almost the same as the resistance value when the base material 90B is a nickel-chromium alloy base material without plating. In the configuration of the present embodiment, when the frequency exceeds 10 kHz, the degree of increase in the resistance value is smaller than that of the nickel-chromium alloy base material without plating. Become.

本実施形態における構成の第1接続導体90Bを半導体モジュールSM1に適用した場合、第1接続導体90Bの抵抗値により、短絡時の電流制限と短絡エネルギー軽減が期待できる。短絡時電流の周波数は1kHz〜10kHzと想定しているためである。   When the first connection conductor 90B having the configuration according to the present embodiment is applied to the semiconductor module SM1, current limitation and short-circuit energy reduction during a short circuit can be expected depending on the resistance value of the first connection conductor 90B. This is because the frequency of the short-circuit current is assumed to be 1 kHz to 10 kHz.

前述の通り、第1接続導体には通常運転時も電流が発生している。通常運転時の電流は矩形状の波形となり、半導体素子40のスイッチングに伴うターンオンとターンオフの際、電流変化率の大きい電流が発生し、その際の電流の周波数は1MHz以上に相当する。   As described above, a current is generated in the first connection conductor even during normal operation. The current during normal operation has a rectangular waveform, and a current having a large current change rate is generated at the time of turn-on and turn-off due to switching of the semiconductor element 40, and the frequency of the current at that time corresponds to 1 MHz or more.

図16に示すように、本実施形態の構成は、1MHz付近の領域で、メッキなしニッケルクロム合金母材の導体よりも抵抗値を小さくすることができる。このことにより、通常運転時のターンオンとターンオフの際の、導体に生じるジュール熱を、相対的に抑制することが可能になる。   As shown in FIG. 16, the configuration of the present embodiment can reduce the resistance value in the vicinity of 1 MHz as compared with the conductor of the nickel-chromium base material without plating. This makes it possible to relatively suppress the Joule heat generated in the conductor during turn-on and turn-off during normal operation.

本実施形態では、第1実施形態の第1接続導体90を対象に説明したが、第2接続導体95、さらには強化部材50についても、同等の構成を適用することができ、そのようにした場合、半導体モジュールSMにおける、通常運転時の導体に生じるジュール熱抑制効果がより大きくなる。   In the present embodiment, the first connection conductor 90 of the first embodiment has been described. However, the same configuration can be applied to the second connection conductor 95 and further to the reinforcing member 50. In this case, the effect of suppressing Joule heat generated in the conductor during normal operation in the semiconductor module SM is further increased.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.

1…半導体装置
10…冷却部材
10T…コレクタ端子接続部
13…空隙
15…冷却フィン
20、30、30A、30B…金属部材
30a…突出部
30T、30U…突起部
40、40a、40b…半導体素子
40B…裏面
40T…表面
40S…見なし抵抗体
43…エミッタ電極
45…ゲート電極
50、50A、50B、50C…強化部材
50H、50K…貫通穴
50T…突起部
60…ケース
70、75…樹脂部材
80…ゲート端子
90、90B…第1接続導体
90B…母材部
90S…メッキ層
95…第2接続導体
100…エミッタ導体
100T…エミッタ端子接続部
CR…き裂
OP、OP50、OP60…開口
SM1、SM2…半導体モジュール
IC…コレクタ電流
IE…エミッタ電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 10 ... Cooling member 10T ... Collector terminal connection part 13 ... Void 15 ... Cooling fin 20, 30, 30A, 30B ... Metal member 30a ... Projection part 30T, 30U ... Projection part 40, 40a, 40b ... Semiconductor element 40B ... Back surface 40T ... Front surface 40S ... Deemed resistor 43 ... Emitter electrode 45 ... Gate electrode 50, 50A, 50B, 50C ... Reinforcement member 50H, 50K ... Through hole 50T ... Projection part 60 ... Case 70, 75 ... Resin member 80 ... Gate Terminals 90, 90B: first connection conductor 90B: base material 90S: plating layer 95: second connection conductor 100: emitter conductor 100T: emitter terminal connection CR: crack OP, OP50, OP60: opening SM1, SM2: semiconductor Module IC: Collector current IE: Emitter current

Claims (6)

並列接続された複数の半導体素子ユニットを備える半導体装置であって、
前記半導体素子ユニットは、
板状の半導体素子を少なくとも1つ備え、
前記半導体素子の一方の面と接する板状の第1金属部材と、
前記半導体素子の他方の面と接し、前記半導体素子を介して前記第1金属部材と対向する第2金属部材と、
積層される前記第1金属部材、前記半導体素子、及び前記第2金属部材の積層方向の上下を囲むように設けられる金属強化部材と、
前記第2金属部材と前記金属強化部材とに接続され、前記第1金属部材ないし第2金属部材より電気抵抗率の大きい第1の接続導体と、
片端を前記金属強化部材に接続され、前記第1ないし第2金属部材より電気抵抗率の大きい第2の接続導体と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a plurality of semiconductor element units connected in parallel,
The semiconductor element unit includes:
At least one plate-like semiconductor element is provided,
A plate-shaped first metal member that is in contact with one surface of the semiconductor element;
A second metal member that is in contact with the other surface of the semiconductor element and faces the first metal member via the semiconductor element;
A metal reinforcing member provided to surround the first metal member, the semiconductor element, and the second metal member to be stacked in the stacking direction of the second metal member;
A first connection conductor connected to the second metal member and the metal reinforcement member and having a higher electrical resistivity than the first metal member or the second metal member;
A second connection conductor having one end connected to the metal reinforcing member and having a higher electrical resistivity than the first and second metal members;
A semiconductor device comprising:
前記金属強化部材と前記第2接続導体とは、一続きの部材であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal reinforcing member and the second connection conductor are a continuous member. 前記第2金属部材と前記第1接続導体とは、一続きの部材であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal member and the first connection conductor are a continuous member. 前記第1接続導体は板状部材であり、前記板状部材の一部に略U字状の湾曲部を有し、
前記板状部材は、その厚さに対して幅が大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first connection conductor is a plate-shaped member, and has a substantially U-shaped curved portion on a part of the plate-shaped member;
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plate-like member has a width greater than a thickness thereof. 5.
前記第2接続導体は、中央部に配置される母材と、前記母材の表面を覆う被膜層からなり、
前記母材を体積抵抗率の大きい材料で形成し、前記被膜層を前記母材と比較して体積抵抗率の小さい材料で形成したことを特徴とする請求項1乃至4の半導体装置。
The second connection conductor includes a base material disposed at a central portion, and a coating layer covering a surface of the base material,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said base material is formed of a material having a large volume resistivity, and said coating layer is formed of a material having a small volume resistivity as compared with said base material.
前記第1接続導体は、母材を体積抵抗率の大きい材料で形成し、体積抵抗率の小さい材料で導体表面にメッキ層を形成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。   6. The first connection conductor according to claim 1, wherein a base material is formed of a material having a large volume resistivity, and a plating layer is formed on a surface of the conductor with a material having a small volume resistivity. 3. The semiconductor device according to claim 1.
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