JP2021061273A - Semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module.
例えば、電力変換装置に用いられる半導体モジュールとして、スイッチング素子とこれを駆動するドライブICとを備えた半導体モジュールが、特許文献1に開示されている。
For example, as a semiconductor module used in a power conversion device, a semiconductor module including a switching element and a drive IC for driving the switching element is disclosed in
しかしながら、スイッチング素子とドライブICとが近接配置されると、スイッチング素子に流れる電流に基づく電磁ノイズが、ドライブICに影響することが懸念される。 However, when the switching element and the drive IC are arranged close to each other, there is a concern that electromagnetic noise based on the current flowing through the switching element may affect the drive IC.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ドライブICへの電磁ノイズの影響を抑制することができる半導体モジュールを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module capable of suppressing the influence of electromagnetic noise on a drive IC.
本発明の一態様は、スイッチング素子(2)と、
該スイッチング素子に駆動信号を送信するドライブIC(3)と、
上記スイッチング素子の厚み方向(Z)から見て上記スイッチング素子と上記ドライブICとの間に配される金属製の部位である中間金属部(4)と、
を備え、
上記厚み方向から見たとき、上記スイッチング素子と上記ドライブICとは、互いに重ならないように配置されており、
上記中間金属部の少なくとも一部は、上記スイッチング素子と上記ドライブICとの間の空間に配置されている、半導体モジュール(1)にある。
One aspect of the present invention is a switching element (2) and
A drive IC (3) that transmits a drive signal to the switching element and
An intermediate metal portion (4), which is a metal portion arranged between the switching element and the drive IC when viewed from the thickness direction (Z) of the switching element,
With
When viewed from the thickness direction, the switching element and the drive IC are arranged so as not to overlap each other.
At least a part of the intermediate metal portion is in the semiconductor module (1) arranged in the space between the switching element and the drive IC.
上記半導体モジュールは、上記中間金属部を有する。そして、中間金属部の少なくとも一部は、上記スイッチング素子と上記ドライブICとの間の空間に配置されている。これにより、スイッチング素子に流れる電流に起因する電磁ノイズを、中間金属部によって遮蔽することができる。それゆえ、ドライブICへの電磁ノイズの影響を抑制することができる。 The semiconductor module has the intermediate metal portion. Then, at least a part of the intermediate metal portion is arranged in the space between the switching element and the drive IC. Thereby, the electromagnetic noise caused by the current flowing through the switching element can be shielded by the intermediate metal portion. Therefore, the influence of electromagnetic noise on the drive IC can be suppressed.
以上のごとく、上記態様によれば、ドライブICへの電磁ノイズの影響を抑制することができる半導体モジュールを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a semiconductor module capable of suppressing the influence of electromagnetic noise on the drive IC.
The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(実施形態1)
半導体モジュールに係る実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
本形態の半導体モジュール1は、図1、図2に示すごとく、スイッチング素子2と、ドライブIC3と、中間金属部4と、を備えている。ドライブIC3は、スイッチング素子2に駆動信号を送信する。中間金属部4は、スイッチング素子2の厚み方向Zから見てスイッチング素子2とドライブIC3との間に配される金属製の部位である。
(Embodiment 1)
An embodiment relating to the semiconductor module will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すごとく、厚み方向Zから見たとき、スイッチング素子2とドライブIC3とは、互いに重ならないように配置されている。図1に示すごとく、中間金属部4の少なくとも一部は、スイッチング素子2とドライブIC3との間の空間に配置されている。なお、以下において、スイッチング素子2の厚み方向Zを、単にZ方向ともいう。
As shown in FIG. 2, the
中間金属部4は、Z方向におけるスイッチング素子2及びドライブIC3の全体にわたり形成されている。すなわち、図1に示すごとく、中間金属部4のZ方向の形成領域Az4に、スイッチング素子2のZ方向の形成領域Az2と、ドライブIC3のZ方向の形成領域Az3とが収まっている。
The
スイッチング素子2とドライブIC3と中間金属部4とは、絶縁封止材5にて封止されて一体化されている。絶縁封止材5は、例えば、エポキシ等の樹脂からなる。
The
中間金属部4は、スイッチング素子2の放熱経路を構成する放熱部材6の少なくとも一部である。本形態において、放熱部材6としては、下側放熱部材61と上側放熱部材62と中継放熱部材63とが配されている。放熱部材6は、アルミニウム等の金属からなる。下側放熱部材61と上側放熱部材62とは、スイッチング素子2をZ方向の両側から挟み込むような位置関係に配置されている。下側放熱部材61及び上側放熱部材62は、はんだ64を介して、スイッチング素子2に接合されている。
The
Z方向において、スイッチング素子2に対して下側放熱部材61が配された側を、下側といい、スイッチング素子2に対して上側放熱部材62が配された側を、上側という。ただし、これらの表現は、便宜的なものであり、半導体モジュール1の姿勢を限定するものではない。
In the Z direction, the side on which the lower
また、中継放熱部材63は、上側放熱部材62から下記の共通放熱面11への熱移動を中継する。この中継放熱部材63の一部は、中間金属部4の少なくとも一部を構成している。中継放熱部材63は、Z方向から見て、ドライブIC3とスイッチング素子2との間に配置されている。そして、中継放熱部材63が、中間金属部4の一部を構成している。上側放熱部材62と中継放熱部材63との間にも、両者を接合するはんだ64が介在している。
Further, the relay
半導体モジュール1は、スイッチング素子2とドライブIC3との双方の熱を外部に放熱する共通放熱面11を、Z方向の一方側に有する。中間金属部4は、共通放熱面11に熱的に接続されている。本形態において、半導体モジュール1は、共通放熱面11を構成する絶縁板110を有する。本形態においては、絶縁板110は、熱伝導性を有するセラミック等の絶縁部材からなる。絶縁板110の下面が、絶縁封止材5から露出して、共通放熱面11を構成している。なお、共通放熱面11は、スイッチング素子2の熱を外部に放熱する素子用放熱面112でもある。
The
絶縁板110の上面に、ドライブIC3、下側放熱部材61及び中継放熱部材63が接触している。ドライブIC3とスイッチング素子2との並び方向Xにおいて、中継放熱部材63の幅w1は、並び方向Xにおけるスイッチング素子2の幅w2よりも、小さい。
The drive IC3, the lower
また、図2に示すごとく、Z方向から見て、Y方向における中継放熱部材63の形成領域Ay1は、Y方向におけるスイッチング素子2の形成領域Ay2及びドライブIC3の形成領域Ay3を含んでいる。なお、Y方向は、X方向及びZ方向の双方に直交する方向である。
Further, as shown in FIG. 2, the formation region Ay1 of the relay
スイッチング素子2は、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略)、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタの略)等にて構成することができる。
図2に示すごとく、半導体モジュール1は、スイッチング素子2に電気的に接続されたパワー端子121、122を有する。一方のパワー端子121は、下側放熱部材61を介してスイッチング素子2に接続されている。他方のパワー端子122は、上側放熱部材62を介してスイッチング素子2に接続されている。
The
As shown in FIG. 2, the
図2に示すごとく、パワー端子121、122は、絶縁封止材5から、Y方向に突出している。また、これらのパワー端子121、122は、同じ方向に突出している。ただし、これらのパワー端子121、122の配置や突出方向については、特に限定されるものではない。例えば、図3に示すごとく、パワー端子121、122をX方向に突出させることもできる。図3に示す半導体モジュール1においては、2つのパワー端子121、122がX方向における互いに反対向きに突出している。
As shown in FIG. 2, the
また、半導体モジュール1は、ドライブIC3とスイッチング素子2とを電気的に接続する信号配線13を有する。信号配線13は、他の構成要素とともに、絶縁封止材5に封止されている。信号配線13は、例えば、フレキシブル配線板にて構成することができる。
Further, the
また、上側放熱部材62と絶縁板110との間の放熱経路を構成する中継放熱部材は、上述の中継放熱部材63以外にも追加して設けることができる。図2に示す半導体モジュール1においては、例えば、スイッチング素子2に対してX方向にずれた位置に追加配置することができる。また、図3に示す半導体モジュール1においては、例えば、スイッチング素子2に対してY方向にずれた位置に追加配置することができる。
Further, the relay heat radiating member constituting the heat radiating path between the upper
次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュール1は、中間金属部4を有する。そして、中間金属部4の少なくとも一部は、スイッチング素子2とドライブIC3との間の空間に配置されている。これにより、スイッチング素子2に流れる電流に起因する電磁ノイズを、中間金属部4によって遮蔽することができる。それゆえ、ドライブIC3への電磁ノイズの影響を抑制することができる。
Next, the action and effect of this embodiment will be described.
The
また、これに伴い、スイッチング素子2とドライブIC3との距離を短くすることが可能となる。それゆえ、半導体モジュール1の小型化が実現しやすくなる。
Along with this, the distance between the switching
また、中間金属部4は、Z方向におけるスイッチング素子2及びドライブIC3の全体にわたり形成されている。これにより、中間金属部4による、スイッチング素子2からドライブIC3への電磁ノイズの影響を、効果的に抑制することができる。
Further, the
また、スイッチング素子2とドライブIC3と中間金属部4とは、絶縁封止材5にて封止されて一体化されている。これにより、スイッチング素子2とドライブIC3との間の距離を短くしやすくなり、高速スイッチングに対応させやすくすることができる。また、半導体モジュール1の一層の小型化を実現しやすくなる。また、絶縁封止材5にて封止することで、半導体モジュール1の取り扱いを容易にすることができ、ひいては低コスト化を実現しやすくなる。
Further, the switching
また、中間金属部4は、放熱部材6の少なくとも一部である。これにより、中間金属部4に放熱機能と共に電磁ノイズ遮蔽機能を持たせることとなる。それゆえ、部品点数の低減、小型化、低コスト化を実現しやすくなる。
Further, the
また、半導体モジュール1は、共通放熱面11をZ方向の一方側に有する。そして、中間金属部4は、共通放熱面11に熱的に接続されている。これにより、スイッチング素子2及びドライブIC3を効果的に冷却しつつ、ドライブICへの電磁ノイズの影響を効果的に抑制することができる。
Further, the
以上のごとく、本形態によれば、ドライブICへの電磁ノイズの影響を抑制することができる半導体モジュールを提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor module capable of suppressing the influence of electromagnetic noise on the drive IC.
(実施形態2)
本形態は、図4に示すごとく、ドライブIC3を実装するドライブ基板30をさらに有する形態である。
Z方向から見たとき、スイッチング素子2とドライブ基板30とは互いに重ならないように配置されている。中間金属部4の少なくとも一部は、スイッチング素子2とドライブ基板30との間の空間に配置されている。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 4, this embodiment further includes a
When viewed from the Z direction, the switching
ドライブ基板30の主面は、Z方向を向いている。中間金属部4は、Z方向におけるスイッチング素子2、ドライブIC3及びドライブ基板30の全体にわたり形成されている。すなわち、図4に示すごとく、中間金属部4のZ方向の形成領域A4に、スイッチング素子2のZ方向の形成領域Az2と、ドライブIC3及びドライブ基板30のZ方向の形成領域Az3aとが収まっている。
The main surface of the
ドライブ基板30には、ドライブIC3と電気的に接続された配線が形成されている。また、ドライブ基板30は、ドライブIC3の実装された上面と反対側の下面において、絶縁板110に接触している。そして、ドライブIC3が実装されたドライブ基板30は、絶縁封止材5に封止されている。
The
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in the first embodiment. In addition, among the codes used in the second and subsequent embodiments, the same codes as those used in the above-described embodiments represent the same components and the like as those in the above-mentioned embodiments, unless otherwise specified.
本形態においては、中間金属部4の少なくとも一部が、スイッチング素子2とドライブ基板30との間の空間にも配置されている。それゆえ、ドライブIC3のみならず、これを実装したドライブ基板30への電磁ノイズの影響を抑制することができる。ドライブ基板30には、ドライブIC3と電気的に接続された配線が形成されている。それゆえ、このドライブ基板30の配線に電磁ノイズが影響することも、ドライブIC3の精確な作動において重要となる。それゆえ、本形態のように、ドライブIC3のみならず、ドライブ基板30への電磁ノイズの影響を抑制することができることにより、一層効果的に、半導体モジュール1の正確な動作を確保することができる。
In this embodiment, at least a part of the
また、中間金属部4は、Z方向におけるスイッチング素子2、ドライブIC3及びドライブ基板30の全体にわたり形成されている。それゆえ、ドライブIC3及びドライブ基板30への電磁ノイズの影響を効果的に抑制することができる。
Further, the
また、本形態においては、ドライブ基板30が絶縁板110に接触している。これにより、ドライブ基板30及びドライブIC3の温度上昇をも効果的に抑制することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
Further, in this embodiment, the
In addition, it has the same effect as that of the first embodiment.
(実施形態3)
本形態は、図5に示すごとく、ドライブ基板30を絶縁板110から離した形態である。
すなわち、ドライブ基板30の下面が、絶縁板110の上面よりも、Z方向の上側に位置するような位置関係となっている。そして、ドライブIC3を実装したドライブ基板30は、その下面も含めて、絶縁封止材5に封止されている。
(Embodiment 3)
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
That is, the positional relationship is such that the lower surface of the
絶縁板110は、ドライブIC3の下方には配置されていない。絶縁板110は、スイッチング素子2には熱的に接続されている。そして、絶縁板110の下面が、スイッチング素子2の熱を外部に放出する素子用放熱面112となる。
その他は、実施形態2と同様である。
The insulating
Others are the same as in the second embodiment.
本形態においては、絶縁板110の形成領域を小さくすることができる。その結果、半導体モジュール1の製造コストを低減することができる。
その他、実施形態2と同様の作用効果を有する。
In this embodiment, the forming region of the insulating
In addition, it has the same effect as that of the second embodiment.
(実施形態4)
本形態は、図6に示すごとく、スイッチング素子2を2個備えた半導体モジュール1の形態である。
2個のスイッチング素子2としては、例えば、互いに直列接続された上アーム用のスイッチング素子と下アーム用のスイッチング素子とすることができる。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 6, this embodiment is a
The two
そして、半導体モジュール1は、ドライブIC3をも2個備えている。各ドライブIC3は、各スイッチング素子2をそれぞれ駆動する。各ドライブIC3は、X方向において、各スイッチング素子2と重なる位置に配置されている。そして、各スイッチング素子2と各ドライブIC3との間の空間に、それぞれ中間金属部4の一部が配置されている。
The
半導体モジュール1は、3つのパワー端子121、122、123を有する。一つのパワー端子121は、上アーム用のスイッチング素子2に接続され、他の一つのパワー端子122は、下アーム用のスイッチング素子2に接続されている。さらに他の一つのパワー端子123は、双方のスイッチング素子2に接続され、出力端子として機能する。本形態においては、3つのパワー端子121、122、123は、いずれも、絶縁封止材5から、X方向の同じ側に突出している。
その他は、実施形態1と同様である。
The
Others are the same as in the first embodiment.
本形態においては、2つのスイッチング素子2を一体化した半導体モジュール1とすることができる。それゆえ、半導体モジュール1を用いた電力変換装置の小型化、組立容易化を実現することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
In this embodiment, the
In addition, it has the same effect as that of the first embodiment.
(実施形態5)
本形態も、図7、図8に示すごとく、スイッチング素子2を2個備えた半導体モジュール1の形態である。そして、本形態においては、放熱部材6として、中継放熱部材630を、スイッチング素子2に対して、X方向におけるドライブIC3と反対側に隣接する位置に設けている。
(Embodiment 5)
As shown in FIGS. 7 and 8, this embodiment is also a form of the
つまり、X方向において、スイッチング素子2とドライブIC3との間に設けた中継放熱部材63の他に、X方向におけるドライブIC3と反対側にも中継放熱部材630を設けている。そして、これら2つの中継放熱部材63、630に懸架するように、上側放熱部材62が配置されている。なお、上側放熱部材62の下面は、スイッチング素子2の上面に熱的に接続されている。
That is, in addition to the relay
上記のように構成された放熱部材6は、2つのスイッチング素子2のそれぞれに対して、同様に配置されている。
また、本形態の半導体モジュール1においては、3つのパワー端子121、122、123は、Y方向における両側に突出している。具体的には、2つのパワー端子121、123と、一つのパワー端子122とが、Y方向における互いに反対側に突出している。
その他は、実施形態1と同様である。
The
Further, in the
Others are the same as in the first embodiment.
本形態においては、各スイッチング素子2をより効率的に放熱することができる。その他、実施形態4と同様の作用効果を有する。
In this embodiment, each switching
(実施形態6)
本形態は、図9に示すごとく、半導体モジュール1を用いた電力変換装置10の形態である。
電力変換装置10は、例えば、車両に搭載され、直流電源と交流回転電機との間の電力変換を行うよう構成したものとすることができる。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 9, this embodiment is a mode of the
The
電力変換装置10は、半導体モジュール1を冷却する冷却器71を有する。半導体モジュール1の共通放熱面11は、冷却器71の冷却面に面接触している。すなわち、半導体モジュール1の下面に、冷却器71が接触配置されている。冷却器71の内部には、冷媒Cを流通させる冷媒流路710が形成されている。
The
冷媒Cは、図9に示すごとく、X方向における、スイッチング素子2からドライブIC3へ向かう向きに流れている。比較的発熱量の大きいスイッチング素子2を効率的に冷却するためである。ただし、この冷媒Cの向きは、必ずしも限定されるものではない。また、冷却器71は、例えば、アルミニウム等、熱伝導性に優れた金属からなるものとすることができる。
As shown in FIG. 9, the refrigerant C flows in the X direction from the switching
また、半導体モジュール1の上方には、ECU基板721が配置されている。Z方向において冷却器71とECU基板721との間に、半導体モジュール1が配置された状態となっている。ECU基板721は、電子制御ユニットの制御回路が形成された電子基板である。ECU基板721の主面は、Z方向を向いている。
Further, the
ECU基板721には、無線通信部722が搭載されている。無線通信部722は、ECU基板721における制御回路に電気的に接続されていると共に、ドライブIC3との間の無線通信を行う部位である。すなわち、無線通信部722から発信される電波信号によって、ドライブIC3を制御することができる。
A
半導体モジュール1は、スイッチング素子2の熱を外部に放熱する素子用放熱面112を、Z方向の一方側に有する。ドライブIC3は、Z方向における素子用放熱面112と反対側において、放熱部材6と対向しないよう構成されている。それゆえ、放熱部材6は、ドライブIC3と無線通信部722との間の空間には配置されない。つまり、無線通信部722とドライブIC3との間の無線通信を遮らないように、放熱部材6は配置されている。
The
本形態において、素子用放熱面112は、共通放熱面11でもある。なお、半導体モジュール1の構成自体は、実施形態1と同様である。また、スイッチング素子2と無線通信部722との間にも、放熱部材6の一部が配置されている。
In this embodiment, the
本形態においては、ドライブICへの電磁ノイズの影響を抑制することができる電力変換装置10を提供することができる。
また、半導体モジュール1の放熱性を確保すると共に、無線通信部722とドライブIC3との間の無線通信を実現しやすくすることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
In the present embodiment, it is possible to provide the
In addition, the heat dissipation of the
In addition, it has the same effect as that of the first embodiment.
(実施形態7)
本形態は、図10〜図12に示すごとく、絶縁板110が露出していない半導体モジュール1の形態である。
本形態の半導体モジュール1は、一部の放熱部材6の表面を素子用放熱面112としている。
(Embodiment 7)
As shown in FIGS. 10 to 12, this embodiment is a form of the
In the
例えば、図10に示す半導体モジュール1は、下側放熱部材61及び中継放熱部材63を、それぞれZ方向に複数分割して設けている。そして、分割された下側放熱部材61同士の間、及び、分割された中継放熱部材63同士の間に、絶縁板110を介在させている。これにより、スイッチング素子2と素子用放熱面112との間の電気的絶縁を確保している。
For example, in the
図11に示す半導体モジュール1は、上述の図10に示す半導体モジュール1と概略同様の構成を有する。ただし、分割された下側放熱部材61同士の間に介在させた絶縁板110と、分割された中継放熱部材63同士の間に介在させた絶縁板110とを、互いに分離させている点において、図10に示す半導体モジュール1とは異なる。
The
図12に示す半導体モジュール1は、下側放熱部材61を、Z方向に複数分割して設けている。分割された下側放熱部材61同士の間に絶縁板110を介在させている。また、スイッチング素子2と上側放熱部材62との間にも、絶縁板110を介在させている。これにより、スイッチング素子2と素子用放熱面112との間の電気的絶縁を確保している。
The
本形態の半導体モジュール1は、上述した以外は、実施形態3と同様である。
本形態のように、絶縁板110の配置のバリエーションは、種々想定され得る。
The
As in this embodiment, various variations in the arrangement of the insulating
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to each of the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
1 半導体モジュール
2 スイッチング素子
3 ドライブIC
4 中間金属部
5 絶縁封止材
6 放熱部材
4
Claims (7)
該スイッチング素子に駆動信号を送信するドライブIC(3)と、
上記スイッチング素子の厚み方向(Z)から見て上記スイッチング素子と上記ドライブICとの間に配される金属製の部位である中間金属部(4)と、
を備え、
上記厚み方向から見たとき、上記スイッチング素子と上記ドライブICとは、互いに重ならないように配置されており、
上記中間金属部の少なくとも一部は、上記スイッチング素子と上記ドライブICとの間の空間に配置されている、半導体モジュール(1)。 Switching element (2) and
A drive IC (3) that transmits a drive signal to the switching element and
An intermediate metal portion (4), which is a metal portion arranged between the switching element and the drive IC when viewed from the thickness direction (Z) of the switching element,
With
When viewed from the thickness direction, the switching element and the drive IC are arranged so as not to overlap each other.
A semiconductor module (1) in which at least a part of the intermediate metal portion is arranged in a space between the switching element and the drive IC.
Priority Applications (1)
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