JP2021106235A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インダクタンスを低減できる接続機構を有する。【解決手段】キャパシタ30は、キャパシタ素子を含むケース31、第1接続端子32、第2接続端子34、及び、第1接続端子32と第2接続端子34との間に設けられた第2絶縁シート33を有し、第1接続端子32、第2絶縁シート33及び第2接続端子34がケース31から外部へ延出している。半導体モジュール20は、第1パワー端子22、第1絶縁シート23及び第2パワー端子24が順に重なっている端子積層部を有する。当該第1パワー端子22は、第1接続端子32と導電接続された第1接合領域221を有し、当該第2パワー端子24は、第2接続端子34と導電接続された第2接合領域241を有し、当該第1絶縁シート33は、平面視において第2接合領域241から第1接合領域221に向かう方向へ延伸するテラス部28を有する。【選択図】図5

Description

本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置は、半導体モジュールとキャパシタとを有している。半導体モジュールとキャパシタとは電気的に接続されている。半導体モジュールは、パワーデバイスを含み、例えば、電力変換機能を有する。パワーデバイスは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。このような半導体装置では、半導体モジュールのP端子及びN端子とキャパシタのP端子及びN端子とがバスバーにより接続されている。この際の接続は、接続工程を容易にするために、ネジ留めにより行われていた。しかし、このような接続方法では、半導体モジュールとキャパシタとの間の配線長が長くなってしまう場合がある。そうするとインダクタンスが増大してしまうという問題点があった。そこで、ネジ留めを用いずに、より簡便に接続でき、インダクタンスを低減する接続方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−234694号公報
特許文献1の記載によれば、半導体モジュール側の接続機構では、インダクタンスの低減が期待できる。しかし、キャパシタ側の接続機構については具体的に記載されていない。このため、インダクタンスの低減を期待することができず、半導体装置全体としてもインダクタンスの低減効果が小さいことが考えられる。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、インダクタンスを低減できる接続機構を有する半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、キャパシタ及び半導体モジュールを含む半導体装置であって、前記キャパシタは、キャパシタ素子を含むケース、第1接続端子、第2接続端子、及び、前記第1接続端子と前記第2接続端子との間に設けられた可撓性絶縁部材を有し、前記第1接続端子、前記可撓性絶縁部材及び前記第2接続端子が前記ケースから外部へ延出しており、前記半導体モジュールは、第1パワー端子、第1絶縁部材及び第2パワー端子が順に重なっている端子積層部を有し、前記第1パワー端子は、前記第1接続端子と導電接続された第1接合領域を有し、前記第2パワー端子は、前記第2接続端子と導電接続された第2接合領域を有し、前記第1絶縁部材は、平面視において前記第2接合領域から前記第1接合領域に向かう方向へ延伸するテラス部を有する、半導体装置が提供される。
開示の技術によれば、半導体モジュールとキャパシタとの間のインダクタンスを低減できる。
第1の実施の形態の半導体装置である。 第1の実施の形態の半導体モジュールである。 第1の半導体装置の半導体モジュールで構成される等価回路である。 第1の実施の形態のキャパシタである。 第1の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。 第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための断面図(その1)である。 第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための斜視図(その1)である。 第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための断面図(その2)である。 第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための斜視図(その2)である。 第2の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。 第3の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。 第4の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図1の半導体装置10において、上側を向いた面を表す。同様に、「上」とは、図1の半導体装置10において、上側の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図1の半導体装置10において、下側を向いた面を表す。同様に、「下」とは、図1の半導体装置10において、下側の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態の半導体装置について、図1を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態の半導体装置である。半導体装置10は、半導体モジュール20とキャパシタ30とを含んでいる。この際、半導体モジュール20とキャパシタ30とはできる限り近接して、互いの側部が対向するように配置されている。連結部材40a,40b,40cが半導体モジュール20とキャパシタ30とを電気的に接続すると共に機械的に連結する。この際、連結部材40a,40b,40cは、キャパシタ30側及び半導体モジュール20側に線状のレーザ溶接痕44a,44bが示されている。レーザ溶接痕44a,44bについては、後述する。なお、連結部材40a,40b,40cの個数及び幅は一例である。半導体モジュール20に含まれる(後述する)端子積層部25a,25b,25cの個数及び幅に応じて、連結部材40a,40b,40cの個数及び幅が選択される。なお、以後、連結部材40a,40b,40c及び端子積層部25a,25b,25cは、必要に応じて、特に区別しない場合には、連結部材40及び端子積層部25として説明する。
次に、半導体装置10に含まれる半導体モジュール20について図2及び図3を用いて説明する。図2は、第1の実施の形態の半導体モジュールであり、図3は、第1の半導体装置の半導体モジュールで構成される等価回路である。
半導体モジュール20は、半導体ユニット(図示を省略)と当該半導体ユニットを格納するケース21とを有している。半導体ユニットは、セラミック回路基板と当該セラミック回路基板上に設けられた半導体チップとを有する。セラミック回路基板は、絶縁板と当該絶縁板の裏面に形成された放熱板と当該絶縁板のおもて面に形成された回路パターンとを有している。絶縁板は、熱伝導性に優れたセラミックスにより構成されている。このようなセラミックスは、高温伝導性の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等である。放熱板は、熱伝導性に優れた金属により構成されている。このような金属は、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。回路パターンは、導電性に優れた金属で構成されている。このような金属は、銅あるいは銅合金等である。なお、回路パターンの数及び形状は、半導体モジュール20の仕様等に応じて適宜選択される。このような構成を有するセラミック回路基板として、例えば、DCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Brazed)基板を用いることができる。
半導体チップは、シリコンまたは炭化シリコンから構成される、例えば、IGBT、パワーMOSFET等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体チップは、例えば、裏面に主電極としてドレイン電極(または、コレクタ電極)を、おもて面に、主電極としてゲート電極及びソース電極(または、エミッタ電極)をそれぞれ備えている。また、半導体チップは、必要に応じて、SBD(Schottky Barrier Diode)、PiN(P-intrinsic-N)ダイオード等のFWD(Free Wheeling Diode)等を含んでいる。このような半導体チップは、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。また、半導体チップとして、IGBTとFWBの機能を合わせ持つRC(Reverse-Conducting)−IGBTを用いてもよい。このような半導体チップの個数、種類もまた、半導体モジュール20の仕様に応じて適宜選択される。
ケース21は、収納領域21c1,21c2,21c3を含んでいる。また、ケース21は第1パワー端子22a,22b,22cと第1絶縁シート23a,23b,23cと第2パワー端子24a,24b,24cとを含んでいる。さらに、ケース21は、U端子27aとV端子27bとW端子27cとを含んでいる。このようなケース21は、熱可撓性樹脂を用いて射出成形により成形される。また、ケース21には、制御端子26a,26b,26cが収納領域21c1,21c2,21c3の(ケース21の短手方向に平行に)側部にそれぞれ取り付けられている。熱可撓性樹脂は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブチレンサクシネート(PBS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂等である。なお、制御端子26a,26b,26cも熱可撓性樹脂を用いて射出成形により所定の端子を含んで構成される。なお、収納領域21c1,21c2,21c3、第1パワー端子22a,22b,22c、第2パワー端子24a,24b,24cは、特に区別しない場合には、収納領域21c、第1パワー端子22、第2パワー端子24として説明する。また、後述する第1絶縁シート23a,23b,23cについても同様に第1絶縁シート23として説明する。
収納領域21c1,21c2,21c3は、平面視でケース21の中間部にケース21の長手方向に沿ってそれぞれ設けられた空間である。収納領域21c1,21c2,21c3には、既述の半導体ユニットがそれぞれ格納されている。半導体ユニットは、収納領域21c1,21c2,21c3内で、第1パワー端子22a,22b,22cと第2パワー端子24a,24b,24cとU端子27aとV端子27bとW端子27cと電気的にそれぞれ接続される。また、半導体ユニットは、制御端子26a,26b,26cとも電気的に接続される。この際の電気的接続は、ボンディングワイヤ、リードフレーム等の配線部材が用いられる。配線部材は、導電性に優れた材質により構成される。このような材質は、アルミニウムや銅等の金属、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。収納領域21c1,21c2,21c3は、半導体ユニットがこのようにして格納されると、図2に示すように、封止樹脂により内部が封止される。封止部材は、熱硬化性樹脂と当該熱硬化性樹脂に含まれる充填剤とを含んでいる。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂等である。充填剤は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素または窒化アルミニウムである。
第1パワー端子22a,22b,22cのおもて面の一端部は、ケース21の第1側部21aの端子領域21a1,21a2,21a3に、長手方向に沿ってそれぞれ露出されている。第1パワー端子22a,22b,22cの他端部は、ケース21内部で半導体チップのN端子に相当する箇所に電気的に接続されている。第1パワー端子22a,22b,22cは、少なくとも第1側部21a側は平板状を成している。第1パワー端子22a,22b,22cは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
第2パワー端子24a,24b,24cは、第1絶縁シート23a,23b,23cを挟んで第1パワー端子22a,22b,22c上に第1パワー端子22a,22b,22cの一端部を露出して配置されている。なお、第1絶縁シート23a,23b,23cの先端部(テラス部28a,28b,28c)は、第1パワー端子22a,22b,22cの先端部と、第2パワー端子24a,24b,24cの先端部との間に位置している。これにより、第1パワー端子22a,22b,22cと、第2パワー端子24a,24b,24cとの絶縁性が維持される。第1絶縁シート23a,23b,23cは、絶縁性を有する絶縁材により構成されている。このような絶縁材は、例えば、全芳香族ポリアミドポリマーによる絶縁紙、フッ素系、ポリイミド系の樹脂材料により形成されたシート状のものが適用される。なお、テラス部28a,28b,28cは、特に区別しない場合には、テラス部28として説明する。第2パワー端子24a,24b,24cのおもて面の一端部は、ケース21の第1側部21aに、長手方向に沿ってそれぞれ露出されている。第2パワー端子24a,24b,24cの他端部は、ケース21内部で半導体チップのP端子に相当する箇所に電気的に接続されている。第2パワー端子24a,24b,24cは、少なくとも第1側部21a側は平板状を成している。第2パワー端子24a,24b,24cは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
このように第1パワー端子22a,22b,22cと第1絶縁シート23a,23b,23cと第2パワー端子24a,24b,24cとは順に積層されて端子積層部25a,25b,25cを構成する。この際、第1側部21a側の第1パワー端子22a,22b,22cと第1絶縁シート23a,23b,23cと第2パワー端子24a,24b,24cとのおもて面の縁部領域がそれぞれ露出されている。また、後に図5で示すように、第1パワー端子22a,22b,22c(図5では、第1パワー端子22)の先端部は、第2パワー端子24a,24b,24c(図5では、第2パワー端子24)の先端部から所定の距離、離間している。これにより、第1パワー端子22a,22b,22cと、第2パワー端子24a,24b,24cとの沿面距離を保っている。なお、この場合の距離は、半導体装置10の耐電圧値によって異なる。この距離は、例えば、3mm以上、14.5mm以下である。または、6mm以上、12.5mm以下であってもよい。さらに、この距離は、耐電圧値が750Vの場合には、7.5mmに公差0.5mmを加え、1200Vの場合には、12mmに公差0.5mmを加えてよい。また、第1絶縁シート23a,23b,23cの先端部はこの沿面距離の間に位置している。
制御端子26a,26b,26cは、その一端部が図2中上方に延出している。また、制御端子26a,26b,26cの他端部は、収納領域21c1,21c2,21c3内の各半導体ユニットの半導体チップのゲート電極にそれぞれ電気的に接続されている。制御端子26a,26b,26cは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等である。
U端子27aとV端子27bとW端子27cとの他端部は、収納領域21c1,21c2,21c3内の各半導体ユニットの半導体チップのソース電極(または、エミッタ電極)にそれぞれ電気的に接続されている。U端子27aとV端子27bとW端子27cとの一端部は、ケース21の第2側部21bにケース21の長手方向に沿ってそれぞれ露出されている。U端子27aとV端子27bとW端子27cとは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
このような半導体モジュール20は、図3に示される等価回路を含んでいる。なお、図3では、スイッチング素子が用いられていればよく、半導体チップとして、パワーMOSFETまたはIGBTが用いられてよい。半導体装置10では、P端子である第2パワー端子24a,24b,24cは、収納領域21c1,21c2,21c3内で各半導体ユニットの半導体チップのコレクタ電極に電気的にそれぞれ接続されている。U端子27aとV端子27bとW端子27cとは、収納領域21c1,21c2,21c3内で各半導体ユニットの半導体チップのエミッタ電極に電気的に接続されている。また、N端子である第1パワー端子22a,22b,22cは、収納領域21c1,21c2,21c3内で各半導体ユニットの半導体チップのエミッタ電極に電気的にそれぞれ接続されている。
次に、キャパシタ30について図4を用いて説明する。図4は、第1の実施の形態のキャパシタである。なお、図4(A)は、キャパシタ30の斜視図であり、図4(B)は、図4(A)とは反対方向からのキャパシタ30の斜視図である。キャパシタ30は、ケース31と第1接続端子32と第2絶縁シート33と第2接続端子34とを含んでいる。
ケース31は、キャパシタ本体である。ケース31は、例えば、一対のフィルムの誘電体を積層して巻かれて、正極及び負極に接続されたキャパシタ素子を複数収納している。このため、ケース31は、キャパシタ素子に対して絶縁性を保つことができ、軽量な材質により構成されている。このような材質は、例えば、エポキシ樹脂である。第1接続端子32は、その他端部はケース31内で全てキャパシタ素子のN極に電気的に接続されている。第1接続端子32の一端部は、ケース31の第3側部31aから外部に延出されている。第1接続端子32のケース31から延出している部分は、側面視で略L字状を成している。略L字状を成す第1接続端子32は、図5で後述するように、第1導通部321と第1配線部322とを含む。第1導通部321は、他端部がケース31内でキャパシタ素子のN極と電気的に接続されて、ケース31のおもて面から鉛直に外部に延出している。第1配線部322は、第1導通部321に対して略直交して、ケース31のおもて面に略平行に第3側部31a側に延出している。また、第1接続端子32のケース31から延出している部分(第1配線部322)は、平面視で、第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cに分かれて櫛歯状を成している。なお、図4(B)では、第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cの符号の図示を省略している。この第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cの幅は、半導体モジュール20の収納領域21c1,21c2,21c3(第1パワー端子22a,22b,22c)の幅にそれぞれ対応している。第1接続端子32は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
第2接続端子34は、その他端部はケース31内で全てキャパシタ素子のP極に電気的に接続されている。第2接続端子34の一端部は、ケース31の第3側部31aから外部に延出されている。第2接続端子34は、第1接続端子32に対して、第3側部31aの反対側に離間して設けられている。第2接続端子34のケース31から延出している部分は、側面視で略L字状を成している。略L字状を成す第2接続端子34は、図5で後述するように、第2導通部341と第2配線部342とを含む。第2導通部341は、他端部がケース31内でキャパシタ素子のP極と電気的に接続されて、ケース31のおもて面から鉛直に外部に延出している。第2配線部342は、第2導通部341に対して略直交して、ケース31のおもて面に略平行に第3側部31aの反対側に延出している。第2接続端子34は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
第2絶縁シート33は、第1接続端子32よりも長く、ケース31の第1接続端子32と第2接続端子34との間から外部に延出している。したがって、ケース31の外部にて、第1接続端子32と第2接続端子34とは第2絶縁シート33により絶縁性が維持される。第2絶縁シート33は、可撓性を備え、絶縁性を有する絶縁材により構成されている。このような絶縁材は、例えば、全芳香族ポリアミドポリマーによる絶縁紙、フッ素系、ポリイミド系の樹脂材料により形成されたシート状のものが適用される。また、第2絶縁シート33の先端部は、平面視で、第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cに分かれて櫛歯状を成している。なお、図4(B)では、第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cの符号の図示を省略している。この第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cの幅は、半導体モジュール20の収納領域21c1,21c2,21c3(第1絶縁シート23a,23b,23c)の幅にそれぞれ対応している。
なお、図示を省略するものの、ケース31には端子がさらに設けられている。このような端子は、その他端部はケース31内で全てのキャパシタ素子の正極及び負極にそれぞれ電気的に接続されている。端子の一端部は、ケース31から外部に延出している。端子のケース31における延出箇所は、第1接続端子32及び第2接続端子34と異なるところであればよい。例えば、第3側部31aの反対側の側部に沿って設けられる。端子は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。
次に、連結部材40a,40b,40cについて説明する(図1を参照)。連結部材40a,40b,40cは、平面視で平板状を成している。連結部材40a,40b,40cの一端部の幅は、半導体モジュール20の収納領域21c1,21c2,21c3(第2パワー端子24a,24b,24c)の幅に対応している。連結部材40a,40b,40cの厚さは、第2パワー端子24a,24b,24cの厚さよりも薄く構成されている。連結部材40a,40b,40cの一端部は、第2パワー端子24a,24b,24cにレーザ溶接により接合されている。連結部材40a,40b,40cの他端部は、キャパシタ30の第2接続端子34にレーザ溶接により接合されている。レーザ溶接による接合は、連続的にレーザ光を発射するシームレーザ、パルス状のレーザ光を照射するスポットレーザのいずれでもよい。図1では、シームレーザにより接合している場合を示している。このため、図1の連結部材40a,40b,40cには、キャパシタ30側及び半導体モジュール20側にそれぞれ直線状のレーザ溶接痕44a,44bが表示されている。連結部材40a,40b,40cは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銅あるいは銅合金である。なお、第1の実施の形態では、第2パワー端子24a,24b,24cに対して3つの連結部材40a,40b,40cをそれぞれ接合させている。これに限らず、第1接続端子32、第2絶縁シート33のように、平板状の連結部材の半導体モジュール20側の端部を第2パワー端子24a,24b,24cに対応するように櫛歯状に分かれた形状であってもよい。
次に、半導体装置10の半導体モジュール20とキャパシタ30との接続機構について、図5を用いて説明する。図5は、第1の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。なお、図5は、図1に示す一点鎖線X−Xにおける断面図である。なお、図5は、図1の半導体装置10の他の連結部材40b,40cの断面でも同様の構成を成す。
半導体装置10では、キャパシタ30の第1接続端子32の第1配線部322が、半導体モジュール20の第1パワー端子22の第1接合領域221に接合されている。すなわち、図示を省略するものの、第1接続端子32の第1配線部322の第1接続部分32aと第2接続部分32bと第3接続部分32cとが、半導体モジュール20の第1パワー端子22a,22b,22cのそれぞれの第1接合領域に接合されている。なお、第1接合領域221は、第1パワー端子22a,22b,22cのそれぞれの第1接合領域の総称である。
キャパシタ30の第2絶縁シート33が第1接続端子32を上側から覆って、半導体モジュール20側に折れ曲がっている。第2絶縁シート33の先端部は半導体モジュール20の第1絶縁シート23のテラス部28上まで及んでいる。また、第2絶縁シート33の先端部は、第2パワー端子24の手前まで延伸している。すなわち、テラス部28と第2絶縁シート33の先端部との間、または、第2絶縁シート33の先端部と連結部材40との間に間隙が存在している。また、この際の第1接続端子32の先端面から第2パワー端子24の先端面までの間隔は、6mm以上、12.5mm以下である。なお、テラス部28は、平面視において後述する第2接合領域241から後述する第1接合領域221に向かう方向へ延伸する。また、図示を省略するものの、第2絶縁シート33の先端部の第1取付部分33aと第2取付部分33bと第3取付部分33cとが、半導体モジュール20の第1絶縁シート23a,23b,23c上までそれぞれ及んでいる。
キャパシタ30の第2接続端子34の第2配線部342のおもて面は、半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面と同一平面を成している。そして、連結部材40の一端部がキャパシタ30の第2接続端子34の第2配線部342の第3接合領域343に接合され、連結部材40の他端部が半導体モジュール20の第2パワー端子24の第2接合領域241に接合される。この際、第2接合領域241及び第3接合領域343が、第1接合領域221に対して平行に配置されている。また、図示を省略するものの、連結部材40a,40b,40cの他端部は、半導体モジュール20の第2パワー端子24a,24b,24cの第2接合領域に接合されている。なお、第2接合領域241は、第2パワー端子24a,24b,24cのそれぞれの第2接合領域の総称である。これにより、連結部材40は、キャパシタ30の第2接続端子34と、半導体モジュール20の第2パワー端子24とを電気的に接続する。このような連結部材40の裏面とキャパシタ30の第1接続端子32の第1配線部322のおもて面との間には間隙が構成されている。第2絶縁シート33はこの間隙に設けられる。このため、第1接続端子32は、連結部材40及び第2接続端子34に対して絶縁性が維持される。また、第2絶縁シート33は、図5の状態に限らず、この間隙の中で、連結部材40の裏面、第1接続端子32のおもて面、第2パワー端子24の先端部に接触していてもよい。
次に、このような半導体装置10における、半導体モジュール20とキャパシタ30との接続方法について図6〜図9並びに図5を用いて説明する。図6及び図8は、第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための断面図である。図7及び図9は、第1の実施の形態の半導体装置の接続方法を説明するための斜視図である。なお、図6及び図8は、図5の断面図に対応している。図7及び図9は、半導体モジュール20とキャパシタ30との接続を拡大した斜視図である。
まず、キャパシタ30の第1接続端子32の第1配線部322の先端部を、半導体モジュール20の第1パワー端子22に位置合わせする。この際、キャパシタ30の第2接続端子34の第2配線部342のおもて面と、半導体モジュール20の第2パワー端子24(第2パワー端子24a,24b,24c)のおもて面とは同一平面を成している。この状態において、レーザ溶接により、第1配線部322の先端部を第1パワー端子22の第1接合領域221に接合する(図6)。また、既述の通り、第1配線部322は、平面視で、第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cに分かれた櫛歯状を成している。このため、第1配線部322の第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cは、端子領域21a1,21a2,21a3の第1パワー端子22a,22b,22cの第1接合領域にそれぞれ接合される(図7)。なお、図7では、第1パワー端子22a,22b,22cは、第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cの裏側に存在しており、図7では表示されていない。また、図7では、第1接続端子32の第1接続部分32a、第2接続部分32b、第3接続部分32cには、それぞれレーザ溶接痕44cが表示されている。このレーザ溶接痕44cも、シームレーザまたはスポットレーザのいずれかにより得られる。図7では、シームレーザにより接合している場合を示している。
次いで、キャパシタ30の第2絶縁シート33を半導体モジュール20側に折り曲げる。第2絶縁シート33を折り曲げる際には、第2絶縁シートは可撓性を有するため、一度に折り曲げることができる。折り曲げた後、第2絶縁シート33の先端部は、半導体モジュール20の第1パワー端子22と第2パワー端子24の間に露出されている第1絶縁シート23のテラス部28上に位置する(図8)。なお、折り曲げられた第2絶縁シート33は、第1パワー端子22、第1絶縁シート23、第2パワー端子24に触れていてもよい。また、既述の通り、第2絶縁シート33の先端部は、平面視で第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cに分かれて櫛歯状を成している。このため、第2絶縁シート33の第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cは、第1絶縁シート23a,23b,23c上をそれぞれ覆っている(図9)。なお、第1絶縁シート23a,23b,23cは第2絶縁シート33の第1取付部分33a、第2取付部分33b、第3取付部分33cの裏面に存在しており、図9では表示されていない。
次いで、連結部材40の一端部と他端部とをキャパシタ30の第2接続端子34の第2配線部342のおもて面と半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面とにそれぞれセットする。そして、レーザ溶接により、連結部材40の一端部と他端部とをキャパシタ30の第2配線部342のおもて面と半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面とにそれぞれ接合する(図5)。連結部材40の厚さは第2パワー端子24の厚さよりも薄いために、より効果的にレーザ溶接を行うことができる。また、このような連結部材40a,40b,40cは、半導体モジュール20の第2パワー端子24a,24b,24cとキャパシタ30の第2接続端子34の第2配線部342とをそれぞれ接合する(図1)。このようにして、半導体モジュール20及びキャパシタ30が連結された半導体装置10が得られる。
このような半導体装置10は、半導体モジュール20とキャパシタ30とを含んでいる。キャパシタ30は、キャパシタ素子を含むケース31、第1接続端子32、第2接続端子34、及び、第1接続端子32と第2接続端子34との間に設けられた第2絶縁シート33を有し、第1接続端子32、第2絶縁シート33及び第2接続端子34がケース31から外部へ延出している。半導体モジュール20は、第1パワー端子22、第1絶縁シート23及び第2パワー端子24が順に重なっている端子積層部25を有する。当該第1パワー端子22は、第1接続端子32と導電接続された第1接合領域221を有し、当該第2パワー端子24は、第2接続端子34と導電接続された第2接合領域241を有し、当該第1絶縁シート33は、平面視において第2接合領域241から第1接合領域221に向かう方向へ延伸するテラス部28を有する。
このような半導体装置10は、半導体モジュール20とキャパシタ30とが連結部材40及び第1接続端子32により最短で接続されている。このため、半導体モジュール20とキャパシタ30との間の配線長も最短となる。これにより、半導体装置10のインダクタンスを低減することができる。また、この接続において、第1接続端子32と連結部材40とが平行に設けられている。これにより、第1接続端子32を導通する電流と、連結部材40を導通する電流とは反対向きとなり、それぞれの電流により生じる磁界が相殺される。このため、半導体装置10のインダクタンスをさらに低減することができる。したがって、半導体装置10は、単に、半導体モジュール20とキャパシタ30とをネジ留めを用いて接続する場合に比べると、大幅にインダクタンスを低減することが可能となる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、第1の実施の形態とは異なる接続機構により半導体モジュール及びキャパシタを接続する場合について、図10を用いて説明する。図10は、第2の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。図10は、第1の実施の形態の図5における半導体装置の断面図に対応するものである。なお、第2の実施の形態では、第1の実施の形態の半導体装置10と同様の部品については同様の符号を付して、それらの説明については、簡略化、または、省略する。
半導体装置10aは、半導体モジュール20とキャパシタ30aとを備えている。キャパシタ30aは、第1接続端子32、第2絶縁シート33、第2接続端子34aを含んでいる。第2接続端子34aは、第2導通部341と第2配線部342aとを有する。但し、キャパシタ30aの第2配線部342aは、第3側部31a側に、第1接続端子32の第1配線部322と平行に延出している。さらに、第2配線部342aは、半導体モジュール20の第2パワー端子24に接合されている。すなわち、キャパシタ30aは、第1の実施の形態の連結部材40を用いることなく、第2接続端子34aが半導体モジュール20の第2パワー端子24に直接接合されている。なお、この場合の第2接続端子34aの第2配線部342aは、平面視で、第1接続端子32と同様に櫛歯状に分かれた形状を成している。第2接続端子34aの第2配線部342aの櫛歯状の先端部は、半導体モジュール20の第2パワー端子24a,24b,24cの第2接合領域にそれぞれ接合される。すなわち、第2接続端子34aは、このように半導体モジュール20の第2パワー端子24の第2接合領域241に接合される。このため、第2接続端子34aの厚さは、第2パワー端子24の厚さよりも薄く構成される。このため、第2接続端子34aは、第2パワー端子24の第2接合領域241に対して効果的にレーザ溶接により接合することができる。なお、第2の実施の形態では、第1接続端子32、第2接続端子34a及び第2絶縁シート33をケース31のおもて面から延出した場合について説明している。第1接続端子32、第2接続端子34a及び第2絶縁シート33はケース31の第3側部31aから延出してもよい。この場合には、第1接続端子32及び第2接続端子34aは、略L字状ではなく、平板状とする。第2絶縁シート33は折れ曲がることなく平板状の第1接続端子32及び第2接続端子34aと平行に延出する。
このような半導体装置10aもまた、半導体モジュール20とキャパシタ30aとが第1接続端子32及び第2接続端子34aにより最短で接続されている。このため、半導体モジュール20とキャパシタ30aとの間の配線長も最短となる。これにより、半導体装置10aのインダクタンスを低減することができる。また、この接続において、第1接続端子32と第2接続端子34aとが平行に設けられている。これにより、第1接続端子32を導通する電流と、第2接続端子34aを導通する電流とは反対向きとなり、それぞれの電流により生じる磁界が相殺される。このため、半導体装置10aのインダクタンスをさらに低減することができ、半導体装置10aの信頼性の低下を防止できる。さらに、半導体装置10aでは、半導体装置10の連結部材40を用いずに、半導体モジュール20とキャパシタ30aとが接続されている。このため、部品を削減することができ、また、連結部材40を接合する工程が削減される。したがって、半導体装置10aの製造コストの増加を抑制することができる。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態では、第1,第2の実施の形態とは異なる接続機構により半導体モジュール及びキャパシタを接続する場合について、図11を用いて説明する。図11は、第3の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。図11は、第1の実施の形態の図5における半導体装置の断面図に対応するものである。なお、第3の実施の形態では、第1,第2の実施の形態の半導体装置10,10aと同様の構成については同様の符号を付して、それらの説明については、簡略化、または、省略する。
半導体装置10bは、半導体モジュール20とキャパシタ30bとを備えている。キャパシタ30bは、第1接続端子32、第2絶縁シート133、第2接続端子34bを含んでいる。この場合の第2接続端子34bは、第2導通部341と第2配線部342bとを有する。但し、キャパシタ30bの第2配線部342bは、第3側部31a側に、第3側部31aの手前まで、第1接続端子32の第1配線部322と平行に延出している。また、第2接続端子34bの第2配線部342bのおもて面と半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面とは同一平面を成している。連結部材40の一端部は、第2パワー端子24のおもて面の第2接合領域241に接合され、連結部材40の他端部は、第2配線部342bのおもて面の第3接合領域343に接合されている。このようにして、半導体モジュール20とキャパシタ30bとが電気的に接続されている。
また、第2絶縁シート133は、ケース31の第1接続端子32と第2接続端子34bとの間から延出している。なお、図11の場合では、第2絶縁シート133は、第1接続端子32のおもて面上を沿うように延出している。そして、第2絶縁シート133の先端部は、第1接続端子32の先端部と第2接続端子34bの先端部との間に位置する。これにより、第1接続端子32と第2接続端子34bとの絶縁性が維持される。そして、第1接続端子32の第1配線部322のおもて面と連結部材40の裏面との間に間隙が構成される。また、この間隙の間に第3絶縁シート41が設けられる。すなわち、第3絶縁シート41は、第1接続端子32の先端部と第2接続端子34bの先端部との間の第2絶縁シート133の先端部と第1絶縁シート23の先端部との間に設けられている。なお、第3絶縁シート41もまた、第2絶縁シート133と同様の材質により構成されている。また、第3絶縁シート41の一端部は第1絶縁シート23のテラス部28と接着され、第3絶縁シート41の他端部は第2絶縁シート133の先端部と接着されている。この際の接着には公知の接着剤が用いられている。第3絶縁シート41の半導体モジュール20側の端部は、平面視で、半導体モジュール20の収納領域21c1,21c2,21c3に応じた櫛歯状となって分かれている。第3絶縁シート41のキャパシタ30b側の端部は、平面視で、第2絶縁シート133と同じ幅、または、その幅よりも広く構成されている。この第2絶縁シート133及び第3絶縁シート41により、第1接続端子32は、第2接続端子34b及び連結部材40並びに第2パワー端子24に対して絶縁性を保つことができる。なお、第2絶縁シート133は、図5及び図10の第2絶縁シート33のように、第1接続端子32を覆い、そのまま第1絶縁シート23まで延出させてもよい。この場合、第2絶縁シート133の半導体モジュール20側の端部は、図5及び図10の第2絶縁シート33と同様に櫛歯状とする。また、この場合には、第3絶縁シート41は不要となる。
このような半導体装置10bもまた、半導体モジュール20とキャパシタ30bとが第1接続端子32及び連結部材40により最短で接続されている。このため、半導体モジュール20とキャパシタ30bとの間の配線長も最短となる。これにより、半導体装置10bのインダクタンスを低減することができる。また、この接続において、第1接続端子32と連結部材40とが平行に設けられている。これにより、第1接続端子32を導通する電流と、連結部材40を導通する電流とは反対向きとなり、それぞれの電流により生じる磁界が相殺される。このため、半導体装置10bのインダクタンスをさらに低減することができる。
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、第1〜第3の実施の形態とは異なる接続機構により半導体モジュール及びキャパシタを接続する場合について、図12を用いて説明する。図12は、第4の実施の形態の半導体装置に含まれる接続機構を示す断面図である。図12は、第1の実施の形態の図5における半導体装置の断面図に対応するものである。なお、第4の実施の形態では、第1〜第3の実施の形態の半導体装置10,10a,10bと同様の部品については同様の符号を付して、それらの説明については、簡略化、または、省略する。
半導体装置10cは、半導体モジュール20とキャパシタ30cとを備えている。キャパシタ30cは、第1接続端子132、第2絶縁シート233、第2接続端子34cを含んでいる。この場合の第1接続端子132は第1導通部321と第1配線部322aとを備えている。第1配線部322aは、第3側部31a側に、第3側部31aを多少超える程度にケース31のおもて面に平行に延出している。また、第1接続端子132の第1配線部322aは、平面視で、第1接続端子32と同様に櫛歯状に分かれた形状を成している。第2接続端子34cは、ケース31のおもて面から上方に延出している。この際の第2接続端子34cの先端面は、半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面と同一平面を成す。また、半導体装置10cでは、キャパシタ30cのケース31の第3側部31aと半導体モジュール20の第1パワー端子22との間に連結部材43が設けられている。連結部材43の一端部の裏面が第1パワー端子22の第1接合領域221と電気的に接続されている。連結部材43の他端部のおもて面は第1接続端子132の第1配線部322aの裏面に電気的に接続されている。また、連結部材43は、半導体モジュール20の第1パワー端子22a,22b,22cにそれぞれ接続されている。
また、第2絶縁シート233は、ケース31の第1接続端子132及び第2接続端子34cの間から延出して、第1接続端子132及び連結部材43を覆って、半導体モジュール20の第1絶縁シート23のテラス部28に接続されている。このため、第2接続端子34cと第1接続端子132とは絶縁性が維持されている。
連結部材42は、側面視で略L字状を成し、係止部42aと第3配線部42bとを有している。連結部材42の第3配線部42bの一端部の裏面は、半導体モジュール20の第2パワー端子24のおもて面の第2接合領域241に接合されている。連結部材42の係止部42aは、キャパシタ30cの第2接続端子34cに掛けられて(係止して)、第2接続端子34cの側面(図12中左側)の第4接合領域344に接合されている。このようにして連結部材42は、半導体モジュール20の第2パワー端子24とキャパシタ30cの第2接続端子34cとを電気的に接続している。また、このような連結部材42が、半導体モジュール20の第2パワー端子24a,24b,24cに対してそれぞれ設けられている。この際、連結部材42(第3配線部42b)の裏面と、第1接続端子132のおもて面及び連結部材43のおもて面との間に間隙が構成される。第2絶縁シート233は、この隙間の間に配置される。このため、連結部材42と第1接続端子132及び連結部材43との絶縁性、並びに、第1接続端子132及び連結部材43と第2パワー端子24との絶縁性がそれぞれ維持される。
このような半導体装置10cもまた、半導体モジュール20とキャパシタ30cとが第1接続端子32及び連結部材43と連結部材42により最短で接続されている。特に、連結部材42は、第1の実施の形態の連結部材40よりも短くすることができる。このため、半導体モジュール20とキャパシタ30cとの間の配線長もより最短とすることができる。これにより、半導体装置10cのインダクタンスをより低減することができる。また、この接続において、第1接続端子32及び連結部材43と連結部材42とが平行に設けられている。これにより、第1接続端子32及び連結部材43と連結部材43を導通する電流と、連結部材42を導通する電流とは反対向きとなり、それぞれの電流により生じる磁界が相殺される。このため、半導体装置10cのインダクタンスをさらに低減することができる。
10,10a,10b,10c 半導体装置
20 半導体モジュール
21,31 ケース
21a 第1側部
21a1,21a2,21a3 端子領域
21b 第2側部
21c,21c1,21c2,21c3 収納領域
22,22a,22b,22c 第1パワー端子
23,23a,23b,23c 第1絶縁シート(第1絶縁部材)
24,24a,24b,24c 第2パワー端子
25,25a,25b,25c 端子積層部
26a,26b,26c 制御端子
27a U端子
27b V端子
27c W端子
28,28a,28b,28c テラス部
30,30a,30b,30c キャパシタ
31a 第3側部
32,132 第1接続端子
32a 第1接続部分
32b 第2接続部分
32c 第3接続部分
33,133,233 第2絶縁シート
33a 第1取付部分
33b 第2取付部分
33c 第3取付部分
34,34a,34b,34c 第2接続端子
40,40a,40b,40c,42,43 連結部材
41 第3絶縁シート
42a 係止部
42b 第3配線部
44a,44b,44c レーザ溶接痕
221 第1接合領域
241 第2接合領域
321 第1導通部
322,322a 第1配線部
341 第2導通部
342,342a,342b 第2配線部
343 第3接合領域
344 第4接合領域

Claims (20)

  1. キャパシタ及び半導体モジュールを含む半導体装置であって、
    前記キャパシタは、キャパシタ素子を含むケース、第1接続端子、第2接続端子、及び、前記第1接続端子と前記第2接続端子との間に設けられた可撓性絶縁部材を有し、前記第1接続端子、前記可撓性絶縁部材及び前記第2接続端子が前記ケースから外部へ延出しており、
    前記半導体モジュールは、第1パワー端子、第1絶縁部材及び第2パワー端子が順に重なっている端子積層部を有し、
    前記第1パワー端子は、前記第1接続端子と導電接続された第1接合領域を有し、
    前記第2パワー端子は、前記第2接続端子と導電接続された第2接合領域を有し、
    前記第1絶縁部材は、平面視において前記第2接合領域から前記第1接合領域に向かう方向へ延伸するテラス部を有する、
    半導体装置。
  2. 前記端子積層部は、前記半導体モジュールの第1側部に設けられ、
    前記キャパシタの前記第1接続端子、前記可撓性絶縁部材及び前記第2接続端子は、前記第1側部の近傍に隣接して配置された、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第2接続端子から前記第2パワー端子までの電流経路の少なくとも一部は、前記可撓性絶縁部材を介して前記第1接続端子と平行である、
    請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体モジュールにおいて、
    前記第1パワー端子の端及び前記第1接合領域は、前記第1絶縁部材の前記テラス部よりも外側にあり、
    前記第1絶縁部材の前記テラス部は、前記第2パワー端子の端よりも外側にある、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記第1接続端子の主面の一端部は、前記第1パワー端子の前記第1接合領域に接合されている、
    請求項2または3に記載の半導体装置。
  6. 前記第2接続端子の第3接合領域及び前記第2パワー端子の前記第2接合領域を導電接続する連結部材をさらに備え、前記第2接合領域及び前記第3接合領域が、前記第1接合領域に対して平行に配置された、
    請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記連結部材の厚さは、前記第2パワー端子の厚さより薄い、
    請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体モジュールは、前記第1側部に沿って前記端子積層部を複数設ける、
    請求項6に記載の半導体装置。
  9. 前記可撓性絶縁部材の前記第1側部側の縁部は、平面視で、前記端子積層部に対応して分かれた櫛歯状である、
    請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記第1接続端子または前記第2接続端子の前記第1側部側の縁部の少なくとも一方は、平面視で、櫛歯状である、
    請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記可撓性絶縁部材が前記ケースから外部へ延出する長さは、前記第1接続端子の前記ケースから外部へ延出する長さよりも長い、
    請求項6乃至10のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 前記可撓性絶縁部材の先端部は、前記第1絶縁部材の前記テラス部に面して配置されている、
    請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記テラス部と前記可撓性絶縁部材の先端部との間、または前記可撓性絶縁部材の先端部と前記連結部材との間に間隙がある、
    請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記連結部材は、L字状であって、一端部は前記第2パワー端子の縁部領域に接合され、他端部は前記第2接続端子に掛かり接合されている、
    請求項12に記載の半導体装置。
  15. 前記可撓性絶縁部材の先端部と前記第1絶縁部材の前記テラス部とにそれぞれ接合され、前記第1接続端子と前記連結部材との間の間隙に設けられた第2絶縁部材を、
    さらに有する請求項6に記載の半導体装置。
  16. 前記第1接続端子は、前記半導体モジュール側に配線される第1配線部を備え、
    前記第2接続端子は、前記半導体モジュールの反対側に配線される第2配線部を備える、
    請求項6に記載の半導体装置。
  17. 前記第1接続端子の先端面から前記第2パワー端子の先端面までの間隔は、3mm以上14.5mm以下である、
    請求項6乃至15のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 前記第1接続端子の先端面から前記第2パワー端子の先端面までの間隔は、6mm以上、12.5mm以下である、
    請求項6乃至15のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19. 前記第1接続端子と前記第1パワー端子との接合面、前記第2接続端子と前記連結部材の一方の縁部との接合面、及び、前記連結部材の他方の縁部と前記第2パワー端子との接合面が平行である、
    請求項6乃至18のいずれか一項に記載の半導体装置。
  20. 前記第1接合領域及び前記第2接合領域にレーザ溶接痕がある、
    請求項1乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置。
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