JP2024076530A - Semiconductor Module - Google Patents

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匠太 田代
優太 市倉
弘晃 伊東
尚威 渡邉
伸光 田多
和靖 瀧本
公晴 奥野
利春 大部
裕 丸山
翔 田中
尚隆 飯尾
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Abstract

【課題】電流のばらつきを抑制できる半導体モジュールを提供することである。【解決手段】実施形態の半導体モジュールは、第1金属部材と、第2金属部材と、半導体パッケージと、を持つ。第1金属部材及び第2金属部材は、互いに対向して配置される。半導体パッケージは、前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に複数配置される。前記第1金属部材及び前記第2金属部材の少なくとも一方は、絶縁部を備える。絶縁部は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に前記複数の半導体パッケージのうち電力端子の近辺の半導体パッケージの電流経路を迂回させる。【選択図】図1[Problem] To provide a semiconductor module capable of suppressing current variation. [Solution] A semiconductor module according to an embodiment has a first metal member, a second metal member, and a semiconductor package. The first metal member and the second metal member are arranged facing each other. A plurality of semiconductor packages are arranged between the first metal member and the second metal member. At least one of the first metal member and the second metal member includes an insulating portion. The insulating portion diverts the current path of a semiconductor package in the vicinity of a power terminal among the plurality of semiconductor packages when current is passed from one of the first metal member and the second metal member to the other. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体モジュールに関する。 An embodiment of the present invention relates to a semiconductor module.

例えば、耐圧数kVでMW級の電力変換器を構築するためには、半導体素子の電流容量を大きくすることが求められる。そのために、複数の半導体素子を並列実装した半導体モジュールが提案されている。しかし、半導体素子に流れる電流がばらつくと、電流が集中する半導体素子の発熱によって故障する可能性がある。そのため、電流のばらつきを抑えることが求められる。 For example, to build a MW-class power converter with a breakdown voltage of several kV, it is necessary to increase the current capacity of the semiconductor elements. For this purpose, semiconductor modules in which multiple semiconductor elements are mounted in parallel have been proposed. However, if there is variation in the current flowing through the semiconductor elements, there is a possibility that the semiconductor elements will break down due to heat generation in the semiconductor elements where the current is concentrated. For this reason, it is necessary to suppress the variation in current.

特開2022-162191号公報JP 2022-162191 A

本発明が解決しようとする課題は、電流のばらつきを抑制できる半導体モジュールを提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a semiconductor module that can suppress current variation.

実施形態の半導体モジュールは、第1金属部材と、第2金属部材と、半導体パッケージと、を持つ。第1金属部材及び第2金属部材は、互いに対向して配置される。半導体パッケージは、前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に複数配置される。前記第1金属部材及び前記第2金属部材の少なくとも一方は、絶縁部を備える。絶縁部は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に前記複数の半導体パッケージのうち電力端子の近辺の半導体パッケージの電流経路を迂回させる。 The semiconductor module of the embodiment has a first metal member, a second metal member, and a semiconductor package. The first metal member and the second metal member are arranged facing each other. A plurality of semiconductor packages are arranged between the first metal member and the second metal member. At least one of the first metal member and the second metal member has an insulating portion. The insulating portion diverts the current path of the semiconductor package near the power terminal among the plurality of semiconductor packages when current is passed from one of the first metal member and the second metal member to the other.

実施形態の半導体モジュールの上面図。FIG. 2 is a top view of the semiconductor module according to the embodiment. 図1の矢視IIにおける実施形態の半導体モジュールの側面図。FIG. 2 is a side view of the semiconductor module according to the embodiment taken along line II in FIG. 1 . 図1の矢視IIIにおける実施形態の半導体モジュールの側面図。FIG. 3 is a side view of the semiconductor module according to the embodiment taken along line III in FIG. 1 . 実施形態の第1切欠きの最小長さの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of the minimum length of a first notch in the embodiment. 実施形態の切欠きの効果の説明図。5A to 5C are diagrams illustrating the effect of a notch according to the embodiment. 実施形態の第1切欠きの長さと電流最大値との関係を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the length of the first notch and the maximum current value in the embodiment. 比較例(切欠きなしの場合)の平均電流以上の領域を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an area above the average current in a comparative example (without a notch). 実施形態(切欠きありの場合)の平均電流以上の領域を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an area above the average current in the embodiment (with a notch). 実施形態の第1切欠きの長さと平均電流以上の半導体素子の数との関係を示す図。13 is a diagram showing the relationship between the length of the first notch and the number of semiconductor elements with a current equal to or greater than the average current according to the embodiment. FIG. 短絡故障した上金属ブロックから周辺の上金属ブロックへの荷重の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of the load from a short-circuited upper metal block to surrounding upper metal blocks. 第1変形例の半導体モジュールの上面図。FIG. 13 is a top view of a semiconductor module according to a first modified example. 第2変形例の半導体モジュールの上面図。FIG. 13 is a top view of a semiconductor module according to a second modified example.

以下、実施形態の半導体モジュールを、図面を参照して説明する。 The semiconductor module of the embodiment will be described below with reference to the drawings.

図1は、実施形態の半導体モジュール1の上面図である。図2は、図1の矢視IIにおける実施形態の半導体モジュール1の側面図である。図3は、図1の矢視IIIにおける実施形態の半導体モジュール1の側面図である。各図においては、半導体モジュール1の構成要素を透過して示す場合がある。
実施形態の半導体モジュール1は、天板2(第1金属部材の一例)と、底板3(第2金属部材の一例)と、絶縁ケース4と、半導体パッケージPと、を備える。
Fig. 1 is a top view of a semiconductor module 1 according to an embodiment. Fig. 2 is a side view of the semiconductor module 1 according to an embodiment taken along line II in Fig. 1. Fig. 3 is a side view of the semiconductor module 1 according to an embodiment taken along line III in Fig. 1. In each drawing, components of the semiconductor module 1 may be shown in a see-through manner.
The semiconductor module 1 of the embodiment includes a top plate 2 (an example of a first metal member), a bottom plate 3 (an example of a second metal member), an insulating case 4, and a semiconductor package P.

天板2及び底板3は、互いに対向して配置される。例えば、天板2及び底板3は、電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料で形成される。例えば、天板2及び底板3は、銅又はアルミニウムを主成分に含む。例えば、天板2及び底板3は、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金などの金属で形成される。 The top plate 2 and the bottom plate 3 are disposed opposite each other. For example, the top plate 2 and the bottom plate 3 are formed of a material with excellent electrical and thermal conductivity. For example, the top plate 2 and the bottom plate 3 contain copper or aluminum as a main component. For example, the top plate 2 and the bottom plate 3 are formed of a metal such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.

天板2及び底板3は、水平面に沿う板状に形成される。天板2は、底板3の上方に配置される。天板2は、水平面に沿って一様な厚さ(上下方向の長さ)を有する。例えば、天板2の厚さは、2mm以上12mm以下である。 The top plate 2 and bottom plate 3 are formed into a plate shape that follows a horizontal plane. The top plate 2 is disposed above the bottom plate 3. The top plate 2 has a uniform thickness (length in the vertical direction) along the horizontal plane. For example, the thickness of the top plate 2 is 2 mm or more and 12 mm or less.

天板2は、底板3と絶縁ケース4を介して接続される。絶縁ケース4は、天板2の下面(裏面)と底板3の上面(表面)に対して垂直に固定される。例えば、絶縁ケース4は、接着剤又は締結部材により、天板2及び底板3と接続されている。例えば、絶縁ケース4は、樹脂などの電気絶縁性を有する絶縁材料で形成される。絶縁ケース4の上端は、天板2の下面に接続される。絶縁ケース4の下端は、底板3の上面に接続される。これにより、底板3、天板2及び絶縁ケース4で囲まれる空間は、密閉空間とされる。 The top plate 2 is connected to the bottom plate 3 via the insulating case 4. The insulating case 4 is fixed perpendicularly to the lower surface (rear surface) of the top plate 2 and the upper surface (front surface) of the bottom plate 3. For example, the insulating case 4 is connected to the top plate 2 and the bottom plate 3 by an adhesive or a fastening member. For example, the insulating case 4 is formed of an insulating material having electrical insulation properties such as resin. The upper end of the insulating case 4 is connected to the lower surface of the top plate 2. The lower end of the insulating case 4 is connected to the upper surface of the bottom plate 3. As a result, the space surrounded by the bottom plate 3, the top plate 2, and the insulating case 4 is made into an airtight space.

本実施形態では、絶縁ケース4の上部は、天板2と締結される。以下、絶縁ケース4の上部と天板2とを締結するねじ11を「絶縁天板締結ねじ11」ともいう。図中においては、絶縁天板締結ねじ11の上面視外形を円形で示す。 In this embodiment, the upper part of the insulating case 4 is fastened to the top plate 2. Hereinafter, the screw 11 that fastens the upper part of the insulating case 4 to the top plate 2 is also referred to as the "insulating top plate fastening screw 11." In the figure, the outer shape of the insulating top plate fastening screw 11 when viewed from above is shown as a circle.

本実施形態では、複数の半導体パッケージPは、天板2と締結される。以下、半導体パッケージPと天板2とを締結するねじ12を「半導体天板締結ねじ12」ともいう。図中においては、半導体天板締結ねじ12の上面視外形を矩形で示す。 In this embodiment, the multiple semiconductor packages P are fastened to the top plate 2. Hereinafter, the screws 12 that fasten the semiconductor packages P to the top plate 2 are also referred to as "semiconductor top plate fastening screws 12." In the drawings, the outer shape of the semiconductor top plate fastening screws 12 when viewed from above is shown as a rectangle.

図の例では、半導体パッケージPの上部と天板2とを締結する例を示すが、これに限定されない。例えば、半導体パッケージPの側面から金属ブロック(第1導電部材の一例)が出る場合は、金属ブロックが出た先と天板2とを締結してもよい。例えば、半導体パッケージPと天板2とを締結する態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 The illustrated example shows an example of fastening the top of the semiconductor package P to the top plate 2, but is not limited to this. For example, if a metal block (an example of a first conductive member) protrudes from the side of the semiconductor package P, the end of the metal block may be fastened to the top plate 2. For example, the manner in which the semiconductor package P is fastened to the top plate 2 can be changed according to the design specifications.

本実施形態の電力端子5及び切欠き30(絶縁部の一例)は、天板2に設けられる。切欠き30は、底板3には形成されていない。 In this embodiment, the power terminal 5 and the notch 30 (an example of an insulating part) are provided in the top plate 2. The notch 30 is not formed in the bottom plate 3.

底板3は、絶縁ケース4よりも側方に突出した接続端子5(以下「下側接続端子6」ともいう。)を有する。
電力端子5は、天板2において絶縁ケース4よりも側方に突出した部分から上方に延びている。電力端子5は、天板2側の接続端子(上側接続端子)に相当する。実施形態では、下側接続端子6から上側接続端子(電力端子5)へ通電される。
The bottom plate 3 has a connection terminal 5 (hereinafter also referred to as “lower connection terminal 6 ”) that protrudes laterally beyond the insulating case 4 .
The power terminal 5 extends upward from a portion of the top plate 2 that protrudes laterally beyond the insulating case 4. The power terminal 5 corresponds to a connection terminal (upper connection terminal) on the top plate 2 side. In the embodiment, electricity is passed from the lower connection terminal 6 to the upper connection terminal (power terminal 5).

半導体パッケージPは、天板2と底板3との間に複数配置される。複数の半導体パッケージPは、半導体モジュール1内に並列実装される。複数の半導体パッケージPは、絶縁ケース4の内部空間(密閉空間)に配置される。複数の半導体パッケージPは、上面視でマトリックス状(行列状)に配置される。 Multiple semiconductor packages P are arranged between the top plate 2 and the bottom plate 3. The multiple semiconductor packages P are mounted in parallel within the semiconductor module 1. The multiple semiconductor packages P are arranged in the internal space (sealed space) of the insulating case 4. The multiple semiconductor packages P are arranged in a matrix (row and column) when viewed from above.

複数の半導体パッケージPのそれぞれは、上金属ブロック21(第1導電部材の一例)と、下金属ブロック22(第2導電部材の一例)と、半導体素子23と、封止部材24と、を備える。 Each of the multiple semiconductor packages P includes an upper metal block 21 (an example of a first conductive member), a lower metal block 22 (an example of a second conductive member), a semiconductor element 23, and a sealing member 24.

上金属ブロック21は、半導体素子23の上部電極として機能する直方体形状(ブロック形状)の部材である。上金属ブロック21の形状は、ブロック形状に限定されない。例えば、上金属ブロック21の形状は、クランク形状等の他の形状であってもよい。例えば、上金属ブロック21の形状は、設計仕様に応じて変更することができる。 The upper metal block 21 is a rectangular parallelepiped (block-shaped) member that functions as an upper electrode of the semiconductor element 23. The shape of the upper metal block 21 is not limited to a block shape. For example, the shape of the upper metal block 21 may be another shape, such as a crank shape. For example, the shape of the upper metal block 21 can be changed according to the design specifications.

下金属ブロック22は、半導体素子23の下部電極として機能する直方体形状(ブロック形状)の部材である。例えば、上金属ブロック21及び下金属ブロック22は、銅などの電気抵抗が小さい金属材料で形成されている。上金属ブロック21は、天板2に接続される。下金属ブロック22は、底板3に接続される。半導体素子23は、上金属ブロック21と下金属ブロック22との間に配置される。半導体素子23は、上金属ブロック21及び下金属ブロック22に接続される。 The lower metal block 22 is a rectangular parallelepiped (block-shaped) member that functions as the lower electrode of the semiconductor element 23. For example, the upper metal block 21 and the lower metal block 22 are formed of a metal material with low electrical resistance, such as copper. The upper metal block 21 is connected to the top plate 2. The lower metal block 22 is connected to the bottom plate 3. The semiconductor element 23 is disposed between the upper metal block 21 and the lower metal block 22. The semiconductor element 23 is connected to the upper metal block 21 and the lower metal block 22.

例えば、半導体素子23は、電力変換に用いられるパワー半導体素子である。例えば、半導体素子23は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等の制御電極を有するスイッチング素子である。例えば、半導体素子23は、FRD(Fast Recovery Diode)等のダイオードであってもよい。 For example, the semiconductor element 23 is a power semiconductor element used for power conversion. For example, the semiconductor element 23 is a switching element having a control electrode, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). For example, the semiconductor element 23 may be a diode, such as an FRD (Fast Recovery Diode).

半導体パッケージPは、複数の半導体素子23を備える。例えば、1つの半導体パッケージPに複数の半導体素子23が搭載された場合、複数の半導体素子23はすべて同一でなくてもよい。例えば、1つの半導体パッケージP内にIGBT等のスイッチング素子とFRD等のダイオードとが混在していてもよい。 The semiconductor package P includes multiple semiconductor elements 23. For example, when multiple semiconductor elements 23 are mounted on one semiconductor package P, the multiple semiconductor elements 23 do not all need to be identical. For example, a single semiconductor package P may contain a mixture of switching elements such as IGBTs and diodes such as FRDs.

半導体素子23の上面は、上金属ブロック21に接続される。例えば、半導体素子23の他方の面(上面)には、エミッタ電極、ソース電極、カソード電極が形成される。これらの電極は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等で上金属ブロック21に接続される。 The top surface of the semiconductor element 23 is connected to the upper metal block 21. For example, an emitter electrode, a source electrode, and a cathode electrode are formed on the other surface (top surface) of the semiconductor element 23. These electrodes are connected to the upper metal block 21 by, for example, solder, conductive adhesive, silver paste, etc.

半導体素子23の下面は、下金属ブロック22に接続される。例えば、半導体素子23の一方の面(下面)には、コレクタ電極、ドレイン電極、アノード電極が形成される。これらの電極は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等で下金属ブロック22に接続される。 The bottom surface of the semiconductor element 23 is connected to the lower metal block 22. For example, a collector electrode, a drain electrode, and an anode electrode are formed on one surface (bottom surface) of the semiconductor element 23. These electrodes are connected to the lower metal block 22 by, for example, solder, conductive adhesive, silver paste, etc.

半導体素子23は、封止部材24に覆われる。例えば、封止部材24は、樹脂などの電気絶縁性を有する絶縁材料で形成される。例えば、封止部材24は、半導体素子23等を覆う直方体形状(6面体形状)に形成される。 The semiconductor element 23 is covered with a sealing member 24. For example, the sealing member 24 is formed of an insulating material having electrical insulation properties, such as resin. For example, the sealing member 24 is formed in a rectangular parallelepiped shape (hexahedral shape) that covers the semiconductor element 23, etc.

上金属ブロック21及び下金属ブロック22は、1個の半導体パッケージPに対してそれぞれ1つずつ設けられる。上金属ブロック21及び下金属ブロック22は、封止部材24の6面の内の一面から半導体パッケージPの外部に出る。封止部材24は、上金属ブロック21及び下金属ブロック22が半導体パッケージPの内部から外部に出る部分以外を覆っている。 One upper metal block 21 and one lower metal block 22 are provided for each semiconductor package P. The upper metal block 21 and the lower metal block 22 protrude from the outside of the semiconductor package P through one of the six faces of the sealing member 24. The sealing member 24 covers the upper metal block 21 and the lower metal block 22 except for the parts that protrude from the inside of the semiconductor package P to the outside.

上金属ブロック21は、封止部材24の上面(天板2下面を向く一面)から半導体パッケージPの外部に出て天板2に接続される。本実施形態では、上金属ブロック21の延びた先は、天板2の下面に締結される。上金属ブロック21は、半導体天板締結ねじ12で天板2に接続される。上金属ブロック21は、半導体天板締結ねじ12によって天板2の向き(上方)へ荷重がかかった状態となる。この荷重は、半導体素子23に初期応力を発生させる。 The upper metal block 21 protrudes from the upper surface of the sealing member 24 (the surface facing the underside of the top plate 2) to the outside of the semiconductor package P and is connected to the top plate 2. In this embodiment, the end of the upper metal block 21 is fastened to the underside of the top plate 2. The upper metal block 21 is connected to the top plate 2 by the semiconductor top plate fastening screws 12. The upper metal block 21 is placed in a state where a load is applied in the direction (upward) of the top plate 2 by the semiconductor top plate fastening screws 12. This load generates an initial stress in the semiconductor element 23.

図の例では、上金属ブロック21が封止部材24の上面から半導体パッケージPの外部に出て天板2に接続される例を示すが、これに限定されない。例えば、半導体パッケージPの側面から金属ブロックが出る場合は、金属ブロックが出た先が天板2に接続されてもよい。例えば、半導体パッケージPの側面を外部出口としてもよい。例えば、半導体パッケージPと天板2とを接続する態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the example shown in the figure, the upper metal block 21 protrudes from the top surface of the sealing member 24 to the outside of the semiconductor package P and is connected to the top plate 2, but this is not limiting. For example, if the metal block protrudes from the side of the semiconductor package P, the end where the metal block protrudes may be connected to the top plate 2. For example, the side of the semiconductor package P may be the external exit. For example, the manner in which the semiconductor package P is connected to the top plate 2 can be changed according to the design specifications.

下金属ブロック22は、封止部材24の下面(底板2上面を向く一面)から半導体パッケージPの外部に出て底板3に接続される。本実施形態では、下金属ブロック22の延びた先は、底板3の上面に締結される。なお、下金属ブロック22は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等で底板3の上面に接続されてもよい。 The lower metal block 22 extends from the lower surface of the sealing member 24 (the surface facing the upper surface of the bottom plate 2) to the outside of the semiconductor package P and is connected to the bottom plate 3. In this embodiment, the end of the lower metal block 22 is fastened to the upper surface of the bottom plate 3. The lower metal block 22 may be connected to the upper surface of the bottom plate 3 by, for example, solder, conductive adhesive, silver paste, etc.

半導体パッケージPは、上金属ブロック21及び下金属ブロック22によって天板2及び底板3と電気的に接続されている。複数の半導体パッケージPは、上金属ブロック21及び下金属ブロック22を介して、天板2と底板3との間に、電気的に並列接続されている。実施形態においては、下側接続端子6から通電される。電流は、半導体パッケージPの上下方向を流れる。 The semiconductor package P is electrically connected to the top plate 2 and bottom plate 3 by the upper metal block 21 and the lower metal block 22. A plurality of semiconductor packages P are electrically connected in parallel between the top plate 2 and the bottom plate 3 via the upper metal block 21 and the lower metal block 22. In the embodiment, electricity is applied from the lower connection terminal 6. The current flows in the vertical direction of the semiconductor package P.

通常動作(正常動作)時、各半導体パッケージPが有する下金属ブロック22に電流が分流する。図の例では、通常動作時において複数の半導体パッケージPのそれぞれに電流が分流する。その後、電流は天板2に沿って電力端子5に向けて流れる。 During normal operation (normal operation), current is divided into the lower metal blocks 22 of each semiconductor package P. In the example shown in the figure, during normal operation, current is divided into each of the multiple semiconductor packages P. The current then flows along the top plate 2 toward the power terminals 5.

例えば、通常動作時に半導体素子23が発生した熱は、半導体モジュール1の両側にある天板2及び底板3に熱伝導する。このため、半導体素子23を冷却することができる。例えば、半導体パッケージPの一方側のみを金属部材と接続した構成と比較して、冷却性能を向上させることができる。例えば、底板3は冷却器を兼ねていてもよい。 For example, heat generated by the semiconductor element 23 during normal operation is thermally conducted to the top plate 2 and bottom plate 3 on both sides of the semiconductor module 1. This allows the semiconductor element 23 to be cooled. For example, compared to a configuration in which only one side of the semiconductor package P is connected to a metal member, the cooling performance can be improved. For example, the bottom plate 3 may also function as a cooler.

次に、天板2側の構成について説明する。
天板2は、上面視で矩形(4辺を含む外形の一例)の板状である。電力端子5は、上面視で天板2の4辺のうち1辺に設けられる。電力端子5は、上面視で天板2の2つの短辺のうち1つの短辺に設けられる。
Next, the configuration of the top board 2 side will be described.
The top plate 2 is a rectangular plate (one example of an outer shape including four sides) when viewed from above. The power terminal 5 is provided on one of the four sides of the top plate 2 when viewed from above. The power terminal 5 is provided on one of the two short sides of the top plate 2 when viewed from above.

図の例では、天板2が上面視で長方形である例を示すが、これに限定されない。例えば、天板2は、上面視で正方形であってもよい。例えば、天板2の上面視形状は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the example shown in the figure, the tabletop 2 is rectangular when viewed from above, but is not limited to this. For example, the tabletop 2 may be square when viewed from above. For example, the shape of the tabletop 2 when viewed from above can be changed according to design specifications.

図の例では、電力端子5が上面視で天板2の1つの短辺に設けられる例を示すが、これに限らない。例えば、電力端子5は、上面視で天板2の1つの長辺に設けられてもよい。例えば、天板2が上面視で正方形の場合は、電力端子5は上面視で天板2の1つの辺に設けられてもよい。例えば、電力端子5の設置態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the example shown in the figure, the power terminal 5 is provided on one short side of the top plate 2 when viewed from above, but this is not limited to this. For example, the power terminal 5 may be provided on one long side of the top plate 2 when viewed from above. For example, if the top plate 2 is square when viewed from above, the power terminal 5 may be provided on one side of the top plate 2 when viewed from above. For example, the installation mode of the power terminal 5 can be changed according to the design specifications.

例えば、電力端子5は、電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料で形成される。例えば、電力端子5は、銅又はアルミニウムを主成分に含む。例えば、電力端子5は、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金などの金属で形成される。例えば、電力端子5は、外部導体との締結部分の数(外部導体の数)に対応する数(図3の例では2つ)の締結孔を有してもよい。 For example, the power terminal 5 is formed of a material with excellent electrical conductivity and thermal conductivity. For example, the power terminal 5 contains copper or aluminum as a main component. For example, the power terminal 5 is formed of a metal such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. For example, the power terminal 5 may have fastening holes (two in the example of FIG. 3) whose number corresponds to the number of fastening parts with the external conductors (the number of external conductors).

天板2は、絶縁部として機能する切欠き30を備える。切欠き30は、天板2の上面から下面まで貫通する孔である。切欠き30は、通電時(底板3から天板2へ通電した場合)に複数の半導体パッケージPのうち電力端子5の近辺の半導体パッケージPの電流経路を迂回させる。 The top plate 2 has a notch 30 that functions as an insulating section. The notch 30 is a hole that penetrates the top plate 2 from the upper surface to the lower surface. The notch 30 diverts the current path of the semiconductor package P near the power terminal 5 among the multiple semiconductor packages P when electricity is applied (when electricity is applied from the bottom plate 3 to the top plate 2).

電力端子5の近辺の半導体パッケージPには、複数の半導体パッケージPのうち電力端子5に最も近い半導体パッケージ(以下「最近辺半導体パッケージ」ともいう。)と、最近辺半導体パッケージの次に電力端子5に近い半導体パッケージと、が含まれる。切欠き30は、通電時に複数の半導体パッケージPのうち少なくとも最近辺半導体パッケージの電流経路を迂回させればよい。 The semiconductor packages P near the power terminal 5 include the semiconductor package closest to the power terminal 5 among the multiple semiconductor packages P (hereinafter also referred to as the "closest semiconductor package") and the semiconductor package next closest to the power terminal 5 after the closest semiconductor package. The notch 30 only needs to divert the current path of at least the closest semiconductor package among the multiple semiconductor packages P when current is applied.

切欠き30は、上面視で天板2の4辺のうち3辺に沿う形状である。切欠き30は、上面視で天板2の2つの長辺と1つの短辺とに沿う形状である。切欠き30は、2本の第1切欠き31と、1本の第2切欠き32との2種類により構成される。切欠き30は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠き31と、一対の第1切欠き31と交差する第2切欠き32と、を備える。切欠き30は、上面視で第1切欠き31及び第2切欠き32を合わせてコの字に形成される。 The notches 30 are shaped to follow three of the four sides of the tabletop 2 when viewed from above. The notches 30 are shaped to follow two long sides and one short side of the tabletop 2 when viewed from above. The notches 30 are composed of two types of notches: two first notches 31 and one second notch 32. The notches 30 include a pair of first notches 31 arranged parallel to each other when viewed from above, and a second notch 32 intersecting the pair of first notches 31. The notches 30 are formed in a U-shape by combining the first notches 31 and the second notches 32 when viewed from above.

第1切欠き31は、上面視で電力端子5と垂直となる天板2の辺(長辺)に対して平行である。第2切欠き32は、上面視で電力端子5と平行となる天板2の辺(短辺)に対して平行である。2本の第1切欠き31は、上面視で互いに同じ形状である。2本の第1切欠き31は、上面視で電力端子5と平行となる天板の辺(短辺)と直交する中心線を対称軸として線対称である。 The first notch 31 is parallel to the side (long side) of the top plate 2 that is perpendicular to the power terminal 5 in top view. The second notch 32 is parallel to the side (short side) of the top plate 2 that is parallel to the power terminal 5 in top view. The two first notches 31 have the same shape as each other in top view. The two first notches 31 are symmetrical with respect to a center line that is perpendicular to the side (short side) of the top plate that is parallel to the power terminal 5 in top view.

第1切欠き31は、上面視で第1切欠き31と第2切欠き32とが交差する位置C(以下「切欠き交点C」ともいう。)から電力端子5とは反対方向(電力端子5から離れる方向)に直線状に延びる。第1切欠き31は、切欠き交点Cから電力端子5とは反対方向に長さを変えることが可能である。天板2において電力端子5が設けられる辺の対辺側には、切欠き30は形成されない。 The first notch 31 extends linearly in the opposite direction to the power terminal 5 (direction away from the power terminal 5) from a position C (hereinafter also referred to as "notch intersection C") where the first notch 31 and the second notch 32 intersect in a top view. The length of the first notch 31 can be changed from the notch intersection C in the opposite direction to the power terminal 5. No notch 30 is formed on the side of the top plate 2 opposite the side on which the power terminal 5 is provided.

上面視で天板2の4辺の内側には、切欠き30、絶縁天板締結ねじ11及び半導体天板締結ねじ12が存在する。以下、絶縁ケース4の上部と天板2とが締結される部分を絶縁締結部とする。絶縁締結部は、上面視で絶縁天板締結ねじ11が存在する部分に相当する。以下、複数の半導体パッケージPと天板2とが締結される部分を半導体締結部とする。半導体締結部は、上面視で半導体天板締結ねじ12が存在する部分に相当する。絶縁締結部(絶縁天板締結ねじ11)は、上面視で切欠き30よりも内側かつ半導体締結部(半導体天板締結ねじ12)よりも外側に配置される。 When viewed from above, notches 30, insulating top plate fastening screws 11, and semiconductor top plate fastening screws 12 are present on the inside of the four sides of the top plate 2. Hereinafter, the portion where the upper part of the insulating case 4 and the top plate 2 are fastened is referred to as the insulating fastening portion. The insulating fastening portion corresponds to the portion where the insulating top plate fastening screws 11 are present when viewed from above. Hereinafter, the portion where the multiple semiconductor packages P and the top plate 2 are fastened is referred to as the semiconductor fastening portion. The semiconductor fastening portion corresponds to the portion where the semiconductor top plate fastening screws 12 are present when viewed from above. The insulating fastening portion (insulating top plate fastening screws 11) is positioned inside the notches 30 and outside the semiconductor fastening portion (semiconductor top plate fastening screws 12) when viewed from above.

本実施形態の電力端子5は、上面視で第2切欠き32と平行に配置される。上面視で電力端子5の長さは、第2切欠き32の長さよりも短い。上面視で電力端子5の長手方向中心位置は、第2切欠き32の長手方向中心位置と同じである。 In this embodiment, the power terminal 5 is arranged parallel to the second notch 32 when viewed from above. The length of the power terminal 5 is shorter than the length of the second notch 32 when viewed from above. The longitudinal center position of the power terminal 5 is the same as the longitudinal center position of the second notch 32 when viewed from above.

図4は、実施形態の第1切欠き31の最小長さLminの説明図である。
例えば、電流のバランスをとる効果を得るためには、第1切欠き31は、上面視で電力端子5と垂直かつ電力端子5から離れる方向にできるだけ長く延ばすことが好ましい。本実施形態では、上面視で第1切欠き31の最小長さLminは、切欠き交点Cから最も近い上金属ブロック21の位置までの長さを超える。図4の例では、第1切欠き31の最小長さLminは、切欠き交点Cから最も近い上金属ブロック21が締結される半導体天板締結ねじ12までの長さを超える。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the minimum length Lmin of the first notch 31 in the embodiment.
For example, in order to obtain the effect of balancing the currents, it is preferable that the first notch 31 extends as long as possible in a direction perpendicular to the power terminal 5 and away from the power terminal 5 in a top view. In this embodiment, the minimum length Lmin of the first notch 31 in a top view exceeds the length from the notch intersection C to the position of the nearest upper metal block 21. In the example of Fig. 4, the minimum length Lmin of the first notch 31 exceeds the length from the notch intersection C to the semiconductor top plate fastening screw 12 to which the nearest upper metal block 21 is fastened.

図5は、実施形態の切欠きの効果の説明図である。
図中の矢印は、上金属ブロック21(上金属ブロック21が締結される半導体天板締結ねじ12に相当)から電力端子5までの電流経路を示す。各矢印は、切欠きなし電流経路、切欠きあり電流経路(電力端子近辺)、切欠きあり電流経路(電力端子遠方)をそれぞれ示している。破線矢印は、切欠き30が存在しない場合の電力端子5の近辺の電流経路である。実線矢印は、切欠き30が存在する場合の電力端子5の近辺の電流経路である。1点鎖線矢印は、切欠き30が存在する場合の電力端子5の遠方の電流経路である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the effect of the notch according to the embodiment.
The arrows in the figure indicate the current path from the upper metal block 21 (corresponding to the semiconductor top plate fastening screw 12 to which the upper metal block 21 is fastened) to the power terminal 5. Each arrow indicates a current path without a notch, a current path with a notch (near the power terminal), and a current path with a notch (far from the power terminal), respectively. The dashed arrow is a current path near the power terminal 5 when the notch 30 is not present. The solid arrow is a current path near the power terminal 5 when the notch 30 is present. The dashed-dotted arrow is a current path far from the power terminal 5 when the notch 30 is present.

切欠き30が存在することで、電流は破線矢印に沿って流れない。破線矢印の経路を絶たれた電流は、第1切欠き31の存在により遠回りして実線矢印に沿って流れる。実線矢印に沿う電流の流れは、1点鎖線矢印に沿う電流の流れに近くなる。これにより、電流のアンバランスを抑えることができる。 The presence of notch 30 prevents current from flowing along the dashed arrow. Current that is cut off from the path of the dashed arrow takes a detour and flows along the solid arrow due to the presence of first notch 31. The current flow along the solid arrow becomes closer to the current flow along the dash-dotted arrow. This makes it possible to suppress current imbalance.

上記の理由は、以下の通りである。切欠き30の存在によって、実線矢印の電流経路のインダクタンスが破線矢印の電流経路のインダクタンスよりも大きくなることで、1点鎖線矢印の電流経路のインダクタンスに近づく。第1切欠き31を更に長くすることで、実線矢印の電流経路のインダクタンスは更に大きくなり、1点鎖線矢印の電流経路のインダクタンスに更に近づく。実線矢印の電流経路と1点鎖線矢印の電流経路とでは、実質的にインダクタンスの大きさが揃い、電流のバランスも揃うようになるためである。 The reasons for the above are as follows. Due to the presence of the notch 30, the inductance of the current path of the solid arrow becomes larger than the inductance of the current path of the dashed arrow, and approaches the inductance of the current path of the dashed arrow. By making the first notch 31 even longer, the inductance of the current path of the solid arrow becomes even larger, and approaches the inductance of the current path of the dashed arrow. This is because the inductance of the current path of the solid arrow and the current path of the dashed arrow are essentially the same, and the current balance is also the same.

図6は、実施形態の第1切欠き31の長さと電流最大値との関係を示す図である。図6の縦軸は、定格電流を流したときに全ての上金属ブロック21に流れる電流の中の最大値(電流最大値)に相当する。図6の横軸は、天板2の1辺(天板2の1つの長辺長さに相当)に対する第1切欠き31の長さの割合に相当する。図中においては、複数の切欠き設計値を線形で示した破線を示す。 Figure 6 is a diagram showing the relationship between the length of the first notch 31 and the maximum current value in the embodiment. The vertical axis of Figure 6 corresponds to the maximum value (maximum current) of the current flowing through all upper metal blocks 21 when the rated current is applied. The horizontal axis of Figure 6 corresponds to the ratio of the length of the first notch 31 to one side of the top plate 2 (corresponding to the length of one long side of the top plate 2). In the figure, dashed lines linearly indicate multiple notch design values.

第1切欠き31の長さと電流最大値との関係は、負の相関となる。第1切欠き31の長さを長くするほどインダクタンスが増加することで、電流最大値を抑制することができる。電力端子5近辺のインダクタンスが増加することで、電力端子遠方のインダクタンスに近づく。これにより、全ての位置のインダクタンスが均等化する(実質的に揃う)ようになる。インダクタンスが均等化すると、電力端子5近辺の電流は抑制される(電流が小さくなる)。すると、電流があまり流れていなかった位置の上金属ブロック21にも電流が流れ始める。これにより、電流のバランスがよくなる。 The relationship between the length of the first notch 31 and the maximum current value is negatively correlated. Increasing the length of the first notch 31 increases the inductance, which makes it possible to suppress the maximum current value. Increasing the inductance near the power terminal 5 brings it closer to the inductance farther from the power terminal. This makes the inductance at all positions equal (effectively uniform). When the inductance is equalized, the current near the power terminal 5 is suppressed (the current becomes smaller). Then, current begins to flow in the upper metal block 21 in positions where little current was flowing. This improves the current balance.

図7は、比較例(切欠きなしの場合)の平均電流以上の領域を示す図である。図8は、実施形態(切欠きありの場合)の平均電流以上の領域を示す図である。図中のハッチング箇所は、平均電流以上の領域を示す。図中においては、天板2上面及び半導体天板締結ねじ12を示し、切欠き等の図示を省略する。 Figure 7 shows the area where the current is greater than the average current in a comparative example (without notches). Figure 8 shows the area where the current is greater than the average current in an embodiment (with notches). The hatched areas in the figure indicate the area where the current is greater than the average current. In the figure, the top surface of the top plate 2 and the semiconductor top plate fastening screws 12 are shown, and notches and the like are omitted.

切欠きなしの場合は、電力端子5近辺の上金属ブロック21(上金属ブロック21が締結される半導体天板締結ねじ12に相当)の位置に平均電流以上の電流が集中する。切欠きありの場合は、電力端子5近辺の上金属ブロック21以外の位置でも平均電流以上の電流が流れる。この理由は、電流の大きさ1,2番手のように大きい電流の一部が、電流の大きさ3番手以降の電流に順次加算されることで、平均電流を超える位置の数が増えたためである。電流の大きさ3番手以降の電流は、電流の大きさ1,2番手に比べて小さい電流の一例である。 Without the notch, a current greater than the average current is concentrated at the position of the upper metal block 21 (corresponding to the semiconductor top plate fastening screw 12 to which the upper metal block 21 is fastened) near the power terminal 5. With the notch, a current greater than the average current also flows at positions other than the upper metal block 21 near the power terminal 5. This is because a portion of the large current, such as current magnitudes 1 and 2, is sequentially added to current magnitudes 3 and onwards, increasing the number of positions where the current exceeds the average current. Current magnitudes 3 and onwards are an example of a current smaller than current magnitudes 1 and 2.

切欠きありの場合は、平均電流を超える位置の数が増加しても、電流の大きさ1,2番手の電流値が小さくなることで、電流の集中を解消することができる。切欠きありの場合は、電流集中が解消されることで、半導体素子23の発熱による短絡故障のリスクを抑えることができる。 When a notch is present, even if the number of positions where the average current is exceeded increases, the current values of the first and second largest currents become smaller, and current concentration can be eliminated. When a notch is present, current concentration is eliminated, and the risk of short circuit failure due to heat generation in the semiconductor element 23 can be reduced.

図9は、実施形態の第1切欠き31の長さと平均電流以上の半導体素子23の数との関係を示す図である。図9の縦軸は、全半導体素子数に対する平均電流以上の半導体素子数の割合に相当する。図9の横軸は、天板2の1辺(天板2の1つの長辺長さに相当)に対する第1切欠き31の長さの割合に相当する。図中においては、複数の切欠き設計値を線形で示した破線を示す。 Figure 9 is a diagram showing the relationship between the length of the first notch 31 in the embodiment and the number of semiconductor elements 23 with an average current or higher. The vertical axis of Figure 9 corresponds to the ratio of the number of semiconductor elements with an average current or higher to the total number of semiconductor elements. The horizontal axis of Figure 9 corresponds to the ratio of the length of the first notch 31 to one side of the top plate 2 (corresponding to the length of one long side of the top plate 2). In the figure, dashed lines linearly indicate multiple notch design values.

第1切欠き31の長さと平均電流以上の半導体素子数との関係は、正の相関となる。第1切欠き31の長さを長くするほど平均電流以上の半導体素子数が増加する。平均電流以上の半導体素子数が増加することで、上述の通り電流集中が解消されるため、半導体素子23の発熱による短絡故障のリスクが低減する。 The relationship between the length of the first notch 31 and the number of semiconductor elements with a current equal to or greater than the average is positively correlated. The longer the length of the first notch 31, the greater the number of semiconductor elements with a current equal to or greater than the average. By increasing the number of semiconductor elements with a current equal to or greater than the average, current concentration is eliminated as described above, thereby reducing the risk of short circuit failure due to heat generation in the semiconductor element 23.

本実施形態の半導体モジュール1は、上金属ブロック21(導体に相当)の同一平面上に磁束を働かせる構造を有しない。そのため、上金属ブロック21から電力端子5までの間は、第1切欠き31の長さでインダクタンスを調整することができる。したがって、切欠き30の作用により、上金属ブロック21を複雑化することなく、電流のバランスをよくすることができる。 The semiconductor module 1 of this embodiment does not have a structure that causes magnetic flux to act on the same plane of the upper metal block 21 (corresponding to a conductor). Therefore, the inductance between the upper metal block 21 and the power terminal 5 can be adjusted by the length of the first notch 31. Therefore, the action of the notch 30 can improve the balance of the current without complicating the upper metal block 21.

以上に説明されたように、本実施形態の半導体モジュール1は、天板2と、底板3と、半導体パッケージPと、を持つ。天板2及び底板3は、互いに対向して配置される。半導体パッケージPは、天板2と底板3との間に複数配置される。天板2は、切欠き30を備える。切欠き30は、底板3から天板2へ通電した場合に複数の半導体パッケージPのうち電力端子5の近辺の半導体パッケージPの電流経路を迂回させる。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
底板3から天板2へ通電した場合、切欠き30により、複数の半導体パッケージPのうち電力端子5の近辺の半導体パッケージPの電流経路が迂回される。これにより、複数の半導体パッケージPのうち電力端子5の近辺の半導体パッケージPの電流経路は、他の半導体パッケージPの電流経路に近くなる。したがって、電流のばらつきを抑制できる半導体モジュール1を提供することができる。
As described above, the semiconductor module 1 of this embodiment has a top plate 2, a bottom plate 3, and a semiconductor package P. The top plate 2 and the bottom plate 3 are disposed opposite each other. A plurality of semiconductor packages P are disposed between the top plate 2 and the bottom plate 3. The top plate 2 has a notch 30. The notch 30 diverts the current path of the semiconductor package P in the vicinity of the power terminal 5 among the plurality of semiconductor packages P when current is passed from the bottom plate 3 to the top plate 2. The above configuration provides the following effects.
When electricity is passed from the bottom plate 3 to the top plate 2, the notch 30 diverts the current path of the semiconductor package P near the power terminal 5 among the multiple semiconductor packages P. As a result, the current path of the semiconductor package P near the power terminal 5 among the multiple semiconductor packages P becomes closer to the current paths of the other semiconductor packages P. Therefore, it is possible to provide a semiconductor module 1 capable of suppressing current variations.

例えば、大容量用途向けの電力変換器に適用する半導体モジュールでは、電流容量を得るために複数の半導体素子が同一平面上に配置される。このため、半導体素子に流れる電流にばらつき、対策を行わないと電流が集中する半導体素子の発熱によって故障してしまう問題がある。一般的に電流集中の問題は、半導体素子とコンデンサとを接続するバスバーの工夫によって解決される。しかし、バスバーの工夫は、インダクタンスを小さくすること及び揃えること等である。この場合、バスバーが複雑化してしまい、コストが高くなる。一方、コストを抑えると、バスバー形状の工夫が難しくなり、電流集中の問題解決が困難となる。つまり、コストと性能とはトレードオフの関係にあるため、トレードオフの解消が求められる。例えば、天板に複数の電流経路となる導体(金属ブロック)があると、電流のばらつきを抑えることが困難である。 For example, in a semiconductor module applied to a power converter for large-capacity applications, multiple semiconductor elements are arranged on the same plane to obtain a sufficient current capacity. This causes variations in the current flowing through the semiconductor elements, and if no measures are taken, the semiconductor elements where the current is concentrated will heat up and break down. Generally, the problem of current concentration is solved by improving the busbar that connects the semiconductor elements and the capacitor. However, improvements to the busbar include reducing and aligning the inductance. In this case, the busbar becomes complicated and the cost increases. On the other hand, if costs are reduced, it becomes difficult to improve the busbar shape, and it becomes difficult to solve the problem of current concentration. In other words, there is a trade-off between cost and performance, and it is necessary to resolve the trade-off. For example, if there are multiple conductors (metal blocks) that serve as current paths on the top plate, it is difficult to reduce the variation in current.

これに対し本実施形態では、電流のばらつきを抑えるため、天板2に切欠き30を設け、インダクタンスを揃えている。切欠き30は、電流が集中していた位置のインダクタンスを大きくする効果がある。インダクタンスを大きくすることで、電流のばらつきを抑えることができる。切欠き30は、天板2を加工した部分であるため、工程数及び材料を少なくし、コストを抑えることができる。つまり、本実施形態によれば、切欠き30により、高性能化及び低コスト化を両立することができる。したがって、コストと性能とのトレードオフを解消することができる。 In contrast, in this embodiment, in order to suppress the variation in current, a notch 30 is provided in the top plate 2 to make the inductance uniform. The notch 30 has the effect of increasing the inductance at the position where the current was concentrated. By increasing the inductance, the variation in current can be suppressed. Because the notch 30 is a processed portion of the top plate 2, the number of processes and materials can be reduced, and costs can be reduced. In other words, according to this embodiment, the notch 30 makes it possible to achieve both high performance and low cost. Therefore, the trade-off between cost and performance can be eliminated.

図10は、短絡故障した上金属ブロック21Aから周辺の上金属ブロック21Bへの荷重の説明図である。図中のハッチング箇所は、短絡故障した上金属ブロック21Aの周辺領域を示す。
例えば、何らかの要因により半導体素子23に短絡故障が発生した場合、半導体素子23が発熱(例えばジュール発熱)することがある。すると、短絡故障が発生した半導体素子23(以下「故障チップ」ともいう。)の構成(例えば半導体材料のシリコン)が溶融し、気化することがある。すると、半導体パッケージP内の圧力上昇により、上金属ブロック21が天板側に押し上げられる。天板2は、圧力上昇による上金属ブロック21の押し上げにより、上方向へ変形する。天板2の変形により、故障チップと直接つながる上金属ブロック21A(以下「起点ブロック21A」ともいう。)の周囲の上金属ブロック21B(以下「周囲ブロック21B」ともいう。)に荷重を伝える。これにより、故障チップ以外の半導体素子23(以下「健全チップ」ともいう。)の短絡故障が誘発される。
10 is an explanatory diagram of a load from a short-circuited upper metal block 21A to a surrounding upper metal block 21B. The hatched area in the figure indicates the surrounding area of the short-circuited upper metal block 21A.
For example, if a short circuit occurs in the semiconductor element 23 due to some factor, the semiconductor element 23 may generate heat (e.g., Joule heat). Then, the components (e.g., silicon, a semiconductor material) of the semiconductor element 23 where the short circuit occurs (hereinafter also referred to as the "faulty chip") may melt and vaporize. Then, the upper metal block 21 is pushed up toward the top plate due to an increase in pressure inside the semiconductor package P. The top plate 2 is deformed upward by the upper metal block 21 being pushed up by the increase in pressure. The deformation of the top plate 2 transmits a load to the upper metal block 21B (hereinafter also referred to as the "surrounding block 21B") around the upper metal block 21A (hereinafter also referred to as the "starting block 21A") that is directly connected to the faulty chip. This induces a short circuit in the semiconductor elements 23 (hereinafter also referred to as the "healthy chip") other than the faulty chip.

例えば、周囲ブロック21Bが引き上げられることで、周囲ブロック21Bと直接つながる半導体素子23に追加応力が発生する。初期応力と追加応力とにより、半導体素子23にクラックが発生する。すると、半導体素子23のコレクタとエミッタとの電極間が短絡する(短絡故障)。以下、初期故障した半導体素子23以外の半導体素子23が、追加応力等の発生によって短絡故障することを「伴連れ短絡故障」ともいう。 For example, when the surrounding block 21B is pulled up, additional stress is generated in the semiconductor element 23 that is directly connected to the surrounding block 21B. The initial stress and additional stress cause a crack to occur in the semiconductor element 23. This causes a short circuit between the collector and emitter electrodes of the semiconductor element 23 (short circuit failure). Hereinafter, a short circuit failure in a semiconductor element 23 other than the semiconductor element 23 that has experienced an initial failure due to the occurrence of additional stress or the like is also referred to as a "concomitant short circuit failure."

例えば、隣り合う2つの上金属ブロック21の間に切欠き30を設ける場合がある。しかし、起点ブロック21Aから周囲ブロック21Bに伝わる荷重が小さくなり、伴連れ短絡故障を起こしにくい。例えば、短絡故障した周囲ブロック21Bは、荷重を受けて天板2を押し上げ、天板2から飛び出す可能性がある。この場合、短絡維持ができなくなるため、天板2から飛び出さないように抑えつける必要がある。例えば、上面視で絶縁天板締結ねじ11が切欠き30の外側に配置されると、荷重を受けた上金属ブロック21を抑えることが困難になる。 For example, a notch 30 may be provided between two adjacent upper metal blocks 21. However, the load transmitted from the starting block 21A to the surrounding block 21B is reduced, making it less likely that a concomitant short-circuit failure will occur. For example, a surrounding block 21B that has experienced a short-circuit failure may push up the top plate 2 under the load and jump out from the top plate 2. In this case, the short circuit cannot be maintained, so it is necessary to hold it down so that it does not jump out from the top plate 2. For example, if the insulating top plate fastening screw 11 is positioned outside the notch 30 when viewed from above, it becomes difficult to hold down the upper metal block 21 that is under load.

これに対し本実施形態では、複数の上金属ブロック21の全部を囲うように切欠き30を設けている。これにより、一方の上金属ブロック21A側(半導体素子23)に短絡故障が発生した場合に、他方の上金属ブロック21B側(半導体素子23)に伝わる荷重を大きくすることができる。したがって、伴連れ短絡故障を起こし易くすることができる。 In contrast, in this embodiment, a notch 30 is provided to surround all of the multiple upper metal blocks 21. This makes it possible to increase the load transmitted to the other upper metal block 21B (semiconductor element 23) when a short circuit failure occurs on one upper metal block 21A side (semiconductor element 23). This makes it easier for accompanying short circuit failures to occur.

さらに本実施形態では、複数の上金属ブロック21の全部の外側と切欠き30との間に絶縁天板締結ねじ11を設けている。これにより、荷重を受けた上金属ブロック21を天板2に抑え易くすることができる。したがって、故障チップが天板2から飛び出す可能性を低くすることができる。 Furthermore, in this embodiment, insulating top plate fastening screws 11 are provided between the outer sides of all of the multiple upper metal blocks 21 and the notches 30. This makes it easier to hold the upper metal blocks 21 under load against the top plate 2. This reduces the possibility of a faulty chip flying out of the top plate 2.

このように本実施形態では、故障時の短絡維持も可能となる。故障時の短絡維持は、大容量用途向けの電力変換器に適用する半導体モジュール1において必要な機能であるため、好適に適用することができる。 In this way, this embodiment also makes it possible to maintain a short circuit in the event of a failure. Maintaining a short circuit in the event of a failure is a necessary function in semiconductor module 1 that is applied to power converters for large-capacity applications, and therefore can be suitably applied.

例えば、上面視で電力端子5の長手方向中心位置が、天板2の一辺の端部寄りに配置される場合、電力端子5から近い一端部寄り側の上金属ブロック21に電流が集中する。すると、電力端子5から遠い他端部寄り側の上金属ブロック21には電流が流れにくくなる。このように電力端子5及び切欠き30の位置関係によっては、電流のばらつきを抑制することが困難となる。
これに対し本実施形態では、上面視で電力端子5の長手方向中心位置は、第2切欠き32の長手方向中心位置と同じである。したがって、電流のばらつきを抑制する上で好適である。
For example, when the longitudinal center position of the power terminal 5 is located toward one end of one side of the top plate 2 in a top view, current concentrates in the upper metal block 21 on the side toward the one end closer to the power terminal 5. As a result, current is less likely to flow in the upper metal block 21 on the side toward the other end farther from the power terminal 5. In this way, depending on the positional relationship between the power terminal 5 and the notch 30, it becomes difficult to suppress the variation in current.
In contrast, in this embodiment, the longitudinal center position of the power terminal 5 in top view is the same as the longitudinal center position of the second notch 32. This is therefore preferable in terms of suppressing current variations.

本実施形態の天板2は、底板3の上方に配置される。半導体モジュール1は、天板2と底板3とを接続する絶縁ケース4を更に備える。絶縁ケース4の上部は、天板2と締結される。複数の半導体パッケージPは、天板2と締結される。電力端子5及び切欠き30は、天板2に設けられる。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
複数の半導体パッケージPは、天板2との締結により、天板2の向きに荷重がかかった状態となる。この荷重は、半導体素子23に初期応力を発生させる。したがって、締結による簡単な構造で、半導体素子23に初期応力を発生させることができる。
加えて、絶縁ケース4の上端を高くすることで、組み立て時に複数の半導体パッケージPに予荷重をかけてあそびを無くすことができる。
The top plate 2 in this embodiment is disposed above the bottom plate 3. The semiconductor module 1 further includes an insulating case 4 that connects the top plate 2 and the bottom plate 3. An upper portion of the insulating case 4 is fastened to the top plate 2. A plurality of semiconductor packages P are fastened to the top plate 2. The power terminals 5 and the notches 30 are provided on the top plate 2. The above-described configuration provides the following effects.
By fastening the multiple semiconductor packages P to the top plate 2, a load is applied in the direction of the top plate 2. This load generates an initial stress in the semiconductor element 23. Therefore, the initial stress can be generated in the semiconductor element 23 with a simple fastening structure.
In addition, by raising the upper end of the insulating case 4, a preload can be applied to the multiple semiconductor packages P during assembly to eliminate play.

本実施形態の天板2は、上面視で4辺を含む外形の板状である。切欠き30は、上面視で天板2の4辺のうち3辺に沿う形状である。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
切欠き30は、天板2の3辺に沿う形状に天板2を加工するだけで済む。そのため、工程数及び材料を少なくし、コストを抑えることができる。つまり、切欠き30により、高性能化及び低コスト化を両立することができる。したがって、コストと性能とのトレードオフを解消することができる。
The top plate 2 of this embodiment has a plate-like outer shape including four sides when viewed from above. The notch 30 has a shape that extends along three of the four sides of the top plate 2 when viewed from above. The above-described configuration provides the following effects.
The notch 30 can be formed by simply processing the top plate 2 into a shape that follows three sides of the top plate 2. This reduces the number of steps and materials, and reduces costs. In other words, the notch 30 makes it possible to achieve both high performance and low cost. This eliminates the trade-off between cost and performance.

本実施形態の絶縁ケース4の上部と天板2とが締結される部分を絶縁締結部とする。複数の半導体パッケージPと天板2とが締結される部分を半導体締結部とする。絶縁締結部は、上面視で切欠き30よりも内側かつ半導体締結部よりも外側に配置される。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
絶縁締結部が上面視で切欠き30よりも外側に配置される場合と比較して、荷重を受けた半導体素子23を抑えやすい。したがって、故障チップが天板2から飛び出す可能性を低くすることができる。
In this embodiment, a portion where the upper part of the insulating case 4 and the top plate 2 are fastened is defined as an insulating fastening portion. A portion where the multiple semiconductor packages P and the top plate 2 are fastened is defined as a semiconductor fastening portion. The insulating fastening portion is disposed on the inside of the notch 30 and on the outside of the semiconductor fastening portion when viewed from above. The above configuration provides the following effects.
In comparison with a case where the insulating fastening portion is disposed outside the notch 30 in a top view, it is easier to hold down the semiconductor element 23 under load. Therefore, it is possible to reduce the possibility that a defective chip will fly out from the top plate 2.

本実施形態の半導体パッケージPは、半導体パッケージPの内部から外部に延びる上金属ブロック21を備える。上金属ブロック21の延びた先は、天板2の下面に締結される。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
半導体パッケージPの内部は、上金属ブロック21の延びた先と天板2の下面との締結により、天板2の向きに荷重がかかった状態となる。この荷重は、半導体素子23に初期応力を発生させる。したがって、上金属ブロック21の延びた先の締結による簡単な構造で、半導体素子23に初期応力を発生させることができる。
The semiconductor package P of the present embodiment includes an upper metal block 21 extending from the inside to the outside of the semiconductor package P. The end of the upper metal block 21 is fastened to the underside of the top plate 2. The above-described configuration provides the following effects.
Inside the semiconductor package P, a load is applied in the direction of the top plate 2 due to the fastening of the extension of the upper metal block 21 to the underside of the top plate 2. This load generates an initial stress in the semiconductor element 23. Therefore, with a simple structure in which the extension of the upper metal block 21 is fastened, it is possible to generate an initial stress in the semiconductor element 23.

本実施形態の半導体パッケージPは、半導体パッケージPの内部から外部に延びる下金属ブロック22を備える。下金属ブロック22の延びた先は、底板3の上面に締結される。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
半導体パッケージPの内部は、下金属ブロック22の延びた先と底板3の上面との締結により、底板3の向きに荷重がかかった状態となる。この荷重は、半導体素子23に初期応力を発生させる。したがって、下金属ブロック22の延びた先の締結による簡単な構造で、半導体素子23に初期応力を発生させることができる。
The semiconductor package P of the present embodiment includes a lower metal block 22 extending from the inside to the outside of the semiconductor package P. The end of the extension of the lower metal block 22 is fastened to the upper surface of the bottom plate 3. The above-described configuration provides the following effects.
Inside the semiconductor package P, a load is applied in the direction of the bottom plate 3 due to the fastening of the extension of the lower metal block 22 to the upper surface of the bottom plate 3. This load generates an initial stress in the semiconductor element 23. Therefore, with a simple structure in which the extension of the lower metal block 22 is fastened, it is possible to generate an initial stress in the semiconductor element 23.

本実施形態の複数の半導体パッケージPは、上面視でマトリックス状に配置される。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
大容量用途向けの電力変換器に適用する半導体モジュールにおいて、電流容量を得るために好適な配置とすることができる。
In this embodiment, the plurality of semiconductor packages P are arranged in a matrix when viewed from above. The above-described configuration provides the following advantages.
In a semiconductor module applied to a power converter for large-capacity applications, this arrangement is suitable for obtaining a current capacity.

本実施形態の切欠き30は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠き31と、一対の第1切欠き31と交差する第2切欠き32と、を備える。上面視で第1切欠き31の最小長さLminは、切欠き交点Cから最も近い上金属ブロック21の位置までの長さを超える。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
上面視で第1切欠き31の最小長さLminが、切欠き交点Cから最も近い上金属ブロック21の位置までの長さ以下の場合と比較して、電流のバランスをとる効果が得られやすい。したがって、電流のばらつきを抑制する上で好適である。
The notch 30 of this embodiment includes a pair of first notches 31 arranged parallel to each other in a top view, and a second notch 32 intersecting the pair of first notches 31. A minimum length Lmin of the first notches 31 in a top view exceeds the length from the notch intersection point C to the closest position of the upper metal block 21. The above configuration provides the following effects.
The effect of balancing the current is more easily obtained compared to a case where the minimum length Lmin of the first notch 31 in top view is equal to or shorter than the length from the notch intersection C to the closest position of the upper metal block 21. Therefore, this is preferable in terms of suppressing the variation in the current.

本実施形態の電力端子5は、上面視で第2切欠き32と平行に配置される。上面視で電力端子5の長さは、第2切欠き32の長さよりも短い。上面視で電力端子5の長手方向中心位置は、第2切欠き32の長手方向中心位置と同じである。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
上面視で電力端子5の長手方向中心位置が、第2切欠き32の長手方向中心位置と異なる場合と比較して、切欠き30によるインダクタンスを揃える効果を大きくすることができる。すなわち、半導体素子23から電力端子5に流れる電流のバランスをとる効果が得られやすい。したがって、電流のばらつきを抑制する上で好適である。
The power terminal 5 of this embodiment is disposed parallel to the second notch 32 in a top view. The length of the power terminal 5 in a top view is shorter than the length of the second notch 32. The longitudinal center position of the power terminal 5 in a top view is the same as the longitudinal center position of the second notch 32. The above configuration provides the following effects.
In comparison with a case where the longitudinal center position of the power terminal 5 in top view is different from the longitudinal center position of the second notch 32, the effect of aligning the inductance by the notch 30 can be increased. In other words, the effect of balancing the current flowing from the semiconductor element 23 to the power terminal 5 can be easily obtained. Therefore, it is preferable in suppressing the variation in the current.

本実施形態の半導体パッケージPは、半導体パッケージPの内部に配置される複数の半導体素子23と、半導体パッケージPの内部から外部に延びた先が天板2の下面に締結される上金属ブロック21と、半導体パッケージPの内部から外部に延びた先が底板3の上面に締結される下金属ブロック22と、を備える。半導体素子23の上面は、上金属ブロック21に接続される。半導体素子23の下面は、下金属ブロック22に接続される。以上の構成によって、以下の効果を奏する。
大容量用途向けの電力変換器に適用する半導体モジュールにおいて、電流容量を得るために好適な構成とすることができる。
The semiconductor package P of this embodiment includes a plurality of semiconductor elements 23 disposed inside the semiconductor package P, an upper metal block 21 whose end extends from the inside to the outside of the semiconductor package P and is fastened to the underside of the top plate 2, and a lower metal block 22 whose end extends from the inside to the outside of the semiconductor package P and is fastened to the upper surface of the bottom plate 3. The upper surfaces of the semiconductor elements 23 are connected to the upper metal block 21. The lower surfaces of the semiconductor elements 23 are connected to the lower metal block 22. The above configuration provides the following effects.
In a semiconductor module applied to a power converter for large-capacity applications, this can be a suitable configuration for obtaining a current capacity.

次に、実施形態の変形例について説明する。
実施形態の電力端子は、天板の一辺の中央に配置される。これに対して、電力端子は、天板の一辺の中央に配置されなくてもよい。
図11は、第1変形例の半導体モジュールの上面図である。例えば、図11に示すように、電力端子5は、天板2の一辺の一端寄りに配置されてもよい。この場合、寄せた側と反対側の第1切欠き31Bは、寄せた側の第1切欠き31Aよりも短くするとよい。これにより、図1と同様の効果を得ることができる。
図12は、第2変形例の半導体モジュールの上面図である。例えば、図12に示すように、電力端子5は、天板の一辺の他端寄り(図11とは反対寄り)に配置されてもよい。この場合、寄せた側と反対側の第1切欠き31Bは、寄せた側の第1切欠き31Aよりも短くするとよい。これにより、図1と同様の効果を得ることができる。
例えば、電力端子の配置態様は、設計仕様に応じて変更することができる。
Next, a modification of the embodiment will be described.
The power terminal in the embodiment is disposed at the center of one side of the top plate. However, the power terminal does not have to be disposed at the center of one side of the top plate.
Fig. 11 is a top view of the semiconductor module of the first modification. For example, as shown in Fig. 11, the power terminal 5 may be disposed near one end of one side of the top plate 2. In this case, the first notch 31B on the opposite side to the side where the terminal is brought closer may be shorter than the first notch 31A on the side where the terminal is brought closer. This provides the same effect as that of Fig. 1.
Fig. 12 is a top view of a semiconductor module of a second modified example. For example, as shown in Fig. 12, the power terminal 5 may be disposed near the other end of one side of the top plate (opposite side from Fig. 11). In this case, the first notch 31B on the opposite side to the side where the terminal is brought closer may be shorter than the first notch 31A on the side where the terminal is brought closer. This allows the same effect as Fig. 1 to be obtained.
For example, the layout of the power terminals can be changed according to design specifications.

実施形態の天板(第1金属部材)は、底板(第2金属部材)の上方に配置される。これに対して、天板(第1金属部材)は、底板(第2金属部材)の上方に配置されなくてもよい。例えば、第1金属部材は、第2金属部材の下方又は左右側方に配置されてもよい。例えば、各金属部材は、板状でなく、ブロック形状であってもよい。例えば、各金属部材の配置及び形状等の態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the top plate (first metal member) is disposed above the bottom plate (second metal member). In contrast, the top plate (first metal member) does not have to be disposed above the bottom plate (second metal member). For example, the first metal member may be disposed below or to the left or right of the second metal member. For example, each metal member may be block-shaped rather than plate-shaped. For example, the arrangement and shape of each metal member can be changed according to the design specifications.

実施形態の電力端子及び絶縁部は、第1金属部材に設けられる。これに対して、電力端子及び絶縁部は、第1金属部材に設けられなくてもよい。例えば、電力端子及び絶縁部は、第2金属部材に設けられてもよい。例えば、電力端子は、第1金属部材及び第2金属部材の少なくとも一方に設けられてもよい。例えば、絶縁部は、第1金属部材及び第2金属部材の少なくとも一方に設けられてもよい。例えば、電力端子及び絶縁部の設置態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 The power terminal and insulating portion in the embodiment are provided on the first metal member. In contrast, the power terminal and insulating portion do not have to be provided on the first metal member. For example, the power terminal and insulating portion may be provided on the second metal member. For example, the power terminal may be provided on at least one of the first metal member and the second metal member. For example, the insulating portion may be provided on at least one of the first metal member and the second metal member. For example, the installation mode of the power terminal and insulating portion can be changed according to the design specifications.

実施形態の第1金属部材は、上面視で矩形の板状である。これに対して、第1金属部材は、他の形状(例えば、矩形以外の多角形)であってもよい。例えば、第1金属部材は、上面視で円形であってもよい。例えば、第1金属部材の形状は、設計仕様に応じて変更することができる。 The first metal member in the embodiment has a rectangular plate shape when viewed from above. However, the first metal member may have other shapes (e.g., a polygon other than a rectangle). For example, the first metal member may have a circular shape when viewed from above. For example, the shape of the first metal member can be changed according to design specifications.

実施形態の絶縁部は、上面視で第1金属部材の4辺のうち3辺に沿う形状(コの字形状)である。これに対して、絶縁部は、他の形状(例えば、J字形状、L字形状、U字形状)であってもよい。例えば、絶縁部は、切欠き(空間)でなくてもよい。例えば、絶縁部は、切欠き内部の空間に絶縁体が設けられてもよい。例えば、絶縁部は、絶縁部材で構成されてもよい。例えば、絶縁部の態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 The insulating portion of the embodiment has a shape (U-shape) that follows three of the four sides of the first metal member when viewed from above. In contrast, the insulating portion may have other shapes (e.g., J-shape, L-shape, U-shape). For example, the insulating portion does not have to be a notch (space). For example, the insulating portion may be an insulator provided in the space inside the notch. For example, the insulating portion may be composed of an insulating material. For example, the form of the insulating portion can be changed according to the design specifications.

実施形態の絶縁締結部は、上面視で絶縁部よりも内側かつ半導体締結部よりも外側に配置される。これに対して、絶縁締結部は、上面視で絶縁部よりも内側かつ半導体締結部よりも外側に配置されなくてもよい。例えば、絶縁締結部は、上面視で絶縁部よりも外側に配置されてもよい。例えば、絶縁締結部の配置態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 The insulating fastening portion of the embodiment is disposed inside the insulating portion and outside the semiconductor fastening portion when viewed from above. In contrast, the insulating fastening portion does not have to be disposed inside the insulating portion and outside the semiconductor fastening portion when viewed from above. For example, the insulating fastening portion may be disposed outside the insulating portion when viewed from above. For example, the arrangement of the insulating fastening portion can be changed according to the design specifications.

実施形態の第1導電部材の延びた先は、第1金属部材の下面に締結される。これに対して、第1導電部材の延びた先は、第1金属部材の下面に締結されなくてもよい。例えば、第1導電部材の延びた先は、第1金属部材の下面にはんだ等で接続されていてもよい。例えば、第1導電部材の延びた先と第1金属部材の下面との接続態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the end of the first conductive member is fastened to the underside of the first metal member. In contrast, the end of the first conductive member does not have to be fastened to the underside of the first metal member. For example, the end of the first conductive member may be connected to the underside of the first metal member by solder or the like. For example, the manner in which the end of the first conductive member is connected to the underside of the first metal member can be changed according to the design specifications.

実施形態の第2導電部材の延びた先は、第2金属部材の上面に締結される。これに対して、第2導電部材の延びた先は、第2金属部材の上面に締結されなくてもよい。例えば、第2導電部材の延びた先は、第2金属部材の上面にはんだ等で接続されてもよい。例えば、第2導電部材の延びた先と第2金属部材の上面との接続態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the end of the second conductive member is fastened to the upper surface of the second metal member. In contrast, the end of the second conductive member does not have to be fastened to the upper surface of the second metal member. For example, the end of the second conductive member may be connected to the upper surface of the second metal member by solder or the like. For example, the connection mode between the end of the second conductive member and the upper surface of the second metal member can be changed according to the design specifications.

実施形態の複数の半導体パッケージは、上面視でマトリックス状に配置される。これに対して、複数の半導体パッケージは、上面視でマトリックス状に配置されなくてもよい。例えば、複数の半導体パッケージは、上面視で一列(一方向のみ)に並んで配置されてもよい。例えば、複数の半導体パッケージの配置態様は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the multiple semiconductor packages are arranged in a matrix when viewed from above. In contrast, the multiple semiconductor packages do not have to be arranged in a matrix when viewed from above. For example, the multiple semiconductor packages may be arranged in a line (in only one direction) when viewed from above. For example, the arrangement of the multiple semiconductor packages can be changed according to the design specifications.

実施形態の上面視で第1切欠きの最小長さは、切欠き交点から最も近い第1導電部材の位置までの長さを超える。これに対して、上面視で第1切欠きの最小長さは、切欠き交点から最も近い第1導電部材の位置までの長さ以下であってもよい。例えば、上面視で第1切欠きの最小長さと、切欠き交点から最も近い第1導電部材の位置までの長さとの関係は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the minimum length of the first notch in top view exceeds the length from the notch intersection to the position of the closest first conductive member. In contrast, the minimum length of the first notch in top view may be equal to or less than the length from the notch intersection to the position of the closest first conductive member. For example, the relationship between the minimum length of the first notch in top view and the length from the notch intersection to the position of the closest first conductive member can be changed according to the design specifications.

実施形態の電力端子は、上面視で第2切欠きと平行に配置される。これに対して、電力端子は、上面視で第2切欠きと平行に配置されなくてもよい。例えば、電力端子は、上面視で第2切欠きに対して斜めに配置されてもよい。例えば、電力端子と第2切欠きとの配置関係は、設計仕様に応じて変更することができる。 The power terminal in the embodiment is arranged parallel to the second notch when viewed from above. In contrast, the power terminal does not have to be arranged parallel to the second notch when viewed from above. For example, the power terminal may be arranged diagonally with respect to the second notch when viewed from above. For example, the positional relationship between the power terminal and the second notch can be changed according to the design specifications.

実施形態の上面視で電力端子の長さは、第2切欠きの長さよりも短い。これに対して、上面視で電力端子の長さは、第2切欠きの長さ以上であってもよい。例えば、上面視で電力端子の長さと、第2切欠きの長さとの関係は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the length of the power terminal in a top view is shorter than the length of the second notch. In contrast, the length of the power terminal in a top view may be longer than the length of the second notch. For example, the relationship between the length of the power terminal in a top view and the length of the second notch can be changed according to the design specifications.

実施形態の上面視で電力端子の長手方向中心位置は、第2切欠きの長手方向中心位置と同じである。これに対して、上面視で電力端子の長手方向中心位置は、第2切欠きの長手方向中心位置と異なってもよい。例えば、上面視で電力端子の長手方向中心位置は、第2切欠きの長手方向中心位置との関係は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the embodiment, the longitudinal center position of the power terminal in a top view is the same as the longitudinal center position of the second notch. In contrast, the longitudinal center position of the power terminal in a top view may be different from the longitudinal center position of the second notch. For example, the relationship between the longitudinal center position of the power terminal in a top view and the longitudinal center position of the second notch can be changed according to the design specifications.

実施形態の半導体パッケージは、半導体パッケージの内部に複数の半導体素子を備える。これに対して、半導体パッケージは、半導体パッケージの内部に複数の半導体素子を備えなくてもよい。例えば、半導体パッケージは、半導体パッケージの内部に1つの半導体素子を備えてもよい。例えば、半導体パッケージの内部に配置される半導体素子の数(半導体パッケージの構成態様)は、設計仕様に応じて変更することができる。 The semiconductor package of the embodiment includes multiple semiconductor elements inside the semiconductor package. In contrast, the semiconductor package does not have to include multiple semiconductor elements inside the semiconductor package. For example, the semiconductor package may include one semiconductor element inside the semiconductor package. For example, the number of semiconductor elements arranged inside the semiconductor package (configuration of the semiconductor package) can be changed according to the design specifications.

実施形態の半導体モジュールは、底板(第2金属部材)から天板(第1金属部材)へ通電される。これに対して、底板(第2金属部材)から天板(第1金属部材)へ通電されなくてもよい。例えば、天板(第1金属部材)から底板(第2金属部材)へ通電されてもよい。例えば、半導体モジュールにおける通電方向は、設計仕様に応じて変更することができる。 In the semiconductor module of the embodiment, electricity flows from the bottom plate (second metal member) to the top plate (first metal member). In contrast, electricity does not have to flow from the bottom plate (second metal member) to the top plate (first metal member). For example, electricity may flow from the top plate (first metal member) to the bottom plate (second metal member). For example, the direction of electricity flow in the semiconductor module can be changed according to the design specifications.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、絶縁部は、第1金属部材及び第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に複数の半導体パッケージのうち電力端子の近辺の半導体パッケージの電流経路を迂回させる。これにより、電流のばらつきを抑制できる半導体モジュールを提供することができる。 According to at least one of the embodiments described above, the insulating portion diverts the current path of the semiconductor package in the vicinity of the power terminal among the multiple semiconductor packages when current is passed from one of the first metal member and the second metal member to the other. This makes it possible to provide a semiconductor module that can suppress current variation.

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同様に、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ものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

(付記1)
互いに対向して配置される第1金属部材及び第2金属部材と、
前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に配置される複数の半導体パッケージと、を備え、
前記第1金属部材及び前記第2金属部材の少なくとも一方は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に前記複数の半導体パッケージのうち電力端子の近辺の半導体パッケージの電流経路を迂回させる絶縁部を備える、
半導体モジュール。
(Appendix 1)
A first metal member and a second metal member arranged opposite to each other;
a plurality of semiconductor packages disposed between the first metal member and the second metal member;
At least one of the first metal member and the second metal member includes an insulating portion that diverts a current path of a semiconductor package in the vicinity of a power terminal among the plurality of semiconductor packages when current is passed from one of the first metal member and the second metal member to the other.
Semiconductor module.

(付記2)
前記第1金属部材は、前記第2金属部材の上方に配置され、
前記第1金属部材と前記第2金属部材とを接続する絶縁ケースを更に備え、
前記絶縁ケースの上部は、前記第1金属部材と締結され、
前記複数の半導体パッケージは、前記第1金属部材と締結され、
前記電力端子及び前記絶縁部は、前記第1金属部材に設けられる、
付記1に記載の半導体モジュール。
(Appendix 2)
the first metal member is disposed above the second metal member,
an insulating case connecting the first metal member and the second metal member;
an upper portion of the insulating case is fastened to the first metal member;
the plurality of semiconductor packages are fastened to the first metal member;
The power terminal and the insulating portion are provided on the first metal member.
2. The semiconductor module of claim 1.

(付記3)
前記第1金属部材は、上面視で4辺を含む外形の板状であり、
前記絶縁部は、上面視で前記第1金属部材の4辺のうち3辺に沿う形状である、
付記2に記載の半導体モジュール。
(Appendix 3)
The first metal member has a plate shape having an outer shape including four sides when viewed from above,
The insulating portion has a shape that follows three of four sides of the first metal member when viewed from above.
3. The semiconductor module of claim 2.

(付記4)
前記絶縁ケースの上部と前記第1金属部材とが締結される部分を絶縁締結部とし、
前記複数の半導体パッケージと前記第1金属部材とが締結される部分を半導体締結部とし、
前記絶縁締結部は、上面視で前記絶縁部よりも内側かつ前記半導体締結部よりも外側に配置される、
付記2又は3に記載の半導体モジュール。
(Appendix 4)
a portion where an upper portion of the insulating case and the first metal member are fastened to each other is an insulating fastening portion,
a semiconductor fastening portion where the plurality of semiconductor packages and the first metal member are fastened to each other;
The insulating fastening portion is disposed on the inner side of the insulating portion and on the outer side of the semiconductor fastening portion in a top view.
4. The semiconductor module according to claim 2 or 3.

(付記5)
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第1導電部材を備え、
前記第1導電部材の延びた先は、前記第1金属部材の下面に締結される、
付記2から4の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 5)
the semiconductor package includes a first conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
An extension of the first conductive member is fastened to a lower surface of the first metal member.
5. The semiconductor module according to claim 2 .

(付記6)
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第2導電部材を備え、
前記第2導電部材の延びた先は、前記第2金属部材の上面に締結される、
付記2から5の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 6)
the semiconductor package includes a second conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
The end of the second conductive member is fastened to the upper surface of the second metal member.
6. The semiconductor module according to claim 2 .

(付記7)
前記複数の半導体パッケージは、上面視でマトリックス状に配置される、
付記2から6の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 7)
The plurality of semiconductor packages are arranged in a matrix form when viewed from above.
7. The semiconductor module of claim 2 .

(付記8)
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第1導電部材を備え、
前記絶縁部は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠きと、前記一対の第1切欠きと交差する第2切欠きと、を備え、
上面視で前記第1切欠きの最小長さは、前記第1切欠きと前記第2切欠きとが交差する位置から最も近い前記第1導電部材の位置までの長さを超える、
付記2から7の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 8)
the semiconductor package includes a first conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
the insulating portion includes a pair of first notches arranged parallel to each other in a top view, and a second notch intersecting the pair of first notches,
a minimum length of the first notch in a top view exceeds a length from a position where the first notch and the second notch intersect to a position of the first conductive member that is closest to the first notch;
8. The semiconductor module of claim 2 .

(付記9)
前記絶縁部は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠きと、前記一対の第1切欠きと交差する第2切欠きと、を備え、
前記電力端子は、上面視で前記第2切欠きと平行に配置され、
上面視で前記電力端子の長さは、前記第2切欠きの長さよりも短く、
上面視で前記電力端子の長手方向中心位置は、前記第2切欠きの長手方向中心位置と同じである、
付記2から8の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 9)
the insulating portion includes a pair of first notches arranged parallel to each other in a top view, and a second notch intersecting the pair of first notches,
the power terminal is disposed parallel to the second notch in a top view,
A length of the power terminal is shorter than a length of the second notch in a top view,
A longitudinal center position of the power terminal is the same as a longitudinal center position of the second notch when viewed from above.
9. The semiconductor module of claim 2 .

(付記10)
前記半導体パッケージは、
前記半導体パッケージの内部に配置される複数の半導体素子と、
前記半導体パッケージの内部から外部に延びた先が前記第1金属部材の下面に締結される第1導電部材と、
前記半導体パッケージの内部から外部に延びた先が前記第2金属部材の上面に締結される第2導電部材と、を備え、
前記半導体素子の上面は、前記第1導電部材に接続され、
前記半導体素子の下面は、前記第2導電部材に接続される、
付記2から9の何れか一つに記載の半導体モジュール。
(Appendix 10)
The semiconductor package includes:
A plurality of semiconductor elements disposed within the semiconductor package;
a first conductive member having an end extending from the inside to the outside of the semiconductor package and fastened to a lower surface of the first metal member;
a second conductive member having an end extending from the inside to the outside of the semiconductor package and fastened to an upper surface of the second metal member;
a top surface of the semiconductor element is connected to the first conductive member;
The bottom surface of the semiconductor element is connected to the second conductive member.
10. The semiconductor module of claim 2.

1…半導体モジュール、2…天板(第1金属部材)、3…底板(第2金属部材)、4…絶縁ケース、5…電力端子、11…絶縁天板締結ねじ(絶縁締結部)、12…半導体天板締結ねじ(半導体締結部)、21…上金属ブロック(第1導電部材)、22…下金属ブロック(第2導電部材)、23…半導体素子、30…切欠き(絶縁部)、31…第1切欠き、32…第2切欠き、C…切欠き交点(第1切欠きと第2切欠きとが交差する位置)、P…半導体パッケージ、Lmin…第1切欠きの最小長さ 1...semiconductor module, 2...top plate (first metal member), 3...bottom plate (second metal member), 4...insulating case, 5...power terminal, 11...insulating top plate fastening screw (insulating fastening part), 12...semiconductor top plate fastening screw (semiconductor fastening part), 21...upper metal block (first conductive member), 22...lower metal block (second conductive member), 23...semiconductor element, 30...notch (insulating part), 31...first notch, 32...second notch, C...notch intersection (position where the first notch and the second notch intersect), P...semiconductor package, Lmin...minimum length of the first notch

Claims (10)

互いに対向して配置される第1金属部材及び第2金属部材と、
前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に配置される複数の半導体パッケージと、を備え、
前記第1金属部材及び前記第2金属部材の少なくとも一方は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に前記複数の半導体パッケージのうち電力端子の近辺の半導体パッケージの電流経路を迂回させる絶縁部を備える、
半導体モジュール。
A first metal member and a second metal member arranged opposite to each other;
a plurality of semiconductor packages disposed between the first metal member and the second metal member;
At least one of the first metal member and the second metal member includes an insulating portion that diverts a current path of a semiconductor package in the vicinity of a power terminal among the plurality of semiconductor packages when current is passed from one of the first metal member and the second metal member to the other.
Semiconductor module.
前記第1金属部材は、前記第2金属部材の上方に配置され、
前記第1金属部材と前記第2金属部材とを接続する絶縁ケースを更に備え、
前記絶縁ケースの上部は、前記第1金属部材と締結され、
前記複数の半導体パッケージは、前記第1金属部材と締結され、
前記電力端子及び前記絶縁部は、前記第1金属部材に設けられる、
請求項1に記載の半導体モジュール。
the first metal member is disposed above the second metal member,
an insulating case connecting the first metal member and the second metal member;
an upper portion of the insulating case is fastened to the first metal member;
the plurality of semiconductor packages are fastened to the first metal member;
The power terminal and the insulating portion are provided on the first metal member.
The semiconductor module according to claim 1 .
前記第1金属部材は、上面視で4辺を含む外形の板状であり、
前記絶縁部は、上面視で前記第1金属部材の4辺のうち3辺に沿う形状である、
請求項2に記載の半導体モジュール。
The first metal member has a plate shape having an outer shape including four sides when viewed from above,
The insulating portion has a shape that follows three of four sides of the first metal member when viewed from above.
The semiconductor module according to claim 2 .
前記絶縁ケースの上部と前記第1金属部材とが締結される部分を絶縁締結部とし、
前記複数の半導体パッケージと前記第1金属部材とが締結される部分を半導体締結部とし、
前記絶縁締結部は、上面視で前記絶縁部よりも内側かつ前記半導体締結部よりも外側に配置される、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
a portion where an upper portion of the insulating case and the first metal member are fastened to each other is an insulating fastening portion,
a semiconductor fastening portion where the plurality of semiconductor packages and the first metal member are fastened to each other;
The insulating fastening portion is disposed on the inner side of the insulating portion and on the outer side of the semiconductor fastening portion in a top view.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第1導電部材を備え、
前記第1導電部材の延びた先は、前記第1金属部材の下面に締結される、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
the semiconductor package includes a first conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
An extension of the first conductive member is fastened to a lower surface of the first metal member.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第2導電部材を備え、
前記第2導電部材の延びた先は、前記第2金属部材の上面に締結される、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
the semiconductor package includes a second conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
The end of the second conductive member is fastened to the upper surface of the second metal member.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記複数の半導体パッケージは、上面視でマトリックス状に配置される、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
The plurality of semiconductor packages are arranged in a matrix form when viewed from above.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの内部から外部に延びる第1導電部材を備え、
前記絶縁部は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠きと、前記一対の第1切欠きと交差する第2切欠きと、を備え、
上面視で前記第1切欠きの最小長さは、前記第1切欠きと前記第2切欠きとが交差する位置から最も近い前記第1導電部材の位置までの長さを超える、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
the semiconductor package includes a first conductive member extending from an interior to an exterior of the semiconductor package;
the insulating portion includes a pair of first notches arranged parallel to each other in a top view, and a second notch intersecting the pair of first notches,
a minimum length of the first notch in a top view exceeds a length from a position where the first notch and the second notch intersect to a position of the first conductive member that is closest to the first notch;
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記絶縁部は、上面視で互いに平行に配置される一対の第1切欠きと、前記一対の第1切欠きと交差する第2切欠きと、を備え、
前記電力端子は、上面視で前記第2切欠きと平行に配置され、
上面視で前記電力端子の長さは、前記第2切欠きの長さよりも短く、
上面視で前記電力端子の長手方向中心位置は、前記第2切欠きの長手方向中心位置と同じである、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
the insulating portion includes a pair of first notches arranged parallel to each other in a top view, and a second notch intersecting the pair of first notches,
the power terminal is disposed parallel to the second notch in a top view,
A length of the power terminal is shorter than a length of the second notch in a top view,
A longitudinal center position of the power terminal is the same as a longitudinal center position of the second notch when viewed from above.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
前記半導体パッケージは、
前記半導体パッケージの内部に配置される複数の半導体素子と、
前記半導体パッケージの内部から外部に延びた先が前記第1金属部材の下面に締結される第1導電部材と、
前記半導体パッケージの内部から外部に延びた先が前記第2金属部材の上面に締結される第2導電部材と、を備え、
前記半導体素子の上面は、前記第1導電部材に接続され、
前記半導体素子の下面は、前記第2導電部材に接続される、
請求項2又は3に記載の半導体モジュール。
The semiconductor package includes:
A plurality of semiconductor elements disposed within the semiconductor package;
a first conductive member having an end extending from the inside to the outside of the semiconductor package and fastened to a lower surface of the first metal member;
a second conductive member having an end extending from the inside to the outside of the semiconductor package and fastened to an upper surface of the second metal member;
a top surface of the semiconductor element is connected to the first conductive member;
The bottom surface of the semiconductor element is connected to the second conductive member.
The semiconductor module according to claim 2 or 3.
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