JP3206717B2 - 電力用半導体モジュール - Google Patents

電力用半導体モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力用インバータ装
置等に用いられるブリッジ回路を構成する複数の絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ（以下IGBTという）等の電
力用半導体素子を関連する制御回路とともに共通のケー
スに組み込んで一体化された単一構造体にまとめてなる
電力用半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】上述のようなモジュールでは、従来から
小形化とコスト低減のためにブリッジ回路の各半導体素
子を個別にパッケージに収納することなくチップ状態の
ままで組み込むとともに、使い勝手が良好ないわゆるイ
ンテリジェント化モジュールに纏めるために各半導体素
子用の駆動回路を含む制御回路とともに共通のケースに
組み込み、かつケースに樹脂注形を施すことにより一体
化された頑丈な構造体とするのが通例になっている。図
７および図８はこのような従来技術による半導体モジュ
ールの構造例を断面図で示すものである。
【０００３】図７はこのモジュール構造を三相ブリッジ
回路内の１相分のアームに対応する２個の半導体素子１
と２個の素子制御回路２を含む部分により示すもので、
図の左半分がブリッジ回路の正側の入力端子Ｐを備える
上アーム側であり，右半分が負側の入力端子Ｎを備える
下アーム側であって、図の中央部からはＵ相用の出力端
子Ｕが導出されている。モジュールの底部には図示しな
いヒートシンクが取り付けられる銅の金属基板４が用い
られ、その上面にセラミック板５が例えばその下面のメ
タライズ層5aを介してはんだ付けされる。
【０００４】このセラミック板５の上面には所定のパタ
ーンに形成された銅の接続導体６が複数個担持されてお
り、半導体素子１はこの接続導体６にチップのままの状
態ではんだ付けにより実装される。半導体素子１のチッ
プと隣の接続導体６の間には図示のようにボンディング
線９による適宜な接続が施され、接続導体６の上面に例
えばはんだ付けによって銅の端子板6aが前述の入力端子
Ｐ，Ｎや出力端子Ｕを導出するために立設される。
【０００５】素子制御回路２は対応する半導体素子１用
の駆動回路や保護回路を組み込んだ集積回路装置であっ
て、いわゆるプリント板である配線基板７上にそのリー
ドを銅の配線導体7aにはんだ付けすることにより実装さ
れる。各半導体素子１ごとに複数個の棒状の銅の接続支
持体6bが素子１とボンディング接続された図の後方の接
続導体６に立設されており、それらの上部を配線基板７
の配線導体7aとはんだ付けすることにより素子制御回路
２を半導体素子１と接続し，かつモジュールの底部に配
線基板７を支持させる。プラスチックのケース８は方形
の筒状であり、その下縁を金属基板４の周縁に嵌め合わ
せ、かつその上縁部に立設された複数の端子棒8bの下端
部を配線基板７の配線導体7aと適宜に接続して制御信号
用の外部接続端子とする。ケース８の内側にエポキシ系
の樹脂8cを注形しかつ固化させることにより一体化され
た頑丈な構造のモジュールとする。
【０００６】図８に上述の従来例より小電力用に適する
モジュールの構造例を図７と同様な要領で示す。図８の
図７に対応する部分には同じ符号が付けられている。２
個の半導体素子１は金属基板４の上面に接着等の手段で
担持された配線基板７の配線導体7aにはんだ付けするこ
とによりチップ実装され、２個の素子制御回路２用の集
積回路装置も同じ配線基板７上に左右に振り分けて実装
される。
【０００７】半導体素子１のチップと配線導体7aの間に
ボンディング線９により図のように適宜な接続を施し、
半導体素子１を実装した中央部から正負の入力端子Ｐ，
Ｎや出力端子Ｕ等を, 素子制御回路２を実装した左右部
分から制御端子Tcをそれぞれ導出する。図７の構造と同
様にケース８を金属基板４に嵌め合わせてその内側に樹
脂8cを注形かつ固化させて一体化構造のモジュールとす
るが、図７の場合より高さが低いやや偏平な方形形状に
なる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述の図７の従来例で
は、半導体素子１と素子制御回路２をそれぞれ担持する
セラミック板５と配線基板７をいわば二階建構造とする
ことにより、専有面積が比較的小さなモジュールが得ら
れるが、組み立てに手間が掛かって製造コストが高くつ
く問題がある。手間が掛かる原因は二階建構造の上下間
を接続支持体6bを介して連絡する点にある。接続支持体
6bは半導体素子１ごとに３〜５本必要で,組み立てに際
してそれらの先端を配線基板７のスルーホールに正確に
位置合わせして嵌め込む必要があるからである。さら
に、セラミック板５には多数本の接続支持体6bを立設す
るために余分な面積が必要になるので、二階建構造を採
用した割りにはモジュールの面積を充分に縮小できない
うらみがある。図８の構造にはかかる問題はないが、配
線基板７の熱抵抗がかなり高くて半導体素子１の放熱に
不利なので大電力用に向かない問題がある。また、配線
基板７にスルーホールがないので素子制御回路２用の集
積回路装置の実装に不便である。
【０００９】本発明の課題は従来技術がもつこのような
問題を解決して、大電力用に適し,組み立てに手間を掛
けずに製造コストを低減できる半導体モジュールを提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、金属ベース
と, それと熱的に密に結合されたセラミック絶縁板に担
持された接続導体上に電力用半導体素子をチップ状態で
実装した主回路部と,配線基板の絶縁板に担持された配
線導体上に半導体素子用の制御回路を実装した制御回路
部とをケースに収納し、主回路部と制御回路部とをボン
ディング手段により接続し、主回路部の接続導体から入
出力端子を，制御回路部の配線導体から外部接続端子を
それぞれ導出してなるモジュールにより課題を解決す
る。
【００１１】すなわち本発明は上記の構成にいうよう
に、(a) 金属ベースに対し熱的に密に結合した熱伝導が
良好なセラミック絶縁板に接続導体を担持させてそれに
半導体素子をチップ状態のまま実装することによりその
発熱の金属ベース側への放熱を容易にして大電力用に適
するようにし、同時に(b) 主回路部の接続導体からその
大電流用の入出力端子をごく簡単に導出できるようにし
てモジュールの組み立て作業を容易にし、(c) 小電力の
制御回路用の集積回路装置は、金属ベースあるいはケー
スに接着により固定される多層配線基板に実装して配線
導体のパターンの微細化により制御回路部を小面積のも
ので済ませ、さらに(d) 制御回路部と主回路部をボンデ
ィング手段を介して接続して内部配線作業の簡単化ない
しは自動化により組み立てコストを低減するものであ
る。
【００１２】なお、前述の構成にいう半導体素子として
はブリッジ回路の各アームの電流を断続するスイッチン
グ素子と，それに逆並列接続されたフリーホイーリング
用のダイオードとからなる複合素子とするのが通例であ
り、そのスイッチング素子とダイオードを１チップとす
るのが望ましいが、別チップとする場合でもそれらを互
いに近接した位置にチップ実装するのがよい。
【００１３】本発明の実施に際しては、主回路部用のセ
ラミック絶縁板の両面に銅等の薄い金属板を接合して、
一面側の金属板を金属ベースとはんだ付け等により接合
し，他面側の金属板をパターンニングして接続導体とす
るのが製造面で有利である。また、主回路部ないしモジ
ュールの入出力端子用に銅等の細長い金属板を用い、そ
の一方の端部を主回路部の接続導体にはんだ付け等によ
り接続し，その他方の端部を端子として用いるのが便利
である。
【００１４】制御回路部には各半導体素子に対応する素
子制御回路のほかにブリッジ回路の全体制御用のマイク
ロプロセッサをブリッジ制御回路として含めてモジュー
ルに組み込むのが有利であり、この内の素子制御回路の
方は主回路部の両側の側方に振り分けて配置するのが合
理的である。また、この素子制御回路は半導体素子と同
様に集積回路チップの状態のままで配線基板に実装する
のが望ましく、さらにこれをブリッジ制御回路と接続す
るために配線基板に多層配線基板を用いてその埋め込み
配線導体を介してブリッジ制御回路と素子制御回路の間
でスイッチング指令や過電流信号等の異常信号を交換で
きるようにするのが制御回路部の面積を縮小し，信号類
の相互干渉を減少させる上で有利である。
【００１５】素子制御回路は対応する半導体素子と同じ
基準電位上で動作させるとともに、複数の素子制御回路
間の動作上の相互干渉を極力避ける必要がある。このた
めに制御回路部の配線基板に多層配線基板を用いてその
最下層導体を素子制御回路のシールド導体層として形成
し、これと接続された表面の配線導体をボンディング手
段により半導体素子と接続してその動作上の基準電位を
与えて素子制御回路の誤動作を防止するのが望ましい。
なお、この素子制御回路を前述のようにチップ実装した
場合、半導体素子チップとの信号伝達のため両チップ間
をボンディング手段を介して直接に接続するのが有利で
ある。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の望
ましい実施形態を説明する。図１は本発明による電力用
半導体モジュールの一実施形態を示す断面図、図２はそ
の異なる実施形態を示す断面図、図３はブリッジ回路の
一形態を示す回路図、図４はブリッジ回路の異なる形態
を示す回路図、図５は図４の回路に対応するモジュール
構造を示すその一部の断面図、図６はブリッジ回路のさ
らに異なる形態を示す回路図、であって図１と図２のモ
ジュール構造は図３の回路図に対応する。理解を容易に
するため図１の説明に入る前に図３のブリッジ回路をま
ず説明する。
【００１７】図３の三相ブリッジ回路は正負１対の入力
端子Ｐ, Ｎに直流電源電圧を受けて３個の出力端子Ｕ,
Ｖ, Ｗに接続される電動機等の三相の負荷を駆動する例
えば電力用インバータ装置であって、６個の電力用半導
体素子１とそれらに対応する６個の素子制御回路２と１
個のブリッジ制御回路３とを含む。各半導体素子１は図
示の例ではIGBTであるスイッチング素子1aと, それに逆
並列接続されたフリーホイーリングダイオード1bとから
なる複合素子である。また、素子制御回路２は半導体素
子１に対する駆動回路や保護回路を含む集積回路装置
で、ブリッジ制御回路３はブリッジ回路全体を統括制御
するマイクロプロセッサを組み込んだ集積回路装置であ
って、両者は半導体素子１のオンオフ状態を指定するス
イッチング指令やその過電流状態等を示す異常信号を交
換する。素子制御回路２は対応する半導体素子１と同電
位上で動作させるためにスイッチング素子1aのエミッタ
側と接続され、かつ上アーム側では個別の制御電源電圧
Eiを, 下アーム側では共通の制御電源電圧Ecをそれぞれ
受けている。
【００１８】図１は半導体モジュール70の構造を図３の
ブリッジ回路のＵ相の上下アームについて示し、左半分
が上アーム側, 右半分が下アーム側である。銅の平板で
ある金属ベース10は半導体モジュール70の底部を形成
し、図示しない放熱用のヒートシンクと結合される。図
の中央部が主回路部20であって、金属ベース10に熱的に
密に結合したアルミナ等のセラミック絶縁板21に担持さ
せた接続導体22に半導体素子１をチップの状態のままで
ふつうははんだ付けにより実装してなる。半導体素子１
として図３のスイッチング素子1aとダイオード2aとを１
チップに作り込むこともできるが、ふつうは別チップに
して同じ接続導体22上に近接配置した上でボンディング
により相互に接続する。なお、スイッチング素子1aのチ
ップの接続導体22に対するはんだ付け面がコレクタ側で
ある。
【００１９】主回路部20をこのように構成するには、セ
ラミック絶縁板21としてその両面に銅板を接合したいわ
ゆる Direct Bonded Copper 構造のものを用い、その上
面側の銅をフォトエッチングにより複数個の接続導体22
にパターンニングしてそれに半導体素子１をチップ実装
した後、下面側の銅板23を金属ベース10に対しはんだ付
けするのが組み立てを容易にする上で有利である。
【００２０】図の左側の接続導体22は上アーム側の３個
の半導体素子１に対し共通に設けてそれから正側の入力
端子Ｐを導出する。右側の接続導体22は下アーム側の半
導体素子１ごとに分離したパターンに形成し, それぞれ
に素子１を実装した上でそのエミッタをボンディング線
51を介し左隣の接続導体22と接続してそれから負側の入
力端子Ｎを導出する。上アームの半導体素子１をエミッ
タボンディング線51を介し右隣の接続導体22と接続して
出力端子Ｕを導出し、かつボンディング線53を介して下
アームの半導体素子１を実装した接続導体22とも接続す
る。なお、入力端子Ｐ, Ｎや出力端子Ｕを導出するには
縦長の銅板の下端を接続導体22にはんだ付けしてその上
端部を端子に形成するのがよい。
【００２１】制御回路部40は図３の素子制御回路２と,
必要に応じてブリッジ制御回路３を配線基板30に実装し
てなる。上下アームの半導体素子１に対応する図では２
個の素子制御回路２は図のように主回路部20の両側の側
方に振り分けて実装するのがよく、ブリッジ制御回路３
の実装部や制御回路部40の外部との接続端子部は図の前
後方向の一方側に纏めて配置するのが合理的である。
【００２２】配線基板30は絶縁板31に配線導体32を担持
したいわゆるプリント配線板とすることでよいが、本発
明ではこれに図のような多層配線板を用いるのが望まし
い。図示の実施形態ではこの多層構造の配線基板30の最
下層導体を素子制御回路２に対するシールド導体33とし
て用いる。図３にはこのシールド導体33を配設すべき範
囲が細線の枠で示されており、これからわかるように図
１の左側の上アームの各素子制御回路２用には個別のパ
ターンを, 右側の下アーム側の３個の素子制御回路２用
には共通のパターンをそれぞれ付与することでよい。図
の実施形態ではこの配線基板30は金属ベース10にその上
面への接着により固定される。
【００２３】図示の実施形態では素子制御回路２はチッ
プ状態のままで配線基板30の表面の配線導体32にはんだ
付けで実装され、ボンディング手段50によりその周囲の
配線導体32と接続される。素子制御回路２用の基準電位
端子Trと電源端子Teはこれら配線導体32から導出され、
基準電位端子Trに対応する配線導体32は配線基板30の内
部で前述のシールド導体33と接続されている。また、半
導体素子１のチップとゲート用のボンディング線52によ
り接続される。さらに、多層の配線基板30には素子制御
回路２を図示しない前述のブリッジ制御回路３と接続す
るため埋込配線導体34がその表面と最下層の中間に設け
られている。
【００２４】以上のように半導体素子１をセラミック絶
縁板21上に, 素子制御回路２を配線基板30上にそれぞれ
実装しかつ必要な接続を完了させた後に、枠状のケース
60を金属ベース10に嵌め合わせかつその内側にエポキシ
等の樹脂を注形し固化させて一体化された頑丈な構造の
半導体モジュール70とする。使用時には図示のように主
回路部20の正負の入力端子Ｐ, Ｎの間にブリッジ回路用
の入力電圧Viを与え、各制御回路部40の両端子TeとTrの
間に上アーム側では個別の制御電源電圧Eiを,下アーム
側では共通の制御電源電圧Ecをそれぞれ与える。
【００２５】さらに、制御回路部40の基準電位端子Trに
対して上アーム側では出力端子Ｕの電位を, 下アーム側
では負側の入力端子Ｎの電位をそれぞれ付与して各素子
制御回路２を対応する半導体素子１と同じ電位で動作さ
せる。シールド導体33はこの電位を受けて素子制御回路
２を半導体素子１のスイッチング動作等に影響されて誤
動作を起こさないよう遮蔽する。素子制御回路２はブリ
ッジ制御回路３と図の例では埋込配線導体34を介して指
令や信号を交換しながら動作する。
【００２６】図２に示す半導体モジュール70も図３の回
路図に対応するが、主回路部20内の半導体素子１の実装
形態が図１とやや異なる。上下アームの半導体素子１を
同じ姿勢ではんだ付けした接続導体22から正側の入力端
子Ｐと出力端子Ｕをそれぞれ導出し、下アーム側の半導
体素子１のエミッタをボンディング線51により右隣の接
続導体22と接続した上で正側の入力端子Ｎを導出する。
制御回路部40は細部を除いて図１の形態と同じである
が、配線基板30のシールド導体33と同電位の配線導体32
を対応する半導体素子１のエミッタとボンディング線51
により接続するとともに、素子制御回路２を対応する半
導体素子１のゲートとボンディング線52によりチップ間
で直接に接続する。各制御回路部40から電源端子Teのみ
を導出し、上アーム側電源端子Teと出力端子Ｕの間に個
別の制御電源電圧Eiを, 下アーム側電源端子Teと負側の
入力端子Ｎの間に共通の制御電源電圧Ecをそれぞれ与え
る。図の他の部分については図１と同じ符号が付けられ
ているので説明を省略する。この図２の実施形態では、
ボンディング線数が若干増えるが図１の実施形態より半
導体モジュール70の構造を簡単化しかつ外形寸法を縮小
できる。
【００２７】図４のブリッジ回路の下アーム側は図３と
同じであるが、上アーム側の半導体素子１のスイッチン
グ素子1aとしてのIGBTのバイポーラトランジスタ部が図
３のnpn形のかわりに pnp形である点が異なる。従っ
て、上アームの３個のスイッチング素子1aのエミッタが
正側の入力端子Ｐと接続され、３個の素子制御回路２は
いずれもこのエミッタ電位上で動作させることでよい。
これら素子制御回路２は共通の制御電源電圧Vcにより動
作させ、それら用のシールド導体33も下アームと同じパ
ターンに形成することでよい。
【００２８】図５に図４の回路図に対応する半導体モジ
ュール70の構造例を制御回路部40の下アーム側を省いた
形で示す。上下アーム側の対応する半導体素子１は図４
からわかるようにコレクタ側を相互に接続すればよいの
で、主回路部20では同じ接続導体22上に２個の半導体素
子１のチップをはんだ付けにより実装し、それぞれのエ
ミッタを両隣の接続導体22とボンディング線51により接
続してそれぞれ正負の入力端子ＰとＮを導出し、さらに
両半導体素子１を実装した接続導体22から出力端子Ｕを
導出する。図５のかかる構造では主回路部40のサイズを
図２の構造より若干小さくすることができる。
【００２９】制御回路部40の構造は図２とほぼ同じであ
り、素子制御回路２の電源端子Teが導出される。配線基
板30のシールド導体33と同電位の配線導体32はボンディ
ング線51により対応する半導体素子１のエミッタと接続
され、素子制御回路２はボンディング線52により半導体
素子のゲートとチップ間接続される。しかし、図２と異
なりシールド導体33を上アーム側の３個の素子制御回路
２に共通なパターンに形成し、かつ電源端子Teをこれら
の素子制御回路２から１個だけ導出して共通の制御電源
電圧Ecを正側の入力端子Ｐに対し負方向に付与する。
【００３０】さらに、この図５のモジュール構造ではケ
ース60を方形の皿状に形成して底の開口部に金属ベース
10を嵌め合わせ、かつその側方の底の上面に制御回路部
40の配線基板30を接着等の手段で固定するようになって
いる。この構造では放熱用の金属ベースの熱伝導の実効
面積が若干狭くなるが、半導体モジュール70の重量をか
なり減少させることができる。
【００３１】図６にブリッジ回路のさらに異なる形態を
二相ブリッジの場合について示す。この回路では半導体
素子１のスイッチング素子1aのバイポーラトランジスタ
部に上アーム側では npn形を, 下アーム側では pnp形を
それぞれ用い、これらトランジスタのエミッタの相互接
続点から出力端子ＵやＶを導出する。これにより素子制
御回路２は上下アームのいずれについても出力端子Ｕま
たはＶの電位を基準に動作させればよくなり、図のよう
に上下アーム用の素子制御回路２を各相ごとに１チップ
に纏めて共通の制御電源電圧Ecの給電下で動作させれば
よい。従って、図６のブリッジ回路による半導体モジュ
ールは図は割愛するがその制御回路部の構造を簡単化し
て全体のサイズを小形化できる。
【００３２】
【発明の効果】本発明の半導体モジュールでは、金属ベ
ースと, それに熱的に密に結合されたセラミック絶縁板
上に複数の半導体素子がチップの状態で実装されかつそ
れらと接続される接続導体が担持された主回路部と, 絶
縁板に配線導体を担持した多層配線基板に半導体素子用
の制御回路を実装した制御回路部を共通のケースに収納
し、主回路部と制御回路部の間をボンディング手段によ
り接続し、ブリッジの入出力端子を主回路部の接続導体
から，制御回路部の外部接続端子をその配線導体からそ
れぞれ導出することによって、次の効果を挙げることが
できる。
【００３３】(a) 金属ベースに熱的に密に結合した熱伝
導が良好なセラミック絶縁板に接続導体を担持させ, そ
れに半導体素子をチップ状態のままで実装するので、半
導体素子の発熱をいずれも熱抵抗がごく低いセラミック
絶縁板と金属ベースを介して効率的に放熱できる大電力
に適するモジュールを容易に構成できる。 (b) 主回路部の大電流の入力端子や出力端子をセラミッ
ク絶縁板に担持された接続導体から銅板等の手段でごく
簡単に導出できるので、モジュールの組み立て作業が簡
単になってその製造コストを低減できる。
【００３４】(c) 制御回路部の小電力の素子制御回路や
ブリッジ制御回路に用いる集積回路装置の方は多層配線
基板に実装するので、集積回路の高集積化や多層配線基
板の配線導体パターンの微細化により制御回路部用の多
層配線基板を小面積にして、モジュールのサイズを縮小
し, かつそのコストを低減できる。 (d) 主回路部と制御回路部の相互間をすべてボンディン
グ手段により接続するのでモジュールの内部配線作業が
従来よりずっと簡単になり, さらには自動化が可能にな
って、モジュールの組み立てコストを大幅に低減でき
る。
【００３５】なお、主回路部のセラミック絶縁板として
その両面に金属板を接合したものを用い、その一面側の
金属板を金属ベースとはんだ付け接合し, 他面側の金属
板を接続導体にパターンニングする実施形態は、接続導
体をフォトエッチングにより所望のパターンに自由かつ
簡単に形成でき, セラミック絶縁板の金属ベースへの接
合を確実かつ容易にする効果がある。また主回路部の入
出力端子を接続導体に一端部を接続した金属板の他端部
として形成する実施形態は、大電流用の端子の導出を容
易にしてモジュールの製造コストを低減できる利点があ
る。
【００３６】制御回路部の素子制御回路を主回路部の両
側の側方に振り分けて配置する実施形態は、両回路部の
配置を最適化してモジュールの外形寸法を縮小し, 内部
配線作業を容易にして製造費を低減できる効果を有す
る。素子制御回路を配線基板にチップの状態で実装する
実施形態は、実装面積を縮小して制御回路部のサイズを
縮小しかつ実装作業を簡単化できる効果がある。さら
に、制御回路部に素子制御回路だけでなくブリッジ制御
回路のマイクロプロセッサも組み込む実施形態は、ブリ
ッジ回路装置の全体制御の機能をもモジュールに組み入
れることによりその使い勝手を向上して用途を拡大でき
る効果を有する。
【００３７】制御回路部の配線基板に多層配線基板を用
いてその最下層に素子制御回路用のシールド導体層を組
み込み、多層配線基板を金属ベースあるいはケースに接
着により固定する実施形態、およびこのシールド導体層
と同電位にある表面の配線導体をボンディング手段によ
り半導体素子と接続してその動作電位を与える実施形態
は、素子制御回路が半導体素子のスイッチング動作等の
悪影響で誤動作するトラブルの発生を有効に防止できる
効果がある。多層配線基板の埋め込み配線導体を介して
素子制御回路をブリッジ制御回路と接続する実施形態
は、信号の相互干渉による誤動作を防止し配線基板の面
積を縮小できる利点があり、素子制御回路と半導体素子
を信号伝達のためボンディング手段によりチップ間で接
続する実施形態は、モジュールの内部配線を簡単化でき
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力用半導体モジュールの一実施
形態を示す断面図である。
【図２】本発明の電力用半導体モジュールの異なる実施
形態を示す断面図である。
【図３】図１と図２のモジュール構造に対応するブリッ
ジ回路の回路図である。
【図４】ブリッジ回路の異なる形態を示す回路図であ
る。
【図５】図４の回路に対応するモジュールの構造を示す
一部の断面図である。
【図６】図６はブリッジ回路のさらに異なる形態を示す
回路図である。
【図７】電力用半導体モジュールの従来例を示す断面図
である。
【図８】電力用半導体モジュールの異なる従来例を示す
断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子 1a 半導体素子を構成するスイッチング素子 1b 半導体素子を構成するフリーホイーリングダイ
オード ２ 制御回路部の素子制御回路 ３ 制御回路部のブリッジ制御回路 10 金属ベース 20 半導体モジュールの主回路部 21 セラミック絶縁板 22 接続導体 30 制御回路部用の配線基板 31 配線基板の絶縁板 32 配線基板の配線導体 33 多層配線基板のシールド導体 34 多層配線基板の埋込配線導体 40 半導体モジュールの制御回路部 50 ボンディング手段 51 半導体素子のエミッタ用ボンディング線 52 半導体素子のゲート用ボンディング線 60 半導体モジュールのケース 61 注形樹脂 70 半導体モジュール Ec 素子制御回路に対する共通の制御電源電圧 Ei 素子制御回路に対する個別の制御電源電圧 Ｎ ブリッジ回路の負側入力端子 Ｐ ブリッジ回路の正側入力端子 Te 素子制御回路の電源端子 Tr 素子制御回路の基準電位端子 Ｕ ブリッジ回路のＵ相出力端子 Ｖ ブリッジ回路のＶ相出力端子 Ｗ ブリッジ回路のＷ相出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/78 H01L 25/07 H01L 25/18

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ブリッジ回路を構成する複数の電力用半導
    体素子を制御回路とともに組み込んでなるモジュールで
    あって、金属ベースと、金属ベースに熱的に密に結合さ
    れたセラミック絶縁板にブリッジ回路の複数個の半導体
    素子をチップ実装しかつ半導体素子が接続される接続導
    体をそれに担持してなる主回路部と、絶縁板に配線導体
    を担持した配線基板の上に半導体素子用の制御回路を実
    装してなる制御回路部とを共通のケースに収納してな
    り、主回路部と制御回路部の間をボンディング手段によ
    って接続し、ブリッジ回路の入出力端子を主回路部の接
    続導体から，制御回路部の外部との接続端子をその配線
    導体からそれぞれ導出してなり、主回路部のセラミック
    絶縁板の両面に金属板を接合し、一面側の金属板を金属
    ベースと接合し他面側の金属板を接続導体としてパター
    ンニングするようにし、制御回路部の配線基板として多
    層配線基板を用いてその多層配線基板内での最下層導体
    を素子制御回路のシールド導体層として用い、かつ多層
    配線基板を金属ベースに接着により固定することを特徴
    とする電力用半導体モジュール。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のモジュールにおいて、半
    導体素子がブリッジ回路の各アームの電流を断続するス
    イッチング素子と，それに逆並列接続されたフリーホイ
    ーリングダイオードからなる複合素子であることを特徴
    とする電力用半導体モジュール。
  3. 【請求項３】請求項１に記載のモジュールにおいて、主
    回路部に対して制御回路部の素子制御回路をその両側の
    側方に振り分けて配置するようにしたことを特徴とする
    電力用半導体モジュール。
  4. 【請求項４】請求項１に記載のモジュールにおいて、制
    御回路部の素子制御回路をその配線基板にチップ実装す
    るようにしたことを特徴とする電力用半導体モジュー
    ル。
  5. 【請求項５】請求項１に記載のモジュールにおいて、シ
    ールド導体層と接続された多層配線基板の表面の配線導
    体をボンディング手段を介して半導体素子と接続してそ
    の動作電位を与え、素子制御回路を対応する半導体素子
    と同電位上で動作させるようにしたことを特徴とする電
    力用半導体モジュール。
  6. 【請求項６】請求項１に記載のモジュールにおいて、制
    御回路部がブリッジ制御回路を含み、配線基板として多
    層配線基板を用いてその埋め込み配線導体を介してブリ
    ッジ制御回路を素子制御回路と接続するようにしたこと
    を特徴とする電力用半導体モジュール。
  7. 【請求項７】請求項１に記載のモジュールにおいて、半
    導体素子のチップと配線基板に実装された対応する素子
    制御回路のチップの間をボンディング手段を介して両チ
    ップ間の信号伝達のために直接接続するようにしたこと
    を特徴とする電力用半導体モジュール。
  8. 【請求項８】請求項１に記載のモジュールにおいて、モ
    ジュールの入出力端子が主回路部の接続導体に一方の端
    部が接続された金属板の他方の端部として形成されるこ
    とを特徴とする電力用半導体モジュール。
  9. 【請求項９】ブリッジ回路を構成する複数の電力用半導
    体素子を制御回路とともに組み込んでなるモジュールで
    あって、金属ベースと、金属ベースに熱的に密に結合さ
    れたセラミック絶縁板にブリッジ回路の複数個の半導体
    素子をチップ実装しかつ半導体素子が接続される接続導
    体をそれに担持してなる主回路部と、絶縁板に配線導体
    を担持した配線基板の上に半導体素子用の制御回路を実
    装してなる制御回路部とを共通のケースに収納してな
    り、主回路部と制御回路部の間をボンディング手段によ
    って接続し、ブリッジ回路の入出力端子を主回路部の接
    続導体から，制御回路部の外部との接続端子をその配線
    導体からそれぞれ導出してなり、主回路部のセラミック
    絶縁板の両面に金属板を接合し、一面側の金属板を金属
    ベースと接合し他面側の金属板を接続導体としてパター
    ンニングするようにし、制御回路部の配線基板として多
    層配線基板を用いてその多層配線基板内での最下層導体
    を素子制御回路のシールド導体層として用い、かつ多層
    配線基板をケースに接着により固定する ことを特徴とす
    る電力用半導体モジュール。
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