JP3268081B2 - 電力用半導体モジュール - Google Patents
電力用半導体モジュールInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モジュールの底部
に平行にモジュールの長手方向に走る軸線に対し互いに
対向し導体路上に配置された対をなす半導体装置と、導
体路と接続され互いに密に隣接し平行に配置された帯状
の接続導体とを有する電力用半導体モジュールに関す
る。
に平行にモジュールの長手方向に走る軸線に対し互いに
対向し導体路上に配置された対をなす半導体装置と、導
体路と接続され互いに密に隣接し平行に配置された帯状
の接続導体とを有する電力用半導体モジュールに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の電力用半導体モジュールは例え
ば既にヨーロッパ特許第0427143号明細書及びドイツ実
用新案第G9203000号明細書に記載されている。近くに並
び合って位置する平行な帯状の接続導体はモジュールの
インダクタンスを減ずる。ヨーロッパ特許明細書に記載
されているモジュールでは４つの半導体装置を有する対
称な構成が示されている。
ば既にヨーロッパ特許第0427143号明細書及びドイツ実
用新案第G9203000号明細書に記載されている。近くに並
び合って位置する平行な帯状の接続導体はモジュールの
インダクタンスを減ずる。ヨーロッパ特許明細書に記載
されているモジュールでは４つの半導体装置を有する対
称な構成が示されている。
【０００３】例えば１０００Ａ以上の大きい電流に対し
ては、複数の半導体装置、例えば６つ又はそれよりも多
くの半導体装置が互いに並列に接続されなければならな
い。公知のモジュールでは、６つ又はそれよりも多くの
半導体装置が互いに並列に接続されると半導体装置から
接続導体への経路が相異なる長さを有する。モジュール
におけるこの非対称性は個々の半導体装置の利用可能な
電流及び電圧範囲を制限する。何故ならばモジュール全
体の特性が最大の寄生的インダクタンスを有する半導体
装置により決定されるからである。
ては、複数の半導体装置、例えば６つ又はそれよりも多
くの半導体装置が互いに並列に接続されなければならな
い。公知のモジュールでは、６つ又はそれよりも多くの
半導体装置が互いに並列に接続されると半導体装置から
接続導体への経路が相異なる長さを有する。モジュール
におけるこの非対称性は個々の半導体装置の利用可能な
電流及び電圧範囲を制限する。何故ならばモジュール全
体の特性が最大の寄生的インダクタンスを有する半導体
装置により決定されるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した種類の電力用半導体モジュールの電気的特性
を改善することにある。
に記載した種類の電力用半導体モジュールの電気的特性
を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明においては、モジュールの底部に平行にモジ
ュールの長手方向に走る軸線に対し互いに対向し導体路
上に配置された対をなす半導体装置と、導体路と接続さ
れ密に隣接した互いに平行な帯状の接続導体とを備え、
接続導体が導体路の上側で電気的に互いに接続されるこ
とにより対をなす半導体装置が並列接続され、この対を
なす半導体装置が軸線の方向に相前後して配置される。
め、本発明においては、モジュールの底部に平行にモジ
ュールの長手方向に走る軸線に対し互いに対向し導体路
上に配置された対をなす半導体装置と、導体路と接続さ
れ密に隣接した互いに平行な帯状の接続導体とを備え、
接続導体が導体路の上側で電気的に互いに接続されるこ
とにより対をなす半導体装置が並列接続され、この対を
なす半導体装置が軸線の方向に相前後して配置される。
【０００６】本発明のその他の構成は請求項２以下にあ
げられている。
げられている。
【０００７】
【実施の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
示す実施例について説明する。
示す実施例について説明する。
【０００８】図１による電力用半導体モジュールは金属
製の底部１を有し、その上に絶縁層２が配置されてい
る。絶縁層２は導体路３、４及び５を有する。導体路
３、４及び５の上に、モジュールの底部１に平行にモジ
ュールの長手方向に走る対称軸線１２に対して鏡面対称
に半導体装置１０及び１１が取り付けられている。これ
らの半導体装置は例えば電界効果制御される半導体デバ
イス６及び逆並列に、即ち並列ではあるが電流の流れる
方向が逆向きになるように接続されたダイオード７から
成っている。電界効果制御される半導体デバイス６は例
えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタ）であってよい。半導体デバイス６の一方
の面は直接に導体路３と接触し、他方の面はボンドワイ
ヤーを介して導体路４、５と接触している。導体路５は
制御端子との接触に用いられる。
製の底部１を有し、その上に絶縁層２が配置されてい
る。絶縁層２は導体路３、４及び５を有する。導体路
３、４及び５の上に、モジュールの底部１に平行にモジ
ュールの長手方向に走る対称軸線１２に対して鏡面対称
に半導体装置１０及び１１が取り付けられている。これ
らの半導体装置は例えば電界効果制御される半導体デバ
イス６及び逆並列に、即ち並列ではあるが電流の流れる
方向が逆向きになるように接続されたダイオード７から
成っている。電界効果制御される半導体デバイス６は例
えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタ）であってよい。半導体デバイス６の一方
の面は直接に導体路３と接触し、他方の面はボンドワイ
ヤーを介して導体路４、５と接触している。導体路５は
制御端子との接触に用いられる。
【０００９】導体路３、４は導体路の上に垂直に立って
いる接続導体８、９とそれぞれ接続されている。これら
の接続導体８、９は帯状であり、互いに平行に位置し、
また密に並び合って配置されている。
いる接続導体８、９とそれぞれ接続されている。これら
の接続導体８、９は帯状であり、互いに平行に位置し、
また密に並び合って配置されている。
【００１０】同じ底部１の上に、モジュールの所望の通
電能力に応じて、半導体装置１０、１１に等しい複数の
半導体装置が設けられる。その際に互いに鏡面対称に向
かい合って位置する半導体装置の各対は２つの接続導体
８、９を有する。半導体装置に関しての接続導体の位置
は対称軸線１２の方向に半導体装置の各対に対して等し
い。即ち、底部１の上に通電能力に相応する数の、接続
導体及び半導体装置から成る互いに完全に等しいユニッ
トが配置される。各対の半導体装置１０、１１は接続導
体８、９により並列に接続される。即ち各対の半導体装
置１０、１１の各接続導体８、９は導体路の上側を延び
る帯状又は板状の結合導体を有し、この結合導体により
互いに結合されることにより並列接続される。その際す
べての接続導体８は第１の結合導体により、またすべて
の接続導体９は第２の結合導体により電気的に一括接続
される。
電能力に応じて、半導体装置１０、１１に等しい複数の
半導体装置が設けられる。その際に互いに鏡面対称に向
かい合って位置する半導体装置の各対は２つの接続導体
８、９を有する。半導体装置に関しての接続導体の位置
は対称軸線１２の方向に半導体装置の各対に対して等し
い。即ち、底部１の上に通電能力に相応する数の、接続
導体及び半導体装置から成る互いに完全に等しいユニッ
トが配置される。各対の半導体装置１０、１１は接続導
体８、９により並列に接続される。即ち各対の半導体装
置１０、１１の各接続導体８、９は導体路の上側を延び
る帯状又は板状の結合導体を有し、この結合導体により
互いに結合されることにより並列接続される。その際す
べての接続導体８は第１の結合導体により、またすべて
の接続導体９は第２の結合導体により電気的に一括接続
される。
【００１１】図１による配置の電気的等価回路が図３に
示されている。半導体装置の各々はＩＧＢＴ及びそれに
並列に接続されているフリーホィーリングダイオード７
から成っている。
示されている。半導体装置の各々はＩＧＢＴ及びそれに
並列に接続されているフリーホィーリングダイオード７
から成っている。
【００１２】図２による実施例も金属製の底部１の上に
構成されている。１４は底部１の上に形成された絶縁層
である。ここで対称軸線１２に対して鏡面対称に、各４
つの導体路１５、１６、１７、１８を有する半導体装置
２７、２８が向かい合って位置している。導体路１５の
上にはダイオード２１が配置されており、導体路１７の
上には電界効果制御される半導体デバイス２０及び半導
体デバイス２０に逆並列接続、即ち並列に且つ電流の流
れる方向が逆向きになるように接続されたフリーホィー
リングダイオード２２が配置されている。図２による配
置の電気等価回路が図４に示されている。それは端子
＋、交流、−を有するブリッジ枝路であり、ダイオード
２１とＩＧＢＴ２０との直列回路から成っており、ＩＧ
ＢＴ２０にはフリーホィーリングダイオード２２が逆並
列に接続されている。＋端子は導体路１５に、交流端子
は導体路１６に、また−端子は導体路１７に相当する。
導体路１８はＩＧＢＴ２０のゲート端子と接続されてい
る。
構成されている。１４は底部１の上に形成された絶縁層
である。ここで対称軸線１２に対して鏡面対称に、各４
つの導体路１５、１６、１７、１８を有する半導体装置
２７、２８が向かい合って位置している。導体路１５の
上にはダイオード２１が配置されており、導体路１７の
上には電界効果制御される半導体デバイス２０及び半導
体デバイス２０に逆並列接続、即ち並列に且つ電流の流
れる方向が逆向きになるように接続されたフリーホィー
リングダイオード２２が配置されている。図２による配
置の電気等価回路が図４に示されている。それは端子
＋、交流、−を有するブリッジ枝路であり、ダイオード
２１とＩＧＢＴ２０との直列回路から成っており、ＩＧ
ＢＴ２０にはフリーホィーリングダイオード２２が逆並
列に接続されている。＋端子は導体路１５に、交流端子
は導体路１６に、また−端子は導体路１７に相当する。
導体路１８はＩＧＢＴ２０のゲート端子と接続されてい
る。
【００１３】導体路１５、１６及び１７は、それぞれ導
体路の面に対して垂直に互いに平行にまた密に並び合っ
て配置されている３つの接続導体２４、２５及び２６と
接続されている。これらの接続導体は互いに鏡面対称に
向かい合って位置する対をなす半導体装置２７、２８を
並列に接続する。
体路の面に対して垂直に互いに平行にまた密に並び合っ
て配置されている３つの接続導体２４、２５及び２６と
接続されている。これらの接続導体は互いに鏡面対称に
向かい合って位置する対をなす半導体装置２７、２８を
並列に接続する。
【００１４】底部１の上にモジュールの通電能力に応じ
て互いに鏡面対称に向かい合って位置する半導体装置の
別の対が配置される。これらの各対の半導体装置は図１
による実施例の場合と同じく第１の対と同一である。そ
れらはそれぞれ３つの接続導体２４、２５及び２６によ
り接触せしめられる。半導体装置の各対の接続導体は図
１の場合と同様に導体路の面の上でそれぞれ結合導体に
より互いに結合される。
て互いに鏡面対称に向かい合って位置する半導体装置の
別の対が配置される。これらの各対の半導体装置は図１
による実施例の場合と同じく第１の対と同一である。そ
れらはそれぞれ３つの接続導体２４、２５及び２６によ
り接触せしめられる。半導体装置の各対の接続導体は図
１の場合と同様に導体路の面の上でそれぞれ結合導体に
より互いに結合される。
【００１５】図１及び図２によるモジュールの対称な構
成により、半導体デバイス６、７、２０、２１、２２か
ら対応付けられている接続導体への経路は常に等しい。
この対称性は各装置に対する等しい寄生的インダクタン
ス、従ってまた改善された電気的特性に通ずる。
成により、半導体デバイス６、７、２０、２１、２２か
ら対応付けられている接続導体への経路は常に等しい。
この対称性は各装置に対する等しい寄生的インダクタン
ス、従ってまた改善された電気的特性に通ずる。
【００１６】図５には、対称軸線１２に対して鏡面対称
に向かい合って位置している半導体装置１０、１１の対
から成る別の電力用半導体モジュールの実施例が示され
ている。対をなす半導体装置１０、１１に対して鏡面対
称に同じ導体路３の上に別の対をなす半導体装置１０
´、１１´が配置されており、この場合の対称軸線２９
は導体路の面内に、且つ第１の対称軸線１２に対して直
角に位置している。各対１０、１１及び１０´、１１´
は単一の対の接続導体８、９により接触せしめられる。
底部１の上に所望の通電能力に応じて複数のこのような
二重対又は四重配置が構成される。二重対又は四重配置
の各々は接続導体８、９により接触せしめられる。各四
重グループの個々の接続導体は前述の各実施例と同様に
導体路の上側で結合導体により結合される。制御端子に
対して必要とされる導体路は、ここでは図面を見易くす
るため図示を省略されているが、図２によるモジュール
に相応する配置が推奨される。
に向かい合って位置している半導体装置１０、１１の対
から成る別の電力用半導体モジュールの実施例が示され
ている。対をなす半導体装置１０、１１に対して鏡面対
称に同じ導体路３の上に別の対をなす半導体装置１０
´、１１´が配置されており、この場合の対称軸線２９
は導体路の面内に、且つ第１の対称軸線１２に対して直
角に位置している。各対１０、１１及び１０´、１１´
は単一の対の接続導体８、９により接触せしめられる。
底部１の上に所望の通電能力に応じて複数のこのような
二重対又は四重配置が構成される。二重対又は四重配置
の各々は接続導体８、９により接触せしめられる。各四
重グループの個々の接続導体は前述の各実施例と同様に
導体路の上側で結合導体により結合される。制御端子に
対して必要とされる導体路は、ここでは図面を見易くす
るため図示を省略されているが、図２によるモジュール
に相応する配置が推奨される。
【００１７】図５による二重化された鏡面対称な構成は
例えば図２による装置に対しても応用することができ
る。その場合、同じく半導体デバイス６又は２０、２１
の各々から対応付けられている接続導体への経路は等し
い。それによって寄生的インダクタンスも等しく、また
電力用半導体モジュールの良好な利用可能性が保証され
ている。
例えば図２による装置に対しても応用することができ
る。その場合、同じく半導体デバイス６又は２０、２１
の各々から対応付けられている接続導体への経路は等し
い。それによって寄生的インダクタンスも等しく、また
電力用半導体モジュールの良好な利用可能性が保証され
ている。
【００１８】本発明は、制御端子と接続されている導体
路の各々が接続導体と接続されており、またこれらの接
続導体が負荷電流に対する接続導体に相応して導体路の
上側で互いに接続されるようにすることにより更に改善
される。
路の各々が接続導体と接続されており、またこれらの接
続導体が負荷電流に対する接続導体に相応して導体路の
上側で互いに接続されるようにすることにより更に改善
される。
【００１９】図６には、互いに付属する接続導体対８、
９がどのように互いに接続されるかが示されている。こ
の接続は、それぞれ接続導体９又は８を互いに結合する
結合導体３０、３１により行われる。図面では接続導体
８、９の高さが異なるように見られるが、これは単に図
面を見易くするために選ばれたものであり、実際にはす
べての接続導体の高さは等しいことが目的に適ってい
る。結合導体３０、３１はケースの中に位置させること
ができる。しかしながら、結合導体３０、３１をケース
の上、即ちケースの外側に出すこともできる。この構成
をとると、複数の電力用半導体モジュールを互いに並列
に接続することが容易になる利点がある。
９がどのように互いに接続されるかが示されている。こ
の接続は、それぞれ接続導体９又は８を互いに結合する
結合導体３０、３１により行われる。図面では接続導体
８、９の高さが異なるように見られるが、これは単に図
面を見易くするために選ばれたものであり、実際にはす
べての接続導体の高さは等しいことが目的に適ってい
る。結合導体３０、３１はケースの中に位置させること
ができる。しかしながら、結合導体３０、３１をケース
の上、即ちケースの外側に出すこともできる。この構成
をとると、複数の電力用半導体モジュールを互いに並列
に接続することが容易になる利点がある。
【００２０】図１、２及び５による実施例によれば、通
電部の十分な対称性が得られる。対称性に対する要求が
それほど高くない場合には、軸線１２、２９の両側に、
単に同一の、又は構造上でも互いに異なる半導体装置を
配置して十分である。その場合対称軸線１２は、モジュ
ールの軸線、ここでは底部１に平行で接続導体の面に直
角に走る長手軸線になる。図５の実施例における軸線２
９は、接続導体の面及び底部１に平行に走る軸線にな
る。
電部の十分な対称性が得られる。対称性に対する要求が
それほど高くない場合には、軸線１２、２９の両側に、
単に同一の、又は構造上でも互いに異なる半導体装置を
配置して十分である。その場合対称軸線１２は、モジュ
ールの軸線、ここでは底部１に平行で接続導体の面に直
角に走る長手軸線になる。図５の実施例における軸線２
９は、接続導体の面及び底部１に平行に走る軸線にな
る。
【図１】本発明の第１の実施例の平面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の平面図である。
【図３】図１に示す実施例の等価回路である。
【図４】図２に示す実施例の等価回路である。
【図５】本発明の第３の実施例の平面図である。
【図６】図５に示す実施例の配置構造の側面図である。
１ 金属製の底部 ２ 絶縁層 ３〜５ 導体路 ６ 半導体デバイス ７ ダイオード ８、９接続導体 １０、１１、１０´、１１´ 半導体装置 １２ 軸線１４ 絶縁層 １５〜１８ 導体路 ２０ 半導体デバイス ２１ ダイオード ２２ フリーホィーリングダイオード ２４〜２６ 接続導体 ２７、２８ 半導体装置３０、３１ 結合導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390041531 オイペック、オイロペイツシエ、ゲゼル シヤフト、フユア、ライスツングスハル プライター、ミツト、ベシユレンクテ ル、ハフツング、ウント、コンパニ、コ マンデイート、ゲゼルシヤフト ＥＵＰＥＣ ＥＵＲＯＰＡＥＩＳＣＨＥ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＦＵＥＲ ＬＥＩＳＴＵＮＧＳＨＡＬＢＬＥＩＴ ＥＲ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥ Ｒ ＨＡＦＴＵＮＧ ＋ ＣＯＭＰＡＮ Ｙ・ＫＯＭＭＡＤＩＴＧＥＳＥＬＬＳＣ ＨＡＦＴ ドイツ連邦共和国ワルシユタインベレツ ケ（番地なし) (73)特許権者 390039413 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ＳＩＥＭＥＮＳ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥ ＬＬＳＣＨＡＦＴ ドイツ連邦共和国 Ｄ−80333 ミュン ヘン ヴィッテルスバッハープラッツ ２ (72)発明者 ゲルハルト シユルツエ ドイツ連邦共和国 59557 リツプシユ タツト アムシヤイネバツハ 21 (72)発明者 カール‐ハインツ ゾンマー ドイツ連邦共和国 59581 ワルシユタ イン ２ ゲーテシユトラーセ 12 (72)発明者 ラインホルト シユパンケ ドイツ連邦共和国 59909 ベストヴイ ツヒ ６ ハ‐リユプケ‐シユトラーセ 52 (72)発明者 ゲオルギ パツプ ドイツ連邦共和国 91058 エルランゲ ン ブンゼンシユトラーセ 16 １／３ (72)発明者 ワルター シユプリングマン ドイツ連邦共和国 91325 アデルスド ルフ オーベレバツハガツセ 10 ベー (72)発明者 ペーター ツヴアンチガー ドイツ連邦共和国 90453 ニユルンベ ルク 60 レンバーンシユトラーセ 45 (56)参考文献 特開 平６−69415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39563（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 25/00 - 25/18
Claims (7)
- 【請求項１】 モジュールの底部（１）に平行にモジュ
ールの長手方向に走る軸線（１２）に対し互いに対向し
導体路（３、４、５；１５、１６、１７、１８）上に配
置された対をなす半導体装置（１０、１１；２７、２
８）と、導体路（３、４、５；１５、１６、１７、１
８）と接続され密に隣接した互いに平行な帯状の接続導
体（８、９；２４、２５、２６）とを備え、接続導体
（８、９；２４、２５、２６）が導体路（３、４、５；
１５、１６、１７、１８）の上側で電気的に互いに接続
されることにより対をなす半導体装置（１０、１１；２
７、２８）が並列接続され、この対をなす半導体装置
（１０、１１；２７、２８）が軸線（１２）の方向に相
前後して配置されることを特徴とする電力用半導体モジ
ュール。 - 【請求項２】 軸線（１２）の方向に相前後して位置す
る対の半導体装置（１０、１１）と隣接する対の半導体
装置（１０´、１１´）との間に接続導体（８、９）が
配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力用
半導体モジュール。 - 【請求項３】 半導体装置が電界効果制御される半導体
デバイス（６、２０）であり、各電界効果制御される半
導体デバイス（６、２０）にはそれぞれ１つのフリーホ
ィーリングダイオード（７、２２）が並列に、且つ半導
体デバイスとフリーホィーリングダイオードの電流の流
れる方向が逆向きになるように接続されていることを特
徴とする請求項１又は２記載の電力用半導体モジュー
ル。 - 【請求項４】 半導体装置がダイオード（２１）及び電
界効果制御される半導体デバイス（２０）から成る直列
回路を含み、直列回路の節点が導体路（１６）を介して
接続導体（２４）と接続され、対となる半導体装置の接
続導体（２４）が導体路の上側で互いに接続されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電力用半導体モ
ジュール。 - 【請求項５】 モジュールの底部に平行に走る軸線（１
２）に沿って互いに対向して対をなす半導体装置が軸線
（１２）に対し鏡面対称に構成されていることを特徴と
する請求項１記載の電力用半導体モジュール。 - 【請求項６】 対をなす半導体装置（１０、１０´、１
１、１１´）が接続導体に対し鏡面対称に接続導体の両
側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電
力用半導体モジュール。 - 【請求項７】 電力用半導体モジュールに含まれる半導
体装置がケースにより囲まれ、半導体装置に接続された
接続導体がケースの外側で結合導体（３０、３１）によ
り互いに接続されていることを特徴とする請求項１〜６
のいずれか１つに記載の電力用半導体モジュール。
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