JP4471967B2 - 双方向スイッチモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、ダイオード，トランジスタなどの複数個の電力用半導体チップを組み合せて構成した電力用の半導体モジュールに係わり、特に、双方向に電流を流すことができる双方向スイッチモジュールに関する。
交流電源を順変換して平滑化した直流電圧を逆変換して任意周波数の交流に変換するインバータや、一定周波数の交流を任意の周波数に直接変換するマトリクスコンバータなどの電力変換装置には、双方向に電流を流すことができる双方向スイッチが用いられている（例えば特許文献１参照）。また、ＡＣ型プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel:以下、「ＰＤＰ」と略称する）を用いた平面型表示装置（以下、「プラズマディスプレイ装置」という）においても、電力回収回路に双方向スイッチが用いられている（例えば特許文献２参照）。
上記した双方向スイッチを使用する装置（例えばプラズマディスプレイ装置）においては、製造工数の短縮や基板サイズの小型化によるコスト低減の観点から、双方向スイッチのモジュール化が望まれている。
型双方向スイッチなどをモジュール化する際に用いられる電力用半導体モジュール技術は、例えば、特許文献３及び４などに開示されている。
特開２００１−４５７７２号公報 特開２００５−３１６３６０号公報 特開平１０−１６３４１６号公報 特開２００１−３５８２４４号公報
ところで、従来の電力用半導体モジュールは、一般に、特許文献３及び４に記載の如く、半導体素子で発生する熱を拡散させる金属ベース板と、半導体素子チップをマウントするための配線パターンが形成された配線層と、配線層と金属ベース板とを絶縁する絶縁基板と、で構成されている。絶縁基板としては、例えばアルミナ，窒化アルミニウムなどのセラミックス基板や、例えばエポキシ樹脂製の樹脂絶縁層などが知られている。
このような絶縁基板を介して配線層に半導体素子チップを載置する従来モジュール技術を、半導体素子数の少ない双方向スイッチ回路に適用すると、絶縁基板や、その上に形成された配線層を用いるため、コストを押し上げる要因となる。また、コストを下げるために安価な樹脂絶縁層の絶縁基板を用いると、セラミックス基板に較べて熱伝導率が低いので半導体素子で生じた熱の放熱効果が低下する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な熱伝導を保ちながらコストダウンが可能な技術を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る双方向スイッチモジュールは、複数の半導体素子を組み合せて、第１端子から第２端子へおよび前記第２端子から前記第１端子への双方向に電流が通過可能な双方向スイッチ回路を有する双方向スイッチモジュールであって、熱拡散板となり、前記第１端子に接続された第１金属ベース板と、熱拡散板となり、前記第２端子に接続された第２金属ベース板と、一対の面を有する第１半導体チップに設けられ、前記第１半導体チップの一方面に設けられ前記第１端子と接続される第１電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極との電流通路となる第２電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極と前記第２電極との電流制御を行う第３電極とを有し、前記第１電極と前記第１金属ベース板とが向かい合うように前記第１金属ベース板に搭載された第１半導体スイッチ素子と、一対の面を有する第２半導体チップに設けられ、前記第２半導体チップの一方面に設けられ前記第１端子と接続される第１カソード電極と、前記第２半導体チップの他方面に設けられた第１アノード電極とを有し、前記第１カソード電極と前記第１金属ベース板とが向かい合うように前記第１金属ベース板に搭載された第１ダイオード素子と、一対の面を有する第３半導体チップに設けられ、前記第３半導体チップの一方面に設けられ前記第２端子と接続される第４電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極との電流通路となる第５電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極と前記第５電極との電流制御を行う第６電極とを有し、前記第４電極と前記第２金属ベース板とが向かい合うように前記第２金属ベース板に搭載された第２半導体スイッチ素子と、一対の面を有する第４半導体チップに設けられ、前記第４半導体チップの一方面に設けられ前記第１端子と接続される第２カソード電極と、前記第４半導体チップの他方面に設けられた第２アノード電極とを有し、前記第２カソード電極と前記第２金属ベース板とが向かい合うように前記第２金属ベース板に搭載された第２ダイオード素子と、前記第３電極と接続される第１制御端子と、前記第６電極と接続される第２制御端子と、前記第１アノード、前記第２アノード、前記第２電極および前記第５電極を接続する配線と、を有する双方向スイッチモジュールである。
以上述べたように、本発明によれば、絶縁基板や配線層を用いないので、コストダウンが図れる。また、絶縁基板がないので、熱伝導がよくなり、半導体素子の信頼性が向上するという効果も期待できる。
以下、本発明の実施形態について、図を用いて詳細に説明する。なお、全図において、共通な機能を有する部分には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、煩雑さを避けるため、繰り返した説明を省略する。
本実施形態による双方向スイッチモジュールは、絶縁基板や配線パターンが形成された配線層を用いず、熱拡散板である金属ベース板上に直接半導体素子を載置することに特徴がある。この場合、金属ベース板と半導体素子が電気的に直結されるため、金属ベース板は、半導体素子の金属ベース板に接合する接合電極が持つ電位を有することになる。そこで、金属ベース板を少なくとも一つ以上の金属ベース板で構成し、金属ベース板毎に、同一電位の接合電極を有する複数の半導体素子を載置するようにする。そして、各半導体素子間を金属細線で接続（例えばボンディングワイヤー）し、全体として双方向スイッチ回路を構成する。
図１に、本実施形態に係わる双方向スイッチの複数の回路形態（ａ）乃至（ｄ）を示す。図１に示すように、双方向スイッチは、スイッチの両端間（Ｘ端子とＹ端子間）に接続された、第１半導体スイッチＱ１、第２半導体スイッチＱ２、第１ダイオードＤｉ１、第２ダイオードＤｉ２とを含んでなる。そして、これらの半導体素子の組み合せ構成により、大きく２つのグループに分けることができる。一方は、（ａ），（ｂ）に示すように、第１半導体スイッチＱ１と第２半導体スイッチＱ２とが逆向きの極性で直列に接続（以下、「逆直列接続」と称する）され、各半導体スイッチにダイオードが逆向きの極性で並列に接続（以下、「逆並列接続」と称する）された第１のグループである。なお、（ｂ）の双方向スイッチは、（ａ）の双方向スイッチにおいて半導体素子の向きを逆にしたものである。他方は、（ｃ），（ｄ）に示すように、第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードが同極性で直列に接続（以下、「順直列接続」と称する）され、これとは逆向きの極性で順直列接続された第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードが並列接続された第２のグループである。なお、（ｄ）の双方向スイッチは、（ｃ）の双方向スイッチにおいて半導体素子の向きを逆にしたものである。
以下、本実施形態による各回路のモジュール化について説明する。なお、以下では、半導体スイッチとしてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いて説明するが、これに限定されるものではなく、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やトタンジスタを用いても良い。なお、ＩＧＢＴを例えばＭＯＳＦＥＴに置き換える場合は、コレクタ電極Ｃはドレイン電極Ｄ、エミッタ電極Ｅはソース電極Ｓに対応することになる。
まず、図１（ａ）の双方向スイッチについて説明する。
図２は、実施例１に係わる双方向スイッチの回路で、図１（ａ）を再記したものである。
図２に示すように、本実施例による双方向スイッチは、Ｘ−Ｙ端子間に、第１半導体スイッチＱ１をＸ端子側として、第１半導体スイッチＱ１と第２半導体スイッチＱ２が、エミッタ電極側で逆直列接続され、各半導体スイッチＱ１，Ｑ２にそれぞれ第１ダイオードＤｉ１，第２ダイオードＤｉ２が逆並列接続されて構成されている。
第１半導体スイッチＱ１のゲート電極Ｇと、第２半導体スイッチＱ２のゲート電極Ｇと、第１半導体スイッチＱ１，第２半導体スイッチＱ２のエミッタ電極Ｅは、それぞれ、半導体スイッチを制御するために、外部に引き出され、Ｇ１端子，Ｇ２端子，ＣＯＭ端子に接続されている。
ここで、以下の説明を容易とするため、回路素子の接続点（交点）を節点（Node）と称するものとする。すなわち、第１半導体スイッチＱ１のコレクタ電極Ｃと第１ダイオードＤｉ１のカソード電極Ｋとの接続点をＮ１節点、第２半導体スイッチＱ２のコレクタ電極Ｃと第２ダイオードＤｉ２のカソード電極Ｋとの接続点をＮ２節点、第１半導体スイッチＱ１と第２半導体スイッチＱ２との接続点をＮ１２節点とする。
なお、ここでは、半導体スイッチＱ１，Ｑ２としてＩＧＢＴを用いる。ＩＧＢＴに代えて、例えば縦型ＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、逆並列接続の寄生ダイオードが形成されるため、半導体素子外にダイオードＤｉ１，Ｄｉ２を逆並列接続する必要はない。
双方向スイッチの動作は、公知なので、その動作概要について簡単に説明するに留める。
Ｘ→Ｙ端子側に電流を流す場合は、Ｇ１−ＣＯＭ端子間にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第１半導体スイッチＱ１をオンする。すると、電流がＸ端子側から第１半導体スイッチＱ１→第２ダイオードＤｉ２と流れ、Ｙ端子から出力される。逆に、Ｙ→Ｘ端子側に電流を流す場合は、Ｇ２−ＣＯＭ端子間にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第２半導体スイッチＱ２をオンする。すると、電流がＹ端子側から第２半導体スイッチＱ２→第１ダイオードＤｉ１と流れ、Ｘ端子から出力される。このようにして、双方向にスイッチ作用を行う。
次に、本実施例の要部を説明する前に、熱拡散板である金属ベース板に直接半導体素子を載置する場合における半導体素子の接合電極について、図３を用いて説明する。
図３は、双方向スイッチを構成する半導体素子の模式断面構成図である。図３（ａ）はダイオードの構成図、図３（ｂ）は縦型ＭＯＳＦＥＴの構成図、図３（ｃ）はＩＧＢＴの構成図である。なお、これらの半導体素子の動作原理は周知であり、その説明を省略する。
図３から明らかなように、ダイオードのカソード電極Ｋはダイオードチップの一方の端面の全面に形成され、アノード電極Ａは他方の端面に局部的に形成されている。また、縦型ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極Ｄはチップの一方の端面の全面に形成され、ソース電極Ｓとゲート電極Ｇは他方の端面に局部的に形成されている。また、同様に、ＩＧＢＴのコレクタ電極Ｃはチップの一方の端面の全面に形成され、エミッタ電極Ｅとゲート電極Ｇは他方の端面に局部的に形成されている。そこで、一般に、金属ベース板とダイオードとの接合をカソード電極Ｋ面で行い、金属ベース板とＭＯＳＦＥＴとの接合をドレイン電極Ｄ面で行っている。また、ＩＧＢＴの場合は、コレクタ電極Ｃ面で行っている。以下、説明の都合上、これらの半導体素子における金属ベース板と接合する電極を「接合電極」（表面電極とも呼ぶ）と称するものとする。つまり、金属ベース板との接合電極を、ダイオードではカソード電極Ｋ、ＭＯＳＦＥＴではドレイン電極Ｄ、ＩＧＢＴではコレクタ電極Ｃとする。
次に、熱拡散板である金属板の枚数について説明する。
所で、絶縁基板を用いず、半導体素子を金属ベース板に直接載置するモジュール化を考えれば、金属ベース板は、載置する半導体素子の接合電極（例えばカソード電極Ｋ，ドレイン電極Ｄ，コレクタ電極Ｃ）が持つ電位を有することになる。そのため、半導体素子の接合電極が持つ電位が異なれば、異なる電位数の金属ベース板が必要となる。従って、半導体素子と金属ベース板を単に１対１に対応させるとすると、図２から明らかなように、本実施例に係わる双方向スイッチでは、半導体素子数がダイオード２個と半導体スイッチ２個の計４個なので、４枚の金属ベース板が必要となる。
そこで、本発明者らは金属ベース板を少なくすることを考え、次に述べる回路的特徴を用いて、金属ベース板の枚数を低減した。
すなわち、双方向スイッチの節点Ｎ１に着目すると、節点Ｎ１に接続される第１ダイオードＤｉ１のカソード電極Ｋ（接合電極）と第１半導体スイッチＱ１のコレクタ電極Ｃ（接合電極）は共に節点Ｎ１側である。また、節点Ｎ２に接続される第２ダイオードＤｉ２のカソード電極Ｋ（接合電極）と第２半導体スイッチＱ２のコレクタ電極Ｃ（接合電極）は共に節点Ｎ２側である。つまり、一つの節点（例えば節点Ｎ１）に接続される複数の半導体素子（例えば第１半導体スイッチＱ１，第１ダイオードＤｉ１）がその接合電極を介して前記節点に接続される場合、各半導体素子の接合電極を介して、一の金属ベース板上に載置することが可能である（詳細は図４で後述する）。これにより、金属ベース板の枚数を２枚にすることが可能（換言すれば、金属ベース板枚数の最適化が可能）となり、絶縁基板，導電層を用いないことに加えて、更なるコストダウンを図ることができる。
次に、本発明による実施例１の要部について説明する。
図４は、実施例１による双方向スイッチモジュールの要部構成図である。図４では、２枚の金属ベース板上に半導体素子が載置された双方向スイッチモジュールを、封止樹脂を省略して、半導体素子側から見ている。また、半導体スイッチとして、ここではＩＧＢＴを用いている。勿論、ＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いてもよい。なお、ここでは、双方向スイッチモジュールを所謂ＴＯ３Ｐ類似の半導体パッケージに封じている。
図４の双方向スイッチモジュールにおいて、金属ベース板は、節点Ｎ１側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１に対応した電位を有する第１金属ベース板１０１と、節点Ｎ２側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ２に対応した電位を有する第２金属ベース板１０２と、からなる。なお、節点Ｎ１２には、節点Ｎ１２側を接合電極とする半導体素子が接続されていないため、節点Ｎ１２に対応した電位を有する金属ベース板は存在しない。
具体的に述べると、第１金属ベース板１０１には第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードＤｉ１が載置され、第２金属ベース板１０２には第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２が載置されている。なお、符号１３５は半導体素子の搭載エリアである。
図２から明らかなように、双方向スイッチは、電流通路の端子となるＸ，Ｙ端子と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を制御するＧ１，Ｇ２およびＣＯＭ端子とを備えている。そこで、図４に示すように、節点Ｎ１に対応した電位を有する第１金属ベース板１０１はチップ搭載基部から引き出されたＸ端子を有し、節点Ｎ２に対応した電位を有する第２金属ベース板１０２もチップ搭載基部から引き出されたＹ端子を有する。Ｇ１，Ｇ２，ＣＯＭ端子は、接合電極に接続されないので、Ｇ１端子，Ｇ２端子，ＣＯＭ端子となるリード端子が金属ベース板とは別にそれぞれ単独に設けられている。
図５は、図４における第２金属ベース板１０２上に搭載された第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２の断面を模式的に示したものである。
次に、双方向スイッチモジュールにおける配線（ワイヤリング）について説明する。半導体素子の接合電極は対応する金属ベース板に接合されて接続されているので、主として、非接合電極の配線接続について説明する。
図４において、節点Ｎ１に対応した第１金属ベース板１０１上には、第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードＤｉ１がそれぞれ接合電極を介して載置されている。そして第１ダイオードＤｉ１のＡ（アノード）電極は、第１半導体スイッチＱ１のＥ（エミッタ）電極に金属細線（ワイヤ）１３０で例えば圧着法（ボンディングあるいはバンプによる接続）を用いて接続され、更に第１半導体スイッチＱ１のＥ（エミッタ）電極はＣＯＭ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第１半導体スイッチＱ１のＧ（ゲート）電極はＧ１端子に金属細線１３０で接続されている。
同様に、節点Ｎ２に対応した第２金属ベース板１０２上には、第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２が接合電極を介して載置されている。そして第２ダイオードＤｉ２のＡ電極は、第２半導体スイッチＱ２のＥ電極に金属細線（ワイヤ）１３０で接続され、更に第２半導体スイッチＱ２のＥ電極はＣＯＭ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第２半導体スイッチＱ２のＧ（ゲート）電極はＧ２端子に金属細線１３０で接続されている。
以上述べた接続により、図２に示す双方向スイッチの回路が構成されることになる。複数の半導体素子間をワイヤリングした後、図示しない熱伝導のよい樹脂で封止して双方向スイッチモジュールが出来上がる。
なお、金属ベース板の半導体素子搭載面とは逆側の面は、放熱フィンに取り付ける際の接触面となるので、この面上に薄く絶縁膜を形成しておく場合もある。そのため、双方向スイッチモジュールを樹脂で封止する際、半導体素子搭載面側のみならず、放熱フィン装着側面側を薄く覆うようにする構造としてもよいことはいうまでない。勿論、樹脂による絶縁膜の厚さは、金属ベース板の電位と、熱伝導を考慮して、所定の厚さに設定する。
以上述べたように、本実施例では、配線パターンが形成された配線層や金属ベース板と配線層間を絶縁する絶縁基板を用いず、双方向スイッチ回路を構成する各節点（本実施例では節点Ｎ１，Ｎ２）に接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を前記節点毎にそれぞれ対応した金属ベース板上に直接載置して、双方向スイッチモジュールを構成する。従って、双方向スイッチモジュールのコストダウンを図ることができる。また、金属ベース板の枚数を最適化することができる。また、絶縁基板を用いないので、半導体素子で生じた熱を直接金属ベース板に熱拡散させることができ、放熱特性が良好になり、半導体素子の信頼性を向上させることができる。また、本実施例は、後述する他の実施例と異なり、第１半導体スイッチと第２半導体スイッチのＥ電極を共通接続できるので、第１半導体スイッチと第２半導体スイッチを制御する制御回路（図示せず）が簡単になるという利点を有する。
なお、本実施例の双方向スイッチモジュールには、双方向スイッチモジュールを例えば放熱フィン（図示せず）に取り付ける際に用いる取り付け用の穴１３７が設けてある。ここでは、穴数は１個とされているが、これに限定されるものではなく、取り付け用の穴を半導体ジュールの例えば４隅に設けるようにしてもよい。
次に、図１（ｂ）に示す双方向スイッチについて説明する。
図６は、実施例２に係わる双方向スイッチの回路で、図１（ｂ）を再記したものである。
図６に示すように、本実施例による双方向スイッチは、Ｘ−Ｙ端子間に、第１半導体スイッチＱ１をＸ端子側として、第１半導体スイッチＱ１と第２半導体スイッチＱ２が、コレクタ電極Ｃ側で逆直列接続され、各半導体スイッチＱ１，Ｑ２にそれぞれ第１ダイオードＤｉ１，第２ダイオードＤｉ２が逆並列接続されて構成されている。
第１半導体スイッチＱ１のＧ電極と、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極は、それぞれ、半導体スイッチを制御するために、外部に引き出され、Ｇ１端子，Ｇ２端子に接続されている。なお、本実施例では、半導体スイッチＱ１，Ｑ２のＥ電極は、それぞれＸ端子，Ｙ端子と同電位となるので、独立した端子は持たない。
本実施例の双方向スイッチは、図２と図６とから明らかなように、実施例１の双方向スイッチ回路で半導体素子の向きを逆にした回路である。従って、Ｎ１節点とＮ２節点には、双方向スイッチ回路を構成する半導体素子の接合電極が接続されていない。しかし、Ｎ１２節点には、第１および第２半導体スイッチのＣ電極や、第１および第２ダイオードのＫ電極の接合電極が接続されている。すなわち、本実施例を適用すれば、Ｎ１節点とＮ２節点は金属ベース板を有せず、Ｎ１２節点は金属ベース板を有することになる。換言すれば、本実施例では、金属ベース板の枚数は１枚である。
次に、本発明による実施例１の要部について説明する。
図７は、実施例２による双方向スイッチモジュールの要部構成図である。図７では、１枚の金属ベース板上に半導体素子が載置された双方向スイッチモジュールを、封止樹脂を省略して、半導体素子側から見ている。
図７の双方向スイッチモジュールにおいて、金属ベース板は、上記したように、節点Ｎ１２側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１２に対応した電位を有する第３金属ベース板１１２のみである。なお、節点Ｎ１と節点Ｎ２には、それぞれの節点側を接合電極とする半導体素子が接続されていないため、対応した電位を有する金属ベース板は存在しない。
具体的に述べると、第３金属ベース板１１２には、第１半導体スイッチＱ１，第２半導体スイッチＱ２，第１ダイオードＤｉ１および第２ダイオードＤｉ２とが載置されている。
図７から明らかなように、双方向スイッチは、電流通路の端子となるＸ，Ｙ端子と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を制御するＧ１，Ｇ２端子とを備えている。しかし、Ｘ，Ｙ端子に対応した節点Ｎ１，Ｎ２は、接合電極を持たない。従って、本実施例では、図７に示すように、Ｘ端子，Ｙ端子，Ｇ１端子，Ｇ２端子となるリード端子が金属ベース板とは別にそれぞれ単独に設けられている。
次に、双方向スイッチモジュールにおける配線について説明する。半導体素子の接合電極は対応する金属ベース板に接合されて接続されているので、主として、非接合電極の配線接続について説明する。
図７において、節点Ｎ１２に対応した第３金属ベース板１１２上には、第１半導体スイッチＱ１，第２半導体スイッチＱ２，第１ダイオードＤｉ１および第２ダイオードＤｉ２が接合電極を介して載置されている。そして第１ダイオードＤｉ１のＡ電極は、第１半導体スイッチＱ１のＥ電極に金属細線１３０で接続され、更に第１半導体スイッチＱ１のＥ電極はＸ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第１半導体スイッチＱ１のＧ電極はＧ１端子に金属細線１３０で接続されている。
同様に、第２ダイオードＤｉ２のＡ電極は、第２半導体スイッチＱ２のＥ電極に金属細線１３０で接続され、更に第２半導体スイッチＱ２のＥ電極はＹ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極はＧ２端子に金属細線１３０で接続されている。
以上述べた接続により、図６に示す双方向スイッチの回路が構成されることになる。複数の半導体素子間をワイヤリングした後、図示しない熱伝導のよい樹脂で封止して双方向スイッチモジュールが出来上がる。
以上述べたように、本実施例でも、配線パターンが形成された配線層や金属ベース板と配線層間を絶縁する絶縁基板を用いず、節点Ｎ１２に接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１２に対応した金属ベース板上に直接載置して、双方向スイッチモジュールを構成する。従って、双方向スイッチモジュールのコストダウンを図ることができる。また、金属ベース板の枚数を最適化することができる。特に、本実施例は、他の実施例と較べて明らかなように、金属ベース板を１枚とすることができる唯一の実施例で、構造が簡単となるメリットを有する。また、絶縁基板を用いないので、半導体素子で生じた熱を直接金属ベース板に熱拡散させることができ、放熱特性が良好になり、半導体素子の信頼性を向上させることができる。
次に、図１（ｃ）に示す双方向スイッチについて説明する。
図８は、実施例３に係わる双方向スイッチの回路で、図１（ｃ）を再記したものである。
図８に示すように、本実施例による双方向スイッチは、Ｘ−Ｙ端子間に、Ｘ端子側を第１半導体スイッチＱ１のコレクタ電極Ｃとして、エミッタ電極Ｅ側で第１ダイオードＤｉ１と順直列接続され、これとは逆向きの極性で、Ｙ端子側を第２半導体スイッチＱ２のコレクタ電極Ｃとして、エミッタ電極Ｅ側で第２ダイオードＤｉ２と順直列接続されたものが並列接続されている。
第１半導体スイッチＱ１のＧ電極と、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極は、それぞれ、半導体スイッチを制御するために、外部に引き出され、Ｇ１端子，Ｇ２端子に接続されている。
ここで、本実施例に係わる双方向スイッチの動作について、簡単に説明しておく。Ｘ→Ｙ端子側に電流を流す場合は、Ｇ１端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第１半導体スイッチＱ１をオンする。すると、電流がＸ端子側から第１半導体スイッチＱ１→第１ダイオードＤｉ１と流れ、Ｙ端子から出力される。逆に、Ｙ→Ｘ端子側に電流を流す場合は、Ｇ２端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第２半導体スイッチＱ２をオンする。すると、電流がＹ端子側から第２半導体スイッチＱ２→第２ダイオードＤｉ２と流れ、Ｘ端子から出力される。このようにして、双方向にスイッチ作用を行う。
本実施例を適用するために、図８の双方向スイッチの回路的特徴を考える。双方向スイッチは、Ｘ端子でもある節点Ｎ１と、Ｙ端子でもある節点Ｎ２と、第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードとの接続点であるＮ１２ａ節点と、第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードとの接続点であるＮ１２ｂ節点との４つの節点を有している。その内、Ｎ１２ａ，Ｎ１２ｂ節点はいずれも接合電極を有していないが、Ｎ１節点は、第１半導体スイッチＱ１のＣ電極および第２ダイオードＤｉ２のＫ電極の接合電極を備え、Ｎ２節点は、第２半導体スイッチＱ２のＣ電極および第１ダイオードＤｉ１のＫ電極の接合電極を備えている。すなわち、本実施例に係わる双方向スイッチは、節点Ｎ１に対応した第１金属ベース板１０１と、節点Ｎ２に対応した第２金属ベース板１０２とを有することになる。
次に、本発明による実施例１の要部について説明する。
図９は、実施例３による双方向スイッチモジュールの要部構成図である。図９では、２枚の金属ベース板上に半導体素子が載置された双方向スイッチモジュールを、封止樹脂を省略して、半導体素子側から見ている。
図９の双方向スイッチモジュールにおいて、金属ベース板は、上記したように、節点Ｎ１側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１に対応した電位を有する第１金属ベース板１０１と、節点Ｎ２側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ２に対応した電位を有する第２金属ベース板１０２とからなる。なお、節点Ｎ１２ａ，節点Ｎ１２ｂには、それぞれの節点側を接合電極とする半導体素子が接続されていないため、対応した電位を有する金属ベース板は存在しない。
具体的に述べると、第１金属ベース板１０１には第１半導体スイッチＱ１と第２ダイオードＤｉ２とが載置され，第２金属ベース板１０２には第２半導体スイッチＱ２と第１ダイオードＤｉ１とが載置されている。
図９から明らかなように、双方向スイッチは、電流通路の端子となるＸ，Ｙ端子と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を制御するＧ１，Ｇ２とを備えている。そこで、図９に示すように、節点Ｎ１に対応した電位を有する第１金属ベース板１０１はチップ搭載基部から引き出されたＸ端子を有し、節点Ｎ２に対応した電位を有する第２金属ベース板１０２もチップ搭載基部から引き出されたＹ端子を有する。Ｇ１，Ｇ２端子は、接合電極に接続されないので、Ｇ１端子，Ｇ２端子となるリード端子が金属ベース板とは別にそれぞれ単独に設けられている。
次に、双方向スイッチモジュールにおける配線（ワイヤリング）について説明する。半導体素子の接合電極は対応する金属ベース板に接合されて接続されているので、主として、非接合電極の配線接続について説明する。
図９において、節点Ｎ１に対応した第１金属ベース板１０１上には、第１半導体スイッチＱ１と第２ダイオードＤｉ２とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。また、節点Ｎ２に対応した第２金属ベース板１０２上には、第２半導体スイッチＱ２と第１ダイオードＤｉ１とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。そして、第２ダイオードＤｉ２のＡ電極は、配線板１３２を介して第２半導体スイッチＱ２のＥ電極に金属細線１３０で接続され、第１半導体スイッチＱ１のＥ電極は第１ダイオードＤｉ１のＡ電極に金属細線１３０で接続されている。また、第１半導体スイッチＱ１，第２半導体スイッチＱ２のＧ電極は、それぞれＧ１端子，Ｇ２端子に金属細線１３０で接続されている。
以上述べた接続により、図８に示す双方向スイッチの回路が構成されることになる。複数の半導体素子間をワイヤリングした後、図示しない熱伝導のよい樹脂で封止して双方向スイッチモジュールが出来上がる。
以上述べたように、本実施例でも、配線パターンが形成された配線層や金属ベース板と配線層間を絶縁する絶縁基板を用いず、節点Ｎ１に接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１に対応した第１金属ベース板上に直接載置し、節点Ｎ２に接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ２に対応した第２金属ベース板上に直接載置して、双方向スイッチモジュールを構成する。従って、双方向スイッチモジュールのコストダウンを図ることができる。また、金属ベース板の枚数を最適化することができる。また、絶縁基板を用いないので、半導体素子で生じた熱を直接金属ベース板に熱拡散させることができ、放熱特性が良好になり、半導体素子の信頼性を向上させることができる。
実施例３の双方向スイッチにおいて、節点Ｎ１，Ｎ２は接合電極を有し、節点Ｎ１２ａ，Ｎ１２ｂは接合電極を有しないが、節点Ｎ１２ａ，Ｎ１２ｂで接合電極を持つように回路を変形することができる。その変形回路を図１０に示す。
図１０（ａ）は実施例４による双方向スイッチの回路、図１０（ｂ）は比較のための実施例３に係わる双方向スイッチの回路である。
図１０（ａ）に示すように、本実施例による双方向スイッチは、Ｘ−Ｙ端子間において、Ｘ端子側を第１ダイオードＤｉ１のＡ電極として、第１ダイオードＤｉ１のＫ電極側で第１半導体スイッチＱ１と順直列接続され、第１半導体スイッチＱ１に第５ダイオードＤｉ５が逆並列接続されている。かつ、これとは逆向きの極性で、Ｙ端子側を第２ダイオードＤｉ２のＡ電極として、第２ダイオードＤｉ２のＫ電極側で第２半導体スイッチＱ２と順直列接続され、第２半導体スイッチＱ２に第６ダイオードＤｉ６が逆並列接続されたものが並列接続されている。
第１半導体スイッチＱ１のＧ電極と、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極は、それぞれ、半導体スイッチを制御するために、外部に引き出され、Ｇ１端子，Ｇ２端子に接続されている。なお、本実施例では、節点Ｎ１，Ｎ２でもあるＸ端子，Ｙ端子は接合電極を持たないので、実施例３とは異なり、独立した端子を持つことになる。
ここで、本実施例に係わる双方向スイッチの動作について、簡単に説明しておく。Ｘ→Ｙ端子側に電流を流す場合は、Ｇ１端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第１半導体スイッチＱ１をオンする。すると、電流がＸ端子側から第１ダイオードＤｉ１→第１半導体スイッチＱ１と流れ、Ｙ端子から出力される。逆に、Ｙ→Ｘ端子側に電流を流す場合は、Ｇ２端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第２半導体スイッチＱ２をオンする。すると、電流がＹ端子側から第２ダイオードＤｉ２→第２半導体スイッチＱ２と流れ、Ｘ端子から出力される。このようにして、双方向にスイッチ作用を行う。なお、本実施例では、実施例３とは異なり、第１半導体スイッチＱ１，第２半導体スイッチＱ２の各Ｅ電極に直列にダイオードが挿入されてないので、各半導体スイッチの保護を目的として、第５ダイオードＤｉ５，第６ダイオードＤｉ６が逆並列接続されている。
本実施例を適用するために、図１０の双方向スイッチの回路的特徴を考える。双方向スイッチは、Ｘ端子でもある節点Ｎ１と、Ｙ端子でもある節点Ｎ２と、第１ダイオードＤｉ１と第１半導体スイッチＱ１と第５ダイオードＤｉ５との接続点であるＮ１２ａ節点と、第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２と第６ダイオードＤｉ６との接続点であるＮ１２ｂ節点との４つの節点を有している。その内、Ｎ１，Ｎ２節点はいずれも接合電極を有していないが、Ｎ１２ａ節点は、第１半導体スイッチＱ１のＣ電極および第５ダイオードＤｉ５，第１ダイオードＤｉ１のＫ電極の接合電極を備え、Ｎ１２ｂ節点は、第２半導体スイッチＱ２のＣ電極および第６ダイオードＤｉ６，第２ダイオードＤｉ２のＫ電極の接合電極を備えている。すなわち、本実施例に係わる双方向スイッチは、節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板１１２ａと、節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板１１２ｂとを有することになる。
次に、本発明による実施例４の要部について説明する。
図１１は、実施例４による双方向スイッチモジュールの要部構成図である。図１１では、２枚の金属ベース板上に半導体素子が載置された双方向スイッチモジュールを、封止樹脂を省略して、半導体素子側から見ている。
図１１の双方向スイッチモジュールにおいて、金属ベース板は、上記したように、節点Ｎ１２ａ側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１２ａに対応した電位を有する第１１ａ金属ベース板１１２ａと、節点Ｎ１２ｂ側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１２ｂに対応した電位を有する第３ｂ金属ベース板１１２ｂとからなる。なお、節点Ｎ１，節点Ｎ２には、それぞれの節点側を接合電極とする半導体素子が接続されていないため、対応した電位を有する金属ベース板は存在しない。
具体的に述べると、第３ａ金属ベース板１１２ａには第１半導体スイッチＱ１と第５ダイオードＤｉ５と第１ダイオードＤｉ１とが載置され，第３ｂ金属ベース板１１２ｂには第２半導体スイッチＱ２と第６ダイオードＤｉ６と第２ダイオードＤｉ２とが載置されている。
図１１から明らかなように、双方向スイッチは、電流通路の端子となるＸ，Ｙ端子と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を制御するＧ１，Ｇ２とを備えている。しかし、本実施例では、節点Ｎ１，Ｎ２は共に接合電極を持たないので、Ｘ端子，Ｙ端子はＧ１端子，Ｇ２端子と同様に、リード端子がそれぞれ単独に設けられている。
次に、双方向スイッチモジュールにおける配線（ワイヤリング）について説明する。半導体素子の接合電極は対応する金属ベース板に接合されて接続されているので、主として、非接合電極の配線接続について説明する。
図１１において、節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板１１２ａ上には、第１半導体スイッチＱ１と第５ダイオードＤｉ５と第１ダイオードＤｉ１とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。そして、第１ダイオードＤｉ１のＡ電極はＸ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第１半導体スイッチＱ１のＧ電極はＧ１端子に金属細線１３０で接続され、Ｅ電極は第５ダイオードＤｉ５のＡ電極に金属細線１３０で接続されると共に、配線板を兼ねるＹ端子に金属細線１３０で接続されている。同様に、節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板１１２ｂ上には、第２半導体スイッチＱ２と第６ダイオードＤｉ６と第２ダイオードＤｉ２とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。そして、第２ダイオードＤｉ２のＡ電極は配線板を兼ねるＹ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極はＧ２端子に金属細線１３０で接続され、Ｅ電極は第６ダイオードＤｉ６のＡ電極に金属細線１３０で接続されると共に、Ｘ端子に金属細線１３０で接続されている。
以上述べた接続により、図１０に示す双方向スイッチの回路が構成されることになる。複数の半導体素子間をワイヤリングした後、図示しない熱伝導のよい樹脂で封止して双方向スイッチモジュールが出来上がる。
以上述べたように、本実施例でも、配線パターンが形成された配線層や金属ベース板と配線層間を絶縁する絶縁基板を用いず、節点Ｎ１２ａに接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板上に直接載置し、節点Ｎ１２ｂに接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板上に直接載置して、双方向スイッチモジュールを構成する。従って、双方向スイッチモジュールのコストダウンを図ることができる。また、金属ベース板の枚数を最適化することができる。また、絶縁基板を用いないので、半導体素子で生じた熱を直接金属ベース板に熱拡散させることができ、放熱特性が良好になり、半導体素子の信頼性を向上させることができる。
次に、図１（ｄ）に示す双方向スイッチについて説明する。
図１２は、実施例５に係わる双方向スイッチの回路で、図１（ｄ）を再記したものである。
図１２に示すように、本実施例による双方向スイッチは、実施例３に係わる双方向スイッチ回路において、半導体素子の向きを逆にした回路である。すなわち、Ｘ−Ｙ端子間に、Ｘ端子側を第１半導体スイッチＱ１のＥ電極として、Ｃ電極側で第１ダイオードＤｉ１と順直列接続され、これとは逆向きの極性で、Ｙ端子側を第２半導体スイッチＱ２のＥ電極として、Ｃ電極側で第２ダイオードＤｉ２と順直列接続されたものが並列接続されている。
第１半導体スイッチＱ１のＧ電極と、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極は、それぞれ、半導体スイッチを制御するために、外部に引き出され、Ｇ１端子，Ｇ２端子に接続されている。なお、本実施例では、節点Ｎ１，Ｎ２でもあるＸ端子，Ｙ端子は接合電極を持たないので、独立した端子を持つことになる。
ここで、本実施例に係わる双方向スイッチの動作について、簡単に説明しておく。Ｘ→Ｙ端子側に電流を流す場合は、Ｇ２端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第２半導体スイッチＱ２をオンする。すると、電流がＸ端子側から第２ダイオードＤｉ２→第２半導体スイッチＱ２と流れ、Ｙ端子から出力される。逆に、Ｙ→Ｘ端子側に電流を流す場合は、Ｇ１端子にスイッチ駆動信号（図示せず）を与えて第１半導体スイッチＱ１をオンする。すると、電流がＹ端子側から第１ダイオードＤｉ１→第１半導体スイッチＱ１と流れ、Ｘ端子から出力される。このようにして、双方向にスイッチ作用を行う。
本実施例を適用するために、図１２の双方向スイッチの回路的特徴を考える。双方向スイッチは、Ｘ端子でもある節点Ｎ１と、Ｙ端子でもある節点Ｎ２と、第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードＤｉ１との接続点であるＮ１２ａ節点と、第２ダイオードＤｉ２と第２半導体スイッチＱ２との接続点であるＮ１２ｂ節点との４つの節点を有している。その内、Ｎ１，Ｎ２節点はいずれも接合電極を有していないが、Ｎ１２ａ節点は、第１半導体スイッチＱ１のＣ電極および第１ダイオードＤｉ１のＫ電極の接合電極を備え、Ｎ１２ｂ節点は、第２半導体スイッチＱ２のＣ電極および第２ダイオードＤｉ２のＫ電極の接合電極を備えている。すなわち、本実施例に係わる双方向スイッチは、節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板１１２ａと、節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板１１２ｂとを有することになる。
次に、本発明による実施例５の要部について説明する。
図１３は、実施例５による双方向スイッチモジュールの要部構成図である。図１３では、２枚の金属ベース板上に半導体素子が載置された双方向スイッチモジュールを、封止樹脂を省略して、半導体素子側から見ている。
図１３の双方向スイッチモジュールにおいて、金属ベース板は、上記したように、節点Ｎ１２ａ側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１２ａに対応した電位を有する第１ａ金属ベース板１１２ａと、節点Ｎ１２ｂ側を接合電極とする半導体素子を載置して、節点Ｎ１２ｂに対応した電位を有する第３ｂ金属ベース板１１２ｂとからなる。なお、節点Ｎ１，節点Ｎ２には、それぞれの節点側を接合電極とする半導体素子が接続されていないため、対応した電位を有する金属ベース板は存在しない。
具体的に述べると、第３ａ金属ベース板１１２ａには第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードＤｉ１とが載置され，第３ｂ金属ベース板１１２ｂには第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２とが載置されている。
図１３から明らかなように、双方向スイッチは、電流通路の端子となるＸ，Ｙ端子と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を制御するＧ１，Ｇ２とを備えている。しかし、本実施例では、節点Ｎ１，Ｎ２は共に接合電極を持たないので、Ｘ端子，Ｙ端子はＧ１端子，Ｇ２端子と同様に、リード端子がそれぞれ単独に設けられている。
次に、双方向スイッチモジュールにおける配線（ワイヤリング）について説明する。半導体素子の接合電極は対応する金属ベース板に接合されて接続されているので、主として、非接合電極の配線接続について説明する。
図１３において、節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板１１２ａ上には、第１半導体スイッチＱ１と第１ダイオードＤｉ１とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。また、節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板１１２ｂ上には、第２半導体スイッチＱ２と第２ダイオードＤｉ２とがそれぞれ接合電極を介して載置されている。そして、第１ダイオードＤｉ１のＡ電極は配線板を兼ねるＹ端子に金属細線１３０で接続されている。また、第１半導体スイッチＱ１のＧ電極はＧ１端子に金属細線１３０で接続され、Ｅ電極は第２ダイオードＤｉ２のＡ電極に金属細線１３０で接続されると共に、Ｘ端子に金属細線１３０で接続されている。同様に、第２半導体スイッチＱ２のＧ電極はＧ２端子に金属細線１３０で接続され、Ｅ電極は配線板を兼ねるＹ端子に金属細線１３０で接続されている。
以上述べた接続により、図１２に示す双方向スイッチの回路が構成されることになる。複数の半導体素子間をワイヤリングした後、図示しない熱伝導のよい樹脂で封止して双方向スイッチモジュールが出来上がる。
以上述べたように、本実施例でも、配線パターンが形成された配線層や金属ベース板と配線層間を絶縁する絶縁基板を用いず、節点Ｎ１２ａに接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１２ａに対応した第３ａ金属ベース板上に直接載置し、節点Ｎ１２ｂに接続される同一電位の接合電極（例えば、Ｋ電極，Ｄ電極，Ｃ電極）を持つ半導体素子を節点Ｎ１２ｂに対応した第３ｂ金属ベース板上に直接載置して、双方向スイッチモジュールを構成する。従って、双方向スイッチモジュールのコストダウンを図ることができる。また、金属ベース板の枚数を最適化することができる。また、絶縁基板を用いないので、半導体素子で生じた熱を直接金属ベース板に熱拡散させることができ、放熱特性が良好になり、半導体素子の信頼性を向上させることができる。
本発明に係わる双方向スイッチの複数の回路形態を示す図。 実施例１に係わる双方向スイッチの回路図。 双方向スイッチを構成する半導体素子の模式断面構成図。 実施例１による双方向スイッチモジュールの要部構成図。 図４における第２金属ベース板上に搭載された第２半導体スイッチと第２ダイオードの断面を模式的に示した図。 実施例２に係わる双方向スイッチの回路図。 実施例２による双方向スイッチモジュールの要部構成図。 実施例３に係わる双方向スイッチの回路図。 実施例３による双方向スイッチモジュールの要部構成図。 実施例４による双方向スイッチの回路図。 実施例４による双方向スイッチモジュールの要部構成図。 実施例５に係わる双方向スイッチの回路図。 実施例５による双方向スイッチモジュールの要部構成図。
符号の説明
１０１…第１金属ベース板、１０２…第２金属ベース板、１１２…第３金属ベース板、１３０…金属細線、１３２…配線板、１３５…搭載エリア、１３７…穴、
Ｄｉ１…第１ダイオード、Ｄｉ２…第２ダイオード、Ｄｉ５…第５ダイオード、Ｄｉ６…第６ダイオード、Ｑ１…第１半導体スイッチ、Ｑ２…第２半導体スイッチ、
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ１２…節点、

Claims (12)

  1. 複数の半導体素子を組み合せて、第１端子から第２端子へおよび前記第２端子から前記第１端子への双方向に電流が通過可能な双方向スイッチ回路を有する双方向スイッチモジュールであって、
    熱拡散板となり、前記第１端子に接続された第１金属ベース板と、
    熱拡散板となり、前記第２端子に接続された第２金属ベース板と、
    一対の面を有する第１半導体チップに設けられ、前記第１半導体チップの一方面に設けられ前記第１端子と接続される第１電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極との電流通路となる第２電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極と前記第２電極との電流制御を行う第３電極とを有し、前記第１電極と前記第１金属ベース板とが向かい合うように前記第１金属ベース板に搭載された第１半導体スイッチ素子と、
    一対の面を有する第２半導体チップに設けられ、前記第２半導体チップの一方面に設けられ前記第１端子と接続される第１カソード電極と、前記第２半導体チップの他方面に設けられた第１アノード電極とを有し、前記第１カソード電極と前記第１金属ベース板とが向かい合うように前記第１金属ベース板に搭載された第１ダイオード素子と、
    一対の面を有する第３半導体チップに設けられ、前記第３半導体チップの一方面に設けられ前記第２端子と接続される第４電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極との電流通路となる第５電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極と前記第５電極との電流制御を行う第６電極とを有し、前記第４電極と前記第２金属ベース板とが向かい合うように前記第２金属ベース板に搭載された第２半導体スイッチ素子と、
    一対の面を有する第４半導体チップに設けられ、前記第４半導体チップの一方面に設けられ前記第２端子と接続される第２カソード電極と、前記第４半導体チップの他方面に設けられた第２アノード電極とを有し、前記第２カソード電極と前記第２金属ベース板とが向かい合うように前記第２金属ベース板に搭載された第２ダイオード素子と、
    前記第３電極と接続される第１制御端子と、
    前記第６電極と接続される第２制御端子と、
    前記第１アノード、前記第２アノード、前記第２電極および前記第５電極をそれぞれ電気的に接続する配線と、を有する双方向スイッチモジュール。
  2. 複数の半導体素子を組み合せて、第１端子から第２端子へおよび前記第２端子から前記第１端子への双方向に電流を流すことが可能な双方向スイッチ回路を有する双方向スイッチモジュールであって、
    第１半導体チップおよび第２半導体チップが搭載され、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとを加えた面積より広い面積を有し、前記第１端子に接続された第１金属ベース板と、
    第３半導体チップおよび第４半導体チップが搭載され、前記第３半導体チップと前記第４半導体チップとを加えた面積より広い面積を有する前記第２端子に接続された第２金属ベース板と、
    前記第１半導体チップに設けられ、前記第１半導体チップの一方面に設けられた第１電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極との電流経路となる第２電極と、前記第１半導体チップの他方面に設けられ前記第１電極と前記第２電極との電流制御を行う第３電極とを有し、前記第１電極の面と前記第１金属ベース板の面とが接続されるように設けられた第１半導体スイッチ素子と、
    前記第２半導体チップに設けられ、前記第２半導体チップの一方面に設けられた第１カソード電極と、前記第２半導体チップの他方面に設けられた第１アノード電極とを有し、前記第１カソード電極の面と前記第１金属ベース板の面とが接続されるように設けられた第１ダイオード素子と、
    前記第３半導体チップに設けられ、前記第３半導体チップの一方面に設けられた第４電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極との電流経路となる第５電極と、前記第３半導体チップの他方面に設けられ前記第４電極と前記第５電極との電流制御を行う第６電極とを有し、前記第４電極の面と前記第２金属ベース板の面とが接続されるように設けられた第２半導体スイッチ素子と、
    前記第４半導体チップに設けられ、前記第４半導体チップの一方面に設けられた第２カソード電極と、前記第４半導体チップの他方面に設けられた第２アノード電極とを有し、前記第２カソード電極の面と前記第２金属ベース板の面とが接続されるように設けられた第２ダイオード素子と、
    前記第３電極と接続される第１制御端子と、
    前記第６電極と接続される第２制御端子と、を有し、
    前記第１端子から前記第２端子へ電流が流れる場合は、前記第１制御端子に第１駆動信号を与えることにより、前記第１金属板、前記第１半導体スイッチ素子、前記第２ダイオード素子、前記第２金属板を介して電流が流れ、
    前記第２端子から前記第１端子へ電流が流れる場合は、前記第２制御端子に第２駆動信号を与えることにより、前記第２金属板、前記第２半導体スイッチ素子、前記第１ダイオード素子、前記第１金属板を介して電流が流れる双方向スイッチモジュール。
  3. 前記第１アノード、前記第２アノード、前記第２電極および前記第５電極をそれぞれ電気的に接続する配線を有する、請求項２に記載の双方向スイッチモジュール。
  4. 前記第１アノード、前記第２アノード、前記第２電極および前記第５電極をそれぞれ電気的に接続する配線は、金属細線である、請求項１もしくは請求項３に記載の双方向スイッチモジュール。
  5. 前記第１金属板と前記第１端子とは一体的に構成された１つの金属板であり、前記第２金属板と前記第２端子とは一体的に構成された別の１つの金属板である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  6. 前記第１金属板と前記第１端子とは連続的に接続されて構成された金属板であり、前記第２金属板と前記第２端子とは連続的に接続されて構成された他の金属板である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  7. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴである、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  8. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、IGBTである、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  9. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、バイポーラトランジスタである、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  10. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであり、前記第１電極および前記第４電極はドレイン電極であり、前記第２電極および前記第５電極はソース電極であり、前記第３電極および前記第６電極はゲート電極である、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  11. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、IGBTであり、前記第１電極および前記第４電極はコレクタ電極であり、前記第２電極および前記第５電極はエミッタ電極であり、前記第３電極および前記第６電極はゲート電極である、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
  12. 前記第１半導体スイッチ素子および第２半導体スイッチ素子は、バイポーラトランジスタであり、前記第１電極および前記第４電極はコレクタ電極であり、前記第２電極および前記第５電極はエミッタ電極である、請求項１から６のいずれかに記載の双方向スイッチモジュール。
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