JP6597549B2

JP6597549B2 - 半導体モジュール

Info

Publication number: JP6597549B2
Application number: JP2016205972A
Authority: JP
Inventors: 真悟岩崎; 幸治浦本; 崇功川島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP2018067657A

Description

本発明は、２個のスイッチング素子を封止した半導体モジュールに関する。

スイッチング素子を使った電力変換器では、２個のスイッチング素子を並列に接続し、それらを同じタイミングでオンオフさせることで、あたかも一つのスイッチング素子のように用い、一個当たりの素子の負荷を軽減する技術が知られている。そのような使い方に適した半導体モジュールが特許文献１に記載されている。特許文献１の半導体モジュールに用いるスイッチング素子は、平行な一対の側面の一方に高電位側の電極が露出しており、他方に低電位側の電極が露出している。２個のスイッチング素子を２枚の金属板で挟み込むことで、２個のスイッチング素子が電気的に並列に接続される。特許文献１の半導体モジュールは、対向する２枚の金属板の外側面が露出するように、２個のスイッチング素子が樹脂パッケージで封止されている。金属板は、内部のスイッチング素子の熱をパッケージ表面へ移送する放熱板の役割も果たす。なお、スイッチング素子の高電位側の電極とは、ＮＰＮ型トランジスタの場合はコレクタ電極がこれに相当し、ＰＮＰ型トランジスタの場合はエミッタ電極がこれに相当する。低電位型の電極とは、ＮＰＮ型のトランジスタの場合はエミッタ電極がこれに相当し、ＰＮＰ型のトランジスタの場合はコレクタ電極がこれに相当する。

特開２０１３−０９３３４３号公報

並列接続された２個のスイッチング素子を同期してオンオフする場合、スイッチングスピードが高くなると、スイッチング素子同士を接続する導体のインダクタンスが影響してくる。夫々のスイッチング素子の電極までの導体のインダクタンスがアンバランスだと、２個のスイッチング素子の低電位側電極に電位差が生じてしまう。特に、低電位側の電極とゲート電極の電位差でオンオフが定まるタイプのスイッチング素子では、低電位側の電極に電位差が生じると、２個のスイッチング素子のゲート間で電流が流れる。ゲート間に電流が流れると低電位側の電極の電位差が逆転する。これが繰り返されると発振現象が生じる。そのような発振現象はゲート発振と呼ばれている。本明細書は、２個のスイッチング素子の並列接続を封止した半導体モジュールであって、ゲート発振が生じ難い半導体モジュールを提供する。

本明細書が開示する半導体モジュールは、２個のスイッチング素子と、２個のスイッチング素子を挟み込む第１及び第２金属板と、樹脂パッケージを備えている。夫々のスイッチング素子は、平行な一対の側面の一方に高電位側電極が露出しているとともに他方に低電位側電極が露出しているタイプの素子である。第１金属板は、スイッチング素子を挟み込む一対の金属板の一方の金属板であって、夫々のスイッチング素子の高電位側電極と導通している。第２金属板は、２個のスイッチング素子を挟み込む一対の金属板の他方の金属板であって、夫々のスイッチング素子の低電位側電極と導通している。一対の金属板によって２個のスイッチング素子は並列に接続される。樹脂パッケージは、平板型であり、その幅広面に一対の金属板の外側面が露出するように２個のスイッチング素子を封止している。

樹脂パッケージの内部にて第１金属板から２個の第１端子が延びており、２個の第１端子は、樹脂パッケージの幅広面と交差するパッケージ側面から外部へと延びている。樹脂パッケージの内部にて第２金属板から１個の第２端子が延びており、第２端子はパッケージ側面にて、２個の第１端子の間から外部へ延びている。第１端子は２個のスイッチング素子の並列接続回路の高電位側端子に相当し、第２端子は並列接続回路の低電位側端子に相当する。本明細書が開示する半導体モジュールでは、第２端子は、２個のスイッチング素子の夫々の低電位側電極から等距離の位置で第２金属板から延びている。上記の構造によれば、２個のスイッチング素子の低電位側電極と、それらの電極から流れ出る電流が合流する箇所、即ち、第２端子の第２金属板への付け根までの物理的な距離が等しくなる。それゆえ、第２端子から夫々のスイッチング素子の低電位側の電極までのインダクタンスが等しくなる。その結果、ゲート発振が抑えられる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の半導体モジュールの平面図である。図１（Ａ）は、おもて面からみた半導体モジュールであり、図１（Ｂ）は裏面からみた半導体モジュールである。樹脂パッケージを除いた半導体モジュールの平面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である。図２のIV−IV線に沿った断面図である。図２のV−V線に沿った断面図である。実施例の半導体モジュールを適用する電力変換器の回路図である。電力変換器の部品レイアウトを示す平面図である。

図面を参照して実施例の半導体モジュール３を説明する。図１（Ａ）に半導体モジュール３をおもて面からみた平面図を示し、図１（Ｂ）に半導体モジュール３をうら面からみた平面図を示す。なお、説明の便宜上、図中の座標系のＸ軸正方向を向く面を「おもて面」と称し、Ｘ軸負方向を向く面を「うら面」と称する。また、説明の都合上、Ｚ軸の正方向を「上」と称する。

半導体モジュール３は、樹脂製のパッケージ（樹脂パッケージ３０）の中に２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂを封止したデバイスである。図１では、樹脂パッケージ３０に封止されたトランジスタチップ３２ａ、３２ｂを点線で描いてある。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂの夫々は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続されているＲＣ−ＩＧＢＴチップである。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、主に電力変換に使われる、いわゆるパワートランジスタである。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂは平板型であり、一方の幅広面（Ｘ軸正方向を向く面）にエミッタ電極３２１と制御電極３２２が露出しており、他方の幅広面（Ｘ軸負方向を向く面）にコレクタ電極３２３が露出している。

半導体モジュール３は、Ｘ軸方向の厚みが薄い平板型である。扁平な半導体モジュール３のＸ方向を向く幅広面には、金属板３３、３１が露出している。詳しくは後述するが、半導体モジュール３は、樹脂パッケージ３０の中で、一対の金属板３１、３３の間に２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂが挟まれており、金属板３１、３３は、それぞれ、トランジスタチップの電極と導通している。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、一対の金属板３１、３３によって並列に接続されている。樹脂パッケージ３０の上面３０ａから３個のパワー端子（コレクタ端子３４ａ、３４ｂ、エミッタ端子３５）が延びている。コレクタ端子３４ａ、３４ｂは、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのコレクタ電極と導通しており、エミッタ端子３５は、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極と導通している。樹脂パッケージ３０の下面から、制御端子３７が延びている。制御端子３７は、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂのゲートに導通しているゲート端子、トランジスタチップに流れる電流を検知するセンスエミッタに導通しているセンスエミッタ端子、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂの夫々に備えられている温度センサと導通しているセンサ端子などである。制御端子３７は、樹脂パッケージ３０の内部で制御電極３２２と導通している。

図２から図５を参照して半導体モジュール３の内部構造を説明する。図２は、樹脂パッケージ３０を除いた半導体モジュール３の平面図である。なお、樹脂パッケージ３０は仮想線で描いてある。図３−図５は、夫々、図２のIII−III、IV−IV線、V−V線に沿った断面図である。

図３によく示されているように、一対の金属板３１、３３の間に、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂと銅ブロック３８が挟まれている。金属板３１の上に、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂがはんだ付けされている。金属板３１には、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂのコレクタ電極３２３が露出する面が接続している。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１が露出する面には銅ブロック３８がはんだ付けされている。その銅ブロック３８の上に金属板３３がはんだ付けされている。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのコレクタ電極３２３は、金属板３１を介して電気的に接続している。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１は、銅ブロック３８と金属板３３を介して電気的に接続している。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、一対の金属板３１、３３の間で、電気的に並列に接続される。

一対の金属板３１、３３と、それらに挟まれたトランジスタチップ３２ａ、３２ｂは樹脂パッケージ３０で封止されている。金属板３１の外側面３１ａと金属板３３の外側面３３ａが樹脂パッケージ３０から露出する。詳しくは後述するが、半導体モジュール３は、その両方の幅広面に冷却器が接する。金属板３１、３３は、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂを電気的に並列に接続する導体の役割のほか、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂの熱を冷却器に伝える放熱板としての役割を果たす。

図４は、図２の半導体モジュール３をその中心線ＣＬでカットした断面図である。樹脂パッケージ３０の図中のＹ軸方向の中心にて金属板３１の上縁からタブ３３１が延びており、そのタブ３３１とエミッタ端子３５がはんだ付けされている。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１は、金属板３３を介してエミッタ端子３５と導通する。

図５は、一方のコレクタ端子３４ｂと１本の制御端子３７を通る平面で半導体モジュール３をカットした断面図である。別言すれば、図５は、半導体モジュール３を図中のＹ軸方向の端付近でカットした断面図である。図５の断面では、金属板３１の上縁からタブ３１１が延びており、そのタブ３１１とコレクタ端子３４ｂがはんだ付けされている。中心線ＣＬを挟んで図５の断面とは反対側の断面も同じ構造を備えており、金属板３１の上縁から延びるタブ３１１にコレクタ端子３４ａがハンダ付けされている。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのコレクタ電極３２３は、金属板３１を介してコレクタ端子３４ａ、３４ｂと導通する。コレクタ端子３４ａ、３４ｂ、エミッタ端子３５は、樹脂パッケージ３０の金属板３１、３３が露出する面と交差する上面３０ａから延びている。

図２と図５を参照するとよく理解できるように、制御端子３７はボンディングワイヤ３６を介して制御電極３２２と導通する。

図２に戻り、正面からみたときの半導体モジュール３の内部構造の特徴を説明する。金属板３３は、その上縁中央からタブ３３１が延びており、そのタブ３３１とエミッタ端子３５が接続されている。金属板３３のタブ３３１の両側にて、金属板３１のタブ３１１が延びている。２個のタブ３１１のそれぞれにコレクタ端子３４ａ、３４ｂが接続されている。図２に示されているように、半導体モジュール３は、パワー端子（コレクタ端子３４ａ、３４ｂ、及び、エミッタ端子３５）の長さを除き、中心線ＣＬで左右対称をなしている。特に、金属板３３とエミッタ端子３５が左右対称をなしており、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂも中心線ＣＬを挟んで左右対称に配置されている。それゆえ、図２の太線が示すように、トランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１からエミッタ端子３５まで導電経路が等しくなる。より詳しくいうと、エミッタ端子３５は、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂの夫々のエミッタ電極３２１から等距離の位置で金属板３３から延びている。

エミッタ端子３５から夫々のエミッタ電極３２１までの導電経路の長さが異なると、夫々の導電経路のインダクタンスが相違する。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂを同じタイミングでオンオフさせると導電経路のインダクタンスの相違（アンバランス）によりゲート発振と呼ばれる現象が起こり得る。ゲート発振は、特に、エミッタ電極（トランジスタの低電位側の電極）の電位に対するゲートの電位でオンとオフが切り換わるタイプのトランジスタで起こりやすい。ＩＧＢＴはその典型例である。実施例の半導体モジュール３は、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂとエミッタ端子３５が、２個のトランジスタの並び方向に交差する中心線ＣＬに対して対称形をなしている。それゆえ、エミッタ端子３５からそれぞれのトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１までの導電経路が等しくなり、夫々の導電経路のインダクタンスも等しくなる。その結果、半導体モジュール３は、ゲート発振を生じ難い。

半導体モジュール３の特徴をまとめると以下の通りである。半導体モジュール３は樹脂パッケージ３０の中に２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂを封止したデバイスである。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、平行な一対の側面の一方にコレクタ電極３２３が露出しており、他方にエミッタ電極３２１が露出している。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、一対の金属板３１、３３に挟まれている。一方の金属板３１は、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂの夫々のコレクタ電極３２３と導通している。他方の金属板３３は、２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１と導通している。金属板３１、３３の外側面は、樹脂パッケージ３０の表面に露出している。樹脂パッケージ３０の内部にて、金属板３１の上縁から２個のコレクタ端子３４ａ、３４ｂが延びている。２個のコレクタ端子３４ａ、３４ｂは、樹脂パッケージ３０の金属板が露出していない上面３０ａから外部へと延びている。樹脂パッケージ３０の内部にて、金属板３３の上縁からエミッタ端子３５が延びている。エミッタ端子３５も、樹脂パッケージ３０の上面３０ａから外部へと延びている。エミッタ端子３５は、半導体モジュール３をその幅広面（金属板が露出する面）の法線方向（図中のＸ方向）からみたときに、２個のコレクタ端子３４ａ、３４ｂの間で樹脂パッケージ３０から延びている。

半導体モジュール３の特徴を別の観点からみると、次の通りである。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂは、半導体モジュール３の幅広面（金属板が露出する面）の法線方向（Ｘ方向）からみたときに、エミッタ電極３２１がおもて面に露出している。２個のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂのエミッタ電極３２１に金属板３３が導通している。上記した法線方向からみたときに、２個のチップの垂直二等分線（中心線ＣＬ）に沿って金属板３３からエミッタ端子３５が樹脂パッケージ３０の外部へと延びている。

図６、図７を参照して実施例の半導体モジュール３を使った電力変換器１００を説明する。電力変換器１００は、走行用に２個のモータ１７ａ、１７ｂを備える電気自動車に搭載されており、バッテリ１１の直流電力をモータ１７ａ、１７ｂの駆動電力に変換するデバイスである。実施例の２個の半導体モジュール３が電力変換器１００に用いられている。

まず、図６を参照して電力変換器１００の回路構成を説明する。図６は、電力変換器１００のブロック図である。電力変換器１００は、電圧コンバータ１５と、２個のインバータ１６ａ、１６ｂを備えている。

電圧コンバータ１５は、バッテリ側から供給される電力の電圧を昇圧してインバータ側へ出力する昇圧機能と、インバータ側から供給される電力の電圧を降圧してバッテリ側へ出力する降圧機能を備えている。すなわち、電圧コンバータ１５は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。インバータ側から供給される電力とは、モータ１７ａ、１７ｂが出力軸側から逆駆動されて発電した電力（回生電力）である。モータ１７ａ、１７ｂが発電した交流の回生電力はインバータ１６ａ、１６ｂで直流電力に変換され、電圧コンバータ１５に供給される。

電圧コンバータ１５は、４個のトランジスタ４ａ、４ｂ、４ａ、４ｂと、４個のダイオードと、リアクトル１２と、フィルタコンデンサ１３を備えている。４個のトランジスタ４ａ、４ｂ、４ａ、４ｂは、２個ずつが並列に接続されており、２組の並列回路が直列に接続されている。各トランジスタ４ａ、４ｂには、ダイオードが逆並列に接続されている。夫々の並列回路が前述した半導体モジュール３によって実現される。先に述べたように、半導体モジュール３は、ＲＣ−ＩＧＢＴのトランジスタチップ３２ａ、３２ｂを収容しており、図６のトランジスタとダイオードの組が、半導体モジュールに収容されたＲＣ−ＩＧＢＴのトランジスタチップに相当する。図６では、２組の並列回路、即ち、半導体モジュールを符号３ａと３ｂで表している。以下では、半導体モジュール３ａ、３ｂを、回路の説明の都合上、並列回路３ａ、３ｂと称する場合がある。

並列回路３ａ、３ｂの直列接続は、電圧コンバータ１５の高電圧端１５ｃ、１５ｄの間に接続されている。並列回路３ａ、３ｂの直列接続の中点Ｑにリアクトル１２の一端が接続されている。リアクトル１２の他端は電圧コンバータ１５の低電圧端の正極１５ａに接続されている。低電圧端の正極１５ａと負極１５ｂの間にフィルタコンデンサ１３が接続されている。低電圧端の負極１５ｂは高電圧端の負極１５ｄと直接に接続されている。不図示のコントローラによって、並列回路３ａの２個のトランジスタ４ａ、４ｂは同じタイミングでオンオフされる。２個のトランジスタ４ａ、４ｂは、電気回路上はあたかも一つのスイッチング素子として機能する。同様に、並列回路３ｂの２個のトランジスタ４ａ、４ｂも同じタイミングでオンオフされ、電気回路上はあたかも一つのスイッチング素子として機能する。ただし、トランジスタ４ａ、４ｂの夫々のエミッタ電極と中点Ｑの間のインダクタンスが相違すると、ゲート発振を生じ易くなる。先の半導体モジュール３は、トランジスタ４ａ、４ｂの夫々のエミッタ電極と中点Ｑの間のインダクタンスがほぼ等しくなり、ゲート発振が生じ難い。図６の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成はよく知られているので詳しい動作説明は省略する。

インバータ１６ａは、２個のトランジスタ６ａ、６ｂの直列接続が３組、並列に接続された構成を有している。各トランジスタ６ａ、６ｂにはダイオードが逆並列に接続されている。各直列接続の中点から交流が出力される。インバータ１６ａは、電圧コンバータ１５から出力された直流電力を交流電力に変換してモータ１７ａに供給する。図６のインバータ１６ａの回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。

一つの直列接続（ダイオードを含む）が一つの半導体モジュール５ａに収容されている。３個の半導体モジュール５ａ−５ｃでインバータ１６ａが成り立っている。インバータ１６ｂは、インバータ１６ａと同じ構造を有しており、３個の半導体モジュール５ｄ−５ｆで成り立っている。インバータ１６ｂは、電圧コンバータ１５から出力された直流電力を交流電力に変換してモータ１７ｂに供給する。

電圧コンバータ１５と２個のインバータ１６ａ、１６ｂの間には、それらの間を流れる電流の脈動を抑える平滑コンデンサ１４が接続されている。

図７を参照して電力変換器１００のハードウエア構成を説明する。半導体モジュール５ａ−５ｆは、同じ構造を有している。以下、半導体モジュール５ａ−５ｆのいずれか一つを区別なく示すときには半導体モジュール５と表記する。構造の詳しい説明は省略するが、半導体モジュール５の内部には、２個のトランジスタ６ａ、６ｂの直列接続と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードが収容されている。半導体モジュール３ａ、３ｂの一方を区別なく示すときには半導体モジュール３と表記する。

半導体モジュール５の外観は、半導体モジュール３の外観と同じである。半導体モジュール５も一対の幅広面を有する平板型であり、一対の幅広面の夫々に放熱板を兼ねる金属板が露出している。半導体モジュール３ａ、３ｂと半導体モジュール５ａ−５ｆは、複数の冷却器４０とともに積層されている。複数の半導体モジュール３、５と複数の冷却器４０は、一つずつ交互に積層されており、各半導体モジュール３、５の幅広面の金属板が冷却器４０と接する。半導体モジュール３、５と冷却器４０の積層ユニット６０は、電力変換器１００の筐体壁４７と板バネ６１の間に挟まれ、積層方向の荷重を受ける。積層方向の荷重により半導体モジュール３、５の夫々は隣接する冷却器４０と密着し、伝熱性が高められている。積層された複数の冷却器４０を、２本のパイプ４８と４９が貫いている。一方のパイプ４８を通じて外部から冷媒が供給される。冷媒は各冷却器４０に分配され、冷却器４０の中を通る間に隣接する半導体モジュール３、５から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、他方のパイプ４９を通じて外部へと排出される。

半導体モジュール５の幅広面と交差する一側面（樹脂パッケージの上面）から、３個のパワー端子が延びている。それらは、半導体モジュール５の内部の２個のトランジスタの直列接続の高電位側と導通する高電位端子５１、低電位側と導通する低電位端子５２、中点と導通する中点端子５３である。図７では、半導体モジュール５ａの端子にのみ符号５１−５３を付し、他の半導体モジュール５ｂ―５ｆには端子への符号は省略した。

図７によく示されているように、複数の半導体モジュール５の高電位端子５１と半導体モジュール３ａ、３ｂのコレクタ端子３４ｂが半導体モジュールの積層方向に沿って一列に並び、低電位端子５２とエミッタ端子３５が一列に並ぶ。また、複数の半導体モジュールの中点端子５３と半導体モジュール３ａ、３ｂのコレクタ端子３４ａが一列に並ぶ。図６に示されているように、半導体モジュール５ａ−５ｆ、３ａの高電位側と、平滑コンデンサ１４の高電位側が接続される。電力変換器１００では、積層ユニット６０の横に、平滑コンデンサ１４が配置されており、平滑コンデンサ１４から延びる複数の正極バスバ４１の夫々が、複数の半導体モジュール５の高電位端子５１と、半導体モジュール３ａの高電位端子（即ちコレクタ端子３４ｂ）に接続している。なお、半導体モジュール５ａに接続される正極バスバ、及び、半導体モジュール３ａに接続される正極バスバにのみ符号４１を付し、他の半導体モジュール５ｂ−５ｆに接続される正極バスバには符号を省略した。

図６に示されているように、半導体モジュール５ａ−５ｆ、３ｂの低電位側と、平滑コンデンサ１４の低電位側が接続される。平滑コンデンサ１４から延びる複数の負極バスバ４２の夫々が、複数の半導体モジュール５の低電位端子５２と、半導体モジュール３ｂの低電位端子（即ちエミッタ端子３５）に接続している。なお、半導体モジュール５ａに接続される負極バスバ、及び、半導体モジュール３ｂに接続される負極バスバにのみ符号４２を付し、他の半導体モジュール５ｂ−５ｆに接続される負極バスバには符号を省略した。

積層ユニット６０の平滑コンデンサ１４とは反対側に端子台４６が配置されている。半導体モジュール５ａ−５ｆの中点端子５３は、出力バスバ４３によって端子台４６に接続されている。端子台４６の３個の端子４６ａが、モータ１７ａへ三相交流電流を供給するための出力端子であり、３個の端子４６ｂが、モータ１７ｂへ三相交流電流を供給するための出力端子である。図７では、半導体モジュール５ａに接続される出力バスバにのみ符号４３を付し、他の半導体モジュール５ｂ−５ｆに接続される出力バスバには符号を省略した。

半導体モジュール５ａ−５ｆの高電位端子５１と半導体モジュール３ａのコレクタ端子３４ｂには、同じ形状の正極バスバ４１が接続している。半導体モジュール５ａ−５ｆの低電位端子５２と半導体モジュール３ｂのエミッタ端子３５には、同じ形状の負極バスバ４２が接続している。

図６に示されているように、半導体モジュール３ａの低電位側（即ちエミッタ端子３５）と、半導体モジュール３ｂの高電位側（即ちコレクタ端子３４ａ又は３４ｂ）と、リアクトル１２の一端が接続されている。図７に示すように、電力変換器１００の筐体内部では、積層ユニット６０の積層方向の隣にリアクトル１２が配置されている。半導体モジュール３ａのエミッタ端子３５と、半導体モジュール３ｂのコレクタ端子３４ａと、リアクトル１２がリアクトルバスバ４４で接続されている。

半導体モジュール３ａ、３ｂは、２個のトランジスタの並列接続の低電位側の端子であるエミッタ端子３５を中央に配置し、その両側に、高電位側の端子である２個のコレクタ端子３４ａ、３４ｂが配置されている。そのような配置によって、図６の電力変換器１００において、いずれのバスバも交差することなく配策することが可能となっている。

電力変換器１００において、半導体モジュール３を利用した積層ユニット６０の特徴は次の通りである。積層ユニット６０は、２タイプの半導体モジュール３、５を備えている。第１タイプの半導体モジュールは、内部で２個の第１スイッチング素子が並列に接続されており、スイッチング素子の並列接続の２個の高電位端子が樹脂パッケージの一側面から延びており、１個の低電位端子が２個の高電位端子の間から延びている。第２タイプの半導体モジュールは、内部で２個のスイッチング素子が直列に接続されており、第２スイッチング素子の直列接続の高電位端子と低電位端子と中点端子が樹脂パッケージの一側面から延びている。実施例の半導体モジュール３ａ、３ｂが第１タイプの半導体モジュールであり、半導体モジュール５が第２タイプの半導体モジュールである。２個の第１タイプの半導体モジュールと複数の第２タイプの半導体モジュールが冷却器４０とともに積層されている。第１タイプ、第２タイプの半導体モジュールの端子は、積層方向と交差する同一方向を向いている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の半導体モジュール３が、請求項の「半導体モジュール」の一例に相当する。実施例のトランジスタチップ３２ａ、３２ｂが請求項の「スイッチング素子」の一例に相当する。トランジスタチップ３２ａ、３２ｂのコレクタ電極３２３が、請求項の「高電位側電極」の一例に相当し、エミッタ電極３２１が請求項の「低電位側電極」の一例に相当する。金属板３１が、請求項の「第１金属板」の一例に相当し、金属板３３が、請求項の「第２金属板」の一例に相当する。実施例のコレクタ端子３４ａ、３４ｂが、請求項の「第１端子」の一例に相当し、エミッタ端子３５が、請求項の「第２端子」の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：半導体モジュール
３ａ、３ｂ：半導体モジュール（並列回路）
４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ：トランジスタ
５、５ａ−５ｆ：半導体モジュール
１１：バッテリ
１２：リアクトル
１３：フィルタコンデンサ
１４：平滑コンデンサ
１５：電圧コンバータ
１６ａ、１６ｂ：インバータ
１７ａ、１７ｂ：モータ
３０：樹脂パッケージ
３１、３３：金属板
３２ａ、３２ｂ：トランジスタチップ
３４ａ、３４ｂ：コレクタ端子
３５：エミッタ端子
３７：制御端子
３８：銅ブロック
４０：冷却器
４１：正極バスバ
４２：負極バスバ
４３：出力バスバ
４４：リアクトルバスバ
５１：高電位端子
５２：低電位端子
５３：中点端子
６０：積層ユニット
１００：電力変換器
３１１、３３１：タブ
３２１：エミッタ電極
３２２：制御電極
３２３：コレクタ電極

Claims

平行な一対の側面の一方に高電位側電極が露出しているとともに他方に低電位側電極が露出している２個のスイッチング素子と、
２個の前記スイッチング素子を挟み込む一対の金属板の一方の金属板であって、夫々の前記スイッチング素子の高電位側電極と導通している第１金属板と、
前記一対の金属板の他方の金属板であって、夫々の前記スイッチング素子の低電位側電極と導通している第２金属板と、
前記２個のスイッチング素子を封止している平板型の樹脂パッケージであって、その幅広面に前記一対の金属板の外側面が露出している樹脂パッケージと、
を備えており、
前記樹脂パッケージの内部にて前記第１金属板から２個の第１端子が延びており、当該２個の第１端子は、前記幅広面に交差するパッケージ側面から外部へと延びており、
前記樹脂パッケージの内部にて前記第２金属板から１個の第２端子が延びており、当該第２端子は前記パッケージ側面にて前記２個の第１端子の間から外部へ延びており、
前記第２端子は、前記２個のスイッチング素子の夫々の低電位側電極から等距離の位置で前記第２金属板から延びている、半導体モジュール。