JP7329578B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents

Description

本願は、電力用半導体装置に関するものである。

電力用半導体装置は、パワーモジュールを例えば複数個組み合わせることで構成した電力変換回路を内部に備える。パワーモジュールは、スイッチング可能なパワー半導体チップを内部に有し、ヒートシンク上に配置される。電力用半導体装置は電力変換回路に加えて制御基板を有し、制御基板から電力変換回路に信号が伝達され、パワー半導体チップをオンオフさせて電力変換回路の電力を制御する。電力用半導体装置は、制御の際に生じる電圧変動、及びノイズを吸収する平滑コンデンサを備える。また、電力用半導体装置は電源、パワーモジュール及び平滑コンデンサを接続する金属製の板で形成されたバスバーを備え、動作時にバスバーを介して電力を伝達し合う。電力変換回路には３相回路が構成され、例えば３相回路を２回路分並列に配置することで、モータと接続して動作させるときに電磁音の低減及び駆動トルク変動の平滑化を図ることができる。

パワーモジュールは、配線パターン状に成形されたリードフレーム上にパワー半導体チップを搭載し、パワー半導体チップの上面電極パッドは配線部材で接続され、これらをモールド樹脂で封止したものである。パワー半導体チップは通電により発熱が生じ、パワー半導体チップの温度は上昇する。パワー半導体チップには許容温度が定められているため、この温度を超えないように通電する電流を制御する必要がある。すなわち、電力用半導体装置の出力を限界まで引き出す場合、通電時のパワー半導体チップの温度が許容温度以下となる範囲の最大電力で電力用半導体装置を動作させることになる。パワー半導体チップの動作温度が許容温度以下となる範囲内で電力を上げるには、同じ電力が入力されたときにパワー半導体チップで生じる発熱損失を低減すること、パワー半導体チップが外部から受ける熱量を低減すること、パワー半導体チップで生じた熱を放熱しやすくすること、もしくはパワー半導体チップの温度を監視し許容温度になる寸前まで入力する電力を許容することなどで可能になる。また、電力用半導体装置は上述のとおり、バスバー、リードフレーム、パワー半導体チップなど様々な部材、及びこれらの部材の溶接部などの接続部を介して通電される。

電力用半導体装置の通電時にパワー半導体チップ等の電子部品が短絡故障すると、電力用半導体装置に過大な短絡電流が流れる。短絡状態において、電源と電力変換回路を繋ぐリレーを接続する、または接続を継続すると、大電流によりパワーモジュールは故障する。また定格を超える過電流が電力用半導体装置に流れることにより、電力用半導体装置に接続された電源が損害を受ける場合もある。こうした事態を回避するために、過電流が流れた場合、通常は過電流を検知するセンサを用いて、パワー半導体チップのスイッチングを高速に制御して電流を遮断している。しかしながら、不測の事態に対応するために更なる対策を施して、パワーモジュールの故障モードを確実に防ぐことも有益と考えられている。このような要求に対応するために、様々な電力用半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

開示された電力用半導体装置では、電力用半導体装置と一体となった回転電機の構造が示されている。この電力用半導体装置は、パワー半導体チップと、パワー半導体チップを実装したパワーリードと、パワーリードの一部を露出させてパワー半導体チップ及びパワーリードをモールドした樹脂と、露出したパワーリードの露出部に設けたヒューズ部とを備える。ヒューズ部を設けたことで過電流は確実に遮断されるため、電力用半導体装置はパワーモジュールの故障モードの耐性に優れた構成を備えている。

国際公開第２０１８／０７９３５２号

上記特許文献１における電力用半導体装置の構造では、ヒューズ部を設けたため、過電流を遮断することはできる。しかしながら、ヒューズ部において局所的に電流密度が上がるため、寄生インダクタンスの増加に応じて発生する誘起電圧により、ノイズが大きくなる。そのため、電力用半導体装置のノイズ低減が阻害されるという課題があった。

そこで、本願は、誘起電圧を抑制して、ノイズを低減した電力用半導体装置を得ることを目的とする。

本願に開示される電力用半導体装置は、板状に形成され、同一平面上に並べられた複数のリードフレーム、第１のリードフレームの一方の面に接続された第１の半導体素子、第２のリードフレームの一方の面と第１の半導体素子における第１のリードフレームの側とは反対側の面とを接続する配線部材、及びコンデンサを有したパワーモジュールと、パワーモジュールに流入する電流の経路に設けられたヒューズ部とを備え、同一平面に平行な一つの特定の方向を第一方向とし、同一平面に平行で第一方向に垂直な方向を第二方向とし、パワーモジュールとして、第一方向に隣接して配置された、第一組のパワーモジュールと第二組のパワーモジュールとが設けられ、第一組のパワーモジュールにおいて、コンデンサは、第１の半導体素子の周囲であって、第１のリードフレームと第１のリードフレームの第一方向の一方側に隣接した第２のリードフレームの部分との間に接続され、ヒューズ部は、第１の半導体素子が接続された第１のリードフレームの本体部分から第二方向の一方側に延出した端子部の、第１のリードフレームの本体部分に隣接した位置に接続され、第二組のパワーモジュールにおいて、コンデンサは、第１の半導体素子の周囲であって、第１のリードフレームと第１のリードフレームの第一方向の他方側に隣接した第２のリードフレームの部分との間に接続され、ヒューズ部は、第１の半導体素子が接続された第１のリードフレームの本体部分から第二方向の一方側に延出した端子部の、第１のリードフレームの本体部分に隣接した位置に接続され、第一組のパワーモジュールにおける端子部及びヒューズ部と、第二組のパワーモジュールにおける端子部及びヒューズ部とは、それぞれ、第一方向に隣接して配置されているものである。

本願に開示される電力用半導体装置によれば、第１のリードフレームの一方の面に接続された第１の半導体素子、第２のリードフレームの一方の面と第１の半導体素子における第１のリードフレームの側とは反対側の面とを接続する配線部材、及びコンデンサを有したパワーモジュールと、パワーモジュールに流入する電流の経路に設けられたヒューズ部とを備え、コンデンサが第１のリードフレームと第２のリードフレームとの間に接続されているため、コンデンサがヒューズ部における寄生インダクタンスの増加に応じて発生する誘起電圧を抑制してノイズを低減するので、誘起電圧を抑制して、ノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

実施の形態１に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 図１のＡ－Ａ断面位置で切断した電力用半導体装置の概略を示す断面図である。 実施の形態２に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 実施の形態３に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 実施の形態５に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。

以下、本願の実施の形態による電力用半導体装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４を取り除いて示した図、図２は図１のＡ－Ａ断面位置で切断した電力用半導体装置１００の概略を示す断面図である。図１において、破線はモールド樹脂４の外形である。電力用半導体装置１００は半導体素子であるパワー半導体チップ１を複数有し、パワー半導体チップ１のスイッチング動作にて電力を変換する装置である。本実施の形態に示す図では電力用半導体装置１００に１つのパワーモジュール５０を示しているが、パワーモジュール５０の個数は１つに限るものではない。電力用半導体装置１００は複数のパワーモジュール５０を組み合わせて構成しても構わない。

＜電力用半導体装置１００＞
電力用半導体装置１００は、図１に示すように、パワーモジュール５０及びヒューズ部６を備える。パワーモジュール５０は、パワーモジュール５０に供給された電力を変換して出力する。ヒューズ部６は、パワーモジュール５０に流入する電流の経路に設けられる。ヒューズ部６は、パワーモジュール５０が有したパワー半導体チップ１が短絡故障した際にパワーモジュール５０に流入する過電流を遮断する。ヒューズ部６を設けることで、過電流に起因したパワーモジュール５０の損傷を抑制することができ、電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。ヒューズ部６は、銅またはアルミを基材にした合金の板材から作製される。ヒューズ部６は、例えば、図２に示すように断面積が前後の部分よりも小さくなるようにして形成される。図２では、ヒューズ部６は上の方向に延出しているが、ヒューズ部６の配置はこれに限るものではない。ヒューズ部６に接続されるバスバーなどの配置に応じて、ヒューズ部６の配置を定めて構わない。

パワーモジュール５０は、複数のリードフレーム（第１のリードフレームであるＰ電位リード２ａ、第２のリードフレームであるＡＣ電位リード２ｂ、第３のリードフレームであるＮ電位リード２ｃ）と、パワー半導体チップ１と、インナーリード３ａ、３ｂと、モールド樹脂４と、コンデンサ５とを備える。図１は、複数のリードフレームの一方の面に垂直な方向に見た平面図である。複数のリードフレームは、板状に形成され、同一平面上に並べられ、配線パターンを形成する。本実施の形態では、複数のリードフレームは、２つのＰ電位リード２ａ、２つのＡＣ電位リード２ｂ、及び２つのＮ電位リード２ｃである。複数のリードフレームの構成はこれに限るものではなく、さらにリードフレームを備えた構成でも構わない。また、第１のリードフレームをＰ電位リード２ａとし、第２のリードフレームをＡＣ電位リード２ｂとしたが、第１のリードフレームをＡＣ電位リード２ｂとし、第２のリードフレームをＰ電位リード２ａとしても構わない。

第１の半導体素子である第１のパワー半導体チップ１ａは、Ｐ電位リード２ａの一方の面に接続される。第２の半導体素子である第２のパワー半導体チップ１ｂは、ＡＣ電位リード２ｂの一方の面に接続される。配線部材であるインナーリード３ａは、ＡＣ電位リード２ｂの一方の面と第１のパワー半導体チップ１ａにおけるＰ電位リード２ａの側とは反対側の面とを接続する。第２の配線部材であるインナーリード３ｂは、Ｎ電位リード２ｃの一方の面と第２のパワー半導体チップ１ｂにおけるＡＣ電位リード２ｂの側とは反対側の面とを接続する。コンデンサ５は、Ｐ電位リード２ａとＡＣ電位リード２ｂとの間に接続されている。モールド樹脂４は、Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃのそれぞれの少なくとも一部を外部に露出させた状態で、Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃとパワー半導体チップ１とインナーリード３ａ、３ｂとコンデンサ５とを封止する。

＜パワーモジュール５０の構成要素＞
パワーモジュール５０の各構成要素について説明する。リードフレームは、銅またはアルミを基材にした合金の板材を配線パターン状に成形して作製される。リードフレームを構成するＰ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃは、モールド樹脂４で封止された後に電気配線上不要な部分が除去され、それぞれが切り離されることで形成される。リードフレームは、一方の面の側にパワー半導体チップ１、インナーリード３ａ、インナーリード３ｂ、はんだ７などの導電性部材、ワイヤボンド配線、電流検出用抵抗器などが実装される。一方の面は、実装面２ｄである。リードフレームの配線パターン状への加工は、板状の材料のエッチング加工、またはプレス加工にて行われる。リードフレームの表面は、基材の金属が露出しているものも使用可能であるが、一部もしくは全部にめっき処理を行っても構わない。めっき処理を施すことで、リードフレームへの部材の実装が容易になる。

Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの他方の面は、図２に示すように、モールド樹脂４から外部に露出する。露出した面は、放熱面２ｅとされる。実装面２ｄに対して熱硬化性樹脂などのモールド樹脂４で成形することにより、実装面２ｄの側は樹脂封止される。放熱面２ｅを外部に露出することで、放熱面２ｅを効率よく冷却することができる。放熱面２ｅを効率よく冷却できるので、パワー半導体チップ１を効率よく冷却することができる。Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの一部は、図１に示すように、モールド樹脂４から外部に露出する。Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの一部が外部に露出することで、Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃと外部の機器もしくは電源等とを容易に接続することができる。

第１のパワー半導体チップ１ａについて説明するが、第２のパワー半導体チップ１ｂも同様の構成である。第１のパワー半導体チップ１ａは、図２に示すように、一方側にチップ上面電極１ａ１を備え、他方側にチップ下面電極１ａ２を備える。実施の形態１では、パワー半導体チップ１は一例としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を示すが、第１のパワー半導体チップ１ａはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であっても構わない。ＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴはスイッチング素子の機能を有しており、チップ上面電極１ａ１と同じ面に、チップ上面電極１ａ１とは別にゲート電極（図示せず）を備える。ゲート電極は、複数のリードフレームとは別に設けられたゲート端子（図示せず）とワイヤボンドにより接続される。ゲート端子は、モールド樹脂４の外周部から外部に露出する端子である。パワー半導体チップ１は、シリコン、炭化ケイ素、窒化シリコン、窒化ガリウム、もしくはガリウム砒素などの材料からなる半導体が用いられる。また、第１のパワー半導体チップ１ａのチップ上面電極１ａ１は、はんだ７などの導電性部材を介して他の部材を接合するためにニッケルめっき層などを備える。

インナーリード３ａ、３ｂは、銅またはアルミを基材にした合金の板材から作製される。図２に示すように、第１のパワー半導体チップ１ａのチップ上面電極１ａ１とインナーリード３ａとの間、インナーリード３ａとＡＣ電位リード２ｂとの間、及び第１のパワー半導体チップ１ａのチップ下面電極１ａ２とＰ電位リード２ａとの間は、はんだ７により接続される。第２のパワー半導体チップ１ｂとインナーリード３ｂについても、同様にはんだ７により接続される。また本実施の形態では、電流検出用抵抗器（図示せず）をインナーリード３ｂの近傍に、電子部品としてはんだ７により接合している。はんだ７は接した箇所をリフロー装置などの一括した熱処理により接合することが可能なため、電力用半導体装置１００の生産性を向上することができる。電力用半導体装置１００の使用時に温度変化などに起因したひずみがはんだ７に生じた場合、はんだ７の接合部分によって耐久性に差が生じることがある。このような場合は、電力用半導体装置１００を適用する場所毎に異なる組成のはんだを使用して、耐久性を改善する構成としてもよい。また、本実施の形態では導電性部材としてはんだ７を用いた例を示したが導電性部材ははんだ７に限るものではなく、導電性樹脂ペーストまたはシンタリングペーストを使用しても構わない。

＜コンデンサ５とヒューズ部６＞
本願の要部であるコンデンサ５とヒューズ部６について説明する。コンデンサ５は、複数のリードフレームにおける、異なる電位を有した２つのリードフレームの間に接続されている。コンデンサ５は、異なる電位を有した２つのリードフレームにおける一方のリードフレームに接続されたパワー半導体チップ１と並列に接続されている。ヒューズ部６をパワーモジュール５０に流入する電流の経路に設けることで、ヒューズ部６において局所的に電流密度が上がる。そのため、寄生インダクタンスの増加に応じて発生する誘起電圧により、電力用半導体装置１００においてノイズが大きくなる。コンデンサ５は、誘起電圧を抑制してノイズを低減する。ヒューズ部６を設けたことで、パワー半導体チップ１が短絡故障した際にパワーモジュール５０に流入する過電流を遮断することができ、コンデンサ５を設けたことで、誘起電圧を抑制して、ノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

コンデンサ５は、パワーモジュール５０の内部に設けられる。そのため、パワーモジュール５０とは別体のコンデンサ部品を電力用半導体装置１００に搭載するよりも、電力用半導体装置１００を別体のコンデンサ部品の分だけ小さくレイアウトすることができるので、小型化した電力用半導体装置１００を得ることができる。

本実施の形態では、ヒューズ部６は、第１のパワー半導体チップ１ａが接続されたＰ電位リード２ａの本体部分から延出した端子部２ａ１に接続されている。このように構成することで、ヒューズ部６と第１のパワー半導体チップ１ａとの距離が近くなると共に、ヒューズ部６とコンデンサ５との距離が近くなる。第１のパワー半導体チップ１ａとヒューズ部６との間のインダクタンスの増加に対して、第１のパワー半導体チップ１ａと並列にコンデンサ５を実装することで、第１のパワー半導体チップ１ａがヒューズ部６から受けるインダクタンスの増加をコンデンサ５により効率的に抑制することできる。インダクタンスの増加が抑制されるので、破損しにくく、ノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。また、ヒューズ部６とパワーモジュール５０が接近するので、小型化した電力用半導体装置１００を得ることができる。

本実施の形態では、コンデンサ５は、表面に２つの電極を有したチップ状に形成され、コンデンサ５の一方の電極は、Ｐ電位リード２ａの実装面２ｄに接続され、コンデンサ５の他方の電極は、ＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄに接続されている。このように構成することで、パワーモジュール５０を製造する際に、コンデンサ５とパワー半導体チップ１とを同時にリードフレームに実装することできるので、１つの工程でコンデンサ５とパワー半導体チップ１を実装することができる。１つの工程でコンデンサ５とパワー半導体チップ１の双方が実装されるので、電力用半導体装置１００の生産性を向上させることができる。

本実施の形態では、Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃのそれぞれの少なくとも一部を外部に露出させた状態で、コンデンサ５は他の部材と共にモールド樹脂４により封止されている。このように構成することで、コンデンサ５及びコンデンサ５の電極が封止されているため、コンデンサ５は外部環境の影響を受けにくく、繰り返しの熱膨張、収縮による応力が緩和され、コンデンサ５の寿命を延ばすことができる。コンデンサ５の寿命が延びるので、信頼性に優れた電力用半導体装置１００を得ることができる。

本実施の形態では、コンデンサ５の一方の電極が接続されたＰ電位リード２ａの実装面２ｄに第１のパワー半導体チップ１ａが接続され、コンデンサ５の他方の電極が接続されたＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄに第２のパワー半導体チップ１ｂが接続されている。このように構成することで、コンデンサ５とパワー半導体チップ１が接続されるリードフレームが共有化されるので、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

本実施の形態では、ヒューズ部６は、モールド樹脂４から突出したＰ電位リード２ａに設けられている。このように構成することで、ヒューズ部６とコンデンサ５との距離が近くなるため、ヒューズ部６によるインダクタンスの増加をコンデンサ５により効率的に抑制することができる。インダクタンスの増加が効率的に抑制されるので、さらにノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。また、ヒューズ部６がパワーモジュール５０に接近していてもパワーモジュール５０はモールド樹脂４により封止されているため、過電流を遮断した際のヒューズ部６の破損からパワーモジュール５０の各部材を保護することができる。

以上のように、実施の形態１による電力用半導体装置１００において、Ｐ電位リード２ａの実装面２ｄに接続された第１のパワー半導体チップ１ａ、ＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄと第１のパワー半導体チップ１ａにおけるＰ電位リード２ａの側とは反対側の面とを接続するインナーリード３ａ、及びコンデンサ５を有したパワーモジュール５０と、パワーモジュール５０に流入する電流の経路に設けられたヒューズ部６とを備え、コンデンサ５がＰ電位リード２ａとＡＣ電位リード２ｂとの間に接続されているため、コンデンサ５がヒューズ部６における寄生インダクタンスの増加に応じて発生する誘起電圧を抑制してノイズを低減するので、誘起電圧を抑制して、ノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

ヒューズ部６が第１のパワー半導体チップ１ａが接続されたＰ電位リード２ａの本体部分から延出した端子部２ａ１に接続されている場合、ヒューズ部６と第１のパワー半導体チップ１ａとの距離が近くなると共に、ヒューズ部６とコンデンサ５との距離が近くなるため、第１のパワー半導体チップ１ａがヒューズ部６から受けるインダクタンスの増加をコンデンサ５により効率的に抑制することできるので、破損しにくく、ノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

コンデンサ５が表面に２つの電極を有したチップ状に形成され、コンデンサ５の一方の電極がＰ電位リード２ａの実装面２ｄに接続され、コンデンサ５の他方の電極がＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄに接続されている場合、パワーモジュール５０を製造する際に、コンデンサ５とパワー半導体チップ１とを同時にリードフレームに実装することできるので、電力用半導体装置１００の生産性を向上させることができる。また、パワーモジュール５０が第２のパワー半導体チップ１ｂ、Ｎ電位リード２ｃ、及びインナーリード３ｂを有し、コンデンサ５の一方の電極が接続されたＰ電位リード２ａの実装面２ｄに第１のパワー半導体チップ１ａが接続され、コンデンサ５の他方の電極が接続されたＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄに第２のパワー半導体チップ１ｂが接続されている場合、コンデンサ５とパワー半導体チップ１が接続されるリードフレームが共有化されるので、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

Ｐ電位リード２ａ、ＡＣ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃのそれぞれの少なくとも一部を外部に露出させた状態で、コンデンサ５が他の部材と共にモールド樹脂４により封止されている場合、コンデンサ５及びコンデンサ５の電極が封止されているため、コンデンサ５の寿命を延ばすことができるので、信頼性に優れた電力用半導体装置１００を得ることができる。また、ヒューズ部６がモールド樹脂４から突出したＰ電位リード２ａに設けられている場合、ヒューズ部６とコンデンサ５との距離が近くなるため、ヒューズ部６によるインダクタンスの増加をコンデンサ５により効率的に抑制することができるので、さらにノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力用半導体装置１００について説明する。図３は実施の形態２に係る電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４を取り除いて示した図である。図３において、破線はモールド樹脂４の外形である。実施の形態２に係る電力用半導体装置１００は、第２のコンデンサ５ｂを備えた構成になっている。

実施の形態１に示したコンデンサ５を第１のコンデンサ５ａとする。第１のコンデンサ５ａは、Ｐ電位リード２ａとＡＣ電位リード２ｂとの間に接続されている。Ｐ電位リード２ａとＡＣ電位リード２ｂとは、異なる電位を有している。第１のコンデンサ５ａは、第１のパワー半導体チップ１ａと並列に接続されている。パワーモジュール５０は、第２のコンデンサ５ｂを有する。第２のコンデンサ５ｂは、ＡＣ電位リード２ｂとＮ電位リード２ｃとの間に接続されている。ＡＣ電位リード２ｂとＮ電位リード２ｃとは、異なる電位を有している。第２のコンデンサ５ｂは、第２のパワー半導体チップ１ｂと並列に接続されている。第２のコンデンサ５ｂは、表面に２つの電極を有したチップ状に形成され、第２のコンデンサ５ｂの一方の電極は、ＡＣ電位リード２ｂの実装面２ｄに接続され、第２のコンデンサ５ｂの他方の電極は、Ｎ電位リード２ｃの実装面２ｄに接続されている。

このように構成することで、第１のコンデンサ５ａにより、ヒューズ部６に近接して配置され、ヒューズ部６によるインダクタンスの増加の影響を最も受けやすい第１のパワー半導体チップ１ａにおけるノイズを効率的に低減することができ、さらに第２のコンデンサ５ｂにより、第２のパワー半導体チップ１ｂにおけるノイズを効率的に低減することができる。第１のパワー半導体チップ１ａ及び第２のパワー半導体チップ１ｂの双方におけるノイズを効率的に低減できるので、さらにノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力用半導体装置１００について説明する。図４は実施の形態３に係る電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４を取り除いて示した図である。図４において、破線はモールド樹脂４の外形である。実施の形態３に係る電力用半導体装置１００は、バスバー８を備えた構成になっている。

電力用半導体装置１００は、リードフレームに接続されたバスバー８を備える。本実施の形態では、バスバー８はＰ電位リード２ａに接続される。バスバー８は、パワーモジュール５０に電力を供給する部材である。バスバー８は、銅またはアルミを基材にした合金の板材により作製される。ヒューズ部６は、バスバー８に設けられる。ヒューズ部６とモールド樹脂から突出したＰ電位リード２ａとが接続されている。

このように構成することで、パワーモジュール５０が有したパワー半導体チップ１からヒューズ部６を離れた位置に設けることができる。パワー半導体チップ１からヒューズ部６が離れているため、ヒューズ部６が溶断する際の発熱、及びヒューズ部６の電流密度が高いことに起因したヒューズ部６の発熱の影響をパワー半導体チップ１が受けにくくすることができる。ヒューズ部６の発熱の影響をパワー半導体チップ１が受けにくいので、電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る電力用半導体装置１００について説明する。図５は実施の形態４に係る電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４を取り除いて示した図である。図５において、破線はモールド樹脂４の外形である。実施の形態４に係る電力用半導体装置１００は、コンデンサユニット９を備えた構成になっている。

電力用半導体装置１００は、バスバー８に接続されたコンデンサユニット９を備える。コンデンサユニット９の静電容量は、コンデンサ５の静電容量よりも大きい。コンデンサユニット９は、単数または複数のコンデンサにより構成される。コンデンサユニット９に接続されたＮ電位リード９ａは、パワーモジュール５０のＮ電位リード２ｃに接続される。ヒューズ部６は、パワーモジュール５０とコンデンサユニット９との間に設けられている。

このように構成することで、パワーモジュール５０内に設けたコンデンサ５により、高周波のノイズを除去することができ、容量の大きいコンデンサユニット９により、低周波のノイズを除去することができる。低周波と高周波の双方のノイズが除去できるので、さらにノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る電力用半導体装置１００について説明する。図６は実施の形態５に係る電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４を取り除いて示した図である。図６において、破線はモールド樹脂４の外形である。実施の形態５に係る電力用半導体装置１００は、実施の形態１と比較して、リードフレームの配置が異なる構成になっている。

モールド樹脂４の外形は、複数のリードフレームが並べられた同一平面に平行な板面を有する矩形板状に形成される。Ｐ電位リード２ａとＮ電位リード２ｃとは、モールド樹脂４の同じ側面から外部に露出している。

このように構成することで、Ｐ電位リード２ａから流入した電流は、ループ状に流れてＮ電位リード２ｃから外部へ流出する。ループ状に流れる電流の経路になるため、インダクタンスを低減することができる。インダクタンスが低減されるので、さらにノイズを低減した電力用半導体装置１００を得ることができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ パワー半導体チップ、１ａ 第１のパワー半導体チップ、１ｂ 第２のパワー半導体チップ、１ａ１ チップ上面電極、１ａ２ チップ下面電極、２ａ Ｐ電位リード、２ａ１ 端子部、２ｂ ＡＣ電位リード、２ｃ Ｎ電位リード、２ｄ 実装面、２ｅ 放熱面、３ａ インナーリード、３ｂ インナーリード、４ モールド樹脂、５ コンデンサ、５ａ 第１のコンデンサ、５ｂ 第２のコンデンサ、６ ヒューズ部、７ はんだ、８ バスバー、９ コンデンサユニット、９ａ Ｎ電位リード、５０ パワーモジュール、１００ 電力用半導体装置

Claims (8)

1. 板状に形成され、同一平面上に並べられた複数のリードフレーム、第１の前記リードフレームの一方の面に接続された第１の半導体素子、第２の前記リードフレームの一方の面と前記第１の半導体素子における前記第１のリードフレームの側とは反対側の面とを接続する配線部材、及びコンデンサを有したパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールに流入する電流の経路に設けられたヒューズ部と、を備え、
   前記同一平面に平行な一つの特定の方向を第一方向とし、前記同一平面に平行で前記第一方向に垂直な方向を第二方向とし、
   前記パワーモジュールとして、前記第一方向に隣接して配置された、第一組のパワーモジュールと第二組のパワーモジュールとが設けられ、
   前記第一組のパワーモジュールにおいて、前記コンデンサは、前記第１の半導体素子の周囲であって、前記第１のリードフレームと前記第１のリードフレームの前記第一方向の一方側に隣接した前記第２のリードフレームの部分との間に接続され、前記ヒューズ部は、前記第１の半導体素子が接続された前記第１のリードフレームの本体部分から前記第二方向の一方側に延出した端子部の、前記第１のリードフレームの本体部分に隣接した位置に接続され、
   前記第二組のパワーモジュールにおいて、前記コンデンサは、前記第１の半導体素子の周囲であって、前記第１のリードフレームと前記第１のリードフレームの前記第一方向の他方側に隣接した前記第２のリードフレームの部分との間に接続され、前記ヒューズ部は、前記第１の半導体素子が接続された前記第１のリードフレームの本体部分から前記第二方向の一方側に延出した端子部の、前記第１のリードフレームの本体部分に隣接した位置に接続され、
   前記第一組のパワーモジュールにおける前記端子部及び前記ヒューズ部と、前記第二組のパワーモジュールにおける前記端子部及び前記ヒューズ部とは、それぞれ、前記第一方向に隣接して配置されている電力用半導体装置。
2. 前記第一組のパワーモジュールにおいて、前記コンデンサは、表面に２つの電極を有したチップ状に形成され、前記コンデンサの一方の電極は、前記第１のリードフレームの一方の面に接続され、前記コンデンサの他方の電極は、前記第２のリードフレームの一方の面に接続され、
   前記第二組のパワーモジュールにおいて、前記コンデンサは、表面に２つの電極を有したチップ状に形成され、前記コンデンサの一方の電極は、前記第１のリードフレームの一方の面に接続され、前記コンデンサの他方の電極は、前記第２のリードフレームの一方の面に接続されている請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記第一組のパワーモジュールは、第３の前記リードフレーム、前記第２のリードフレームの一方の面に接続され、前記第１の半導体素子よりも前記第二方向の他方側に配置された第２の半導体素子、及び前記第３のリードフレームの一方の面と前記第２の半導体素子における前記第２のリードフレームの側とは反対側の面とを接続する第２の配線部材を有し、
   前記第二組のパワーモジュールは、第３の前記リードフレーム、前記第２のリードフレームの一方の面に接続され、前記第１の半導体素子よりも前記第二方向の他方側に配置された第２の半導体素子、及び前記第３のリードフレームの一方の面と前記第２の半導体素子における前記第２のリードフレームの側とは反対側の面とを接続する第２の配線部材を有している請求項２に記載の電力用半導体装置。
4. 前記第一組のパワーモジュールは、第２のコンデンサを有し、
   前記第２のコンデンサは、前記第２のリードフレームと前記第３のリードフレームとの間に接続され、
   前記第二組のパワーモジュールは、第２のコンデンサを有し、
   前記第２のコンデンサは、前記第２のリードフレームと前記第３のリードフレームとの間に接続されている請求項３に記載の電力用半導体装置。
5. 前記パワーモジュールは、複数の前記リードフレームのそれぞれの少なくとも一部を外部に露出させた状態で、各部材を封止するモールド樹脂を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
6. 前記第一組のパワーモジュールにおいて、前記ヒューズ部は、前記モールド樹脂から突出した前記第１のリードフレームに設けられ、
   前記第二組のパワーモジュールにおいて、前記ヒューズ部は、前記モールド樹脂から突出した前記第１のリードフレームに設けられている請求項５に記載の電力用半導体装置。
7. 前記リードフレームに接続されたバスバーを備え、
   前記ヒューズ部は、前記バスバーに設けられ、
   前記ヒューズ部と前記モールド樹脂から突出した前記第１のリードフレームとが接続されている請求項５に記載の電力用半導体装置。
8. 前記バスバーに接続され、静電容量が前記コンデンサよりも大きいコンデンサユニットを備え、
   前記ヒューズ部は、前記パワーモジュールと前記コンデンサユニットとの間に設けられている請求項７に記載の電力用半導体装置。

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