JPWO2014091608A1 - パワー半導体モジュール及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
複数の金属層間4,6に絶縁層8を介在させて積層構造とした矩形状の回路基板1と、正極側端子2と、負極側端子5と、上層金属層に載置された半導体素子3と、を備え、上層金属層4は半導体素子3の外に正極側端子2と下層金属層6と電気的接続され、下層金属層6は負極側端子5と電気的接続され、正極側端子2と負極側端子5とは近接した位置で対として配置され、正極側端子2及び負極側端子5と半導体素子3とを通る電流経路は、回路基板1の短辺方向に沿って形成され、正極側端子2と負極側端子5の対が回路基板1の長辺方向に沿って複数設置されること。半導体素子3は上層金属層4の短辺方向に沿って複数並列して配置されること。また、複数の半導体素子3に流れる電流通路は互いに略同一の電流通路長さを有すること。
Description
少なくとも2層の絶縁層と3層の金属層を有し、前記金属層間に前記絶縁層を介在させて積層構造とした矩形状の回路基板と、正極電流を流す正極側端子と、負極電流を流す負極側端子と、前記金属層の内で上層の金属層に載置された半導体素子と、を備え、
前記上層金属層は、半導体素子に加えて前記正極側端子と電気的接続され、さらに前記上層金属層の下に配された下層金属層と電気的接続され、前記下層金属層は、前記負極側端子と電気的接続され、前記正極側端子と前記負極側端子とは前記回路基板上で近接した位置で対として配置され、前記正極側端子及び前記負極側端子と前記半導体素子とを通る電流経路は、前記矩形状の回路基板の短辺方向に沿って形成され、前記正極側端子と前記負極側端子の対が、前記矩形状の回路基板の長辺方向に沿って複数設置される構成とする。
ここで、μoは金属箔の透磁率、lは金属箔長、aは金属箔厚み、wは金属箔幅を示す。
ここで、dは絶縁材の厚みを示す。
図3には、回路基板における金属箔4と金属箔6によって発生するインダクタンスL(t)の値が、配線長(l)、配線幅(w)、空隙(d)によって変化する特性を表している。
2 正極側端子
3 半導体素子
4 半導体素子及び正極側端子と電気的接続する金属箔
5 負極側端子
6 金属箔4及び負極側端子と電気的接続する金属箔
7 回路基板と放熱ベースを接続する金属箔
8 金属箔4と金属箔6を絶縁する絶縁材
9 金属箔6と金属箔7を絶縁する絶縁材
14 モジュールケース
15 放熱ベース
16 絶縁用ゲル
17 排熱用バスバー
18 冷却用フィン
19 ヒートパイプ状放熱器
20 外部冷却器
21 冷却用フィンと外部冷却器の接続パイプ
30 スリット
少なくとも2層の絶縁層と2層の金属層とを有し、当該金属層間に当該絶縁層を介在させて積層構造とした矩形状の回路基板と、正極電流を流す正極側端子と、負極電流を流す負極側端子と、前記金属層の内で上層の金属層に載置された半導体素子と、を備えたパワー半導体モジュールであって、
前記上層の金属層は、前記半導体素子に加えて前記正極側端子と電気的に接続されると共に、当該上層の金属層の下に配置された下層の金属層と電気的に接続され、
前記下層の金属層は、前記負極側端子と電気的に接続され、
前記正極側端子と前記負極側端子とは、前記回路基板上で近接した位置で対として配置され、
前記正極側端子及び前記負極側端子と前記半導体素子とを通る電流経路は、前記回路基板の短辺方向に沿って形成され、
前記正極側端子及び前記負極側端子の対が前記回路基板の長辺方向に沿って複数設置され、
前記半導体素子は、スイッチング素子とダイオードとから成ると共に、前記上層の金属層の短辺方向に沿って複数並列して配置され、
前記複数設置された前記正極側端子及び前記負極側端子の対のそれぞれから当該正極側端子及び当該負極側端子に対応してそれぞれ配置された前記半導体素子に流れる電流経路は、互いに略同一の長さを有する構成とする。
Claims (12)
- 少なくとも2層の絶縁層と3層の金属層を有し、前記金属層間に前記絶縁層を介在させて積層構造とした矩形状の回路基板と、正極電流を流す正極側端子と、負極電流を流す負極側端子と、前記金属層の内で上層の金属層に載置された半導体素子と、を備え、
前記上層金属層は、半導体素子に加えて前記正極側端子と電気的接続され、さらに前記上層金属層の下に配された下層金属層と電気的接続され、
前記下層金属層は、前記負極側端子と電気的接続され、
前記正極側端子と前記負極側端子とは前記回路基板上で近接した位置で対として配置され、
前記正極側端子及び前記負極側端子と前記半導体素子とを通る電流経路は、前記矩形状の回路基板の短辺方向に沿って形成され、
前記正極側端子と前記負極側端子の対が、前記矩形状の回路基板の長辺方向に沿って複数設置される
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1において、
前記半導体素子はスイッチング素子とダイオードからなり、前記半導体素子は前記上層金属層の短辺方向に沿って複数並列して配置されることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1又は2において、
前記複数設置のそれぞれの対における前記正極側端子と前記負極側端子から、当該端子に対応してそれぞれ配置された前記半導体素子に流れる複数の電流通路は、互いに略同一の電流通路長さを有する
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1、2または3において、
前記半導体素子は、シリコンカーバイド又はガリウムナイトライドを含むワイドギャップ半導体であり、シリコンよりも高速に遮断可能なデバイスであることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1ないし4のいずれか1つの請求項において、
前記矩形状の回路基板上で、前記正極側端子と前記負極側端子と前記半導体素子の配置は、前記回路基板の短辺方向に沿って配置され、当該配置は同一パターンの繰り返しで複数並列実装されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1ないし5のいずれか1つの請求項において、
前記正極側端子及び前記負極側端子毎に前記上層金属層の短辺方向にスリットを設け、前記スリットで区切られたそれぞれの金属層を流れる電流経路を均一化させることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1ないし6のいずれか1つの請求項において、
前記正極側端子と前記負極側端子は、前記上層金属層の短辺方向に並列配置された半導体素子同士の中間位置に対応する位置に設けることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1ないし6のいずれか1つの請求項において、
前記正極側端子と前記負極側端子は、前記上層金属層の短辺方向に並列配置された半導体素子の各位置に対応する位置に設けることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 請求項1ないし6のいずれか1つの請求項において、
前記半導体素子を載置した前記上層金属層とは逆側の最下層の金属層に放熱ベースを取り付け、
前記上層金属層に載置された複数の半導体素子に接続された高熱伝導導体の排熱用バスバーを設ける
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 複数の金属層間に絶縁層を介在させて積層構造とした矩形状の回路基板と、正極電流を流す正極側端子と、負極電流を流す負極側端子と、前記金属層の内で上層の金属層に載置された半導体素子と、を備え、前記上層金属層は、半導体素子に加えて前記正極側端子と電気的接続され、さらに前記上層金属層の下に配された下層金属層と電気的接続され、前記下層金属層は、前記負極側端子と電気的接続され、前記正極側端子と前記負極側端子とは前記回路基板上で近接した位置で対として配置され、前記正極側端子及び前記負極側端子と前記半導体素子とを通る電流経路は、前記矩形状の回路基板の短辺方向に沿って形成され、前記正極側端子と前記負極側端子の対が、前記矩形状の回路基板の長辺方向に沿って複数設置され、前記半導体素子を載置した前記上層金属層とは逆側の最下層の金属層に放熱ベースを取り付けたパワー半導体モジュールを用い、
前記パワー半導体モジュールの前記放熱ベースに冷却用フィンを取り付ける
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項10において、
前記冷却用フィンに対して、冷媒を封入したヒートパイプ状放熱器を設置することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項10において、
前記冷却用フィンに対して、独自に冷却機能を有した外部の冷却器を直接接続することを特徴とする電力変換装置。
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