JPWO2015005181A1 - 電力変換部品 - Google Patents

電力変換部品 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015005181A1
JPWO2015005181A1 JP2015526278A JP2015526278A JPWO2015005181A1 JP WO2015005181 A1 JPWO2015005181 A1 JP WO2015005181A1 JP 2015526278 A JP2015526278 A JP 2015526278A JP 2015526278 A JP2015526278 A JP 2015526278A JP WO2015005181 A1 JPWO2015005181 A1 JP WO2015005181A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
switching semiconductor
semiconductor element
main surface
pad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015526278A
Other languages
English (en)
Inventor
要一 守屋
要一 守屋
山本 祐樹
祐樹 山本
安隆 杉本
安隆 杉本
▲隆▼裕 ▲高▼田
▲隆▼裕 ▲高▼田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of JPWO2015005181A1 publication Critical patent/JPWO2015005181A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5389Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates the chips being integrally enclosed by the interconnect and support structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/071Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next and on each other, i.e. mixed assemblies
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/0555Shape
    • H01L2224/05552Shape in top view
    • H01L2224/05553Shape in top view being rectangular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • H01L2924/12032Schottky diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/156Material
    • H01L2924/15786Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる電力変換部品を提供する。主基板12の第1の主面12aに形成された第1のパッド13aに、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子又はコレクタ端子58が接続され、主基板12の第2の主面12bに形成された第2のパッド13bに、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子又はエミッタ端子57が接続されている。第1のパッド13aと第2のパッド13bとの間が、ビア導体13xによって接続されている。ビア導体13xは、第1の主面12aに垂直な方向から透視したときに、第1のスイッチング半導体素子50,52,54の面積の20%以上であり、かつ、第2のスイッチング半導体素子51,53,55の面積の20%以上である面積を有する。

Description

本発明は、電力変換部品に関し、詳しくは、スイッチング半導体素子を備えた電力変換部品に関する。
従来のスイッチング半導体素子を備えた電力変換部品は、例えば図23の上面図に示すように、基板102の片面にスイッチング半導体素子や整流半導体素子などの素子120a〜120k,120mを実装し、ワイヤを用いて配線されている。
特開平2006−041098号公報
スイッチング半導体素子や整流半導体素子を平面上に配置した構造では、装置面積が大きくなり、小型化が困難である。また、平面配置であるため配線長が長くなり、かつワイヤボンディングによって電気的接続をとる必要があるため、電力損失量が大きくなる。
本発明は、かかる実情に鑑み、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる電力変換部品を提供しようとするものである。
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した電力変換部品を提供する。
電力変換部品は、主基板と、第1のスイッチング半導体素子と、第2のスイッチング半導体素子とを備える。前記主基板は、互いに対向する第1及び第2の主面を有し、前記第1の主面に沿って第1のパッドが形成され、前記第2の主面に沿って第2のパッドが形成され、前記第1のパッドと前記第2のパッドとの間に前記第1のパッドと前記第2のパッドとを接続するビア導体が形成されている。前記第1のスイッチング半導体素子は、一方の主面にソース端子又はエミッタ端子とゲート端子又はベース端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ドレイン端子又はコレクタ端子が前記第1のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第1の主面に沿って配置される。前記第2のスイッチング半導体素子は、一方の主面にソース端子又はエミッタ端子とゲート端子又はベース端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ソース端子又はエミッタ端子が前記第2のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第2の主面に沿って配置される。前記ビア導体は、前記第1の主面に垂直な方向から透視したとき、前記第1及び第2のスイッチング半導体素子のうち、面積が小さい方の面積の20%以上、かつ、前記第1及び第2のパッドのうち、面積が小さい方の面積より小さい面積を有する。
上記構成において、第1及び第2のスイッチング半導体素子は主基板の両側に配置されるので、主基板の面積を小さくすることによって、電力変換部品を容易に小型化することができる。
また、第1のスイッチング半導体素子のドレイン端子又はコレクタ端子と第2のスイッチング半導体素子のソース端子又はエミッタ端子との間を接続する配線にビア導体を用いると、ワイヤを用いて配線した場合よりも、配線を短くし、配線の断面積を大きくして、低抵抗で接続することができるので、電流損失を低減することができる。
好ましくは、前記第1のパッドと前記第2のパッドのうちのいずれか一方と前記ビア導体とが、一つの素材から一体に形成されている。前記ビア導体は、前記第1のパッドと前記第2のパッドのうち他方に前記ビア導体がめり込んだ状態で、前記他方の前記第1のパッド又は前記第2のパッドに接合されている。
この場合、第1のスイッチング半導体素子のドレイン端子又はコレクタ端子と第2のスイッチング半導体素子のソース端子又はエミッタ端子との間を接続する配線の電気抵抗を低減することができる。
好ましくは、前記ビア導体は、前記第1の主面に垂直な方向から透視したとき、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子又は前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子よりはみ出している。
この場合、第1のスイッチング半導体素子のドレイン端子又はコレクタ端子と第2のスイッチング半導体素子のソース端子又はエミッタ端子との間を接続する配線であるビア導体の断面積を大きくして、低抵抗で接続することができるので、電流損失を低減することができる。
好ましくは、一つの前記第1のパッドと一つの前記第2のパッドの間に、当該パッド間を接続する複数個の前記ビア導体が形成されている。
この場合、第1のパッドと第2のパッドとの間を接続するビア導体の個数を増やすことによって、電気抵抗を低減することができる。
好ましい一態様の電力変換部品は、(a)前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子に接続された第1の導電板と、(b)前記第1のスイッチング半導体素子と前記第1の導電板を封止する第1の封止樹脂と、(c)前記第1の封止樹脂上に、前記第1の導電板に沿って配置された第1の放熱板と、(d)前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子に接続された第2の導電板と、(e)前記第2のスイッチング半導体素子と前記第2の導電板とを封止する第2の封止樹脂と、(f)前記第2の封止樹脂上に、前記第2の導電板に沿って配置された第2の放熱板とを、さらに備える。
この場合、第1及び第2の放熱板によって、効率よく排熱することができる。
好ましい他の態様の電力変換部品は、(a)一方の主面に第1の導電板が形成され、他方の主面の大部分又は全部に第1の放熱板が形成され、前記一方の主面が前記第1のスイッチング半導体素子の前記一方の主面に対向し、前記第1の導電板が前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子に接続された第1のセラミック基板と、(b)一方の主面に第2の導電板が形成され、他方の主面の大部分又は全部に第2の放熱板が形成され、前記一方の主面が前記第2のスイッチング半導体素子の前記他方の主面に対向し、前記第2の導電板が前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子に接続された第2のセラミック基板と、(c)前記第1のセラミック基板と前記主基板との間封止する第1の封止樹脂と、(d)前記第2のセラミック基板と前記主基板との間を封止する第2の封止樹脂とを、さらに備える。
この場合、第1及び第2の放熱板によって、効率よく排熱することができる。
好ましくは、電力変換部品は、(i)前記第1の放熱板と前記第2の放熱板のうち一方に接合された矩形の第1片と、前記第1片の互いに対向する一対の辺に沿ってそれぞれ接続され、前記第1の放熱板と前記第2の放熱板のうち他方側に延在する一対の第2片と、前記第2片の前記第1片とは反対側の端部に断面L字状に接続され、前記他方の前記第1の放熱板又は前記第2の放熱板と面一に、互いに反対側に延在する一対の第3片とを有し、一対の前記第2片の間に、前記第1片の互いに対向する他の一対の辺に沿って一対の開口が形成された放熱リードと、(ii)前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子と、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ゲート端子若しくはベース端子と、前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子と、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子及び前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子とにそれぞれ電気的に接続され、前記放熱リードの前記開口から突出している端子リードとをさらに備える。
この場合、第1又は第2の放熱板に接続された放熱リードによって、さらに効率より排熱することができる。
好ましくは、電力変換部品は、(iii)前記主基板に搭載され、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子と前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子との間、又は前記第1及び第2のスイッチング半導体素子のそれぞれの前記ソース端子若しくはエミッタ端子と前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子との間に並列に電気的に接続されたコンデンサを、さらに備える。
この場合、スイッチング半導体素子の誤動作(誤点弧)防止の効果が高まる。
好ましくは、電力変換部品は、(iv)前記主基板に搭載され、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子と前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子とが接続された共通端子と出力端子との間に直列に電気的に接続された抵抗を、さらに備える。
この場合、抵抗の出力側の電流を検出することによって、スイッチング半導体素子の作動状態、出力電力の安定性を精度良く、かつリアルタイムで監視することが可能となる。
本発明の電力変換部品は、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる。
電力変換部品の断面図である。(実施例1) 電力変換部品の分解断面図である。(実施例1) 電力変換部品の平面図である。(実施例1) 電力変換部品の透視図である。(実施例1) 電力変換部品の透視図である。(実施例1) 電力変換部品の透視図である。(実施例1) 電力変換部品の透視図である。(実施例1) 電力変換部品の電気回路図である。(実施例1) 電力変換部品の電気回路図である。(変形例1) 電力変換部品の断面図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の平面図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の透視図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の透視図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の透視図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の透視図である。(実施例2) 電力変換部品の本体の透視図である。(実施例2) 電力変換部品の断面図である。(実施例3) 電力変換部品の断面図である。(実施例4) 電力変換部品の要部断面図である。(実施例5) 電力変換部品の要部透視図である。(実施例5) 電力変換部品の要部断面図である。(実施例6) 電力変換部品の要部透視図である。(実施例6) 電力変換部品の平面図である。(従来例)
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図22を参照しながら説明する。
<実施例1> 実施例1の電力変換部品10について、図1〜図8を参照しながら説明する。
図8は、電力変換部品10の電気回路図である。図8に示すように、電力変換部品10は、三相ブリッジ回路を構成する。すなわち、電源端子20x,21xの間に、3組の第1及び第2のスイッチング半導体素子50,51;52,53;54,55が並列に接続されている。各スイッチング半導体素子50〜55は、FET(Field Effect Transistor、電界効果型トランジスタ)であり、各組の第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子と第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子とが互いに接続され、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子と第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子とが接続された共通端子25,26,27に、出力端子22,23,24が接続されている。また、スイッチング半導体素子50〜55のソース端子とドレイン端子の間に、整流半導体素子60〜65が接続されている。電源端子20x,21xに直流電源を接続し、各スイッチング半導体素子50〜55のゲート端子に接続された信号端子30x〜35xに適宜な信号を入力することにより、出力端子22,23,24に三相交流が出力される。
なお、電力変換部品は、2組の第1及び第2のスイッチング半導体素子を備えた構成としても、1組の第1及び第2のスイッチング半導体素子を備えた1単位の構成とすることも可能である。また、整流半導体素子を省略することも可能である。
スイッチング半導体素子50〜55には、Si半導体からなるFET(電界効果トランジスタ)やIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、近年開発が進められている高温作動可能なSiC半導体からなるFETなどを用いる。整流半導体素子60〜65には、Si半導体やSiC半導体からなるSBD(ショットキーバリアダイオード)などを用いる。
図1は、電力変換部品10の断面図である。図2は、電力変換部品10の分解断面図である。図1及び図2に示すように、電力変換部品10は、主基板である樹脂基板12と、第1及び第2のセラミック基板14,16との間にスイッチング半導体素子50〜55と整流半導体素子60〜65(図1及び図2では、図示せず。)が配置され、第1のセラミック基板14と樹脂基板12の間が第1の封止樹脂19aで封止され、第2のセラミック基板16と樹脂基板12の間が第2の封止樹脂19bで封止されている。
樹脂基板12は、第1の主面12aに沿って第1のパッド13aが形成され、第2の主面12bに沿って第2及び第3のパッド13b,13cが互いに間隔を設けて形成されている。第1のパッド13aと第2のパッド13bの間に、第1のパッド13aと第2のパッド13bとを接続するビア導体13xが形成されている。すなわち、ビア導体13xの一端が第1のパッド13aに接続され、他端が第2のパッド13bに接続されている。
樹脂基板12は、例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂を用いて形成す。スイッチング半導体素子50〜55や、整流半導体素子60〜65に高温作動が可能なSiC半導体を用いる場合は、高耐熱樹脂であるシリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂が好適である。
パッド13a,13b,13cには、電力損失を少なくするため、例えば、銀、銅などの比抵抗の低い金属を用いることが好ましい。
ビア導体13xは、例えば、銀、銅などの比抵抗の低い金属で充填された直径0.6〜5.0mmの円柱状の導体である。電力損失を少なくするには、通電方向に対して垂直方向の断面積を大きくし、導通抵抗を小さくする必要がある。このため、ビア導体13xは、第1及び第2のパッド13a,13bとの間を低抵抗で接続できるように、第1及び第2のパッド13a,13bと断面積が等しいことが最も好ましいが、第1及び第2のパッド13a,13bより一回り小さくてもよい。なお、ビア導体の断面の形状は円形に限らず、矩形となるように形成してもよい。
樹脂基板12の第1の主面12aに垂直な方向から透視したとき、第1及び第2のパッド13a,13bのそれぞれの面積は、第1のスイッチング半導体素子50,52,54の面積の100%以上、かつ、第2のスイッチング半導体素子51,53,55の面積の100%以上となり、ビア導体13xの面積は、第1のパッド13aの面積より小さく、かつ、第2のパッド13bの面積より小さい。ビア導体13xは、樹脂基板12の第1の主面12aに垂直な方向から透視したとき、第1のパッド13aの面積の20%以上であり、かつ、第2のパッドの面積の20%以上となる面積を有している場合、ワイヤボンディングよりも低抵抗の接続が可能となる。なお、本実施例では第1のパッドと第2のパッドの面積は同じであるが、第1のパッドと第2のパッドの面積が異なる場合、面積が小さい方のパッドの面積の20%以上の面積となるようにビア導体を形成すればよい。
第1及び第2のパッド13a,13b間を一つのビア導体13xで接続する代わりに、複数個のビア導体で接続しても構わない。この場合、直径0.6mm〜2mmのビア導体を複数個形成してもよい。樹脂基板12は、セラミック基板では形成することが著しく困難となる直径0.6mm以上のビア導体を容易に形成するができる。ビア導体13xの直径は、導通電流値により最適径が変わるが、直径1mm以上であることが好ましい。
ビア導体13xと第1及び第2のパッド13a,13bのうち一方とは、一つの素材から一体に形成され、ビア導体13xは、第1及び第2のパッド13a,13bのうち他方にめり込んだ状態で、当該他方の第1又は第2のパッド13a,13bに接合された構成とすることができる。
この構成は、例えば、次の手順で形成することができる。すなわち、一つの素材である第1の金属板をエッチング等によって片面から加工して、ビア導体13xになる円柱が板状の共通部に立設された一体形状物を形成し、その上に、円柱が入り込む貫通孔が形成された樹脂板を載置し、樹脂板から円柱の先端が僅かに突出するようにする。次いで、樹脂板の上に第2の金属板を積層し、加圧しながら加熱し、円柱の先端が第2の金属板にめり込んだ状態で、円柱の先端が第2の金属板に接合されるようにする。次いで、樹脂板の両側の共通部と第2の金属板をエッチング等によって加工して、第1乃至第3のパッド13a,13b,13cを形成する。
ビア導体13xと第1及び第2のパッド13a,13bのうち一方とが一体に形成されていると、ビア導体13xと一方の第1又は第2のパッド13a,13bとの接続部分の抵抗値が大きくならず、断面積が大きいビア導体13xを容易に形成することができ、低抵抗で接続することできる。
別の構成として、ビア導体13xは、樹脂基板12に形成した貫通孔(スルーホール)の側面に中空円筒状の金属メッキを形成した後、中空空間に樹脂を充填することによって形成することも可能である。この場合、ビア導体13xは、1個あたりの導通抵抗が非常に大きいため、できるだけ多数のビア導体13xを形成して、一つの第1のパッド13aと一つの第2のパッド13bの間を複数のビア導体13xで接続し、導通抵抗を小さくすることが好ましい。
第1のセラミック基板14は、一方の主面14aに第1の導電板15bと、第3の導電板15cが形成され、他方の主面14bに第1の放熱板15aが形成されている。第2のセラミック基板16は、一方の主面16aに第2の導電板17aが形成され、他方の主面16bに第2の放熱板17bが形成されている。
図3は、図1の線A−Aに沿って見た電力変換部品10の平面図である。図3に示すように、第1の放熱板15aは、第1のセラミック基板14の他方の主面14bの大部分に形成されている。第2の放熱板17bも同様に、第2のセラミック基板16の他方の主面6bの大部分に形成されている。なお、第1の放熱板15aは、第1のセラミック基板14の他方の主面14bの全部に形成されても構わない。また、第2の放熱板17bは、第2のセラミック基板16の他方の主面16bの全部に形成されても構わない。
第1及び第2のセラミック基板14,16には、アルミナ(熱伝導率:15〜35W/m・K)、窒化アルミニウム(熱伝導率130〜250W/m・K)、窒化ケイ素(熱伝導率:50〜150W/m・K)などの熱伝導率の高いセラミック絶縁体を用い、その両面に、直接金属法または活性金属法で、厚みが0.1mm以上の銅板又はアルミニウム板を接合し、第1及び第2の放熱板15a,17bや第1乃至第3の導電板15b,17a,15cの形状にパターンニングする。なお、一般に入手可能な高熱伝導フィラー添加樹脂の熱伝導率は10W/m・K以下である。
スイッチング半導体素子50〜55は、一方の主面にゲート端子56とソース端子57が形成され、他方の主面にドレイン端子58が形成されている。整流半導体素子60〜65は、一対の主面に、それぞれ、端子が形成されている。
第1のスイッチング半導体素子50,52,54と、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子とソース端子間に接続された第1の整流半導体素子60,62,64とは、樹脂基板12の第1の主面12aに沿って配置され、一方の主面が第1の導電板15b及び第3の導電板15cに対向している。第2のスイッチング半導体素子51,53,55と、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のドレイン端子とソース端子間に接続された第2の整流半導体素子61,63,65とは、樹脂基板12の第2の主面12bに沿って配置され、他方の主面が第3の導電板17aに対向している。
図4は、図1の線B−Bに沿って線B−Bの近傍を見た透視図である。図4に示すように、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のソース端子57と、第1の整流半導体素子60,62,64の一方の端子60a,62a,64aは、第1のセラミック基板14の第1の導電板15bに接続される。第1の導電板15bには、端子リード20の一端側が接続され、端子リード20の他端側が電源端子20x(図8参照)として外部に突出している。第1のスイッチング半導体素子50,52,54のゲート端子56は、第1のセラミック基板14の第3の導電板15cに接続される。
図5は、図1の線C−Cに沿って線C−Cの近傍を見た透視図である。図5に示すように、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子58と、第1の整流半導体素子60,62,64の他方の端子60b,62b,64bとは、樹脂基板12の第1のパッド13aに接続される。第1のパッド13aには、端子リード22,23,24の一端側が接続され、端子リード22,23,24の他端側が、出力端子22x,23x,24x(図8参照)として外部に突出している。
図6は、図1の線D−Dに沿って線D−Dの近傍を見た透視図である。図6に示すように、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子57と、第2の整流半導体素子61,63,65の一方の端子61a,63a,65aが、樹脂基板12の第2のパッド13bに接続される。第2のスイッチング半導体素子51,53,55のゲート端子56は、樹脂基板12の第3のパッド13cに接続される。第3のパッド13cには、端子リード31,33,35の一端側が接続され、端子リード31,33,35の他端側は、信号端子31x,33x,35x(図8参照)として外部に突出している。
図7は、図1の線E−Eに沿って線E−Eの近傍を見た透視図である。図7に示すように、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のドレイン端子58と、第2の整流半導体素子61,63,65の他方の端子61b,63b,65bが、第2のセラミック基板16の第2の導電板15bに接続される。第2の導電板15bには、端子リード21の一端側が接続され、端子リード21の他端側が、電源端子21x(図8参照)として外部に突出している。
図示していないが、端子リード20〜25,30〜35は、例えば、第2の放熱板17b側に折れ曲がり、さらに、先端部が第2の放熱板17bと面一かつ第2の放熱板17bとは反対側に折れ曲がるように形成されている。
図1に示した接合材18は、樹脂基板12の第1乃至第3のパッド13a,13b,13cや、第1のセラミック基板14の第1及び第3の導電板15b,15cや、第2のセラミック基板16の第2の導電板17aに、スイッチング半導体素子50〜55や整流半導体素子60〜65(図1には図示せず)の端子を接合する。接合材18には、一般的な半田を用いてもよい。ただし、接合材18を用いた接合部分が、電力変換部品10の電源(IN、OUT)、三相出力(U、V、W)、ゲート信号の各端子リード20〜25,30〜35(図3参照)を回路基板に接合する際に再溶融しないように、接合材18には、融点が260℃以上のBi−Cu系ハンダ、又は接合後の融点が260℃以上となる融点変動型の高耐熱接合材を用いることが好ましい。
第1及び第2の封止樹脂19a,19bには、スイッチング半導体素子50〜55や、整流半導体素子60〜65から発生する熱の排熱性を高めるため、熱伝導率の高い絶縁性の樹脂を選択することが好ましく、シリカフィラー、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラーなどの高熱伝導セラミック粒子を添加した、熱伝導率0.8W/m.K以上の高熱伝導率絶縁樹脂を用いることが好ましい。
以上のように構成された電力変換部品10は、スイッチング半導体素子50〜55及び整流半導体素子60〜65を三次元的に配置でき、しかも配線を平面方向に引回す必要がないため、電力変換部品10の面積を小さくすることができる。
また、ワイヤボンディングによる電気的接続が不要であり、配線が短くなるため、電力損失量が小さくなる。特に、図8において符号70〜73で示した部分の配線、すなわち第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子から、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子までの配線が短くなる。図8において符号70〜73で示した部分の配線の抵抗値は、ビア導体13xを用いることによって、ワイヤボンディングで接続する場合よりも小さくすることができる。そのため、電力損失量が小さくなる。
電力変換部品10は、スイッチング半導体素子50〜55や整流半導体素子60〜65から発生する熱を、熱伝導率が高い第1及び第2のセラミック基板14,16を介し、第1及び第2の放熱板15a,17bから効率よく排熱できる。
<変形例1> 図9の電気回路図に示すように、第1及び第2のスイッチング半導体素子50,51;52,53;54,55と並列に接続されたコンデンサC1,C2,C3を、樹脂基板12に搭載する。例えば、樹脂基板12の第1の主面12a又は第2の主面12bにパッドや配線を形成し、コンデンサC1,C2,C3を実装する。樹脂基板12の内部に、コンデンサC1,C2,C3を配置しても構わない。
コンデンサC1,C2,C3をスイッチング半導体素子50〜55に近接設置して、スイッチの遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するスナバ回路を追加することによって、
スイッチング半導体素子50〜55の誤動作(誤点弧)防止の効果が高まる。スイッチング半導体素子50〜55として高速動作が可能なSiC−FETを用いた場合、特に有効である。
また、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子と第2のスイッチング半導体素子51,53,55のソース端子とが接続された共通端子25,26,27と出力端子22x,23x,24xとの間に直列に接続された抵抗R1,R2,R3のうち少なくとも一つを、樹脂基板12に搭載する。例えば、樹脂基板12の第1の主面12a又は第2の主面12bにパッドや配線を形成し、抵抗R1,R2,R3を実装する。樹脂基板12の内部に、抵抗R1,R2,R3を配置しても構わない。
抵抗R1,R2,R3の少なくとも1つの出力側の電流を検出することによって、スイッチング半導体素子50〜55の作動状態、出力電力の安定性を精度良く、かつリアルタイムで監視することが可能となる。
<実施例2> 実施例2の電力変換部品10aについて、図10〜図16を参照しながら説明する。
実施例2の電力変換部品10aは、実施例1の電力変換部品10と略同様の構成である。以下では、実施例1と同様の構成部分には同じ符号を用い、実施例1との相違点を中心に説明する。
図10は、電力変換部品10aの断面図である。図11は、電力変換部品10aの平面図である。図12は、電力変換部品10aの本体11の平面図である。図10〜図12に示すように、実施例2の電力変換部品10aは、実施例1の電力変換部品10と略同様に構成された本体11を備え、本体11の第1の放熱板15aに、接合材48を介して、放熱リード40が接合されている。
放熱リード40は、第1の放熱板15aに接合された矩形の第1片42と、第1片42の互いに対向する一対の辺42a,42bに沿ってそれぞれ接続され、第2の放熱板17b側に延在する一対の第2片44,46と、第2片44,46の第1片42とは反対側の端部44a,46aに断面L字状に接続され、第2の放熱板17bと面一に、互いに反対側に延在する一対の第3片45,47とを有する。放熱リード40の一対の第2片44,46は、本体11の側面11a,11b,11s,11tのうち、互いに対向する一対の側面11a,11bに対向している。放熱リード40の一対の第2片44,46の間には、第1片42の互いに対向する他の一対の辺42s,42tに沿って一対の開口が形成され、この開口に、本体11の他の一対の側面11s,11tが対向している。
放熱リード40には、熱伝導率の高い銀、銅、アルミニウム、鉄などを主成分とする金属を用いる。放熱リード40の厚みは、大きいほど放熱性が向上するため、厚さ0.1mm以上のものを用いる。
本体11は、実施例1の電力変換部品10と略同様の構成であるが、実施例1の電力変換部品10とは、端子リード20〜25,30〜35の配置が異なる。すなわち、図13〜図17に示すように構成され、放熱リード40の第1片42の互いに対向する他の一対の辺42s,42tに沿って形成された一対の開口から、端子リード20〜25,30〜35が外部に突出する。
図13は、図10の線A−Aに沿って線A−Aの近傍を見た本体11の透視図である。図13に示すように、端子リード20の配置に応じて、第1の導電板15bの形状が変更されている。
図14は、図10の線B−Bに沿って線B−Bの近傍を見た本体11の透視図である。図14に示すように、端子リード22,23,24の配置に応じて、第1のパッド13aの形状が変更されている。
図15は、図10の線C−Cに沿って線C−Cの近傍を見た本体11の透視図である。図15に示すように、第2及び第3のパッド13b,13bや端子リード31,33,35の配置は、実施例1と同じである。
図16は、図10の線D−Dに沿って線D−Dの近傍を見た本体11の透視図である。図16に示すように、端子リード21の配置に応じて、第2の導電板17aの形状が変更されている。
電力変換部品10aを回路基板に実装する場合、電源(IN、OUT)、三相出力(U、V、W)、ゲート信号の端子リード20〜25,30〜35を、接合材を用いて回路基板の実装端子と接合するとともに、放熱リード40の第3片45,47を回路基板と接合し、スイッチング半導体素子50〜55や整流半導体素子60〜65から発生する熱を基板側に排熱させるようにする。
第1の放熱板15aから放熱リード40を介して回路基板に排熱する熱伝達経路が追加されることによって、樹脂基板12と第1のセラミック基板14の間に配置された第1のスイッチング半導体素子50,52,54や整流半導体素子60,62,64から発生した熱の排熱が促進される。これにともなって、樹脂基板12と第2のセラミック基板16の間に配置された第2のスイッチング半導体素子51,53,55や整流半導体素子61,63,65から発生した熱の排熱効率も上昇する。その結果、電力変換部品10a全体の放熱効率を著しく上昇させることが可能となる。
電力変換部品10aは、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる。
<実施例3> 実施例3の電力変換部品10bについて、図17を参照しながら説明する。
図17は、実施例3の電力変換部品10bの断面図である。図17に示すように、実施例3の電力変換部品10bは、実施例1の電力変換部品10においてセラミック基板14,16が配置されていた部分に第1及び第2の封止樹脂19a,19bが充填され、第1の封止樹脂19a上に、第1の導電板15bに沿って第1の放熱板15aが配置され、第2の封止樹脂19b上に、第2の導電板17aに沿って第2の放熱板17bが配置されている点以外は、実施例1の電力変換部品10と同じ構成である。
第1及び第2の封止樹脂19a,19bは、全体を同時に形成しても、適宜に分割して形成しても構わない。例えば、第1及び第3の導電板15b,15cや第2の導電板17aを樹脂で保持しておき、その周囲に後から樹脂を充填することによって、第1及び第2の封止樹脂19a,19bを形成しても構わない。
電力変換部品10bは、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる。
<実施例4> 実施例4の電力変換部品10cについて、図18を参照しながら説明する。
図18は、実施例4の電力変換部品10cの断面図である。図18に示すように、実施例4の電力変換部品10cには、実施例3の電力変換部品10bと略同様の構成の本体111kの第1の放熱板15aに、実施例2と同様に、接合材48を介して放熱リード40が接合されている。
本体11kは、実施例2の電力変換部品10aの本体11と同様に、4つの側面のうち互いに対向する一対の側面11a,11bが放熱リード40で覆われ、他の一対の側面からリードが突出するように構成されている。すなわち、本体11kは、実施例2の電力変換部品10aの本体11においてセラミック基板14,16が配置されていた部分に第1及び第2の封止樹脂19a,19bが充填され、第1の封止樹脂19a上に、第1の導電板15bに沿って第1の放熱板15aが配置され、第2の封止樹脂19b上に、第2の導電板17aに沿って第2の放熱板17bが配置されている点以外は、実施例2の電力変換部品10bの本体11と同じ構成である。
電力変換部品10cは、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる。また、電力変換部品10c全体の放熱効率を著しく上昇させることが可能となる。
<実施例5> 実施例5の電力変換部品10dについて、図19及び図20を参照しながら説明する。
図19は、実施例5の電力変換部品10dの要部断面図である。図19に示すように、実施例5の電力変換部品10dは、実施例1と同様に、樹脂基板12の第1の主面12aに沿って形成された第1のパッド13aに、第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58が接続されている。樹脂基板12の第2の主面12bに沿って形成された第2のパッド13bに、第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57が接続され、樹脂基板12の第2の主面12bに沿って形成された第3のパッド13cに、第2のスイッチング半導体素子51のゲート端子56が接続されている。樹脂基板12には、第1のパッド13aと第2のパッド13bとの間を接続するビア導体13yが形成されている。
図20は、図19の線P−Pに沿って見た要部透視図である。図20に示すように、実線で示すビア導体13yは、樹脂基板12の第1の主面12aに垂直な方向から透視したとき、実線で示す第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58よりはみ出し、また、破線で示す第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57よりはみ出している。このように、ビア導体13yが第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58又は第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57よりはみ出す構成によって、第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58と第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57との間を接続する配線であるビア導体13yの断面積を大きくして、低抵抗で接続することができるので、電流損失を低減することができる。
<実施例6> 実施例6の電力変換部品10eについて、図21及び図22を参照しながら説明する。
図21は、実施例6の電力変換部品10eの要部断面図である。図21に示すように、実施例6の電力変換部品10eは、実施例5と同じく、樹脂基板12の第1の主面12aに沿って形成された第1のパッド13aに、第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58が接続されている。樹脂基板12の第2の主面12bに沿って形成された第2のパッド13bに、第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57が接続され、樹脂基板12の第2の主面12bに沿って形成された第3のパッド13cに、第2のスイッチング半導体素子51のゲート端子56が接続されている。実施例5と異なり、樹脂基板12には、第1のパッド13aと第2のパッド13bとの間を接続する複数個のビア導体13p,13q,13rが形成されている。
図22は、図21の線Q−Qに沿って見た要部透視図である。図22に示すように、実線で示すビア導体13p,13q,13rは、樹脂基板12の第1の主面12aに垂直な方向から透視したとき、実線で示す第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58よりはみ出し、また、破線で示す第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57よりはみ出している。このように、ビア導体13p,13q,13rが第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58又は第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57よりはみ出す構成によって、第1のスイッチング半導体素子50のドレイン端子58と第2のスイッチング半導体素子51のソース端子57との間を接続する配線であるビア導体13p,13q,13rの断面積を大きくして、低抵抗で接続することができるので、電流損失を低減することができる。
<まとめ> 以上に説明した電力変換部品10,10a〜10cは、容易に小型化することができ、電力損失量を低減することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
例えば、主基板は、樹脂基板が好ましいが、樹脂基板以外、例えばセラミック基板を用いることも可能である。また、本発明は、インバータに限らず、例えばブリッジ形可変チョッパなどパワーエレクトロニクス回路を備えた部品に適用することができる。
また、上記実施の形態では、スイッチング素子としてFETを用いたが、これに限らず、スイッチング素子としてバイポーラ型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等を用いてもよい。この場合、FETの「ゲート端子」、「ソース端子」、「ドレイン端子」を、バイポーラ型のIGBT等の「ベース端子」、「エミッタ端子」、「コレクタ端子」にそれぞれ対応させる。
10,10a,10b,10c,10d,10e 電力変換部品
11,11k 本体
11a,11b 一対の側面
11s,11t 他の一対の側面
12 樹脂基板(主基板)
12a 第1の主面
12b 第2の主面
13a 第1のパッド
13b 第2のパッド
13c 第3のパッド
13p,13q,13r,13x,13y ビア導体
14 第1のセラミック基板
14a 一方の主面
14b 他方の主面
15a 第1の放熱板
15b 第1の導電板
15c 第3の導電板
16 第2のセラミック基板
16a 一方の主面
16b 他方の主面
17a 第2の導電板
17b 第2の放熱板
18 接合材
19a 第1の封止樹脂
19b 第2の封止樹脂
20〜25 端子リード
20x,21x 電源端子
22x,23x,24x 出力端子
25,26,27 共通端子
30〜35 端子リード
30x〜35x 信号端子
40 放熱リード
42 第1片
42a,42b 一対の辺
42s,42t 他の一対の辺
44 第2片
44a 端部
45 第3片
46 第2片
46a 端部
47 第3片
48 接合材
50,52,54 第1のスイッチング半導体素子
51,53,55 第2のスイッチング半導体素子
56 ゲート端子(又はベース端子)
57 ソース端子(又はエミッタ端子)
58 ドレイン端子(又はコレクタ端子)
60,62,64 第1の整流半導体素子
61,63,65 第2の整流半導体素子
60a〜65a 一方の端子
60b〜65b 他方の端子
C1,C2,C3 コンデンサ
R1,R2,R3 抵抗
電力変換部品は、主基板と、第1のスイッチング半導体素子と、第2のスイッチング半導体素子とを備える。前記主基板は、互いに対向する第1及び第2の主面を有し、前記第1の主面に沿って第1のパッドが形成され、前記第2の主面に沿って第2のパッドが形成され、前記第1のパッドと前記第2のパッドとの間に前記第1のパッドと前記第2のパッドとを接続するビア導体が形成されている。前記第1のスイッチング半導体素子は、一方の主面にソース端子又はエミッタ端子とゲート端子又はベース端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ドレイン端子又はコレクタ端子が前記第1のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第1の主面に沿って配置される。前記第2のスイッチング半導体素子は、一方の主面にソース端子又はエミッタ端子とゲート端子又はベース端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ソース端子又はエミッタ端子が前記第2のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第2の主面に沿って配置される。前記ビア導体は、前記第1の主面に垂直な方向から透視したとき、前記第1及び第2のパッドのうち、面積が小さい方の面積の20%以上、かつ、前記第1及び第2のパッドのうち、面積が小さい方の面積より小さい面積を有する。
樹脂基板12は、例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂を用いて形成す。スイッチング半導体素子50〜55や、整流半導体素子60〜65に高温作動が可能なSiC半導体を用いる場合は、高耐熱樹脂であるシリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂が好適である。
第1のスイッチング半導体素子50,52,54と、第1のスイッチング半導体素子50,52,54のドレイン端子とソース端子間に接続された第1の整流半導体素子60,62,64とは、樹脂基板12の第1の主面12aに沿って配置され、一方の主面が第1の導電板15b及び第3の導電板15cに対向している。第2のスイッチング半導体素子51,53,55と、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のドレイン端子とソース端子間に接続された第2の整流半導体素子61,63,65とは、樹脂基板12の第2の主面12bに沿って配置され、他方の主面が第の導電板17aに対向している。
図7は、図1の線E−Eに沿って線E−Eの近傍を見た透視図である。図7に示すように、第2のスイッチング半導体素子51,53,55のドレイン端子58と、第2の整流半導体素子61,63,65の他方の端子61b,63b,65bが、第2のセラミック基板16の第2の導電板17bに接続される。第2の導電板17bには、端子リード21の一端側が接続され、端子リード21の他端側が、電源端子21x(図8参照)として外部に突出している。
コンデンサC1,C2,C3をスイッチング半導体素子50〜55に近接設置して、スイッチの遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するスナバ回路を追加することによって、スイッチング半導体素子50〜55の誤動作(誤点弧)防止の効果が高まる。スイッチング半導体素子50〜55として高速動作が可能なSiC−FETを用いた場合、特に有効である。

Claims (9)

  1. 互いに対向する第1及び第2の主面を有し、前記第1の主面に沿って第1のパッドが形成され、前記第2の主面に沿って第2のパッドが形成され、前記第1のパッドと前記第2のパッドとの間に前記第1のパッドと前記第2のパッドとを接続するビア導体が形成された主基板と、
    一方の主面にソース端子又はエミッタ端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ドレイン端子又はコレクタ端子が前記第1のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第1の主面に沿って配置された第1のスイッチング半導体素子と、
    一方の主面にソース端子又はエミッタ端子とゲート端子又はベース端子が形成され、他方の主面にドレイン端子又はコレクタ端子が形成され、前記ソース端子又はエミッタ端子が前記第2のパッドに接続された状態で前記主基板の前記第2の主面に沿って配置された第2のスイッチング半導体素子と、
    を備え、
    前記ビア導体は、前記第1の主面に垂直な方向から透視したとき、前記第1及び第2のスイッチング半導体素子のうち、面積が小さい方の面積の20%以上、かつ、前記第1及び第2のパッドのうち、面積が小さい方の面積より小さい面積を有することを特徴とする、電力変換部品。
  2. 前記第1のパッドと前記第2のパッドのうちのいずれか一方と前記ビア導体とが、一つの素材から一体に形成され、
    前記ビア導体は、前記第1のパッドと前記第2のパッドのうち他方に前記ビア導体がめり込んだ状態で、前記他方の前記第1のパッド又は前記第2のパッドに接合されたことを特徴とする、請求項1に記載の電力変換部品。
  3. 前記ビア導体は、前記第1の主面に垂直な方向から透視したとき、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子又は前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子よりはみ出していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電力変換部品。
  4. 一つの前記第1のパッドと一つの前記第2のパッドの間に、当該パッド間を接続する複数個の前記ビア導体が形成されたことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の電力変換部品。
  5. 前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子に接続された第1の導電板と、
    前記第1のスイッチング半導体素子と前記第1の導電板を封止する第1の封止樹脂と、
    前記第1の封止樹脂上に、前記第1の導電板に沿って配置された第1の放熱板と、
    前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子に接続された第2の導電板と、
    前記第2のスイッチング半導体素子と前記第2の導電板とを封止する第2の封止樹脂と、
    前記第2の封止樹脂上に、前記第2の導電板に沿って配置された第2の放熱板と、
    をさらに備えたことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電力変換部品。
  6. 一方の主面に第1の導電板が形成され、他方の主面の大部分又は全部に第1の放熱板が形成され、前記一方の主面が前記第1のスイッチング半導体素子の前記一方の主面に対向し、前記第1の導電板が前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子に接続された第1のセラミック基板と、
    一方の主面に第2の導電板が形成され、他方の主面の大部分又は全部に第2の放熱板が形成され、前記一方の主面が前記第2のスイッチング半導体素子の前記他方の主面に対向し、前記第2の導電板が前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子に接続された第2のセラミック基板と、
    前記第1のセラミック基板と前記主基板との間封止する第1の封止樹脂と、
    前記第2のセラミック基板と前記主基板との間を封止する第2の封止樹脂と、
    をさらに備えたことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電力変換部品。
  7. 前記第1の放熱板と前記第2の放熱板のうち一方に接合された矩形の第1片と、
    前記第1片の互いに対向する一対の辺に沿ってそれぞれ接続され、前記第1の放熱板と前記第2の放熱板のうち他方側に延在する一対の第2片と、
    前記第2片の前記第1片とは反対側の端部に断面L字状に接続され、前記他方の前記第1の放熱板又は前記第2の放熱板と面一に、互いに反対側に延在する一対の第3片と、
    を有し、
    一対の前記第2片の間に、前記第1片の互いに対向する他の一対の辺に沿って一対の開口が形成された放熱リードと、
    前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子と、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ゲート端子若しくはベース端子と、前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子と、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子及び前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子とにそれぞれ電気的に接続され、前記放熱リードの前記開口から突出している端子リードと、
    をさらに備えたことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の電力変換部品。
  8. 前記主基板に搭載され、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ソース端子若しくはエミッタ端子と前記第2のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子との間、又は前記第1及び第2のスイッチング半導体素子のそれぞれの前記ソース端子若しくはエミッタ端子と前記ドレイン端子若しくはコレクタ端子との間に並列に電気的に接続されたコンデンサを、さらに備えたことを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の電力変換部品。
  9. 前記主基板に搭載され、前記第1のスイッチング半導体素子の前記ドレイン端子又はコレクタ端子と前記第2のスイッチング半導体素子の前記ソース端子又はエミッタ端子とが接続された共通端子と出力端子との間に直列に電気的に接続された抵抗を、さらに備えたことを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の電力変換部品。
JP2015526278A 2013-07-08 2014-07-01 電力変換部品 Pending JPWO2015005181A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013143061 2013-07-08
JP2013143061 2013-07-08
PCT/JP2014/067557 WO2015005181A1 (ja) 2013-07-08 2014-07-01 電力変換部品

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2015005181A1 true JPWO2015005181A1 (ja) 2017-03-02

Family

ID=52279867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015526278A Pending JPWO2015005181A1 (ja) 2013-07-08 2014-07-01 電力変換部品

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2015005181A1 (ja)
WO (1) WO2015005181A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6417947B2 (ja) * 2015-01-09 2018-11-07 株式会社デンソー 三相インバータ回路の実装構造
WO2016125674A1 (ja) * 2015-02-02 2016-08-11 株式会社村田製作所 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法
WO2018146813A1 (ja) 2017-02-13 2018-08-16 新電元工業株式会社 電子モジュール
CN108738368B (zh) 2017-02-13 2022-06-17 新电元工业株式会社 电子设备
WO2018146815A1 (ja) * 2017-02-13 2018-08-16 新電元工業株式会社 電子モジュール
EP3557614A1 (de) * 2018-04-17 2019-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsmodul mit einem leistungselektronischen bauelement auf einer substratplatte und leistungselektronische schaltung mit einem solchen leistungsmodul
WO2023175675A1 (ja) * 2022-03-14 2023-09-21 三菱電機株式会社 パワーモジュール半導体パッケージおよび半導体装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000174202A (ja) * 1998-12-09 2000-06-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2002026251A (ja) * 2000-07-11 2002-01-25 Toshiba Corp 半導体装置
JP2004022844A (ja) * 2002-06-17 2004-01-22 Yaskawa Electric Corp パワーモジュール
WO2005034231A1 (ja) * 2003-10-06 2005-04-14 Nec Corporation 電子デバイスおよびその製造方法
JP2006295116A (ja) * 2005-03-14 2006-10-26 Ricoh Co Ltd 多層配線およびその作製方法、ならびにフラットパネルディスプレイおよびその作製方法
WO2009150875A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
JP2010199622A (ja) * 2010-05-31 2010-09-09 Hitachi Ltd 半導体装置,それを用いた電力変換装置及び車載用電機システム
JP2011124251A (ja) * 2009-12-08 2011-06-23 Renesas Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2012216576A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Nippon Zeon Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000174202A (ja) * 1998-12-09 2000-06-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2002026251A (ja) * 2000-07-11 2002-01-25 Toshiba Corp 半導体装置
JP2004022844A (ja) * 2002-06-17 2004-01-22 Yaskawa Electric Corp パワーモジュール
WO2005034231A1 (ja) * 2003-10-06 2005-04-14 Nec Corporation 電子デバイスおよびその製造方法
JP2006295116A (ja) * 2005-03-14 2006-10-26 Ricoh Co Ltd 多層配線およびその作製方法、ならびにフラットパネルディスプレイおよびその作製方法
WO2009150875A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
JP2011124251A (ja) * 2009-12-08 2011-06-23 Renesas Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2010199622A (ja) * 2010-05-31 2010-09-09 Hitachi Ltd 半導体装置,それを用いた電力変換装置及び車載用電機システム
JP2012216576A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Nippon Zeon Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015005181A1 (ja) 2015-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015005181A1 (ja) 電力変換部品
JP6366612B2 (ja) 電力用半導体モジュール
US8987777B2 (en) Stacked half-bridge power module
JP4988784B2 (ja) パワー半導体装置
JP6245365B2 (ja) ハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法
JP5678884B2 (ja) 電力変換装置
WO2013018343A1 (ja) 半導体モジュール及びそれを搭載したインバータ
WO2015029159A1 (ja) 半導体装置
US10217690B2 (en) Semiconductor module that have multiple paths for heat dissipation
WO2020059285A1 (ja) 半導体装置
JP5182274B2 (ja) パワー半導体装置
KR20040007234A (ko) 전력 반도체장치
JP2012175070A (ja) 半導体パッケージ
JP2014038982A (ja) 半導体パワーモジュール
KR101734712B1 (ko) 파워모듈
KR102586458B1 (ko) 반도체 서브 어셈블리 및 반도체 파워 모듈
JP6480856B2 (ja) 半導体モジュール
JPWO2008035614A1 (ja) 半導体モジュールと半導体モジュールの製造方法
JP4096741B2 (ja) 半導体装置
JP6331543B2 (ja) ハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法
JP5429413B2 (ja) 半導体装置
JP4794822B2 (ja) パワー半導体装置
JP2020047737A (ja) 端子板及び半導体装置
JP2020038885A (ja) 半導体装置
JP2013098343A (ja) 半導体装置とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170426