WO2022209083A1 - パワー半導体装置 - Google Patents

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Definitions

  • an object of the present invention is to provide a power semiconductor device that achieves both miniaturization and improved reliability.
  • a power conversion device includes a power semiconductor element, a conductor plate connected to the power semiconductor element, and an insulating layer connected to the surface of the conductor plate opposite to the surface connected to the power semiconductor element. and, wherein the power semiconductor element includes a first power semiconductor element and a second power semiconductor element, and the amount of heat generated by the first power semiconductor element is equal to the first power semiconductor element. 2, the first distance, which is the distance from the end of the first power semiconductor element to the end of the conductor plate, is greater than the end of the second power semiconductor element. is greater than a second distance, which is the distance from the edge to the edge of the conductor plate.
  • FIG. 1 is an external plan view of a power module according to a first embodiment of the present invention
  • excluded the heat radiating member from FIG. 1 is a chip layout diagram of a power semiconductor module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 5 with the flow path forming body removed; A first modification of FIG. A second modification of FIG. Sectional drawing of the power semiconductor module based on the 3rd Embodiment of this invention. Sectional drawing of the power semiconductor module based on the 4th Embodiment of this invention.
  • the heat dissipation member 7 is, for example, a composite material such as Cu, Cu alloy, Cu--C or Cu--CuO, or a composite material such as Al, Al alloy, Al-SiC or Al--C.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the power semiconductor module with the heat dissipation member removed from FIG.
  • the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 are arranged on the first conductor plate 3 and the second conductor plate 13 respectively such that the first length L1 is longer than the second length L2. ing. More specifically, of the first length L1 and the second length L2, which are approximately the same length as in the conventional configuration, only the second length L2 is reduced. are placed. The reason for this configuration is that thermal stress during driving of the power semiconductor module 30 may cause damage such as peeling or cracking of the insulating layer 5 .
  • the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 are separated from each other by the first conductor plate 3 and the second conductor plate so that the first length L1 is longer than the second length L2. 13, respectively.
  • the maximum value of the thermal stress of the insulating layer 5 does not increase, and the effect of the thermal stress on the insulating layer 5 is small because it is joined to the second power semiconductor element 11 having a small amount of heat generation.
  • a second length L2 can be determined by reducing the size of the plate 13 alone. By doing so, the reliability of the power module 100 can be ensured while downsizing can be achieved.
  • the power semiconductor element 1 , 11 spreads out, the effect of improving the heat dissipation can be obtained.
  • FIG. 4 is a chip layout diagram of the power semiconductor module according to the first embodiment of the present invention.
  • the aspect ratio of the first power semiconductor element 1 is smaller than the aspect ratio of the second power semiconductor element 11 . Also, the first conductor plate 3 and the second conductor plate 13 are arranged adjacent to each other in an L shape.
  • the power module 100 has a structure in which the insulating layer 5 is sealed with the sealing resin 9 together with the conductor plates 3, 13, 4, 14, so that when the power semiconductor elements 1, 11 generate heat, The difference in thermal deformation between the conductor plates 3, 13, 4, 14 and the insulating layer 5 caused by the temperature rise is reduced, and the thermal stress generated in the insulating layer 5 connected to the ends 3b, 13b of the conductor plates is also reduced. so damage is less likely to occur. Thereby, a more reliable power semiconductor device can be realized.
  • the first conductor plate 3, the second conductor plate 13, the third conductor plate 4, and the fourth conductor plate 14 are each connected to the insulating layer 5A, and the insulating layer 5A dissipates heat through the connecting material 20. It is connected to a member (channel forming body) 17 .
  • the heat dissipation member 17 has a flow path 17a through which a cooling medium for dissipating heat from the power semiconductor module 30A flows.
  • the surfaces opposite to the surfaces connected to the conductor plates 3, 13, 4, 14 are exposed and fixed with a sealing resin 9A. By doing so, it is possible to seal and fix the power semiconductor module 30A including the insulating layer 5A.
  • the power semiconductor element and the conductor plate are arranged in an L shape, but as shown in FIGS. 7 and 8, while maintaining the relationship between the first length L1 and the second length L2, , the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 can be arranged on the first conductor plate 3 and the second conductor plate 13, respectively.
  • the maximum length of the sides of the first power semiconductor element 1 is smaller than the maximum length of the sides of the second power semiconductor element 11 .
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a power semiconductor module according to a third embodiment of the invention.
  • the power semiconductor module 30B has a configuration in which the first conductor plate 3B is continuous so that both the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 are arranged as a set.
  • the third conductor plate 4B, on which the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 are connected on the side opposite to the side on which the first conductor plate 3B is connected, is also continuous. configuration. By doing so, only the first length L1 and the second length L2 need to be taken into account when arranging the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 on the conductor plate. It can be arranged without considering the inward ends 3c, 13c (see FIGS. 3 and 5) of the conductor plate shown in the first embodiment.
  • the first length L1 and the second length L2 are larger than the thickness T1 of the first conductor plate, the first power semiconductor element 1 and the second power semiconductor element 11 are Since the heat spreads sufficiently, heat dissipation is improved.
  • an example of a 2-in-1 power semiconductor device is shown, but it is also applicable to a 1-in-1 power semiconductor device in which a structure in which an IGBT and a diode are connected one by one on one conductor plate is packaged. It can also be applied to a 6-in-1 power semiconductor device.
  • the power semiconductor module 30 of the present embodiment may be connected to the heat dissipation member 7 at both ends of the heat dissipation member 7 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a power semiconductor module according to a fourth embodiment of the invention.
  • the power semiconductor module 30C of the present embodiment has a structure in which the heat dissipation member 17 is provided only on one side for cooling. Along with this, the insulating layer 5 is also installed only on the side where the heat dissipation member 17 is provided, so that a power conversion device that contributes to further miniaturization can be realized.
  • a power semiconductor device includes a power semiconductor element, a conductor plate connected to the power semiconductor element, an insulating layer 5 connected to the surface of the conductor plate opposite to the surface connected to the power semiconductor element, It has The power semiconductor device includes a first power semiconductor device 1 and a second power semiconductor device 11 .
  • the first distance L1 which is the distance
  • the second distance L2 which is the distance from the end of the second power semiconductor element 11 to the end 13b (13c) of the second conductor plate.
  • Conductive plates include a first conductive plate 3 connected to the first power semiconductor element 1 and a second conductive plate 13 connected to the second power semiconductor element 11 .
  • the first distances L1 and L3 are the cross-sections of the first power semiconductor element 1 passing through the first power semiconductor element 1 and perpendicular to the joint surface between the first conductor plate 3 and the first power semiconductor element 1. It is defined as the distance from the edge to the edge 3b (3c) of the first conductor plate.
  • the second distances L2 and L4 are the second power semiconductor element in a cross section perpendicular to the joint surface between the second conductor plate 13 and the second power semiconductor element 11 through the second power semiconductor element 11. 11 to the end 13b (13c) of the second conductor plate.
  • the third conductor plate 4 is connected to the surface opposite to the surface to which the first conductor plate 3 is connected.
  • a fourth conductor plate 14 is connected to the surface opposite to the surface to which the second conductor plate 13 is connected.
  • the surface opposite to the surface connected to the element 1 and the second power semiconductor element 11 is connected to the heat dissipation member 7 via the insulating layer 5 . By doing so, the power module 100 can be cooled on both sides.
  • the loss of the first power semiconductor device 1 is greater than the loss of the second power semiconductor device 11 . Because of this arrangement, it is necessary to configure the first distance L1 and the second distance L2 to achieve the effects of the present invention.
  • the first power semiconductor element 1 is an IGBT, and the second power semiconductor element 11 is a diode. Because of this arrangement, it is necessary to configure the first distance L1 and the second distance L2 to achieve the effects of the present invention.
  • the aspect ratio of the first power semiconductor element 1 is smaller than the aspect ratio of the second power semiconductor element 11 .
  • the maximum side length of the first power semiconductor element 1 is smaller than the maximum side length of the second power semiconductor element 11 .
  • the first distance L1 is greater than or equal to the third distance L3, and the second distance L2 is greater than or equal to the fourth distance L4.
  • the power semiconductor module 30 is connected to the heat dissipation member 7 at both ends of the heat dissipation member 7 .
  • the effect of the present invention becomes remarkable at the edge where damage such as peeling or cracking of the insulating layer 5 is likely to occur.
  • the ends of the conductor plate can be tapered.
  • the insulating layer to which the first conductor plate and the second conductor plate are connected is made flat to provide insulation. It is desirable that the angle from the corner of the end of the conductor plate in contact with the layer toward the end of the power semiconductor element is 45 degrees or less.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the spirit of the present invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.

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Abstract

パワー半導体装置の第１のパワー半導体素子と第２のパワー半導体素子とは、前記第１のパワー半導体素子の発熱量が前記第２のパワー半導体素子の発熱量よりも大きい場合、前記第１のパワー半導体素子の端部から前記導体板の端部までの距離である第１の距離は、前記第２のパワー半導体素子の端部から前記第２のパワー半導体素子と接続される第２の導体板の端部までの距離である第２の距離よりも大きい。

Description

パワー半導体装置
　本発明は、パワー半導体装置に関する。
　近年、環境への負荷を低減するため、ハイブリッド自動車や電気自動車の普及が急務である。こうした車両においては、搭載される部品の小型化や低コスト化が重要視されており、例えば、電力変換装置でもそうした要求に応えるための改善が日々成されている。こうした要求に応えていく結果として、装置の発熱密度は高くなっていくため、電力変換装置の電子部品の中でも発熱量が大きいパワー半導体装置は、冷却性能を向上させる必要がある。
　本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、パワー半導体チップの表裏両面を導電板に半田付けし、導体板を露出した状態で樹脂により封止された封止体であるパワー半導体装置が記載されている。この封止体は、第１および第２の放熱部材を有する金属製ケースに収納され、第１および第２の放熱部材のそれぞれと導体板との間は、熱伝導性の絶縁接着剤(絶縁部材)により接着されている。これにより装置の放熱性能の劣化を防止し、耐熱性を確保した信頼性の高いパワー半導体装置を提供する技術が開示されている。
特開２０１８－１１３３４３号公報
　パワー半導体チップのＯＮ／ＯＦＦが繰り返されるパワーサイクル時に、発生する熱応力が増加することで、高温が負荷される使用環境下になるが、発熱部と放熱部材の結合部分において、放熱部材である熱伝導性の絶縁性樹脂にも高い熱応力が発生する。これにより、絶縁性樹脂が導体板から離間する可能性があり、電力変換装置の放熱性が悪化することが課題であった。
　そこで、本発明の目的は、小型化と信頼性の向上とを両立させたパワー半導体装置を提供することにある。
　本発明の電力変換装置は、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と接続される導体板と、前記導体板において前記パワー半導体素子と接続される面とは反対側の面で接続される絶縁層と、を備えたパワー半導体装置であって、前記パワー半導体素子は、第１のパワー半導体素子と、第２のパワー半導体素子と、を含み、前記第１のパワー半導体素子の発熱量が前記第２のパワー半導体素子の発熱量よりも大きい場合、前記第１のパワー半導体素子の端部から前記導体板の端部までの距離である第１の距離は、前記第２のパワー半導体素子の端部から前記導体板の端部までの距離である第２の距離よりも大きい。
　本発明によれば、小型化と信頼性の向上とを両立させたパワー半導体装置を提供できる。
本発明の第１の実施形態に係る、パワーモジュールの外観平面図。 図１のＡ－Ａ´断面図。 図２から放熱部材を除いたパワー半導体モジュールの断面図。 本発明の第１の実施形態に係る、パワー半導体モジュールのチップレイアウト図。 本発明の第２の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図。 図５から流路形成体を除いた断面図。 図４の第１の変形例。 図４の第２の変形例。 本発明の第３の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図。 本発明の第４の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
（第１の実施形態および全体構成）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る、パワーモジュールの外観平面図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ´断面図である。Ａ－Ａ´線はパワー半導体素子を通る断線である。
　パワーモジュール１００は、パワー半導体モジュール３０を放熱部材７で両面（図１の手前と奥の両面）から挟んで接続している構成を有している。パワー半導体モジュール３０は外部端子３１（図１のみ図示）を有しており、パワー半導体モジュール３０の構成部分から外部に突出させることで、パワーモジュール１００が搭載される電力変換装置が内部に搭載している他の構成部品と接続している。
　放熱部材７は、熱伝導性・導電性を有する金属部材であり、パワー半導体モジュール３０と接続されている面とは反対の面で放熱フィン７ａを複数有している。放熱フィン７ａにより、パワー半導体モジュール３０で発生する熱は放熱されている。なお、放熱フィン７aの形状をピンフィンとしたが、他の形状、例えばストレートフィンやコルゲートフィンであっても良い。
　放熱部材７は、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ－Ｃ、Ｃｕ－ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ－Ｃなどの複合材などである。
　放熱部材の端部７ｂ（図２）は、電力変換装置のケース（図示せず）と接合される面である。放熱部材の端部７ｂとケースの接合方法としては、例えば、ＦＳＷ（摩擦攪拌接合）、レーザ溶接、ろう付け等を適用することができる。このような接合を用いることで、パワーモジュール１００を、水や油、有機物などの冷媒が流れている電力変換装置の流路内に挿入しても、冷媒がパワー半導体モジュール３０の内部に侵入しない。
　なお、放熱部材７は一対の別体でパワー半導体モジュール３０を挟み込む場合、どちらも同じ素材の部材として示しているが、放熱性を持つものであればそれぞれが別の素材の部材でもよい。また、放熱部材７は別体の部材として挟むような形で示されているが、一体化されていてもよい。
　パワー半導体モジュール３０は、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１と、第１パワー半導体素子１に接続される第１導体板３および第３導体板４と、第２パワー半導体素子１１に接続される第２導体板１３および第４導体板１４と、を有している。パワー半導体モジュール３０は、封止樹脂９によってモールドされることで、部品の接続固定の補強をしている。
　図３は、図２から放熱部材を除いたパワー半導体モジュールの断面図である。
　パワー半導体モジュール３０において、第１パワー半導体素子１の一方の端部から第１導体板３の同じ一方の端部３ｂまでの距離を第１の長さＬ１、第２パワー半導体素子１１の一方の端部から第２導体板１３の同じ一方の端部１３ｂまでの距離を第２の長さＬ２、第１パワー半導体素子１のもう一方の端部から第１導体板３の同じもう一方の端部３ｃまでの距離を第３の長さＬ３、第２パワー半導体素子１１のもう一方の端部から第２導体板１３の同じもう一方の端部１３ｃまでの距離を第４の長さＬ４、第１パワー半導体素子１の一方の端部から第３導体板４の同じ一方の端部までの距離を第５の長さＬ５、第２パワー半導体素子１１の一方の端部から第４導体板１４の同じ一方の端部までの距離を第６の長さＬ６、と定義する。また、第１導体板３の厚さをＴ１、第２導体板１３の厚さをＴ２、と定義する。
　第１導体板３、第２導体板１３は、それぞれ第１パワー半導体素子１と接続される面とは反対側の面で、絶縁層５を介して放熱部材７（図２参照）と接続される。また、第３導体板４、第４導体板１４は、それぞれ第２パワー半導体素子１１と接続される面とは反対側の面で、絶縁層５を介して放熱部材７と接続される。これにより、パワー半導体モジュール３０から絶縁層５を熱伝導して放熱できる構造になっている。
　なお、第１導体板３、第２導体板１３、第３導体板４、第４導体板１４は、例えば、銅、銅合金、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成されている。
　また、図３では省略しているが、実際には、第１導体板３、第２導体板１３、第３導体板４、第４導体板１４には、必要に応じて外部の基板（図示せず）からリード接続されているか、もしくはリードが一体に形成されている構成である。
　絶縁層５は、熱伝導率が高い絶縁部材であり、かつ、絶縁耐圧が大きい材料で形成されている。例えば、この絶縁層５の材料として、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等の微粉末、炭素などを含有する絶縁シートまたは接着剤を用いることができる。
　また、絶縁層５は、図３の上下方向において、パワー半導体モジュール３０のうちモールド樹脂９で覆われていない部分であり露出している面である、第１導体板３の下面、第２導体板１３の下面、第３導体板４の上面、第４導体板１４の上面、を被覆している。なお、第１導体板３の下面と第２導体板１３の下面とは、封止樹脂９の下面と面一である。また、第３導体板４の上面と第４導体板１４の上面とは、封止樹脂９の上面と面一である。
　第１パワー半導体素子１が接合される第１導体板３と、第２パワー半導体素子１１が接合される第２導体板１３は、互いに隣接して配置されている。また、第１パワー半導体素子１が接合される第３導体板４と、第２パワー半導体素子１１が接合される第４導体板１４は、互いに隣接して配置されている。
　第１パワー半導体素子１と第１導体板３および第３導体板４それぞれとの間、および、第２パワー半導体素子１１と第２導体板１３および第４導体板１４それぞれとの間、には熱伝導性の接合材１０が設けられている。
　図３で定義した、第１～第６の長さＬ１～Ｌ６について説明する。第１パワー半導体素子１は第２パワー半導体素子１１よりも損失が大きいパワー半導体素子である。また、車両の駆動時の第１パワー半導体素子１の発熱量は第２パワー半導体素子１１の発熱量よりも大きい。よって、第１パワー半導体素子１の平均温度は第２パワー半導体素子１１よりも高くなる。この場合、例えば、第１パワー半導体素子１はＩＧＢＴ、第２パワー半導体素子１１はダイオードである。
　第１の長さＬ１と第３の長さＬ３とは、第１パワー半導体素子１を通り第１導体板３と第１パワー半導体素子１との接合面に垂直な断面において、第１パワー半導体素子１の端部から第１導体板３の端部３ｂまたは端部３ｃまでの距離として、それぞれ定義される。
　第２の長さＬ２と第４の長さＬ４とは、第２パワー半導体素子１１を通り第１導体板３と第２パワー半導体素子１１との接合面に垂直な断面において、第２パワー半導体素子１１の端部から第２導体板１３の端部１３ｂまたは端部１３ｃまでの距離として、それぞれ定義される。
　第１の長さＬ１が第２の長さＬ２よりも大きくなるように、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１は、第１導体板３および第２導体板１３にそれぞれ配置されている。より具体的には、従来の構成と比較して、同程度の長さであった第１の長さＬ１と第２の長さＬ２のうち、第２の長さＬ２のみを小さくするようにして配置している。このように構成する理由は、パワー半導体モジュール３０の駆動時の熱応力が原因で、絶縁層５のはく離やクラックなどの損傷が発生する懸念があるためである。
　例えば、放熱部材７等の冷却媒体などで冷却された状態でパワー半導体モジュール３０を駆動し、第１のパワー半導体素子１および第２のパワー半導体素子１１に通電した場合、第１のパワー半導体素子１および第２のパワー半導体素子１１が発熱して、パワーモジュール１００内部の温度が上昇する。
　各部材は、そのときの温度上昇に応じて伸び変形が生じるが、その変形量には差がある。特に、導体板３，１３，４，１４と放熱部材７とは、変形量の差により絶縁層５には熱応力が発生する。絶縁層５に熱応力が発生する最大の原因は、導体板の端部３ｂ，１３ｂの温度であり、導体板の端部３ｂ、１３ｂの温度が高いほど、熱応力が大きくなる。なお、発熱体であるパワー半導体素子１およびパワー半導体素子１１の温度が最も高く、つづいて順に、導体板３，１３，４，１４（順不同）、絶縁層５、放熱部材７という順に高温である。
　ここで、絶縁層５に対しての熱応力の影響を回避するために、第１の長さＬ１と、第２の長さＬ２を大きくさせ、発熱体である第１のパワー半導体素子１や第２のパワー半導体素子１１から第１導体板の端部３ｂや第２導体板の端部１３ｂまでの距離を長くして、これらの発熱体からの発熱による端部３ｂ，１３ｂの温度上昇を抑える方法がある。しかし、この方法を採用すると、熱応力による絶縁層５の損傷を防止することができる一方で、パワーモジュール１００が大型化する懸念がある。
　したがって、第１パワー半導体素子１の発熱量は第２パワー半導体素子１１の発熱量よりも大きいので、第１導体板の端部３ｂが第１導体板３の絶縁層５にかける熱応力は、第２導体板の端部１３ｂが第２導体板１３の絶縁層５にかける熱応力よりも高くなる。そのため、第１の長さＬ１と、第２の長さＬ２が同じ場合は、駆動時の第１導体板の端部３ｂの温度は、第２導体板の端部１３ｂの温度よりも高くなる。これにより、伸び変形の変形量の差による絶縁層５の剥離やクラックなどの損傷が発生しやすくなる。
　以上の理由により、第１の長さＬ１が第２の長さＬ２よりも大きくなるように、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１は、第１導体板３および第２導体板１３にそれぞれ配置されている。これにより、絶縁層５の熱応力の最大値は増加することがなく、発熱量が小さい第２のパワー半導体素子１１と接合されていることで絶縁層５に対する熱応力の影響が小さい第２導体板１３のみのサイズを小さくした第２の長さＬ２を決めることができる。このようにすることで、パワーモジュール１００の信頼性を確保しつつ小型化も実現できる。
　なお、第３の長さＬ３と第４の長さＬ４の関係は、第１の長さＬ１と第２の長さＬ２の関係と同様である。
　また、第１の長さＬ１を第１導体板の厚さＴ１よりも大きく、第２の長さＬ２を第２導体板の厚さＴ２よりも大きくする構成を合わせることで、パワー半導体素子１，１１から発生する熱が広がることにより、放熱性が向上する効果を得られる。
　また、さらに、第１パワー半導体素子１の面積よりも、第２パワー半導体素子の面積を小さくすることにより、パワーモジュール１００のサイズをさらに小型化できる。
　第５の長さＬ５は、第６の長さＬ６よりも大きい。これにより、第３導体板４および第４導体板１４と接続される絶縁層５において、導体板４および１４の端部での熱応力による損傷を防止しつつ、導体板４および１４の小型化を実現できる。
　また、第１の長さＬ１と第５の長さＬ５の関係をＬ１≧Ｌ５、第２の長さＬ２と第６の長さＬ６の関係をＬ２≧Ｌ６とする。このようにすることで、絶縁層５の損傷を防止しつつ小型化が実現できる。
　図４は、本発明の第１の実施形態に係る、パワー半導体モジュールのチップレイアウト図である。
　図５に、第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１の平面レイアウト図を示す。図５では、第１導体板３に第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１がひとつずつ配置されている。同様に、第２導体板１３に、第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１がひとつずつ配置されている。第１導体板３と第２導体板は電気的に分離された状態で隣接配置されている。Ａ－Ａ´断線の位置は、図１で示したＡ－Ａ´断線の位置と同じである。
　第１パワー半導体素子１の縦横比（アスペクト比）は、第２パワー半導体素子１１の縦横比よりも小さい。また、第１導体板３と第２の導体板１３をＬ字型に隣接させ配置する。
　このようにすることで、パワー半導体モジュール３０（図３参照）のサイズを小さくすることができる効果も得られる。これらにより、パワー半導体モジュール３０の導体板端部に接続されている絶縁部材５の損傷を抑制することができるため、パワー半導体モジュール３０の放熱性能が向上し、信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
　以上の実施形態により、パワーモジュール１００では絶縁層５が封止樹脂９により導体板３，１３，４，１４とともに封止された構造をしていることにより、パワー半導体素子１，１１が発熱時に発生する温度上昇によって生じる導体板３，１３，４，１４と絶縁層５の熱変形差が小さくなり、導体板の端部３ｂ，１３ｂに接続している絶縁層５に発生する熱応力も小さくなるため、損傷が発生しにくくなる。これにより、さらに信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。
（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図である。また、図６は、図５から流路形成体を除いた断面図である。
　パワー半導体モジュール３０Ａにおいて、第１導体板３，第２導体板１３，第３導体板４，第４導体板１４は、絶縁層５Ａにそれぞれ接続され、絶縁層５Ａは接続材２０を介して放熱部材（流路形成体）１７に接続されている。放熱部材１７は流路１７ａを有しており、内部にパワー半導体モジュール３０Ａの放熱を行う冷却媒体が流れている。
　図６に示す通り、この実施形態では、導体板３，１３，４，１４と接続されている面とは反対側の面で表出するように封止樹脂９Ａで封止固定されている。このようにすることで、絶縁層５Ａも含めたパワー半導体モジュール３０Ａの封止固定が可能になる。
（第１の変形例、第２の変形例）
　図７および図８は、図４の第１の変形例および第２の変形例である。
　図４では、Ｌ字型にパワー半導体素子と導体板を配置したが、図７および図８に示すように、第１の長さＬ１と第２の長さＬ２との関係性を維持させつつ、第１パワー半導体素子１と第２パワー半導体素子１１を第１導体板３および第２導体板１３に配置させることもできる。なお、第１パワー半導体素子１の辺の長さの最大値は、第２パワー半導体素子１１の辺の長さの最大値より小さい。
（第３の実施形態）
　図９は、本発明の第３の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図である。
　パワー半導体モジュール３０Ｂは、第１導体板３Ｂが、第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１の両方がセットで配置されるように一続きになっている構成である。それに伴い、第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１とが、第１導体板３Ｂと接続される側とは反対側で接続される第３導体板４Ｂも、一続きになっている構成である。このようにすることで、第１のパワー半導体素子１と第２のパワー半導体素子１１の導体板における配置で、第１の長さＬ１と第２の長さＬ２だけを考慮すればよく、第１の実施形態で示した導体板の内向きの端部３ｃ，１３ｃ（図３，図５参照）を考慮する必要なく配置できる。
　また、この実施形態の場合、第１の長さＬ１と第２の長さＬ２が第１導体板の厚さＴ１よりも大きいことで、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１の熱が十分に広がるため、放熱性が向上されている。
　なお、本実施形態では、２ｉｎ１のパワー半導体装置の例を示したが、１つの導体板上に、ＩＧＢＴとダイオードが一つずつ接続された構造がパッケージ化された１ｉｎ１のパワー半導体装置にも適用でき、また、６ｉｎ１のパワー半導体装置にも適用できる。
　なお、本実施形態のパワー半導体モジュール３０は、放熱部材７との接続を放熱部材７の両端部で接続するようにしてもよい。
（第４の実施形態）
　図１０は、本発明の第４の実施形態に係る、パワー半導体モジュールの断面図である。
　本実施形態のパワー半導体モジュール３０Ｃでは、放熱部材１７を片面だけ設けて冷却させる構造にした。これに伴い、絶縁層５も放熱部材１７が設けられている側だけに設置されるので、さらに小型化に貢献した電力変換装置を実現できる。
　以上説明した本発明の第１および第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）パワー半導体装置は、パワー半導体素子と、パワー半導体素子と接続される導体板と、導体板においてパワー半導体素子と接続される面とは反対側の面で接続される絶縁層５と、を備えている。パワー半導体素子は、第１のパワー半導体素子１と、第２のパワー半導体素子１１と、を含んでいる。第１のパワー半導体素子１の発熱量が第２のパワー半導体素子１１の発熱量よりも大きい場合、第１のパワー半導体素子１の端部から第１導体板の端部３ｂ（３ｃ）までの距離である第１の距離Ｌ１は、第２のパワー半導体素子１１の端部から第２導体板の端部１３ｂ（１３ｃ）までの距離である第２の距離Ｌ２よりも大きい。このようにしたことで、小型化と信頼性の向上とを両立させたパワー半導体装置を提供することにある。
（２）導体板は、第１のパワー半導体素子１と接続される第１の導体板３と、第２のパワー半導体素子１１と接続される第２の導体板１３と、を含んでいる。第１の距離Ｌ１、Ｌ３は、第１のパワー半導体素子１を通って第１の導体板３と第１のパワー半導体素子１との接合面に垂直な断面における第１のパワー半導体素子１の端部から第１の導体板の端部３ｂ（３ｃ）までの距離として定義される。また、第２の距離Ｌ２、Ｌ４は、第２のパワー半導体素子１１を通って第２の導体板１３と第２のパワー半導体素子１１との接合面に垂直な断面における第２のパワー半導体素子１１の端部から第２の導体板の端部１３ｂ（１３ｃ）までの距離として定義される。このようにしたことで、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２についての定義ができる。
（３）第１のパワー半導体素子１および第２のパワー半導体素子１１は、同一の導体板３Ｂ上に配置された場合、第１の距離Ｌ１は、第１のパワー半導体素子１を通って導体板３Ｂと第１のパワー半導体素子１との接合面に垂直な断面において、第１のパワー半導体素子１の端部から導体板３Ｂの端部までの距離として定義される。また、第２の距離Ｌ２は、第２のパワー半導体素子１１を通って導体板３Ｂと第２のパワー半導体素子１１との接合面に垂直な断面において、第２のパワー半導体素子１１の端部から導体板３Ｂの端部までの距離として定義される。このようにしたことで、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２について、別の実施形態での定義ができる。
（４）第１のパワー半導体素子１において、第１の導体板３が接続される面とは反対側の面に第３の導体板４が接続され、第２のパワー半導体素子１１において、第２の導体板１３が接続される面とは反対側の面に第４の導体板１４が接続され、第１から第４の導体板３，１３，４，１４において、それぞれ第１のパワー半導体素子１および第２のパワー半導体素子１１と接続される面とは反対側の面で、絶縁層５を介して放熱部材７と接続される。このようにしたことで、パワーモジュール１００を両面冷却できる。
（５）第１のパワー半導体素子１の損失が、第２のパワー半導体素子１１の損失よりも大きい。このように配置しているため、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２の構成が必要になる。
（６）第１のパワー半導体素子１はＩＧＢＴであり、第２のパワー半導体素子１１はダイオードである。このように配置しているため、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２の構成が必要になる。
（７）第１のパワー半導体素子１の縦横比が、第２のパワー半導体素子１１の縦横比よりも小さい。このようにしたことで、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２を保ちつつ、導体板におけるパワー半導体素子の配置のレイアウトの自由度が増す。
（８）第１のパワー半導体素子１の辺の長さの最大値は、第２のパワー半導体素子１１の辺の長さの最大値より小さい。このようにしたことで、本発明の効果を奏する第１の距離Ｌ１および第２の距離Ｌ２を保ちつつ、導体板におけるパワー半導体素子の配置のレイアウトの自由度が増す。
（９）第１のパワー半導体素子１の端部から第３の導体板４の端部までの距離である第３の距離Ｌ３は、第２のパワー半導体素子１１の端部から第４の導体板１４の端部までの距離である第４の距離Ｌ４よりも大きい。このようにしたことで、両面冷却のパワーモジュール１００においてどちらの面の絶縁層５も剥離やクラックなどの損傷が発生しなくなる。
（１０）第１の距離Ｌ１は第３の距離Ｌ３以上であり、第２の距離Ｌ２は第４の距離Ｌ４以上である。このようにしたことで、このようにしたことで、両面冷却のパワーモジュール１００においてどちらの面の絶縁層５も剥離やクラックなどの損傷が発生しなくなる。
（１１）パワー半導体モジュール３０は、放熱部材７と、放熱部材７の両端部で接続されている。このようにしたことで、絶縁層５の剥離やクラックなどの損傷が出やすい端部での本発明の効果が顕著になる。
　なお、本発明は、導体板の端部をテーパ形状にすることも可能であり、テーパ形状の場合は、第１の導体板および第２の導体板が接続される絶縁層を平面として、絶縁層と接触している導体板の端部の角部からパワー半導体素子の端部に向かう角度が４５度以下であることが望ましい。
　また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
１…第１パワー半導体素子
３、３Ｂ…第１導体板
　３ｂ…第１導体板の端部（外向き側）
　３ｃ…第１導体板の端部（内向き側）
４、４Ｂ…第３導体板
５、５Ａ…絶縁層
７…放熱部材（フィンタイプ）
　７a…放熱フィン
　７ｂ…放熱部材の端部
９、９Ａ、９Ｃ…封止樹脂
１０…接合材
１１…第２パワー半導体素子
１３…第２導体板
　１３ｂ…第２導体板の端部（外側）
　１３ｃ…第２導体板の端部（内側）
１４…第４導体板
１７…放熱部材（流路形成体）
　１７a…流路
２０…接続材（熱伝導体）
３０、３０Ａ～３０Ｃ…パワー半導体モジュール
３１…外部端子
１００…パワーモジュール
Ｌ１～Ｌ６…第１～第６の長さ
Ｔ１…第１導体板の厚さ
Ｔ２…第２導体板の厚さ

Claims (11)

  1. 　パワー半導体素子と、
    　前記パワー半導体素子と接続される導体板と、
    　前記導体板において前記パワー半導体素子と接続される面とは反対側の面で接続される絶縁層と、を備えたパワー半導体装置であって、
    　前記パワー半導体素子は、第１のパワー半導体素子と、第２のパワー半導体素子と、を含み、
    　前記第１のパワー半導体素子の発熱量が前記第２のパワー半導体素子の発熱量よりも大きい場合、前記第１のパワー半導体素子の端部から前記導体板の端部までの距離である第１の距離は、前記第２のパワー半導体素子の端部から前記導体板の端部までの距離である第２の距離よりも大きい
    　パワー半導体装置。
  2. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記導体板は、前記第１のパワー半導体素子と接続される第１の導体板と、前記第２のパワー半導体素子と接続される第２の導体板と、を含み、
    　前記第１の距離は、前記第１のパワー半導体素子を通って前記第１の導体板と前記第１のパワー半導体素子との接合面に垂直な断面における前記第１のパワー半導体素子の前記端部から前記第１の導体板の前記端部までの距離として定義され、
    　前記第２の距離は、前記第２のパワー半導体素子を通って前記第２の導体板と前記第２のパワー半導体素子との接合面に垂直な断面における前記第２のパワー半導体素子の前記端部から前記第２の導体板の前記端部までの距離として定義される
    　パワー半導体装置。
  3. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子および前記第２のパワー半導体素子は、同一の前記導体板上に配置され、
    　前記第１の距離は、前記第１のパワー半導体素子を通って前記導体板と前記第１のパワー半導体素子との接合面に垂直な断面における前記第１のパワー半導体素子の前記端部から前記導体板の前記端部までの距離として定義され、
    　前記第２の距離は、前記第２のパワー半導体素子を通って前記導体板と前記第２のパワー半導体素子との接合面に垂直な断面における前記第２のパワー半導体素子の前記端部から前記導体板の前記端部までの距離として定義される
    　パワー半導体装置。
  4. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子において、前記第１の導体板が接続される面とは反対側の面に第３の導体板が接続され、
    　前記第２のパワー半導体素子において、前記第２の導体板が接続される面とは反対側の面に第４の導体板が接続され、
    　前記第１から前記第４の導体板において、それぞれ前記第１および前記第２パワー半導体素子と接続される面とは反対側の面で、前記絶縁層を介して放熱部材と接続される
    　パワー半導体装置。
  5. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子の損失が、前記第２のパワー半導体素子の損失よりも大きい
    　パワー半導体装置。
  6. 　請求項１に記載のパワー半導体装置あって、
    　前記第１のパワー半導体素子はＩＧＢＴであり、前記第２のパワー半導体素子はダイオードである
    　パワー半導体装置。
  7. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子の縦横比が、前記第２のパワー半導体素子の縦横比よりも小さい
    　パワー半導体装置。
  8. 　請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子の辺の長さの最大値は、前記第２のパワー半導体素子の辺の長さの最大値より小さい
    　パワー半導体装置。
  9. 　請求項４に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１のパワー半導体素子の端部から前記第３の導体板の端部までの距離である第３の距離は、前記第２のパワー半導体素子の端部から前記第４の導体板の端部までの距離である第４の距離よりも大きい
    　パワー半導体装置。
  10. 　請求項９に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記第１の距離は、前記第３の距離以上であり、
    　前記第２の距離は、前記第４の距離以上である
    　パワー半導体装置。
  11. 　請求項４に記載のパワー半導体装置であって、
    　前記放熱部材とは、前記放熱部材の両端部で接続されている
    　パワー半導体装置。
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