CN102683332B - 功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种省略汇流条并小型化的功率模块。本申请的发明所涉及的功率模块包括第一半导体装置和与该第一半导体装置同样构成的第二半导体装置，所述第一半导体装置具有从铸模树脂向外部延伸的集电极端子、从该铸模树脂向外部延伸的发射极端子，该集电极端子和该发射极端子中的至少一个是从该铸模树脂的相对的2个面向外部延伸的两侧延伸端子。而且，其特征在于：该第一半导体装置的该两侧延伸端子与该第二半导体装置的两侧延伸端子连接。

Description

功率模块
技术领域
本发明涉及具有多个半导体装置的功率模块。
背景技术
在专利文献1中披露了配置有多个半导体装置以构成逆变器电路的功率模块。该功率模块为了将各半导体装置与电源或者接地连接，包括电源线用的汇流条和接地线用的汇流条。
专利文献1：日本特开2007-220976号公报
专利文献2：日本特开2005-117728号公报
专利文献3：日本特开平08-097459号公报
专利文献4：日本特开2003-229534号公报
专利文献5：日本特开平07-221264号公报
发明内容
专利文献1所披露的功率模块由于包括汇流条，因此无法小型化。
本发明是为解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种小型化的功率模块。
本申请的发明所涉及的功率模块包括第一半导体装置和与该第一半导体装置同样构成的第二半导体装置，所述第一半导体装置具有从铸模树脂向外部延伸的集电极端子、从该铸模树脂向外部延伸的发射极端子，该集电极端子和该发射极端子中的至少一个是从该铸模树脂的相对的2个面向外部延伸的两侧延伸端子。而且，其特征在于，该第一半导体装置的该两侧延伸端子与该第二半导体装置的两侧延伸端子连接。
本发明所涉及的功率模块由于包括多个将端子向铸模树脂的左右两个方向延伸的半导体装置，并将这些半导体装置的该端子彼此之间连接，因此能够进行小型化，不需要汇流条。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的功率模块的俯视图。
图2是第一至第四半导体装置的放大图。
图3是图2的构造的电路图。
图4是半导体装置的放大图。
图5是图4的构造的电路图。
图6是比较例所涉及的功率模块的俯视图。
图7是示出本发明的实施方式1所涉及的功率模块的变形例的俯视图。
图8是图7的构造的电路图。
图9是本发明的实施方式2所涉及的功率模块的俯视图。
图10是第一半导体装置的放大图。
图11是第三半导体装置的放大图。
图12是示出使半导体装置的中点端子向与两侧延伸端子不同的方向延伸的变形例的俯视图。
图13是本发明的实施方式3所涉及的半导体装置的俯视图。
图14是半导体装置的立体图。
图15是本发明的实施方式4所涉及的半导体装置的俯视图。
图16是示出本发明的实施方式4的变形例所涉及的半导体装置的俯视图。
附图标记说明
10功率模块；12、14、16、18半导体装置；24壳体。
具体实施方式
实施方式1
图1是本发明的实施方式1所涉及的功率模块的俯视图。功率模块10对75A以上的大电流进行切换。功率模块10包括第一半导体装置12、以及与其同一结构的第二半导体装置14。另外，除了第一半导体装置12及第二半导体装置14以外，还包括4个与其同一结构的半导体装置。功率模块10包括第三半导体装置16、以及与其同一结构的第四半导体装置18。另外，除了第三半导体装置16及第四半导体装置18以外，还包括4个与其同一结构的半导体装置。还包括比这些半导体装置大的半导体装置20以及半导体装置22。上述所有的半导体装置都装载于壳体24。在壳体24形成有固定部分26，能够将功率模块10固定在外部设备等。
图2是第一至第四半导体装置12、14、16以及18的放大图。第一半导体装置12包括覆盖功率半导体元件的铸模树脂12a。从铸模树脂12a向外部延伸的端子是集电极端子12b和12c、发射极端子12d以及栅极发射极中继端子12e。集电极端子12b和12c是从铸模树脂12a的相对的2个面向外部延伸的端子。在这样1个端子从铸模树脂12a的相对的2个面向外部延伸的情况下，有时将该端子称为“两侧延伸端子”。两侧延伸端子的一个和另一个在半导体装置的内部电连接，使得在它们之间能够流过大电流。发射极端子12d从与铸模树脂12a中两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。栅极发射极中继端子12e具有用于控制功率半导体元件的栅极端子、电流检测输出端子、温度检测输出端子等，由与集电极端子或发射极端子相比较细的导线构成。
第一半导体装置12的集电极端子12c和第二半导体装置14的集电极端子14b由焊料直接连接。即，第一半导体装置12的两侧延伸端子和第二半导体装置14的两侧延伸端子由焊料连接。此外，以后端子彼此之间连接的情况使用的是焊料，但也可以使用焊接、螺钉固定等其他连接方法。
第三半导体装置16包括覆盖功率半导体元件的铸模树脂16a。从铸模树脂16a向外部延伸的端子是发射极端子16b和16c、集电极端子16d以及栅极发射极中继端子16e。发射极端子16b和16c是两侧延伸端子。集电极端子16d从与铸模树脂16a中两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。
第三半导体装置16的发射极端子16c与第四半导体装置18的发射极端子18b连接。即，第三半导体装置16的两侧延伸端子与第四半导体装置18的两侧延伸端子连接。
第一半导体装置12的发射极端子12d与第三半导体装置16的集电极端子16d连接，第二半导体装置14的发射极端子14d与第四半导体装置18的集电极端子18d连接。
图3是图2的构造的电路图。第一至第四半导体装置12、14、16以及18分别包括IGBT和FwDi(续流二极管)作为功率半导体元件。而且，第一半导体装置12和第三半导体装置16构成1个臂，第二半导体装置14和第四半导体装置18构成另外的臂。而且，功率模块10如图1所示，通过具有6个将集电极端子作为两侧延伸端子的半导体装置，6个将发射极端子作为两侧延伸端子的半导体装置，从而构成逆变器部。
图4是半导体装置20和22的放大图。半导体装置20和22构成功率模块的转换器部。半导体装置20包括覆盖功率半导体元件的铸模树脂20a。从铸模树脂20a向外部延伸的端子是集电极端子20b和20c、发射极端子20d和20e以及栅极发射极中继端子20f和20g。集电极端子20b和20c为两侧延伸端子。发射极端子20d和20e从与铸模树脂20a中两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。
半导体装置22包括覆盖功率半导体元件的铸模树脂22a。从铸模树脂22a向外部延伸的端子是发射极端子22b和22c、集电极端子22d和22e以及栅极发射极中继端子22f和22g。发射极端子22b和22c为两侧延伸端子。集电极端子22d和22e从与铸模树脂22a中两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。而且，半导体装置20的发射极端子20d和20e分别与半导体装置22的集电极端子22d和22e连接。
图5是图4的构造的电路图。半导体装置20和22分别包括2个IGBT和2个FwDi。通过半导体装置20的发射极端子20d与半导体装置22的集电极端子22d连接来形成1个臂，半导体装置20的发射极端子20e与半导体装置22的集电极端子22e连接来形成另外的臂。
此处，在说明本发明的实施方式1所涉及的功率模块10之前，为了易于理解，说明比较例。图6是比较例所涉及的功率模块的俯视图。功率模块100包括半导体装置102和104。而且，这些半导体装置由电源线用的汇流条106和接地线用的汇流条108相互连接。功率模块100所包括的其他半导体装置也同样。功率模块100的所有的半导体装置及所有的汇流条都装载于壳体110。如比较例所示，若各半导体装置的连接使用汇流条，则在壳体内需要收纳汇流条的空间。因此，无法使功率模块100小型化。
然而，根据本发明的实施方式1所涉及的功率模块10，由于不必使用汇流条，因此能够使功率模块小型化。即，应该将集电极端子彼此之间连接的多个半导体装置(上臂)，将集电极端子作为两侧延伸端子。而且，由于两侧延伸端子从铸模树脂的相对的2个面向外部延伸，因此若将两侧延伸端子彼此之间连接，则该两侧延伸端子作为电源线用的汇流条起作用。同样，应该将发射极端子彼此之间连接的多个半导体装置(下臂)，将发射极端子作为两侧延伸端子。因此，若将两侧延伸端子彼此之间连接，则该两侧延伸端子作为接地线用的汇流条起作用。因此，能够省略汇流条。
而且，半导体装置12等的构成上臂的半导体装置的发射极端子从与两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸，半导体装置16等的构成下臂的半导体装置的集电极端子从与两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。因此，上臂的发射极端子与下臂的集电极端子能够直接连接。
这样，本发明的实施方式1所涉及的半导体装置，将被铸模树脂覆盖的功率半导体元件的集电极端子和发射极端子中的至少一个端子作为两侧延伸端子。而且，通过将半导体装置的两侧延伸端子彼此之间连接，从而能够省略汇流条，使功率模块10小型化。
在本发明的实施方式1所涉及的功率模块10中，半导体装置包含1个或2个IGBT，但本发明不限于此。例如，如图7及图8所示，可以是1个半导体装置包含3个IGBT的结构。图7是示出本发明的实施方式1所涉及的功率模块的变形例的俯视图。另外，图8是图7的构造的电路图。半导体装置50包括两侧延伸端子即集电极电极50b和50c。这些构成2个功率半导体元件被串联连接的相(臂)的高压线(高压侧电源线、P线)。
另外，半导体装置52包括两侧延伸端子即发射极电极52b和52c。这些构成2个功率半导体元件被串联连接的相(臂)的低压线(低压侧电源线、N线)。而且，半导体装置50的发射极电极50d、50e以及50f分别与半导体装置52的集电极电极52d、52e以及52f连接。这样，形成半导体装置以构成三相交流逆变器，可以将P线和N线作为两侧延伸端子。此外，50a和52a是铸模树脂，50g和52g是栅极发射极中继端子。
此外，还可以进行各种变形。例如，功率模块10对75A以上的大电流进行切换，但只要是装载多个具有集电极端子和发射极端子的半导体装置就能得到本发明的效果，因此不限于此。另外，端子彼此之间的连接不限于焊料，也可以使用焊接或者螺钉固定等方法。另外，功率半导体元件不限于IGBT或FwDi，也可以使用功率MOSFET等。
实施方式2
图9是本发明的实施方式2所涉及的功率模块的俯视图。功率模块200包括第一半导体装置202、第二半导体装置204以及第三半导体装置206。上述所有的半导体装置都装载于壳体208。在壳体208形成有固定部分26，能够将功率模块200固定在外部设备等。
图10是第一半导体装置202的放大图。第一半导体装置202构成图8所示的三相逆变器电路(2个功率半导体元件串联连接而构成1个相(臂)，具有3个该相(臂)的电路)。即，第一半导体装置202使图7所示的半导体装置50和52成为一体。如图10所示，第一半导体装置202包括铸模树脂202a。从铸模树脂202a向外部延伸的端子是集电极端子202b和202c、发射极端子202d和202e、中点端子202f、202g和202h以及栅极发射极中继端子202i。
集电极端子202b和202c、以及发射极端子202d和202e是两侧延伸端子。铸模树脂202a的面中，集电极端子202b向外部延伸的面与发射极端子202d向外部延伸的面一致；铸模树脂202a的面中，集电极端子202c向外部延伸的面与发射极端子202e向外部延伸的面一致。中点端子202f、202g以及202h从与铸模树脂202a的两侧延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。
第二半导体装置204与第一半导体装置202为同样的构成。第一半导体装置202的集电极端子与第二半导体装置204的集电极端子连接，第一半导体装置202的发射极端子与第二半导体装置204的发射极端子连接。
图11是第三半导体装置206的放大图。第三半导体装置206构成1个相(臂)。如图11所示，第三半导体装置206包括铸模树脂206a。从铸模树脂206a向外部延伸的端子是集电极端子206b和206c、发射极端子206d和206e、中点端子206f以及栅极发射极中继端子206g。集电极端子206b和206c、以及发射极端子206d和206e是两侧延伸端子。铸模树脂206a的面中，集电极端子206b向外部延伸的面与发射极端子206d向外部延伸的面一致；铸模树脂206a的面中，集电极端子206c向外部延伸的面与发射极端子206e向外部延伸的面一致。
而且，如图9所示，第三半导体装置206的集电极端子206c与第一半导体装置202的集电极端子202b连接，第三半导体装置206的发射极端子206e与第一半导体装置202的发射极端子202d连接。第一半导体装置202的中点端子202f、202g以及202h，分别经由导体与壳体208的侧面的外部连接用的端子连接。对于第二半导体装置204和第三半导体装置206的中点端子、并且位于壳体的侧面侧的发射极端子和集电极端子也一样。
根据本发明的实施方式2所涉及的功率模块200，通过由1个半导体装置202构成三相逆变器电路，由1个半导体装置206构成转换器部，从而能够简化整体的结构，且小型化。利用这样的结构，例如能够容易制造出实现行驶和再生***的HEV-IPM。由第一半导体装置202和第二半导体装置204的双***(例如行驶用和再生用)构成逆变器，但也可以仅由第一半导体装置202构成。
本发明的实施方式2所涉及的功率模块200能够进行各种变形。例如，如图11所示，中点端子206f也可以不向与集电极端子206b相同方向延伸。使中点端子206f不向与集电极端子206b相同方向延伸的例子如图12所示。图12是示出使中点端子206f向与两侧延伸端子不同的方向延伸的变形例的俯视图。此外，至少可以进行与实施方式1相同程度的变形。
实施方式3
图13是本发明的实施方式3所涉及的半导体装置的俯视图。本发明的实施方式3所涉及的半导体装置300构成三相逆变器电路。而且，各相(各臂)的中点端子300a、300b以及300c，从铸模树脂202a内的各相(各臂)的中点的正上方向铸模树脂202a的最大的面的外部延伸。图14是半导体装置300的立体图。中点端子300a、300b以及300c相对于铸模树脂202a的中央、且与两侧延伸端子延伸的面不同的面，垂直向外部延伸。此外，半导体装置300除了中点端子300a、300b以及300c以外，与实施方式2中参照图10说明的半导体装置202同样。因此，与半导体装置202同样的部分标注与其同样的标记，省略说明。
根据本发明的实施方式3所涉及的半导体装置，由于能够缩短从铸模树脂202a内的各相(各臂)的中点到各中点端子的长度，因此能够降低布线电感。另外，半导体装置300构成三相逆变器电路，但只要构成逆变器电路的一个以上的臂就能够得到本发明的效果，因此不限于此。此外，至少可以进行与实施方式1相同程度的变形。
实施方式4
图15是本发明的实施方式4所涉及的半导体装置的俯视图。本发明的实施方式4所涉及的半导体装置400构成具有1个相(臂)的逆变器电路。而且，集电极端子400b和400c、发射极端子400d和400e、中点端子400f和400g以及栅极发射极中继端子400h从铸模树脂400a向外部延伸。该半导体装置400的特征在于，除了集电极端子400b和400c以及发射极端子400d和400e，中点端子400f和400g也成为两侧延伸端子。
根据本发明的实施方式4所涉及的半导体装置400，由于使中点端子400f和400g为两侧延伸端子，因此通过分别将集电极端子、发射极端子以及中点端子互相连接，能够并联连接多个半导体装置400，能够容易力图实现电流容量的增大，能够对应功率模块的多样的***化。
本发明的实施方式4所涉及的半导体装置400构成具有1个相(臂)的逆变器电路，但本发明不限于此。例如即使是具有逆变器电路的2个相的上臂、下臂、或者这两者的结构的半导体装置，通过使应成为中点端子的端子为两侧延伸端子，也能够得到本发明的效果。此处，图16示出构成上臂的半导体装置。图16是示出本发明的实施方式4的变形例所涉及的半导体装置的俯视图。半导体装置402除了发射极端子402a和402b是两侧延伸端子以外，与图2所示的半导体装置12同样。与半导体装置12同样的部分标注同样的标记，省略说明。此外，本发明的实施方式4所涉及的半导体装置至少可以进行与实施方式1相同程度的变形。

Claims (2)

1.一种功率模块，其特征在于：
包括第一半导体装置和与所述第一半导体装置为同样构成的第二半导体装置，
所述第一半导体装置具有从铸模树脂向外部延伸的集电极端子、从所述铸模树脂向外部延伸的发射极端子，所述集电极端子和所述发射极端子中的至少一个是从所述铸模树脂的相对的2个面向外部延伸的两侧延伸端子，
所述第一半导体装置的所述两侧延伸端子与所述第二半导体装置的两侧延伸端子连接，
所述的功率模块还包括第三半导体装置，所述第三半导体装置具有从铸模树脂的相对的2个面向外部延伸的两侧延伸端子的发射极端子、从所述铸模树脂向外部延伸的集电极端子，
所述第一半导体装置的所述两侧延伸端子是所述集电极端子，
所述第一半导体装置的所述发射极端子与所述第三半导体装置的所述集电极端子连接。
2.一种功率模块，其特征在于：
包括第一半导体装置和与所述第一半导体装置为同样构成的第二半导体装置，
所述第一半导体装置具有从铸模树脂向外部延伸的集电极端子、从所述铸模树脂向外部延伸的发射极端子，所述集电极端子和所述发射极端子中的至少一个是从所述铸模树脂的相对的2个面向外部延伸的两侧延伸端子，
所述第一半导体装置的所述两侧延伸端子与所述第二半导体装置的两侧延伸端子连接，
所述第一半导体装置包括2个功率半导体元件被串联连接的臂，
所述臂的中点端子从所述铸模树脂内的所述臂的中点的正上方向外部延伸。
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