JP2004241734A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体モジュールの小型化を図りながら、モジュール内のインダクタンスを可能な限り小さくする。
【解決手段】絶縁回路基板1の表面には、導体パターン2a、2bが形成されている。半導体チップ3は、その底面に形成されているドレインが導体パターン2aに接触し、その上面に形成されているソースがヒートスプレッダ5に接触するように設けられている。半導体チップ4は、その上面に形成されているソースが導体パターン2bに接触し、その底面に形成されているドレインがヒートスプレッダ6に接触するように設けられている。U電極23は、ヒートスプレッダ5、6に接触している。P電極21は導体パターン2aに接触し、N電極22は導体パターン2bに接触している。
【選択図】 図1
【解決手段】絶縁回路基板1の表面には、導体パターン2a、2bが形成されている。半導体チップ3は、その底面に形成されているドレインが導体パターン2aに接触し、その上面に形成されているソースがヒートスプレッダ5に接触するように設けられている。半導体チップ4は、その上面に形成されているソースが導体パターン2bに接触し、その底面に形成されているドレインがヒートスプレッダ6に接触するように設けられている。U電極23は、ヒートスプレッダ5、6に接触している。P電極21は導体パターン2aに接触し、N電極22は導体パターン2bに接触している。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールに係わり、特に、大電流を流すパワー半導体モジュールに係わる。
【0002】
【従来の技術】
1以上の半導体素子を含む半導体モジュールは、様々な分野において広く使用されている。そして、大電流を流すパワー半導体モジュールは、例えば、インバータ回路や電力変換回路等として実用化されている。
【0003】
図4は、既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。なお、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。ここで、図5に示すインバータ回路は、U相用回路111、V相回路112、W相回路113を備え、不図示の制御回路からの指示に従って3相交流を生成する。また、U相用回路111、V相回路112、W相回路113は、それぞれ、互いに直列的に接続された1組のトランジスタ(上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタ)を含むように構成されている。そして、図4には、U相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。
【0004】
図4において、半導体チップ101、102は、絶縁回路基板103の上面に取り付けられている。ここで、半導体チップ101、102には、それぞれ、図5に示す上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタが形成されている。そして、P電極と半導体チップ101との間、半導体チップ101とU電極との間、U電極と半導体チップ102との間、および半導体チップ102とN電極との間は、それぞれ、ボンディングワイヤ104、105、106、107により接続されている。ここで、この半導体モジュールの主電流は、図4において矢印で示すように流れる。
【0005】
ところで、パワー半導体モジュールは、スイッチング周波数の高速化に伴い、モジュール内の寄生インダクタンスを低減させることが重要になってきている。そして、従来より、モジュール内で主電流が流れる経路を工夫することによってそのようなインダクタンスを低減させる技術が知られている。この場合、モジュールは、互いに平行に形成された経路を主電流が互いに逆方向に流れるように設計され、それらの互いに平行に形成された経路で発生する磁束の変化が打ち消しあうことで相互インダクタンスの抑制が図られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
【0006】
図4に示すパワー半導体モジュールでは、ボンディングワイヤ104およびボンディングワイヤ107が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。また、ボンディングワイヤ105およびボンディングワイヤ106が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−74886号公報(図1、図2、および明細書の段落0016〜0019)
【0008】
【特許文献2】
特開2001−7140号公報(図1、および明細書の段落0051〜0056)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにして電流経路を工夫しても、ボンディングワイヤにおけるインダクタンスの抑制には限界がある。
本発明の目的は、半導体モジュール内のインダクタンスを可能な限り小さくすることである。また、本発明の他の目的は、半導体モジュールの小型化を図ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体モジュールは、同一の表面に第1の導体パターンおよび第2の導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記第1の導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、上記第2の導体パターンに接触するように設けられた第2の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流入力領域が上記第1の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第1の半導体チップ、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流出力領域が上記第2の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第2の半導体チップ、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に電気的に接続する第3の電極、を有する。
【0011】
上記半導体モジュールにおいて、第1の電極から入力される電流は、第1の導体パターン、第1の半導体チップを介して第3の電極に導かれ、その第3の電極から外部に出力される。一方、第3の電極から入力される電流は、第2の半導体チップ、第2の導体パターンを介して第2の電極に導かれ、その第2の電極から外部に出力される。ここで、第1の電極および第2の電極は、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように設けられている。また、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップは、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように絶縁回路基板に取り付けられている。すなわち、この半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しない。よって、ボンディングワイヤの配線インダクタンスは発生しない。また、第1の電極から第3の電極へ至る電流経路と、第3の電極から第2の電極は至る電流経路とでは、互いに逆方向に電流が流れるので、相互インダクタンスが相殺される。
【0012】
上記半導体モジュールにおいて、上記第3の電極は、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に接触するように配置されるようにしてもよい。この構成によれば、各半導体チップの上部に第3の電極が位置するので、絶縁回路基板上に第3の電極を設けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。
【0013】
また、上記半導体モジュールにおいて、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域は、それぞれ、導電性のヒートスプレッダを介して上記第3の電極に接続されるようにしてもよい。この構成においては、放熱効果が向上するだけでなく、第3の電極に加わる力が第1および第2の半導体チップに伝わりにくくなる。
【0014】
本発明の他の態様の半導体モジュールは、表面に導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてそれら主電流入力領域および主電流出力領域のうちの一方が上記導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた半導体チップ、上記半導体チップの主電流入力領域および主電流出力領域のうちの他方に電気的に接続する第2の電極、を有する。そして、上記第1の電極および上記第2の電極が、互いに平行に、且つ、上記絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。
【0015】
この半導体モジュールにおいても、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが発生しない。また、各電極が絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているので、モジュールの小型化が図れる。また、各電極に流れる電流は逆方向なので、相互インダクタンスが相殺される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。ここで、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。そして、図1においては、図5に示すU相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。また、図2(a)および図2(b)は、それぞれ、図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【0017】
絶縁回路基板1は、図5に示すインバータ回路を形成するための回路基板であって、その表面に導体パターンが形成されている。ここでは、互いに電気的に絶縁された導体パターン(第1の導体パターン)2a、導体パターン(第2の導体パターン)2b、導体パターン2cが形成されている。また、図3にのみ記載しているが、導体パターン2dも形成されている。
【0018】
絶縁回路基板1の上面には、半導体チップ(第1の半導体チップ)3、および半導体チップ(第2の半導体チップ)4が取り付けられている。ここで、半導体チップ3、4の表面には、それぞれ、図3に示すように、ソースパッド(主電流出力領域)11、ゲートパッド12、センスパッド13が形成されている。尚、センスパッド13は、半導体チップ3、4が備える各種センサ(例えば、温度センサ等)の出力を外部に引き出すための電極パッドである。一方、半導体チップ3、4の裏面には、それぞれ、ドレイン電極(主電流入力領域)14が形成されている。
【0019】
半導体チップ3は、ソースパッド11が形成されている面を上に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ3は、その裏面に形成されているドレイン電極14が導体パターン2aに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。一方、半導体チップ4は、ソースパッド11が形成されている面を下に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ4は、ソースパッド11が導体パターン2bに接触し、ゲートパッド12が導体パターン2cに接触し、センスパッド13が導体パターン2dに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。この場合、導体パターン2a〜2dと、半導体チップ3、4の対応するパッドまたは電極とは、例えば、半田付けにより互いに接触している。
【0020】
なお、「接触」とは、基本的には、ろう接等によって金属どうしを互いに接触させることをいうが、金属どうしを直接的に圧接することにより接触させることも含むものとする。また、「ろう接」に用いる溶加材は、実施例では「半田」が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、銀ろう等であってもよい。
【0021】
P電極(第1の電極)21は、導体パターン2aに接触するように設けられている。一方、N電極(第2の電極)22は、導体パターン2bに接触するように設けられている。なお、P電極21およびN電極22は、例えば、当該半導体モジュールのケースにその一部が埋め込まれるようにして固定されており、そのケースを勘合してモジュールを組み立てたときに対応する導体パターン2a、2bに圧接されるように配置されている。また、P電極21およびN電極22は、それぞれ、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように設けられている。
【0022】
半導体チップ3、4の上部には、それぞれ、ヒートスプレッダ5、6が取り付けられる。このとき、ヒートスプレッダ5は、半導体チップ3のソースパッド11に半田付けにより接触するように取り付けられる。一方、ヒートスプレッダ6は、半導体チップ4のドレイン電極14に半田付けにより接触するように取り付けられる。なお、ヒートスプレッダ5、6は、電気伝導度および熱伝導度の双方が高い金属で形成されている。
【0023】
U電極(第3の電極)23は、半田付けにより、ヒートスプレッダ5、6の双方に接触するように取り付けられる。ここで、U電極23は、P電極21およびN電極22と同様に、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。また、U電極23は、外部から加わる力が半導体チップ3、4に伝わりにくくするために、遊び部23aが設けられている。
【0024】
ゲート電極24は、ボンディングワイヤを介して半導体チップ3のゲートパッド12に接続されている。また、ゲート電極25は、ボンディングワイヤを介して導体パターン2cに接続されている。なお、図面を見やすくするために図示してないが、半導体チップ3のセンスパッド13および導体パターン2dは、それぞれ、ボンディングワイヤを介して不図示のセンス電極に接続される。
【0025】
上記構成の半導体モジュールは、以下のように動作する。すなわち、半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタは、ゲート電極24を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。また、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタは、ゲート電極25を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。
【0026】
半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、P電極21から入力される電流は、導体パターン2a、半導体チップ3のドレイン電極14、半導体チップ3(上アーム用トランジスタ)、半導体チップ3のソースパッド11、ヒートスプレッダ5を介してU電極23に導かれ、そのU電極23から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Aが指し示す方向に流れる。一方、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、U電極23から入力される電流は、ヒートスプレッダ6、半導体チップ4のドレイン電極14、半導体チップ4(下アーム用トランジスタ)、半導体チップ4のソースパッド11、導体パターン2bを介してN電極22に導かれ、そのN電極22から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Bが指し示す方向に流れる。
【0027】
このように、実施形態の半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、従来技術において問題になっていたボンディングワイヤの配線インダクタンスを排除できる。なお、ゲート電極24と半導体チップ3のゲートパッド12との間、及びゲート電極25と導体パターン2cとの間は、それぞれボンディングワイヤにより接続されているが、この経路を介して流れるゲート制御信号の電流は小さく、この経路で発生するインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。同様に、半導体チップ3、4のセンスパッド13と不図示の電極とを接続する経路についても、そのインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。
【0028】
また、半導体チップ3を介して電流が流れる経路と半導体チップ4を介して電流が流れる経路とが互いに平行になっており、且つ、それらの経路を介して互いに反対方向に電流が流れるので、相互インダクタンスは相殺される。
さらに、U電極23が半導体チップ3、4の上部に設けられる構成なので、絶縁回路基板1上にU電極23を取り付けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。また、P電極21、N電極22、U電極23が絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているが、このこともモジュールの小型化に寄与する。
【0029】
なお、図1および図2に示す実施例では、半導体チップ3、4とU電極23と間にヒートスプレッダ5、6が設けられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明では、ヒートスプレッダ5、6は必須の部品ではなく、U電極23は、半田などにより半導体チップ3、4に直接的に接触するようにしてもよい。なお、ヒートスプレッダ5、6は、放熱作用を向上させるだけでなく、U電極23に加わる力を半導体チップ3、4に伝わりにくくする作用、およびU電極23と導体パターン2a、2bとの間の耐圧を確保する(絶縁距離を確保する)作用も奏している。従って、これらの問題が生じない場合、或いはこれらの問題が別の方策により解決される場合は、ヒートスプレッダ5、6を設ける必要はない。
【0030】
また、上述の実施形態では、各半導体チップ上にMOSトランジスタが形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、各半導体チップ上には、MOSトランジスタ以外の半導体素子(例えば、IGBT)が形成されていてもよい。
【0031】
さらに、上述の実施形態では、半導体モジュール内にインバータ回路が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、本発明による効果は、1つの半導体チップを内蔵する半導体モジュールにおいても得られる。すなわち、例えば、図2(a)に示す半導体チップ3に注目した場合であっても、主電流は、相互インダクタンスを相殺するように流れる。また、この場合も、絶縁回路基板1上にU電極23を配置するためのエリアを確保する必要がない。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが排除される。また、互いに平行な経路を介して互いに逆方向に主電流が流れるような構成なので、相互インダクタンスが相殺される。さらに、絶縁回路基板上に電極を取り付けるためのエリアが少ないので、モジュールの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。
【図2】図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【図3】半導体チップの取付け方法を示す図である。
【図4】既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。
【図5】半導体モジュール内に形成される回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 絶縁回路基板
2a〜2c 導体パターン
3、4 半導体チップ
5、6 ヒートスプレッダ
11 ソースパッド
14 ドレイン電極
21 P電極
22 N電極
23 U電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールに係わり、特に、大電流を流すパワー半導体モジュールに係わる。
【0002】
【従来の技術】
1以上の半導体素子を含む半導体モジュールは、様々な分野において広く使用されている。そして、大電流を流すパワー半導体モジュールは、例えば、インバータ回路や電力変換回路等として実用化されている。
【0003】
図4は、既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。なお、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。ここで、図5に示すインバータ回路は、U相用回路111、V相回路112、W相回路113を備え、不図示の制御回路からの指示に従って3相交流を生成する。また、U相用回路111、V相回路112、W相回路113は、それぞれ、互いに直列的に接続された1組のトランジスタ(上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタ)を含むように構成されている。そして、図4には、U相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。
【0004】
図4において、半導体チップ101、102は、絶縁回路基板103の上面に取り付けられている。ここで、半導体チップ101、102には、それぞれ、図5に示す上アーム用トランジスタ、下アーム用トランジスタが形成されている。そして、P電極と半導体チップ101との間、半導体チップ101とU電極との間、U電極と半導体チップ102との間、および半導体チップ102とN電極との間は、それぞれ、ボンディングワイヤ104、105、106、107により接続されている。ここで、この半導体モジュールの主電流は、図4において矢印で示すように流れる。
【0005】
ところで、パワー半導体モジュールは、スイッチング周波数の高速化に伴い、モジュール内の寄生インダクタンスを低減させることが重要になってきている。そして、従来より、モジュール内で主電流が流れる経路を工夫することによってそのようなインダクタンスを低減させる技術が知られている。この場合、モジュールは、互いに平行に形成された経路を主電流が互いに逆方向に流れるように設計され、それらの互いに平行に形成された経路で発生する磁束の変化が打ち消しあうことで相互インダクタンスの抑制が図られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
【0006】
図4に示すパワー半導体モジュールでは、ボンディングワイヤ104およびボンディングワイヤ107が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。また、ボンディングワイヤ105およびボンディングワイヤ106が互いに平行または略平行に形成されており、これらのボンディングワイヤを介して互いに逆方向の電流が流れる。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−74886号公報(図1、図2、および明細書の段落0016〜0019)
【0008】
【特許文献2】
特開2001−7140号公報(図1、および明細書の段落0051〜0056)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにして電流経路を工夫しても、ボンディングワイヤにおけるインダクタンスの抑制には限界がある。
本発明の目的は、半導体モジュール内のインダクタンスを可能な限り小さくすることである。また、本発明の他の目的は、半導体モジュールの小型化を図ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体モジュールは、同一の表面に第1の導体パターンおよび第2の導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記第1の導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、上記第2の導体パターンに接触するように設けられた第2の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流入力領域が上記第1の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第1の半導体チップ、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてその主電流出力領域が上記第2の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第2の半導体チップ、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に電気的に接続する第3の電極、を有する。
【0011】
上記半導体モジュールにおいて、第1の電極から入力される電流は、第1の導体パターン、第1の半導体チップを介して第3の電極に導かれ、その第3の電極から外部に出力される。一方、第3の電極から入力される電流は、第2の半導体チップ、第2の導体パターンを介して第2の電極に導かれ、その第2の電極から外部に出力される。ここで、第1の電極および第2の電極は、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように設けられている。また、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップは、それぞれ、第1の導体パターンおよび第2の導体パターンに接触するように絶縁回路基板に取り付けられている。すなわち、この半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しない。よって、ボンディングワイヤの配線インダクタンスは発生しない。また、第1の電極から第3の電極へ至る電流経路と、第3の電極から第2の電極は至る電流経路とでは、互いに逆方向に電流が流れるので、相互インダクタンスが相殺される。
【0012】
上記半導体モジュールにおいて、上記第3の電極は、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に接触するように配置されるようにしてもよい。この構成によれば、各半導体チップの上部に第3の電極が位置するので、絶縁回路基板上に第3の電極を設けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。
【0013】
また、上記半導体モジュールにおいて、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域は、それぞれ、導電性のヒートスプレッダを介して上記第3の電極に接続されるようにしてもよい。この構成においては、放熱効果が向上するだけでなく、第3の電極に加わる力が第1および第2の半導体チップに伝わりにくくなる。
【0014】
本発明の他の態様の半導体モジュールは、表面に導体パターンが形成された絶縁回路基板、上記導体パターンに接触するように設けられた第1の電極、一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備えてそれら主電流入力領域および主電流出力領域のうちの一方が上記導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた半導体チップ、上記半導体チップの主電流入力領域および主電流出力領域のうちの他方に電気的に接続する第2の電極、を有する。そして、上記第1の電極および上記第2の電極が、互いに平行に、且つ、上記絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。
【0015】
この半導体モジュールにおいても、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが存在しないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが発生しない。また、各電極が絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているので、モジュールの小型化が図れる。また、各電極に流れる電流は逆方向なので、相互インダクタンスが相殺される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。ここで、この半導体モジュールには、例えば、図5に示すインバータ回路が形成されている。そして、図1においては、図5に示すU相用回路111、V相回路112、W相回路113のうちのいずれか1つ(例えば、U相用回路111)が描かれている。また、図2(a)および図2(b)は、それぞれ、図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【0017】
絶縁回路基板1は、図5に示すインバータ回路を形成するための回路基板であって、その表面に導体パターンが形成されている。ここでは、互いに電気的に絶縁された導体パターン(第1の導体パターン)2a、導体パターン(第2の導体パターン)2b、導体パターン2cが形成されている。また、図3にのみ記載しているが、導体パターン2dも形成されている。
【0018】
絶縁回路基板1の上面には、半導体チップ(第1の半導体チップ)3、および半導体チップ(第2の半導体チップ)4が取り付けられている。ここで、半導体チップ3、4の表面には、それぞれ、図3に示すように、ソースパッド(主電流出力領域)11、ゲートパッド12、センスパッド13が形成されている。尚、センスパッド13は、半導体チップ3、4が備える各種センサ(例えば、温度センサ等)の出力を外部に引き出すための電極パッドである。一方、半導体チップ3、4の裏面には、それぞれ、ドレイン電極(主電流入力領域)14が形成されている。
【0019】
半導体チップ3は、ソースパッド11が形成されている面を上に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ3は、その裏面に形成されているドレイン電極14が導体パターン2aに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。一方、半導体チップ4は、ソースパッド11が形成されている面を下に向けた状態で絶縁回路基板1に取り付けられる。このとき、半導体チップ4は、ソースパッド11が導体パターン2bに接触し、ゲートパッド12が導体パターン2cに接触し、センスパッド13が導体パターン2dに接触するように絶縁回路基板1に取り付けられる。この場合、導体パターン2a〜2dと、半導体チップ3、4の対応するパッドまたは電極とは、例えば、半田付けにより互いに接触している。
【0020】
なお、「接触」とは、基本的には、ろう接等によって金属どうしを互いに接触させることをいうが、金属どうしを直接的に圧接することにより接触させることも含むものとする。また、「ろう接」に用いる溶加材は、実施例では「半田」が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、銀ろう等であってもよい。
【0021】
P電極(第1の電極)21は、導体パターン2aに接触するように設けられている。一方、N電極(第2の電極)22は、導体パターン2bに接触するように設けられている。なお、P電極21およびN電極22は、例えば、当該半導体モジュールのケースにその一部が埋め込まれるようにして固定されており、そのケースを勘合してモジュールを組み立てたときに対応する導体パターン2a、2bに圧接されるように配置されている。また、P電極21およびN電極22は、それぞれ、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように設けられている。
【0022】
半導体チップ3、4の上部には、それぞれ、ヒートスプレッダ5、6が取り付けられる。このとき、ヒートスプレッダ5は、半導体チップ3のソースパッド11に半田付けにより接触するように取り付けられる。一方、ヒートスプレッダ6は、半導体チップ4のドレイン電極14に半田付けにより接触するように取り付けられる。なお、ヒートスプレッダ5、6は、電気伝導度および熱伝導度の双方が高い金属で形成されている。
【0023】
U電極(第3の電極)23は、半田付けにより、ヒートスプレッダ5、6の双方に接触するように取り付けられる。ここで、U電極23は、P電極21およびN電極22と同様に、絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されている。また、U電極23は、外部から加わる力が半導体チップ3、4に伝わりにくくするために、遊び部23aが設けられている。
【0024】
ゲート電極24は、ボンディングワイヤを介して半導体チップ3のゲートパッド12に接続されている。また、ゲート電極25は、ボンディングワイヤを介して導体パターン2cに接続されている。なお、図面を見やすくするために図示してないが、半導体チップ3のセンスパッド13および導体パターン2dは、それぞれ、ボンディングワイヤを介して不図示のセンス電極に接続される。
【0025】
上記構成の半導体モジュールは、以下のように動作する。すなわち、半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタは、ゲート電極24を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。また、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタは、ゲート電極25を介して与えられるゲート制御信号により駆動される。
【0026】
半導体チップ3に形成されている上アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、P電極21から入力される電流は、導体パターン2a、半導体チップ3のドレイン電極14、半導体チップ3(上アーム用トランジスタ)、半導体チップ3のソースパッド11、ヒートスプレッダ5を介してU電極23に導かれ、そのU電極23から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Aが指し示す方向に流れる。一方、半導体チップ4に形成されている下アーム用トランジスタがオン状態に制御されると、U電極23から入力される電流は、ヒートスプレッダ6、半導体チップ4のドレイン電極14、半導体チップ4(下アーム用トランジスタ)、半導体チップ4のソースパッド11、導体パターン2bを介してN電極22に導かれ、そのN電極22から出力される。すなわち、この電流は、図1において、矢印Bが指し示す方向に流れる。
【0027】
このように、実施形態の半導体モジュールでは、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、従来技術において問題になっていたボンディングワイヤの配線インダクタンスを排除できる。なお、ゲート電極24と半導体チップ3のゲートパッド12との間、及びゲート電極25と導体パターン2cとの間は、それぞれボンディングワイヤにより接続されているが、この経路を介して流れるゲート制御信号の電流は小さく、この経路で発生するインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。同様に、半導体チップ3、4のセンスパッド13と不図示の電極とを接続する経路についても、そのインダクタンスの影響は少ないので、ボンディングワイヤのインダクタンスを排除するに値しない。
【0028】
また、半導体チップ3を介して電流が流れる経路と半導体チップ4を介して電流が流れる経路とが互いに平行になっており、且つ、それらの経路を介して互いに反対方向に電流が流れるので、相互インダクタンスは相殺される。
さらに、U電極23が半導体チップ3、4の上部に設けられる構成なので、絶縁回路基板1上にU電極23を取り付けるためのエリアを確保する必要がなく、モジュールの小型化が図れる。また、P電極21、N電極22、U電極23が絶縁回路基板1に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されているが、このこともモジュールの小型化に寄与する。
【0029】
なお、図1および図2に示す実施例では、半導体チップ3、4とU電極23と間にヒートスプレッダ5、6が設けられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明では、ヒートスプレッダ5、6は必須の部品ではなく、U電極23は、半田などにより半導体チップ3、4に直接的に接触するようにしてもよい。なお、ヒートスプレッダ5、6は、放熱作用を向上させるだけでなく、U電極23に加わる力を半導体チップ3、4に伝わりにくくする作用、およびU電極23と導体パターン2a、2bとの間の耐圧を確保する(絶縁距離を確保する)作用も奏している。従って、これらの問題が生じない場合、或いはこれらの問題が別の方策により解決される場合は、ヒートスプレッダ5、6を設ける必要はない。
【0030】
また、上述の実施形態では、各半導体チップ上にMOSトランジスタが形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、各半導体チップ上には、MOSトランジスタ以外の半導体素子(例えば、IGBT)が形成されていてもよい。
【0031】
さらに、上述の実施形態では、半導体モジュール内にインバータ回路が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、本発明による効果は、1つの半導体チップを内蔵する半導体モジュールにおいても得られる。すなわち、例えば、図2(a)に示す半導体チップ3に注目した場合であっても、主電流は、相互インダクタンスを相殺するように流れる。また、この場合も、絶縁回路基板1上にU電極23を配置するためのエリアを確保する必要がない。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、主電流が流れる経路にボンディングワイヤが使用されていないので、ボンディングワイヤの配線インダクタンスが排除される。また、互いに平行な経路を介して互いに逆方向に主電流が流れるような構成なので、相互インダクタンスが相殺される。さらに、絶縁回路基板上に電極を取り付けるためのエリアが少ないので、モジュールの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係わる半導体モジュールの構成を示す図である。
【図2】図1に示す半導体モジュールを側方から見た図である。
【図3】半導体チップの取付け方法を示す図である。
【図4】既存の半導体モジュールの一例の構成を示す図である。
【図5】半導体モジュール内に形成される回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 絶縁回路基板
2a〜2c 導体パターン
3、4 半導体チップ
5、6 ヒートスプレッダ
11 ソースパッド
14 ドレイン電極
21 P電極
22 N電極
23 U電極
Claims (4)
- 同一の表面に第1の導体パターンおよび第2の導体パターンが形成された絶縁回路基板と、
上記第1の導体パターンに接触するように設けられた第1の電極と、
上記第2の導体パターンに接触するように設けられた第2の電極と、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、その主電流入力領域が上記第1の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第1の半導体チップと、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、その主電流出力領域が上記第2の導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた第2の半導体チップと、
上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に電気的に接続する第3の電極、
を有する半導体モジュール。 - 請求項1に記載の半導体モジュールであって、
上記第3の電極は、上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域に接触するように配置される。 - 請求項1に記載の半導体モジュールであって、
上記第1の半導体チップの主電流出力領域および上記第2の半導体チップの主電流入力領域は、それぞれ、導電性のヒートスプレッダを介して上記第3の電極に接続される。 - 表面に導体パターンが形成された絶縁回路基板と、
上記導体パターンに接触するように設けられた第1の電極と、
一方の表面に主電流入力領域を備え他方の表面に主電流出力領域を備え、それら主電流入力領域および主電流出力領域のうちの一方が上記導体パターンに接触するように上記絶縁回路基板に取り付けられた半導体チップと、
上記半導体チップの主電流入力領域および主電流出力領域のうちの他方に電気的に接続する第2の電極、を有し、
上記第1の電極および上記第2の電極が、互いに平行に、且つ、上記絶縁回路基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
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