JP2010118699A - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】底面基板12の上部に、矩形環状の配線基板10が配設され、配線基板10は底面基板12の端縁部上方を覆うように配設され、底面基板12の中央部は開口部となっており、主コレクタ電極端子4および主エミッタ電極端子5は、当該開口部を通過して、樹脂ケース11の開口部から突出して外部と電気的に接続可能な構成となっている。また、制御エミッタパッド71およびゲートパッド81は均等な長さのワイヤ配線WRを介して、制御エミッタ電極およびゲート電極と電気的に接続される。
【選択図】図1
Description
A−1.装置構成.
本発明に係る電力用半導体装置の実施の形態1として、図1および図2に電力用半導体装置100の平面構成および断面構成を示す。なお、図2は図1におけるA−A線での断面図である。
以上説明したように電力用半導体装置100においては、底面基板12の上部に、主コレクタ電極端子4および主エミッタ電極端子5の導出経路が開口部となった矩形環状の配線基板10を配設し、配線基板10に設けた制御エミッタ配線パターン27およびゲート配線パターン28に、制御エミッタ中継端子7およびゲート中継端子8を電気的に接続している。そして、各IGBT素子1の制御エミッタ電極およびゲート電極が均等な長さのワイヤ配線WRにより、制御エミッタパッド71およびゲートパッド81に接続されるので、ワイヤ配線の長さの差異に起因するインピーダンスの差異を低減できるとともに、制御エミッタ配線パターン27およびゲート配線パターン28は、配線基板10と同等の面積を有するように形成でき、配線インピーダンスを低減した電力用半導体装置を得ることができる。
図1および図2を用いて説明した電力用半導体装置100においては、矩形環状の配線基板10を用いる構成を示したが、先に説明したように、主回路電流の影響を受けて環状に誘導電流が流れることを防止するために、図4および図5に示す電力用半導体装置200のような構成としても良い。
図1および図2を用いて説明した電力用半導体装置100においては、6個のIGBT素子1が電気的に並列に接続されて1つの主回路を形成する構成を示したが、図6および図7に示す電力用半導体装置300のように、底面基板12上には複数の主回路を配設しても良いことは言うまでもない。
図3を用いて説明した配線基板10の構成においては、制御エミッタ配線パターン27と制御エミッタ中継端子7との接続、ゲート中継端子8とゲート配線パターン28との接続、制御エミッタ配線パターン27と制御エミッタ導出端子17との接続、およびゲート配線パターン28とゲート導出端子18との接続を半田付けにより行うことを示したが、これらの接続は、ネジ止めにより行っても良い。
実施の形態1および、その変形例1、2において説明した配線基板10〜40は、制御エミッタ配線パターン27およびゲート配線パターン28を有する構成として示したが、配線基板10〜40は、IGBT素子1およびダイオード素子2の動作制御を行う制御回路や素子を有する制御基板として構成しても良く、制御回路を内蔵することで電力用半導体装置100〜400はIPM(Intelligent Power Module)となる。
実施の形態1および、その変形例1、2において示した電力用半導体装置100〜400においては、中継端子板6に設けた制御エミッタパッド71およびゲートパッド81に、IGBT素子1の制御エミッタ電極およびゲート電極がワイヤ配線WRに接続される構成を示したが、制御エミッタ電極とゲート電極とは、別個の中継基板に電気的に接続される構成であっても良い。以下、図11および図12に示す電力用半導体装置500を用いて、その構成について示す。
実施の形態1および、その変形例1、2において示した電力用半導体装置100〜400においては、6個のIGBT素子1を3個直列の2組に分けて2列平行に配設した構成を示し、IGBT素子1の配列にそれぞれ平行するように2つの中継端子板6を配設した構成を示したが、IGBT素子1のレイアウトはこれに限定されるものではなく、IGBT素子1のゲート電極および制御エミッタ電極と、中継端子板との距離が均等になり、ワイヤ配線の長さを均等にできるのであれば良い。また、IGBT素子1の個数は6個に限定されるものではない。
B−1.装置構成.
本発明に係る電力用半導体装置の実施の形態2として、図15に電力用半導体装置600の断面構成を示す。なお、電力用半導体装置600の平面構成は図1に示す電力用半導体装置100とほぼ同様である。
このように、制御エミッタ中継端子7およびゲート中継端子8を用いる代わりに、ワイヤボンディングによるワイヤ配線WRにより中継端子板6と配線基板10とを電気的に接続することで、半田による接合部を減らすことができ、組み立ての作業性を向上できる。
以上説明した電力用半導体装置600においては、ゲート電極および制御エミッタ電極を、ゲートパッド81および制御エミッタパッド71を介して配線基板10に電気的に接続する構成を示したが、図16に示す電力用半導体装置700のように、ゲート電極および制御エミッタ電極をワイヤボンディングによるワイヤ配線WRにより直接に配線基板10と電気的に接続しても良い。
Claims (4)
- 底面基板と、
所定の回路パターンを有し、前記底面基板上に配設される少なくとも1つの絶縁基板と、
前記少なくとも1つの絶縁基板上に設けられた複数の電力用スイッチング素子と、
前記複数の電力用スイッチング素子のそれぞれのゲート電極に電気的に共通に接続されるゲート配線パターンを少なくとも有する基板と、
前記複数の電力用スイッチング素子の主電流が流れる少なくとも1対の主電極板と、
を備え、
前記基板は、その開口部に前記少なくとも1対の主電極板の導出経路を含む矩形環状の平面視形状を有し、前記底面基板の上方に部分的に配設され、
前記ゲート配線パターンは、前記複数の電力用スイッチング素子のそれぞれの前記ゲート電極と、均等な電気的接続長さを有する接続手段で接続され、
前記接続手段は、
前記底面基板上に配設され、前記ゲート電極と前記ゲート配線パターンとの電気的な中継点となる少なくとも1つの中継基板と、
前記ゲート配線パターンと前記少なくとも1つの中継基板とを電気的に接続するゲート中継手段と、
前記少なくとも1つの中継基板と前記複数の電力用スイッチング素子のそれぞれの前記ゲート電極とを均等な長さで接続するワイヤ配線と、を有し、
前記ゲート中継手段は、前記少なくとも1つの中継基板上に垂直方向に延在するように配設され、前記ゲート配線パターンと直結される柱状のゲート中継端子であり、
前記複数の電力用スイッチング素子は、前記少なくとも1対の主電極板の配設領域の両側にそれぞれ1列に配設され、
前記少なくとも1つの中継基板は、前記少なくとも1つの絶縁基板に近接し、前記複数の電力用スイッチング素子の配列に沿うように配設される、電力用半導体装置。 - 前記基板は、
前記ゲート配線パターンが配設された第1の層と、
前記複数の電力用スイッチング素子の制御エミッタ電極に電気的に共通に接続される制御エミッタ配線パターンが配設された第2の層とを少なくとも有する多層基板で構成され、
前記底面基板側から順に前記制御エミッタ配線パターンおよび前記ゲート配線パターンが配設される、請求項1記載の電力用半導体装置。 - 前記制御エミッタ配線パターンは、前記基板と同等の面積を有する、請求項2記載の電力用半導体装置。
- 前記ゲート配線パターンの平面視形状は、前記基板に相似する矩形環を途中で切断した非ループの矩形環形状である、請求項1ないし請求項3の何れかに記載の電力用半導体装置。
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