JP2018120914A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配線パターンに半導体素子が実装された実装基板と、信号端子が固定されたハウジング13を備えている。半導体素子に電気的に接続される端子板21,22と、信号端子を介して半導体素子を制御する回路基板30を備えている。端子板21,22は、バスバー本体から分岐するセンシング部72,74を有し、回路基板30は、センシング部72,74と中継端子80,81を介して接続されている。
【選択図】図7
Description
三相インバータ装置の電気的構成について、図5を用いて説明する。
図5に示すように、三相インバータ装置は、インバータ回路C1と回路基板30を有する。回路基板30は、コントローラ40と駆動回路41を有する。
図1に示すように、三相インバータ装置10は、モジュール化されており、半導体モジュールMsを具備している。半導体モジュールMsは、配線パターン12cに半導体素子11が実装された実装基板12(図6参照)と、信号端子15が固定された樹脂部としてのハウジング13(図3参照)を備える。さらに、半導体モジュールMsは、半導体素子11に電気的に接続されるバスバーとしての正極端子板21及び負極端子板22(図4参照)と、信号端子15を介して半導体素子11を制御する制御基板としての回路基板30(図3参照)を備える。端子板21,22は銅板よりなる。
図6(a),(b)に示すように、実装基板12は、金属基板12aの上面に絶縁膜12bを介して配線パターン12cが形成されている。配線パターン12cの上には、半導体素子11を構成する縦型トランジスタチップ12d及びダイオードを構成するチップ12eが隣接する状態で、はんだ付けにて実装されている。配線パターン12cは縦型トランジスタチップ12dの下面のコレクタ電極と接合されている。縦型トランジスタチップ12dは上面においてエミッタ電極12f及びゲート電極12gを有する。配線パターン12cはダイオードを構成するチップ12eの下面電極と接合されている。ダイオードを構成するチップ12eは上面に電極12hを有する。配線部材(符号12i)を用いて電極12fと電極12hとの接続等が行われている。ゲート電極12gはボンディングワイヤW1により信号端子15の一端と接続される。信号端子15はL字状に屈曲形成されている。信号端子15はハウジング13に埋設されている。信号端子15における水平方向に延びる部位の先端においてボンディングワイヤW1の一端が接合されている。信号端子15における上方に延びる部位は、上端において回路基板30を貫通する。
ハウジング13は樹脂製である。ハウジング13には、平面視矩形状の収容孔13hが複数(本実施形態では3つ)形成されている。各収容孔13h内には、実装基板12が2つずつ配置されている。ハウジング13におけるヒートシンク14とは反対側の端面であって、且つ各収容孔13hの周りには、複数(本実施形態では10個)のボス部13bが突設されている。また、ハウジング13の長手方向において、ハウジング13における隣り合うボス部13b同士の間には、実装基板12に電気的に接続される信号端子15が複数突設されている。実装基板12には、積層体20が各半導体素子11に重なった状態で配置されている。
まず、複数の半導体素子11が実装された実装基板12を、図示しない絶縁層を介してヒートシンク14上に載置する。続いて、各半導体素子11と、各正極電極接合板11a、各負極電極接合板11b及び各接続端子11cとを、はんだ付けする。さらに、ヒートシンク14上にハウジング13を接着する。続いて、半導体素子11と信号端子15とのワイヤボンディングが行われる。
三相インバータ装置10は、正極端子板21及び負極端子板22を、第1の絶縁層23を介して積層した積層体20を用いることで、正極端子板21を流れる電流の向きと、負極端子板22を流れる電流の向きとが逆になる。これによれば、正極端子板21に電流が流れることによって発生する磁束と、負極端子板22に電流が流れることによって発生する磁束とが、相互誘導作用によって打ち消され、インダクタンスが低減される。また、実装基板12と対向する位置に回路基板30が配置される場合であっても、各半導体素子11からの電磁ノイズが回路基板30に伝わってしまうことがシールド板26によって抑制される。
半導体素子11の裏面電極の電圧をモニタすべく半導体素子11の裏面電極から回路基板30まで配線する必要がある。そのために、半導体素子11の裏面電極につながる配線パターン12cを広げて配線パターン12cと端子100とをボンディングワイヤW100で繋いで端子100を経由して回路基板30へ接続する。この場合には、電圧モニタ用のワイヤボンディングを実施するために配線パターンの幅を広げる必要があることから、体格が大きくなる。より具体的には、電圧モニタ配線用ワイヤボンディング代(追加の配線パターン幅W50)が必要となり、かつ、三相分ではその3倍(=3×W50)必要となる。
(1)半導体モジュールMsの構成として、配線パターン12cに半導体素子11が実装された実装基板12と、信号端子15が固定された樹脂部としてのハウジング13を備えている。さらに、半導体素子11に電気的に接続されるバスバーとしての端子板21,22と、信号端子15を介して半導体素子11を制御する制御基板としての回路基板30を備えている。端子板21,22は、バスバー本体71,73から分岐するセンシング部72,74を有し、回路基板30は、センシング部72,74と接続されている。よって、半導体モジュールにおいて、半導体素子11の電極電圧を、ボンディングワイヤを介することなく回路基板30でモニタすることができる。その結果、小型化を図ることができる。
(4)センシング部72,74と中継端子80,81との接続部、及び、端子板21,22と半導体素子11側の端子との接続部(端子部21a,22aと接合板11a,11bとの接続部)は、共に、端子板21,22の反実装基板側において接合されている。よって、接合工程の共通化を図ることができる。即ち、同一工程で、センシング部72,74と中継端子80,81との接合、及び、端子板21,22と半導体素子11側の端子との接合を行うことができる。
○ 端子板(バスバー)21,22のセンシング部72,74と中継端子80,81との接合は各種溶接に代わり、はんだ付けでもよい。
図9においては、センシング部72(74)と中継端子80(81)とを重ね合わせた状態でカシメによる嵌合で接合している。
図11においては、バスバーとしての端子板21,22は、バスバー本体から分岐するセンシング部90が、制御基板としての回路基板30まで延在し、センシング部90が直接、回路基板30に接合されている。即ち、バスバーとしての端子板21,22から直接、回路基板30に接続されている。なお、図11においては、端子板22はバスバー本体73から分岐するセンシング部90を有し、センシング部90が回路基板30まで延在する状態を示したが、端子板21についても同様であり、バスバー本体71から分岐するセンシング部(90)を有し、センシング部(90)が回路基板30まで延在するようにすればよい。
○ 実装基板12の上に、バスバーとしての端子板21,22が対向するように配置されるとともに端子板21,22の上に、制御基板としての回路基板30が対向するように配置される場合について説明したが、これに限らない。例えば、実装基板12に対し、バスバーとしての端子板21,22が対向していない状態で配置されていてもよいし、端子板21,22に対し、制御基板としての回路基板30が対向していない状態で配置されていてもよい。
Claims (4)
- 配線パターンに半導体素子が実装された実装基板と、
信号端子が固定された樹脂部と、
前記半導体素子に電気的に接続されるバスバーと、
前記信号端子を介して前記半導体素子を制御する制御基板と、
を備え、
前記バスバーは、バスバー本体から分岐するセンシング部を有し、
前記制御基板は、前記センシング部と接続されていることを特徴とする半導体モジュール。 - 中継端子を有し、
前記中継端子は、前記センシング部と前記制御基板の間に接続され、一部が前記樹脂部に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュール。 - 前記バスバーが、前記実装基板及び前記半導体素子と対向するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体モジュール。
- 前記センシング部と前記中継端子との接続部、及び、前記バスバーと前記半導体素子側の端子との接続部は、共に、前記バスバーの反実装基板側において接合されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体モジュール。
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