JP2559937B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電力用半導体装置の
リード電極でのインダクタンスを低減させるようなリー
ド電極の構造を有する半導体装置に関するものである。
リード電極でのインダクタンスを低減させるようなリー
ド電極の構造を有する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電力変換装置の急速な応用範囲の
拡大に伴ない、装置の小型軽量化及び低コスト化、高速
化が進んできた。その中でMOSFET、IGBTの電
力用半導体素子が登場したが、スイッチング速度が速
く、かつ大電流を扱うので従来のバイポーラ素子では、
無視でき得る範囲であったリード電極の有するインダク
タンスが無視できない問題となってきた。すなわち、電
源電圧の種類が限られることの多い電力用装置について
大電力容量に対応するために、電力用半導体素子は主に
電流容量を拡大してきたが、使用する電流、電圧の比率
をインピーダンスとして換算すると、現状1オーム程度
のレベルまで低下してきている。一方、電力用半導体の
高速化により、動作周波数成分は10MHz程度まで上
方拡大している。このため、数センチメートル長の電極
端子が通常有する数10nHの浮遊インダクタンスのイ
ンピーダンスは1オーム近くまで増加してきており、動
作を十分阻害するレベルとなっている。このため、大電
流かつ高速な電力用半導体装置において、リード電極の
インダクタンスの低下は装置を構成する上で極めて重要
な要求となっている。
拡大に伴ない、装置の小型軽量化及び低コスト化、高速
化が進んできた。その中でMOSFET、IGBTの電
力用半導体素子が登場したが、スイッチング速度が速
く、かつ大電流を扱うので従来のバイポーラ素子では、
無視でき得る範囲であったリード電極の有するインダク
タンスが無視できない問題となってきた。すなわち、電
源電圧の種類が限られることの多い電力用装置について
大電力容量に対応するために、電力用半導体素子は主に
電流容量を拡大してきたが、使用する電流、電圧の比率
をインピーダンスとして換算すると、現状1オーム程度
のレベルまで低下してきている。一方、電力用半導体の
高速化により、動作周波数成分は10MHz程度まで上
方拡大している。このため、数センチメートル長の電極
端子が通常有する数10nHの浮遊インダクタンスのイ
ンピーダンスは1オーム近くまで増加してきており、動
作を十分阻害するレベルとなっている。このため、大電
流かつ高速な電力用半導体装置において、リード電極の
インダクタンスの低下は装置を構成する上で極めて重要
な要求となっている。
【0003】図4は従来の半導体装置(パワートランジ
スタ)の断面図を示すもので、放熱板1上面に絶縁基板
2が固着され、この絶縁基板2上にベース電極3a、エ
ミッタ電極4a、コレクタ電極5aが固着され、該コレ
クタ電極5aの上にさらに半導体素子6が固着され、上
記コレクタ電極5a上面に直状のコレクタ電極端子5b
が固着され、ベース電極3a、エミッタ電極4aに各々
接続したベース電極端子3b、エミッタ電極端子4bが
固着している。半導体素子5aとエミッタ電極4a、ベ
ース電極3bとの間はAlワイヤ101、102等で接
続される。放熱板1の周囲にはケース7が接続されてお
り、さらにケース内部には、下部に柔らかいゲル状樹脂
8が、上方には硬度な樹脂9などが充填されている。図
5は図4のリード電極に加わる応力を緩和するためにS
状の導体としたSベンドリード電極10を示している。
スタ)の断面図を示すもので、放熱板1上面に絶縁基板
2が固着され、この絶縁基板2上にベース電極3a、エ
ミッタ電極4a、コレクタ電極5aが固着され、該コレ
クタ電極5aの上にさらに半導体素子6が固着され、上
記コレクタ電極5a上面に直状のコレクタ電極端子5b
が固着され、ベース電極3a、エミッタ電極4aに各々
接続したベース電極端子3b、エミッタ電極端子4bが
固着している。半導体素子5aとエミッタ電極4a、ベ
ース電極3bとの間はAlワイヤ101、102等で接
続される。放熱板1の周囲にはケース7が接続されてお
り、さらにケース内部には、下部に柔らかいゲル状樹脂
8が、上方には硬度な樹脂9などが充填されている。図
5は図4のリード電極に加わる応力を緩和するためにS
状の導体としたSベンドリード電極10を示している。
【0004】従来、図4のリード電極3b、4b、5b
を使用していたが、ケースの熱膨張収縮による機械的ス
トレスの問題から、図5のようなS状の導体からなるS
ベンド電極10を採用している。このSベンド電極10
のダンパー部17は、ゲル状樹脂8の熱膨張による応力
を低減するために設けられたものである。しかしながら
電力用半導体では、扱う電流が数十〜千アンペアと大き
く、この電流を損失なく流すために、このリード電極は
大きな断面積を必要とする(例えば200Aでは4mm2
程度)ので、リード電極に可撓性をもたせるには、Sベ
ンド部を充分にとり、リードを長くする必要があった。
したがって、図4のリード電極3b、4b、5bは直状
な導体であり、上記Sベンド電極10と図4のリード電
極3b、4b、5bの電極長18は同じであることか
ら、上記Sベンド電極10のダンパー部17の分だけリ
ード電極の長さが大きくなる。そしてこのリード電極の
長さが長くなるということは、リード電極のインダクタ
ンスが増加するということを示す。
を使用していたが、ケースの熱膨張収縮による機械的ス
トレスの問題から、図5のようなS状の導体からなるS
ベンド電極10を採用している。このSベンド電極10
のダンパー部17は、ゲル状樹脂8の熱膨張による応力
を低減するために設けられたものである。しかしながら
電力用半導体では、扱う電流が数十〜千アンペアと大き
く、この電流を損失なく流すために、このリード電極は
大きな断面積を必要とする(例えば200Aでは4mm2
程度)ので、リード電極に可撓性をもたせるには、Sベ
ンド部を充分にとり、リードを長くする必要があった。
したがって、図4のリード電極3b、4b、5bは直状
な導体であり、上記Sベンド電極10と図4のリード電
極3b、4b、5bの電極長18は同じであることか
ら、上記Sベンド電極10のダンパー部17の分だけリ
ード電極の長さが大きくなる。そしてこのリード電極の
長さが長くなるということは、リード電極のインダクタ
ンスが増加するということを示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置のリ
ード電極は以上のように構成されているので、Sベンド
リード電極では、インダクタンスが増大し、ターンオフ
時のサージ電圧の増大、また素子のスイッチング時間遅
延などの問題点があった。
ード電極は以上のように構成されているので、Sベンド
リード電極では、インダクタンスが増大し、ターンオフ
時のサージ電圧の増大、また素子のスイッチング時間遅
延などの問題点があった。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、大電流、高周波化によるスイッ
チング速度の高速化及びターンオフ時のサージ電圧の低
下を実現するために、リード電極のインダクタンスの低
減を目的とする。
ためになされたもので、大電流、高周波化によるスイッ
チング速度の高速化及びターンオフ時のサージ電圧の低
下を実現するために、リード電極のインダクタンスの低
減を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、低周波インピーダンスの低いSベンド構造の主リ
ード電極と並列に、高周波インピーダンスの低い補助リ
ード電極を設けて、総合的なインピーダンスを低減する
ものである。
置は、低周波インピーダンスの低いSベンド構造の主リ
ード電極と並列に、高周波インピーダンスの低い補助リ
ード電極を設けて、総合的なインピーダンスを低減する
ものである。
【0008】また、上記と同一目的を達成するため、並
列に取り付けられる各々の補助リード電極を絶縁板を介
して近接させて配置するようにしたものである。
列に取り付けられる各々の補助リード電極を絶縁板を介
して近接させて配置するようにしたものである。
【0009】
【作用】この発明において主リード電極に補助リード電
極を取り付けることは、高周波電流のバイパスの役割を
果たし、主リード電極の高周波インピーダンスを低減で
きる。
極を取り付けることは、高周波電流のバイパスの役割を
果たし、主リード電極の高周波インピーダンスを低減で
きる。
【0010】
【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1は本発明の一実施例による半導体
装置のリード電極を示す。図において、10はコレクタ
電極端子、エミッタ電極端子によるSベンドの主リード
電極であり、11はこのSベンド電極10と並列に薄く
て広い箔を取り付けた補助リード電極である。この補助
リード電極11は、インダクタンス増加原因のSベンド
電極10のダンパー部17の上部10aから絶縁基板と
接する10bまで、S状部を覆うように取り付ける。
ついて説明する。図1は本発明の一実施例による半導体
装置のリード電極を示す。図において、10はコレクタ
電極端子、エミッタ電極端子によるSベンドの主リード
電極であり、11はこのSベンド電極10と並列に薄く
て広い箔を取り付けた補助リード電極である。この補助
リード電極11は、インダクタンス増加原因のSベンド
電極10のダンパー部17の上部10aから絶縁基板と
接する10bまで、S状部を覆うように取り付ける。
【0011】図1の等価回路を図2に示す。Sベンド電
極10の抵抗12、インダクタンス13及び補助リード
電極11の抵抗14、インダクタンス15が存在する。
補助リード電極11はSベンド電極10よりも薄いた
め、補助リード電極11の抵抗14の方が大きくなる
が、インダクタンスはSベンド電極10のインダクタン
ス13の方が長さが長く、幅が狭いため、直流電流はS
ベンド電極10を流れ、高周波電流は補助リード電極1
1の方を流れるため、インダクタンスの低減を実現で
き、高周波化に適する。このように本実施例では、Sベ
ンド電極10に補助リード電極11を並列に取り付けた
ものであり、構造は簡単である。補助リード電極11は
厚さを薄くすることで機械的には柔軟性があり、主リー
ドのSベンド電極10の柔軟性に対し妨げにはならない
ようにすることができる。また補助リード電極11のイ
ンダクタンスは厚さにほぼ無関係で、長さ/幅の比率で
決まるので、Sベンド電極10を覆うように配置すれ
ば、この比率を充分に小さくでき、インダクタンスの低
減が容易である。1実験例をあげると、高さが約26mm
で断面積が5mm2のSベンドの主リード1対によるイン
ダクタンスは約34nHであったが、これに35μm
t、長さ22mm、幅15mmの補助リードを付けるとイン
ダクタンスは約40%減の21nHに減少した。
極10の抵抗12、インダクタンス13及び補助リード
電極11の抵抗14、インダクタンス15が存在する。
補助リード電極11はSベンド電極10よりも薄いた
め、補助リード電極11の抵抗14の方が大きくなる
が、インダクタンスはSベンド電極10のインダクタン
ス13の方が長さが長く、幅が狭いため、直流電流はS
ベンド電極10を流れ、高周波電流は補助リード電極1
1の方を流れるため、インダクタンスの低減を実現で
き、高周波化に適する。このように本実施例では、Sベ
ンド電極10に補助リード電極11を並列に取り付けた
ものであり、構造は簡単である。補助リード電極11は
厚さを薄くすることで機械的には柔軟性があり、主リー
ドのSベンド電極10の柔軟性に対し妨げにはならない
ようにすることができる。また補助リード電極11のイ
ンダクタンスは厚さにほぼ無関係で、長さ/幅の比率で
決まるので、Sベンド電極10を覆うように配置すれ
ば、この比率を充分に小さくでき、インダクタンスの低
減が容易である。1実験例をあげると、高さが約26mm
で断面積が5mm2のSベンドの主リード1対によるイン
ダクタンスは約34nHであったが、これに35μm
t、長さ22mm、幅15mmの補助リードを付けるとイン
ダクタンスは約40%減の21nHに減少した。
【0012】実施例2.なお、上記実施例では、Sベン
ド電極10と並列に補助リード電極11を付着したもの
を示したが、図3は2つの補助リード電極11を絶縁板
を介して近接させたものを示す。図2の電流Iのように
一方のリード電極に電流Iを流すと、他方のリード電極
に逆向きの電流が生じる。よって電流Iにより発生する
磁束は、2つのリード電極間で増えて強め合い、インダ
クタンス増加の原因となる。この磁束をおさえることに
より、インダクタンスを減少させることができる。そこ
で、リード電極2電極間の距離を狭めると、2電極間の
磁束は小さくなり、インダクタンスを低減することがで
きるので、図3のように互いに他方のSベンド電極10
に向け2電極間の距離を狭くするように補助リード電極
11を接続した。上記補助リード電極11間に耐圧強化
のため絶縁物16をはさみ込む。これにより、2枚の補
助リード電極11間の間隔を安定に狭めることができ、
インダクタンスを更に減少することができる。補助リー
ド電極11の間隔は、主リードの厚さの1/4程度以下
に薄く、かつ、その幅が主リードの幅より広ければ充分
な効果が得られる。この場合、長さは実施例1より長く
ても効果が失なわれにくいので、補助リードを比較的任
意の位置に配置することができる利点がある。ここで、
1実験例をあげると、100μmt、長さ50mm、幅1
0mmの補助リード2枚を2mm間隔で配置すると、インダ
クタンスは約11nHとなり、前述のSベンド主リード
1対のインダクタンスは約1/3に低減できた。
ド電極10と並列に補助リード電極11を付着したもの
を示したが、図3は2つの補助リード電極11を絶縁板
を介して近接させたものを示す。図2の電流Iのように
一方のリード電極に電流Iを流すと、他方のリード電極
に逆向きの電流が生じる。よって電流Iにより発生する
磁束は、2つのリード電極間で増えて強め合い、インダ
クタンス増加の原因となる。この磁束をおさえることに
より、インダクタンスを減少させることができる。そこ
で、リード電極2電極間の距離を狭めると、2電極間の
磁束は小さくなり、インダクタンスを低減することがで
きるので、図3のように互いに他方のSベンド電極10
に向け2電極間の距離を狭くするように補助リード電極
11を接続した。上記補助リード電極11間に耐圧強化
のため絶縁物16をはさみ込む。これにより、2枚の補
助リード電極11間の間隔を安定に狭めることができ、
インダクタンスを更に減少することができる。補助リー
ド電極11の間隔は、主リードの厚さの1/4程度以下
に薄く、かつ、その幅が主リードの幅より広ければ充分
な効果が得られる。この場合、長さは実施例1より長く
ても効果が失なわれにくいので、補助リードを比較的任
意の位置に配置することができる利点がある。ここで、
1実験例をあげると、100μmt、長さ50mm、幅1
0mmの補助リード2枚を2mm間隔で配置すると、インダ
クタンスは約11nHとなり、前述のSベンド主リード
1対のインダクタンスは約1/3に低減できた。
【0013】なお、補助リードの断面積が小さくてもよ
い理由は次の通りである。IGBT等をスイッチング用
途で使った場合、キャリヤ周期は70μs程度である
が、電流が変化する期間は約100nsと極めて短い。
従って、電流変化期間の電流パルスのデューティ比率は
100ns×2/70μs≒1/300であるので、ピ
ーク値が同じとすると、このパルス電流の実効値は基本
波の約1/17になる。従って、補助リードにこの電流
変化期間中の電流のみ流す場合には、その断面積は主リ
ードの1/10程度であっても充分な効果があることに
なる。
い理由は次の通りである。IGBT等をスイッチング用
途で使った場合、キャリヤ周期は70μs程度である
が、電流が変化する期間は約100nsと極めて短い。
従って、電流変化期間の電流パルスのデューティ比率は
100ns×2/70μs≒1/300であるので、ピ
ーク値が同じとすると、このパルス電流の実効値は基本
波の約1/17になる。従って、補助リードにこの電流
変化期間中の電流のみ流す場合には、その断面積は主リ
ードの1/10程度であっても充分な効果があることに
なる。
【0014】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Sベ
ンド構造をもつ主リード電極と並列に薄い金属箔による
補助リード電極を設けたため、リードの柔軟性を失うこ
となしにインダクタンスが低減でき、大電流の高速スイ
ッチング時のサージ電圧を大幅に低減することができ
る。また、これにより半導体装置をより高速でスイッチ
ングできるようになり、インバータ等の低損失化、小形
軽量化が実現できるなどの効果が得られる。
ンド構造をもつ主リード電極と並列に薄い金属箔による
補助リード電極を設けたため、リードの柔軟性を失うこ
となしにインダクタンスが低減でき、大電流の高速スイ
ッチング時のサージ電圧を大幅に低減することができ
る。また、これにより半導体装置をより高速でスイッチ
ングできるようになり、インバータ等の低損失化、小形
軽量化が実現できるなどの効果が得られる。
【図1】この発明の一実施例による半導体装置のリード
電極の斜視図である。
電極の斜視図である。
【図2】図1の等価回路図である。
【図3】この発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図4】従来の半導体装置の正面断面図である。
【図5】Sベンド電極を示す正面図である。
1 放熱板 2 絶縁基板 3a ベース電極 4a エミッタ電極 5a コレクタ電極 6 半導体素子 7 ケース 10 主リード電極(Sベンド電極) 11 補助リード電極 16 絶縁板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−139051(JP,A) 特開 昭62−23140(JP,A) 特開 平4−125957(JP,A) 特開 平4−336454(JP,A) 特開 平5−21674(JP,A) 実開 平2−26259(JP,U)
Claims (3)
- 【請求項1】 放熱板上に固着された絶縁基板と、この
絶縁基板上に固着された電極と、さらに該電極の上面に
固着された半導体素子と、これらをとり囲むように上記
放熱板上に接着されたケースと、上記電極に接続され、
ケースの上方に取り出された主リード電極とを備えた半
導体装置において、高周波によるインダクタンスを低減
するため、上記主リード電極と並列に、厚さが主リード
電極の厚さの1/4以下の箔状の補助リード電極を接続
したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 一対の主リード電極が間隔をおいて配置
すると共に、夫々の主リード電極に並列に接続された箔
状の補助リード電極を設け、この補助リード電極が互い
に絶縁され、且つ互いに隣接するようにしたことを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 補助リード電極と接続される主リード電
極がS字形バネ形状であるSベンド構造を有しているこ
とを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3357107A JP2559937B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3357107A JP2559937B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05175385A JPH05175385A (ja) | 1993-07-13 |
JP2559937B2 true JP2559937B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=18452420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3357107A Expired - Lifetime JP2559937B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2559937B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007507080A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-03-22 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | 電力半導体モジュールの中の接触構造のための圧力接触バネ |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP3357107A patent/JP2559937B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007507080A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-03-22 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | 電力半導体モジュールの中の接触構造のための圧力接触バネ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05175385A (ja) | 1993-07-13 |
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