JP2006140217A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 システムの小型化および低コスト化に寄与することができる半導体モジュールを提供する。
【解決手段】 上アームを構成するｎｐｎ型トランジスタＱ１は、スペーサ６６とともに正極電極板７０および電極板７２によって両側から挟み込まれ、下アームを構成するｎｐｎ型トランジスタＱ２は、スペーサ６８とともに出力電極板７４および負極電極板７６によって両側から挟み込まれる。電極板７２と出力電極板７４との間には、電極板７２を出力電極板７４と電気的に接続する導体７８が配設される。電流センサ４２は、導体７８に配設され、上アームがオンしたとき、正極電極板７０から出力電極板７４に流れる電流を検出する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体モジュールに関し、特に、パワー半導体素子および電極を内蔵する半導体モジュールに関する。

特開２００３−１７９２０３号公報（特許文献１）は、パワー半導体素子および電力配線が一体的にモールド成型された半導体モジュールを開示する。この半導体モジュールは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワートランジスタ、これに逆並列に接続されるダイオード、および電力配線をモールド成型した主回路モジュールと、プリント基板化され、かつ、主回路モジュール上に直立して配設される駆動／制御回路とを備える（特許文献１参照）。

このような半導体モジュールは、パワートランジスタおよびこれに逆並列に接続されるダイオードをアーム単位として電力配線とともに１相分または多相分を一体的に成型できるので、組付性に優れるなどの利点を一般的に有している。
特開２００３−１７９２０３号公報 特開２００３−１７４７６６号公報 特開平１−２１４２６６号公報

上記のような半導体モジュールを実際に使用して電気負荷の駆動制御を行なうためには、半導体モジュールからの出力電流を検出し、その検出された出力電流に基づいて半導体モジュールの動作を制御する必要がある。

ここで、半導体モジュールからの出力電流を検出する電流センサは、半導体モジュールと電気負荷との間の電力経路上に配設されるのが一般的であるが、従来より、電流センサの搭載スペースの確保や、電流センサと半導体モジュールの制御回路との間に配線される信号ハーネスなどが、負荷駆動装置全体としての小型化や低コスト化を阻害するとして問題となっていた。

特に、近年大きく注目されているハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などパワー半導体素子を用いた負荷駆動装置を搭載する車両においては、今後さらなる普及を図るためには徹底したシステムの小型化および低コスト化が必須であり、これらを達成するための課題の１つとして電流センサの配置構成が挙げられている。

上述した特開２００３−１７９２０３号公報では、半導体モジュールを実際に使用する場合の電流センサの配置構成については考慮されておらず、上述した課題を解決することはできない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、システムの小型化および低コスト化に寄与することができる半導体モジュールを提供することである。

この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子部と、半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の電極と、第１の電極と同一平面上に配設され、出力端子に接続される第３の電極と、第２の電極と第３の電極との間に配設され、第２の電極を第３の電極と電気的に接続する導電部と、導電部に配設され、導電部に流される電流を検出する電流センサとを備える。

好ましくは、半導体モジュールは、第２の電極と同一平面上に配設される第４の電極と、第３および第４の電極に両側から挟み込まれるように設けられるもう１つの半導体素子部とをさらに備え、半導体素子部およびもう１つの半導体素子部は、それぞれ上アームおよび下アームを構成し、第１および第４の電極は、それぞれ正極電極および負極電極であり、第３の電極は、電気負荷へ電流を出力する出力電極である。

好ましくは、半導体モジュールは、半導体素子部、もう１つの半導体素子部、第１から第４の電極、導電部、および電流センサを固定封止するモールド樹脂をさらに備える。

好ましくは、電流センサは、導電部を取り囲むように配設される電磁コアと、電磁コアによって集磁された磁束を検出する磁気検出素子とを含む。

好ましくは、電流センサは、電流センサ回路基板と、電流センサ回路基板上に配設される電流センサ回路とをさらに含み、磁気検出素子は、電流センサ回路基板上に表面実装され、電流センサ回路基板は、磁気検出素子が電磁コアの開端部に位置するように配設される。

好ましくは、半導体モジュールは、第１および第３の電極を搭載する絶縁基板をさらに備え、電流センサは、磁気検出素子を動作させるための電流センサ回路をさらに含み、電流センサ回路は、絶縁基板上に配設される。

好ましくは、半導体モジュールは、半導体素子部およびもう１つの半導体素子部をそれぞれ駆動するための第１および第２の信号線と、電流センサからの検出信号を外部へ出力する第３の信号線とをさらに備え、第１から第３の信号線は、当該半導体モジュールの同一平面から外部に引出される。

また、この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子部と、半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の電極と、第１の電極と同一平面上に配設され、出力端子に接続される第３の電極と、第２の電極と第３の電極との間に配設され、第２の電極を第３の電極と電気的に接続し、第２の電極と第３の電極との間に流される電流に応じた一定の電圧降下を生じさせる抵抗と、抵抗による電圧降下量および抵抗の大きさに基づいて抵抗に流される電流を測定する電流測定回路とを備える。

この発明による半導体モジュールにおいては、第２の電極と第３の電極との間に配設され、かつ、第２の電極を第３の電極と電気的に接続する導電部に流される電流を検出する電流センサが備えられる。すなわち、電流センサは、半導体モジュールに内蔵されるので、半導体モジュールと電気負荷との間の電力経路上に電流センサの搭載スペースを確保する必要はない。また、電流センサと半導体モジュールの制御回路との間の信号ハーネスが短距離化される。したがって、この発明によれば、システムの小型化に寄与することができ、さらに、システムの低コスト化に寄与することができる。

また、この発明による半導体モジュールによれば、モールド樹脂は、半導体素子部、もう１つの半導体素子部、第１から第４の電極、導電部、および電流センサを一体的に固定封止するので、耐震性および耐湿性に優れた半導体モジュールが実現される。

また、この発明による半導体モジュールによれば、電流を検出するための磁気検出素子は、電流センサ回路基板上に表面実装されるので、半導体モジュールに電流センサを組込む際の組付性に優れる。また、半導体モジュールの耐震性も向上する。

また、この発明による半導体モジュールによれば、電流センサ回路は、第１および第３の電極を搭載する絶縁基板上に配設されるので、電流センサ回路用に別途回路基板を設ける必要がなく、半導体モジュールの組付性が向上する。

また、この発明による半導体モジュールによれば、半導体素子部およびもう１つの半導体素子部をそれぞれ駆動するための第１および第２の信号線と、電流センサからの検出信号を外部へ出力する第３の信号線とが備えられ、第１から第３の信号線は、当該半導体モジュールの同一平面から外部に引出されるので、この半導体モジュールを用いて半導体装置を構成する際の組付性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体モジュールが用いられる装置の一例として示されるモータ駆動装置の回路図である。図１を参照して、このモータ駆動装置１０は、バッテリＢと、インバータ２０と、制御装置３０と、モータジェネレータＭＧと、コンデンサＣと、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬと、電流センサ４２，４４，４６とを備える。インバータ２０は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介してバッテリＢと接続される。また、インバータ２０は、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して電気負荷であるモータジェネレータＭＧと接続される。

バッテリＢは、直流電源であって、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、発生した直流電圧を電源ラインＰＬを介してインバータ２０へ供給する。また、バッテリＢは、電源ラインＰＬを介してインバータ２０から受ける直流電圧によって充電される。コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢおよびインバータ２０への影響を低減する。

モータジェネレータＭＧは、たとえば３相交流同期電動機であって、インバータ２０から出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、回生制動時に交流電力を発電し、その発電した交流電力を出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してインバータ２０へ出力する。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６からなる。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、たとえばＩＧＢＴからなる。また、ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続される。

このインバータ２０は、制御装置３０からの制御信号に基づいて、バッテリＢから電源ラインＰＬを介して受ける直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧をモータジェネレータＭＧへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧは、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、制御装置３０からの制御信号に基づいて、モータジェネレータＭＧによって回生発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。

電流センサ４２は、Ｕ相アーム２２の上アームとＵ相アーム２２の上下アームの接続点との間に配設され、Ｕ相アーム２２から出力ラインＵＬに流される電流を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電流センサ４４は、Ｖ相アーム２４の上アームとＶ相アーム２４の上下アームの接続点との間に配設され、Ｖ相アーム２４から出力ラインＶＬに流される電流を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電流センサ４６は、Ｗ相アーム２６の上アームとＷ相アーム２６の上下アームの接続点との間に配設され、Ｗ相アーム２６から出力ラインＷＬに流される電流を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、インバータ２０の入力電圧ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ２０へ出力する。ここで、モータジェネレータＭＧのモータ電流は、上述した電流センサ４２，４４，４６によって検出される。また、インバータ２０の入力電圧は、図示されない電圧センサによって検出される。

このモータ駆動装置１０においては、インバータ２０におけるＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６の各々は、上アーム、下アーム、電源ラインＰＬに接続される正極電極、接地ラインＳＬに接続される負極電極、対応する出力ラインに接続される出力電極、および対応する電流センサがモールド樹脂により一体的に固定封止された半導体モジュールによって構成される。以下では、この半導体モジュールの構造について説明する。

図２は、図１に示したインバータ２０の各相アームを構成する半導体モジュールの構成を示す断面図である。なお、インバータ２０の各相アームの構成は、いずれも同じであるので、以下では、図１に示したインバータ２０のＵ相アーム２２を構成する半導体モジュールについて代表的に説明する。

図２を参照して、半導体モジュール５２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、スペーサ６６，６８と、図示されないダイオードＤ１，Ｄ２と、正極電極板７０と、電極板７２と、出力電極板７４と、負極電極板７６と、導体７８と、電流センサ４２と、モールド樹脂８４とを含む。そして、半導体モジュール５２は、絶縁板５４，５６によって両側から挟み込まれ、冷却器５８，６０によってさらに両側から挟み込まれることによって、両面から冷却される。

ｎｐｎ型トランジスタＱ１は、エミッタ側が正極電極板７０に固設され、正極電極板７０と電気的に接続される。スペーサ６６は、電流センサ４２の配置スペースや図示されない制御信号線の配線スペースを確保するために設けられる。スペーサ６６は、導体からなり、ｎｐｎ型トランジスタＱ１のコレクタ部に固設され、その接合部と対向する側が電極板７２に固設される。したがって、ｎｐｎ型トランジスタＱ１は、電極板７２とも電気的に接続される。

ｎｐｎ型トランジスタＱ２は、エミッタ側が出力電極板７４に固設され、出力電極板７４と電気的に接続される。スペーサ６８は、スペーサ６６と同様に、電流センサ４２の配置スペース等を確保するために設けられる。スペーサ６８も、導体からなり、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のコレクタ部に固設され、その接合部と対向する側が負極電極板７６に固設される。したがって、ｎｐｎ型トランジスタＱ２は、負極電極板７６とも電気的に接続される。

正極電極板７０、電極板７２、出力電極板７４および負極電極板７６は、たとえば銅などの高導電性かつ高伝熱性の金属部材からなる。正極電極板７０および出力電極板７４は、同一平面上に配設され、また、電極板７２および負極電極板７６は、正極電極板７０および出力電極板７４が配設される平面と略平行の同一平面上に配設される。そして、正極電極板７０および電極板７２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１およびスペーサ６６ならびに図示されないダイオードＤ１を両側から挟み込むように設けられ、出力電極板７４および負極電極板７６は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２およびスペーサ６８ならびに図示されないダイオードＤ２を両側から挟み込むように設けられる。

導体７８は、電極板７２と出力電極板７４との間に配設され、電極板７２を出力電極板７４と電気的に接続する。ここで、出力ラインＵＬが接続される出力端子は、出力電極板７４に設けられており、導体７８が電極板７２を出力電極板７４と電気的に接続することによって、正極電極板７２に供給される電流は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１、スペーサ６６、電極板７２、導体７８および出力電極板７４を介して出力ラインＵＬへ流れる。

電流センサ４２は、導体７８の近傍に配設され、導体７８に流れる電流を検出する。すなわち、電流センサ４２は、上アームを構成するｎｐｎ型トランジスタＱ１がオンしたとき、正極電極板７０から出力電極板７４に流される電流を検出する。言い換えると、電流センサ４２は、インバータ２０のＵ相アーム２２から出力ラインＵＬへ出力される出力電流を検出する。この電流センサ４２の構成については、後ほど詳しく説明する。

モールド樹脂８４は、上述したｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２、スペーサ６６，６８、図示されないダイオードＤ１，Ｄ２、正極電極板７０、電極板７２、出力電極板７４、負極電極板７６、導体７８、および電流センサ８０を一体的に固定封止する。但し、正極電極板７０および出力電極板７４の絶縁板５４と対向する面、ならびに電極板７２および負極電極板７６の絶縁板５６と対向する面は、熱抵抗低減のため、モールド樹脂８４によって覆われていない。

図３は、図２に示した電流センサ４２の近傍を拡大して示す斜視図である。図３を参照して、電流センサ４２は、集磁コア８０と、磁気検出素子８２と、センサ基板８３とからなる。集磁コア８０は、導体７８の周囲を取り囲むように配設され、導体７８に流される電流量に応じて導体７８の周囲に発生する磁束を集磁する。

磁気検出素子８２は、たとえばホール素子などからなる。磁気検出素子８２は、集磁コア８０によって集磁された磁束を検出し、その検出された磁束の大きさに応じた電圧を発生してリード線を介してセンサ基板８３へ出力する。センサ基板８３は、正極電極板７０上に配設され、上面には図示されない信号処理回路が形成される。センサ基板８３上に形成される信号処理回路は、磁気検出素子８４からリード線を介して受ける電圧を電流検出信号に変換し、その変換した電流検出信号を電流センサ信号線８６を介して外部へ出力する。

図４は、図２に示した半導体モジュール５２の外形図である。図４を参照して、正極電極板７０および出力電極板７４は、同一平面に配設され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２（図示せず、以下同じ。）に接する面と対向する面は、モールド樹脂８４によって覆われることなく、外部に露出している。正極電極板７０には、電源ラインＰＬに接続される正極端子８８が設けられ、出力電極板７４には、出力ラインＵＬに接続される出力端子９０が設けられる。また、出力電極板７０および出力電極板７４が配設される面と対向する面に配設される図示されない負極電極板７６には、接地ラインＳＬに接続される負極端子９２が設けられる。

制御信号線９４は、外部の制御装置３０（図示せず、以下同じ。）からｎｐｎ型トランジスタＱ１を駆動するための信号線であり、制御信号線９６は、制御装置３０からｎｐｎ型トランジスタＱ２を駆動するための信号線である。電流センサ信号線８６は、この半導体モジュール５２に内蔵される電流センサ４２からの電流検出信号を外部に取り出すための信号線である。そして、制御信号線９４，９６および電流センサ信号線８６は、組付性を考慮して、半導体モジュール５２の同一平面から外部へ引出されている。

以上のように、この実施の形態１による半導体モジュール５２によれば、出力電流を検出する電流センサ４２を内蔵しているので、従来、インバータ２０とモータジェネレータＭＧとの間に配設されていた電流センサ４２の搭載スペースを確保する必要はない。したがって、この半導体モジュール５２を搭載するシステムの小型化に寄与することができる。また、電流センサ４２と制御装置３０との信号ハーネスも短距離化されるので、システムの低コスト化にも寄与することができる。

さらに、半導体モジュール５２に内蔵される電流センサ４２からの電流センサ信号線８６は、上下アームを駆動するための制御信号線９４，９６と同一平面から引出されるので、この半導体モジュール５２を用いてモータ駆動装置１０を構成する際の組付性が向上する。また、さらに、この半導体モジュール５２は、モールド樹脂８４によって一体的に固定封止されているので、耐震性および耐湿性に優れる。

［実施の形態２］
実施の形態２による半導体モジュールは、実施の形態１による半導体モジュール５２と電流センサの構成が異なる。実施の形態２による半導体モジュールのその他の構成は、実施の形態１による半導体モジュール５２の構成と同じである。

図５は、この発明の実施の形態２による半導体モジュールに内蔵される電流センサの近傍を拡大して示す斜視図である。図５を参照して、この電流センサ４２Ａは、集磁コア８０と、センサ基板９８とからなる。センサ基板９８は、いわゆる表面実装型デバイス（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｕｎｔｅｄ−Ｄｅｖｉｃｅ）であり、ホール素子からなる磁気検出素子８２Ａがセンサ基板９８上に配設されている。

そして、センサ基板９８は、正極電極板７０に設けられた嵌合部１００に嵌合され、磁気検出素子８２Ａは、センサ基板９８が嵌合部１００に嵌合されたときに集磁コア８０の開端部に配置されるように、センサ基板９８上に配置される。

この実施の形態２によれば、半導体モジュールに内蔵される電流センサ４２Ａは、磁気検出素子がセンサ基板とリード線によって接続されるリード線型デバイスでなく、表面実装型デバイスによって構成されるので、電流センサの組付性に優れた半導体モジュールが実現される。また、半導体モジュールの耐震性も向上する。

［実施の形態３］
実施の形態３による半導体モジュールは、内蔵される電流センサがシャント抵抗によって構成される。

図６は、この発明の実施の形態３による半導体モジュールが適用されたＵ相アームの回路図である。なお、特に図示しないが、その他のＶ，Ｗ各相アームの回路図も同様である。図６を参照して、このＵ相アーム２２Ａは、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、シャント抵抗１０２と、電流測定回路１１２とからなる。

シャント抵抗１０２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の間に配設され、シャント抵抗１０２とｎｐｎ型トランジスタＱ２との接続点に出力ラインＵＬが接続される。電流測定回路１１２は、シャント抵抗１０２による電圧降下を測定し、その測定した電圧降下値をシャント抵抗１０２の抵抗値で除算することによって、ｎｐｎ型トランジスタＱ１から出力ラインＵＬに流れる電流を算出する。

図７は、この発明の実施の形態３による半導体モジュールに内蔵される電流センサの概略構成図である。図７を参照して、この電流センサ４２Ｂは、シャント抵抗１０２と、絶縁板１０３と、電圧引出線１０４と、センサ基板１０６と、ワイヤ１０８，１１０とからなる。シャント抵抗１０２は、出力電極板７４に一端が接続され、電極板７２（図示せず、以下同じ。）に他端が接続される。そして、シャント抵抗１０２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１がオンしたとき、電極板７２から出力電極板７４へ電流を流すとともに、流れた電流に応じた電圧降下を生じさせる。

電圧引出線１０４は、極低抵抗の導体からなり、出力電極板７４上に配設される絶縁板１０３と電極板７２との間に設けられる。この電圧引出線１０４は、シャント抵抗１０２による電圧降下前の電圧を取り出すために設けられる。センサ基板１０６は、出力電極板７４上に配設され、上面には、図６に示した電流測定回路１１２（図示せず、以下同じ。）が形成される。電流測定回路１１２は、シャント抵抗１０２における電圧降下に基づいてシャント抵抗１０２に流れる電流値を測定し、その測定値を電流センサ信号線８６を介して外部へ出力する。

なお、この実施の形態３による半導体モジュールにおいては、シャント抵抗１０２が出力電極板７４を電極板７２と電気的に接続し、シャント抵抗１０２が電極板７２から出力電極板７４へ電流を流すので、この実施の形態３による半導体モジュールは、実施の形態１における導体７８を備えていない。実施の形態３による半導体モジュールのその他の構成は、実施の形態１による半導体モジュール５２の構成と同じである。

以上のように、この実施の形態３によれば、電流センサをシャント抵抗１０２によって構成したので、一般的に高価な集磁コアを備える必要がなく、低コスト化される。

［実施の形態４］
図８は、この発明の実施の形態４による半導体モジュールの構成を示す断面図であり、図９は、図８に示した半導体モジュールの平面図である。この図８，図９に示される半導体モジュールも、図１に示したインバータ２０の各相アームを構成する。そして、インバータ２０の各相アームの構成は、いずれも同じであるので、以下では、インバータ２０のＵ相アーム２２を構成する半導体モジュールについて代表的に説明する。なお、図８では、図９に示す断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩが示されており、図９では、図８に示したスペーサ６６，６８、電極板７２および負極電極板７６は、図示されていない。

図８，図９を参照して、この実施の形態４による半導体モジュール５２Ａは、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、スペーサ６６，６８と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、パターン回路１１４，１１６と、絶縁基板１１８と、放熱板１２０と、電極板７２と、負極電極板７６と、導体７８と、電流センサ４２Ｃと、モールド樹脂８４とを含む。

パターン回路１１４，１１６は、たとえば銅などの高導電性かつ高伝熱性の金属部材からなり、絶縁基板１１８上に形成される。パターン回路１１４は、ワイヤ１２８によって正極端子１２２に接続され、正極電極を構成する。パターン回路１１６は、ワイヤ１３０によって出力端子１２４に接続され、出力電極を構成する。

そして、ｎｐｎ型トランジスタＱ１およびダイオードＤ１は、パターン回路１１４上に搭載され、ｎｐｎ型トランジスタＱ２およびダイオードＤ２は、パターン回路１１６上に搭載される。導体７８は、パターン回路１１６上に配設され、電極板７２をパターン回路１１６と電気的に接続する。

絶縁基板１１８は、放熱板１２０上に配設され、パターン回路１１４，１１６を放熱板１２０と絶縁する。放熱板１２０は、熱伝導率の高い銅板やアルミ板からなり、この半導体モジュール５２Ａ内で発生した熱を冷却器５８へ放熱する。

電流センサ４２Ｃは、集磁コア８０と、磁気検出素子８２と、センサ回路部１１９とからなる。センサ回路部１１９は、絶縁基板１１８上であって、かつ、導体７８の近傍に形成される。すなわち、電流センサ４２Ａのセンサ基板には、絶縁基板１１８の一部が用いられている。そして、センサ回路部１１９は、磁気検出素子８２からリード線を介して受ける電圧を電流検出信号に変換し、その変換した電流検出信号をワイヤ１３２を介して端子１２６へ出力する。

この実施の形態４による半導体モジュール５２Ａにおいては、絶縁基板１１８が半導体モジュール５２Ａに内蔵されて一体的に成型されている。したがって、図８に示されるように、半導体モジュール５２Ａに冷却器５８，６０を組付ける際、半導体モジュール５２Ａと冷却器５８との間に絶縁基板を挟み込む必要がない。そして、半導体モジュール、絶縁板および冷却器を重ね合わせて組付ける場合には、密着性や熱抵抗低減のために接触面にシリコングリスを塗布する必要があるところ、この半導体モジュール５２Ａを用いれば、実施の形態１による半導体モジュール５２を用いた場合と比べて、シリコングリスを塗布する面が１面分削減される。

以上のように、この実施の形態４によれば、絶縁基板１１８を半導体モジュール５２Ａに内蔵して一体的に成型したので、半導体モジュール５２Ａに冷却器５８，６０を組付ける際の組付性が向上する。また、シリコングリスを塗布する面を削減できるので、この点からも半導体モジュール５２Ａに冷却器５８，６０を組付ける際の組付性が向上する。

さらに、放熱板１２０を半導体モジュール５２Ａの一面にわたって１枚で構成できるので、半導体モジュール５２Ａの組付性に優れ、また、半導体モジュール５２Ａを組付ける際の部品点数を削減できる。

なお、上記の各実施の形態においては、この発明による半導体モジュールの適用例としてインバータ２０の各相アームに適用される場合が示されたが、この発明による半導体モジュールの適用範囲は、インバータに限られるものではなく、その他の半導体装置一般に及ぶものである。

また、この発明による半導体モジュールは、ハイブリッド自動車や電気自動車に好適である。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、バッテリとインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。また、電気自動車は、バッテリとインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。このようなハイブリッド自動車や電気自動車においては、インバータやコンバータなどの電子部品において多数のパワー半導体素子が用いられる。そして、ハイブリッド自動車や電気自動車においては、装置の小型化や、低コスト化、高信頼性などが強く要求されるところ、この発明による半導体モジュールによれば、上述のように、車両システムの小型化および低コスト化に寄与し、また、耐震性や耐湿性が確保されることによって高信頼性を得ることができる。

なお、上記において、ｎｐｎ型トランジスタＱ１およびダイオードＤ１は、「半導体素子部」を構成し、ｎｐｎ型トランジスタＱ２およびダイオードＤ２は、「もう１つの半導体素子部」を構成する。また、正極電極板７０、電極板７２、出力電極板７４および負極電極板７６は、それぞれ「第１から第４の電極」を構成し、導体７８は、「導電部」を構成する。さらに、制御信号線９４，９６は、それぞれ「第１および第２の信号線」を構成し、電流センサ信号線８６は、「第３の信号線」を構成する。また、さらに、センサ基板９８は、「電流センサ回路基板」を構成し、シャント抵抗１０２は、「抵抗」を構成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による半導体モジュールが用いられる装置の一例として示されるモータ駆動装置の回路図である。 図１に示すインバータの各相アームを構成する半導体モジュールの構成を示す断面図である。 図２に示す電流センサの近傍を拡大して示す斜視図である。 図２に示す半導体モジュールの外形図である。 この発明の実施の形態２による半導体モジュールに内蔵される電流センサの近傍を拡大して示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による半導体モジュールが適用されたＵ相アームの回路図である。 この発明の実施の形態３による半導体モジュールに内蔵される電流センサの概略構成図である。 この発明の実施の形態４による半導体モジュールの構成を示す断面図である。 図８に示す半導体モジュールの平面図である。

符号の説明

１０ モータ駆動装置、２０ インバータ、２２ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２６ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、４２，４２Ａ〜４２Ｃ，４４，４６ 電流センサ、５２，５２Ａ 半導体モジュール、５４，５６，１１８ 絶縁基板、５８，６０ 冷却器、６６，６８ スペーサ、７０ 正極電極板、７２ 電極板、７４ 出力電極板、７６ 負極電極板、７８ 導体、８０ 集磁コア、８２，８２Ａ 磁気検出素子、８３，９８，１０６ センサ基板、８４ モールド樹脂、８６ 電流センサ信号線、８８，１２２ 正極端子、９０，１２４ 出力端子、９２ 負極端子、９４，９６ 制御信号線、１００ 嵌合部、１０２ シャント抵抗、１０３ 絶縁板、１０４ 電圧引出線、１０８，１１０，１２８，１３０，１３２ ワイヤ、１１２ 電流測定回路、１１４，１１６ パターン回路、１１９ センサ回路部、１２０ 放熱板、１２６ 端子、Ｂ バッテリ、Ｃ コンデンサ、ＭＧ モータジェネレータ、ＰＬ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ 出力ライン、Ｑ１〜Ｑ６ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード。

Claims (8)

1. 半導体素子部と、
   前記半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の電極と、
   前記第１の電極と同一平面上に配設され、出力端子に接続される第３の電極と、
   前記第２の電極と前記第３の電極との間に配設され、前記第２の電極を前記第３の電極と電気的に接続する導電部と、
   前記導電部に配設され、前記導電部に流される電流を検出する電流センサとを備える半導体モジュール。
2. 前記第２の電極と同一平面上に配設される第４の電極と、
   前記第３および第４の電極に両側から挟み込まれるように設けられるもう１つの半導体素子部とをさらに備え、
   前記半導体素子部および前記もう１つの半導体素子部は、それぞれ上アームおよび下アームを構成し、
   前記第１および第４の電極は、それぞれ正極電極および負極電極であり、
   前記第３の電極は、電気負荷へ電流を出力する出力電極である、請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記半導体素子部、前記もう１つの半導体素子部、前記第１から第４の電極、前記導電部、および前記電流センサを固定封止するモールド樹脂をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記電流センサは、
   前記導電部を取り囲むように配設される電磁コアと、
   前記電磁コアによって集磁された磁束を検出する磁気検出素子とを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
5. 前記電流センサは、
   電流センサ回路基板と、
   前記電流センサ回路基板上に配設される電流センサ回路とをさらに含み、
   前記磁気検出素子は、前記電流センサ回路基板上に表面実装され、
   前記電流センサ回路基板は、前記磁気検出素子が前記電磁コアの開端部に位置するように配設される、請求項４に記載の半導体モジュール。
6. 前記第１および第３の電極を搭載する絶縁基板をさらに備え、
   前記電流センサは、前記磁気検出素子を動作させるための電流センサ回路をさらに含み、
   前記電流センサ回路は、前記絶縁基板上に配設される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
7. 前記半導体素子部および前記もう１つの半導体素子部をそれぞれ駆動するための第１および第２の信号線と、
   前記電流センサからの検出信号を外部へ出力する第３の信号線とをさらに備え、
   前記第１から第３の信号線は、当該半導体モジュールの同一平面から外部に引出される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
8. 半導体素子部と、
   前記半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の電極と、
   前記第１の電極と同一平面上に配設され、出力端子に接続される第３の電極と、
   前記第２の電極と前記第３の電極との間に配設され、前記第２の電極を前記第３の電極と電気的に接続し、前記第２の電極と前記第３の電極との間に流される電流に応じた一定の電圧降下を生じさせる抵抗と、
   前記抵抗による前記電圧降下量および前記抵抗の大きさに基づいて前記抵抗に流される電流を測定する電流測定回路とを備える半導体モジュール。

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