JPH11204703A

JPH11204703A - 半導体モジュール

Info

Publication number: JPH11204703A
Application number: JP344198A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Obe; 利春大部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 1999-07-30
Anticipated expiration: 2018-01-09
Also published as: JP3507682B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力用半導体素子の大容量化、高速化に対応
可能な冷却効率の高い半導体モジュールを提供すること
である【解決手段】金属製放熱板を底板とし、前記金属製放
熱板上に直接もしくは間接に搭載された１または複数の
電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子と電気的に
接続される複数の外部引き出し端子とを有する半導体モ
ジュールにおいて、前記複数の外部引き出し端子の一部
もしくは全部が、前記電力用半導体素子と一定幅と厚み
を有する幅広導体で接続されることにより電気的な接続
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体素子
を収納する半導体モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力用半導体素子は大容量化、高
速化し、発熱損失は益々増大する傾向にある。しかし、
信頼性や寿命の点から、動作時の電力用半導体素子は一
定温度以下に保つことが望ましい。このため、電力用半
導体素子が収納される半導体モジュールは、素子の発熱
損失が増大しても、素子の過剰な温度上昇を十分抑制可
能な構造とする必要がある。

【０００３】図１１（ａ）は、従来の半導体モジュール
の構造を示す平面図である。図１１（ｂ）は、図１１
（ａ）中の破線Ａ−Ａ’における当該装置の断面図、図
１１（ｃ）は、図１１（ａ）中の破線Ｂ−Ｂ’における
当該装置の断面図である。

【０００４】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すよう
に、従来の半導体モジュールでは、第１金属製放熱板１
を底板とし、その上に第１絶縁性薄板２、さらに第１絶
縁性薄板２上に金属製薄板３が積層されている。金属製
薄板３の上には例えば２つの電力用半導体素子４及び５
が搭載されている。また、これらは、周囲を絶縁性パッ
ケージ６で囲まれている。また、電力用半導体素子４及
び５は、該パッケージ外部に引き出される引き出し端子
であるエミッタ端子８、コレクタ端子９、ゲート端子１
０とボンディングワイヤ１１により電気的に接続されて
いる。また、該パッケージ内部は、絶縁性ゲル７が充填
されている。

【０００５】上述するような従来の半導体モジュールに
おいて、電力用半導体素子４及び５に通電されると各素
子において発熱損失が生じる。電力用半導体素子４及び
５の上部を覆う絶縁性ゲル７は断熱材であるため、発生
する熱の大部分は電力用半導体素子４及び５の下部に備
えた金属製薄板３に熱伝導する。即ち、通電時に素子が
発生する熱は、まず金属製薄板３に熱伝導し、さらに第
１絶縁性薄板２を通り第１金属製放熱板１に流れる。第
１金属製放熱板１には、図に示さない冷却器が取付けら
れ、そこで放熱が行われる。この放熱機構により、通電
時の発熱損失による電力用半導体素子４及び５の温度上
昇が抑制される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１２は、従来の半導
体モジュールにおいて１５ｍｍ角の矩形電力用半導体素
子４の過渡的な発熱損失の発生による温度上昇をシミュ
レーションした結果を示すグラフである。同グラフ中、
一方の実線は熱損失（単位Ｗ）、他方の実線は電力用半
導体素子４の温度上昇（単位Ｋ）を示す。横軸は、通電
開始からの経過時間（単位ｓｅｃ）である。

【０００７】同グラフよりわかるように、従来の半導体
モジュールにおいては、通電開始から約０．５ｓｅｃ後
に電力用半導体素子４の温度上昇が約３５℃にも達す
る。このように、従来の半導体モジュールでは、通電時
の過渡的な発熱損失に伴う素子の温度上昇を十分に抑制
できていなかったため、素子に接続されているボンディ
ングワイヤ１１が熱応力により断線する等の不良が発生
したり、熱負荷による電力用半導体素子の寿命の低下、
電気特性の信頼性の低下等の問題が生じていた。

【０００８】また、このような従来の半導体モジュール
の構造では、電力用半導体素子の過渡的な発熱損失を吸
収するために十分な熱容量が無く、冷却効率も低いた
め、これ以上の素子の大容量化、高速化に伴う発熱損失
の増大には対応できない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、電力用半導体素
子の発熱損失増大、すなわち大容量化、高速化に対応可
能な冷却効率の高い半導体モジュールを提供することで
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
ルの第１の特徴は、１または複数の電力用半導体素子
と、前記電力用半導体素子と電気的に接続される複数の
外部引き出し端子とを有する半導体モジュールにおい
て、前記複数の外部引き出し端子のうち少なくとも一の
端子が、一定幅と厚みを有する導体によって前記電力用
半導体素子と電気的に接続され、前記導体が、電力用半
導体素子の過渡的な発熱を吸収するために十分な熱容量
を有することである。

【００１１】上記本発明の第１の特徴によれば、電力用
半導体素子と外部引き出し電極とが一定幅と厚みを有す
る導体で接続されているため、当該導体の存在により、
実質的な電力用半導体素子の熱容量が増加する。なお、
ここで導体の有する一定幅と厚みは、均一なものでなく
てもよい。また、通電開始時による過渡的な発熱を吸収
できる十分な熱容量を有するような材料および容積を備
えるため、素子の温度上昇変化を抑制することができ
る。

【００１２】本発明の半導体モジュールの第２の特徴
は、金属製放熱板からなる底板と、前記底板上に絶縁性
板および金属製板を介して搭載された１または複数の電
力用半導体素子と、前記電力用半導体素子と電気的に接
続される複数の外部引き出し端子とを有する半導体モジ
ュールにおいて、前記電力用半導体素子および外部引き
出し端子の上部に、絶縁性板および金属製板を介して前
記電力用半導体素子が接する、さらにもう一枚の金属製
放熱板を有することである。

【００１３】上記本発明の第２の特徴によれば、金属製
放熱板が、底板のみならず電力用半導体素子の上部にも
備えられ、上下両面より電力用半導体素子の冷却が行わ
れるため、通電開始時による過渡的な発熱損失による温
度上昇変化をより効率的に抑制することができる。

【００１４】なお、上下２枚の該金属製放熱板の一方も
しくは双方の外表面に、前記電力用半導体素子の外周囲
に枠状の溝を設けてもよい。電力用半導体素子の通電時
の発熱により発生する熱応力を該溝の部分が有するバネ
効果により緩和できる。

【００１５】また、上下２枚の該金属製放熱板の一方も
しくは双方が、冷却器であってもよい。より効率的な冷
却を行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照し説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１（ａ）は、本発
明の第１の実施の形態にかかる半導体モジュールの平面
図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中の破断線Ａ−
Ａ’における装置断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）中
の破断線Ｂ−Ｂ’における装置断面図である。

【００１８】第１の実施の形態にかかる半導体モジュー
ルの基本構造は、図１１に示す従来の半導体モジュール
とほぼ共通している。即ち、第１金属製放熱板１を底板
とし、その上に第１絶縁性薄板２、さらに第１絶縁性薄
板２上に金属製薄板３が積層されている。金属製薄板３
の上には例えば２つの電力用半導体素子４及び５が搭載
されている。また、これらは周囲を絶縁性パッケージ６
で囲まれており、該パッケージ内部には、絶縁性ゲル７
が充填されている。

【００１９】従来の半導体モジュールと異なる第１の実
施の形態における半導体モジュールの特徴は、一方の電
力用半導体素子４ともう一方の電力用半導体素子５が、
幅と厚みを有する第１金属製幅広導体１２で電気的に接
続されており、さらにこの第１金属製幅広導体１２によ
って、電力用半導体素子４及び５が絶縁性パッケージ外
部に引き出されるエミッタ端子８と電気的に接続されて
いることである。

【００２０】なお、この第１金属製幅広導体１２は、電
力用半導体素子４及び５の過渡的な発熱を吸収するのに
十分な熱容量を持つ容積を有し、かつ熱導電性の高い材
料であることが好ましく、例えばこの材質としては銅
（Ｃｕ）或いはアルミニウム（Ａｌ）が選択される。な
お、具体的な第１金属製幅広導体１２の形状は、パッケ
ージ内の内部構造に応じて決めるとよい。

【００２１】電力用半導体素子４及び５上には断熱材で
ある絶縁性のゲル７が充填されているので、通電時にこ
れらの素子の発熱損失により発生する熱の一部は第１金
属製幅広導体１２に熱伝導するが、大部分は下部の金属
製薄板３に熱伝導する。金属製薄板３に流れた熱は、さ
らに第１絶縁性薄板２を通り冷却器（図示せず）が取り
付けられる第１金属製放熱板１に流れ、ここで放熱され
る。

【００２２】図２は、第１の実施の形態にかかる半導体
モジュールにおいて、１５ｍｍ角の矩形電力用半導体素
子４を用い、かつ該電力用半導体素子４の約８倍の熱容
量を有する第１金属製幅広導体１２を用いたときの過渡
的な発熱損失の発生による温度上昇をシミュレーション
した結果を示すグラフである。同グラフ中、一方の実線
は発熱損失（単位Ｗ）、他方の実線は電力用半導体素子
４の温度上昇（単位Ｋ）を示す。横軸は、通電開始から
の経過時間（単位ｓｅｃ）である。

【００２３】同グラフからわかるように、第１金属製幅
広導体１２が、電力用半導体素子４の過渡的な発熱を吸
収するのに十分な熱容量を有するので、最高温度上昇が
図１２に示す従来の半導体モジュールの最高温度上昇に
比べ大きく低減できている。

【００２４】さらに、エミッタ端子８と電力用半導体素
子４及び５を、第１金属製幅広導体１２で電気的に接続
しているので、ボンディングワイヤ１１による接続個所
が減少し、熱応力によるワイヤ断線の可能性が減少す
る。

【００２５】このように、従来ボンディングワイヤで行
っていた電力用半導体素子とエミッタ端子との電気的な
接続をより容量の大きい幅広の導体に置き換えることに
より、電力用半導体素子の過渡的な発熱損失をこの導体
で吸収し、最高温度上昇を低減することができる。よっ
て、素子の大容量化、高速化に伴う発熱損失増大にも対
応することも可能となる。また、熱応力によるボンディ
ングワイヤの切断等の発生が防止されるため、当該素子
の信頼性が向上し、寿命の低下を防ぐこともできる。ま
た、電力用半導体素子の最高温度上昇値を低減すること
ができるので、半導体モジュールに取り付ける冷却器を
小型化でき、装置コストを削減することができる。

【００２６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について説明する。

【００２７】図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図３（ｂ）
は、図３（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図３（ｃ）は、図３（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。

【００２８】第１の実施の形態にかかる半導体モジュー
ルの構成と同様に、電力用半導体素子４及び５を第１金
属製幅広導体１２で接続し、さらにエミッタ端子８に接
続しているが、ここでは電力用半導体素子４及び５とコ
レクタ端子９とが金属製薄板３を介し幅と厚みを有する
第２金属製幅広導体１３で電気的に接続されている。第
２金属製幅広導体１３の材質としては、第１金属製幅広
導体１２と同様に、銅（Ｃｕ）或いはアルミニウム（Ａ
ｌ）が選択される。なお、これら以外の装置構成は従来
のものと変わらない。第２金属製幅広導体１３の具体的
形状は、パッケージ内部の構造に応じて決定すればよ
い。

【００２９】ここでは、第１の実施の形態に比べボンデ
ィングワイヤ１１による接続個所が減り、熱応力による
切断の可能性がさらに減少する。

【００３０】よって、上述した第１の実施の形態にかか
る半導体モジュールと同様の効果に加え、さらに電力用
半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐことが
できる。

【００３１】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。

【００３２】図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図４（ｂ）
は、図４（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図４（ｃ）は、図４（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。

【００３３】ここでは、第２の実施の形態にかかる半導
体モジュールの構成に加えて、電力用半導体素子４及び
５を幅と厚みを有する第３金属製導体１４を用いてゲー
ト端子１０に電気的に接続している。第３金属製導体１
４の材質としては、第１、第２金属製幅広導体１２、１
３と同様に、銅（Ｃｕ）或いはアルミニウム（Ａｌ）が
選択される。ボンディングワイヤによる接続個所が実質
的になくなるため、熱応力による切断の可能性もなくな
る。

【００３４】第３金属製導体１４としては、少なくとも
従来用いられているボンディングワイヤに較べ十分に太
い径を有し、高い熱容量を有する導体を用いるものとす
る。

【００３５】よって、上述した第１、第２の実施の形態
にかかる半導体モジュールと同様の効果に加え、さらに
電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐ
ことができる。

【００３６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態について説明する。

【００３７】図５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図５（ｂ）
は、図５（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図５（ｃ）は、図５（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。

【００３８】第４の実施の形態における半導体モジュー
ルの主な特徴は、従来モジュール底部のみに備えていた
金属製放熱板をモジュール上部にも備えたことである。
これに伴いエミッタ端子８、コレクタ端子９およびゲー
ト端子１０からなる３つの外部引き出し端子を上下２枚
の放熱板１、１６に平行に引き出している。

【００３９】図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、基
本的な構成は上述した第１から第３の実施の形態と共通
する。即ち、第１金属製放熱板１を底板とし、その上に
第１絶縁性薄板２、さらに第１絶縁性薄板２上に金属製
薄板３が積層されている。金属製薄板３の上には２つの
電力用半導体素子４、５が搭載されている。これらの半
導体素子４、５とエミッタ端子８及びコレクタ端子９
は、第２金属製幅広導体１３で電気的に接続されてい
る。

【００４０】また、第２金属製幅広導体１３の上部に
は、第２絶縁性薄板１５と第２金属製放熱板１６とがこ
の順番に積層されている。周囲は絶縁性パッケージ６で
取り囲まれ、第２金属製放熱板１６は、そのまま絶縁性
パッケージ６の上蓋を構成している。絶縁性のパッケー
ジ６の内部には、絶縁性ゲル７が充填されている。な
お、モジュール外部への引き出し線となるエミッタ端子
８、ゲート端子１０、コレクタ端子９は、パッケージ側
面からいずれも第１金属製放熱板１及び第２金属製放熱
板１６に対し平行に引き出している。

【００４１】図５（ａ）〜図５（ｃ）のように構成され
た半導体モジュールにおいても、電力用半導体素子４及
び５に通電されると発熱損失が発生するが、電力用半導
体素子４及び５で発生した熱の約半分が電力用半導体素
子４及び５の下部に接合された金属製薄板３へ、残りの
発熱損失が上部に接合された第２金属製幅広導体１３へ
熱伝導する。

【００４２】金属製薄板３に熱伝導した熱は、第１絶縁
性薄板２を介して第１金属製放熱板１に熱伝導する。第
１金属製放熱板１には冷却器が取付けられ、伝導してき
た熱を放熱する。同様に、第２金属製幅広導体１３に熱
伝導した熱は、第２絶縁性薄板１５を介し第２金属製放
熱板１６に熱伝導する。第２金属製放熱板１６にも冷却
器が取付けられ、そこで伝導してきた熱を放熱する。

【００４３】上述したように、従来の半導体モジュール
では、モジュール底部のみに金属製放熱板を備えていた
のに対し、上述した第４の実施の形態にかかる半導体モ
ジュールにおいては、底部のみならず上部にも放熱板を
備えており、電力用半導体素子４及び５を上下両面より
冷却するため、冷却効率が高い。さらに、当該半導体モ
ジュールは電力用半導体素子４及び５の過渡的な発熱損
失を吸収するのに十分な熱容量を有しているので、図２
に示した第１の実施の形態におけるシミュレーション値
以上に、通電開始時の素子の最高温度上昇が低減され
る。

【００４４】さらに、エミッタ端子８及びコレクタ端子
９と内部の電力用半導体素子４及び５を、第２金属製幅
広導体１３で電気的に接続しているので、ボンディング
ワイヤ１１による接続個所が少なく、熱応力による切断
の可能性が少ない。

【００４５】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態について説明する。

【００４６】図６（ａ）は、本発明の第５の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図６（ｂ）
は、図６（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図６（ｃ）は、図６（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。

【００４７】第５の実施の形態における半導体モジュー
ルの基本的構造は、上述した第４の実施の形態における
半導体モジュールと共通する。第４の実施の形態に付加
されている特徴は、図６（ｂ）に示すように、モジュー
ル底部に設けた第１金属製放熱板１とモジュール上部に
設けた第２金属製放熱板１６、それぞれに溝１７が設け
られていることである。この溝１７は、例えば図６
（ａ）に示すように、第１絶縁性薄板２及び第２絶縁性
薄板１５の外周部を取り囲むように枠状に設けられる。

【００４８】電力用半導体素子４及び５が発熱し、半導
体モジュール内の各部材の温度が高くなると、半導体モ
ジュールの底板である第１金属製放熱板１及び天井板で
ある第２金属製放熱板１６に外向きの熱応力がかかる。
このとき、第１金属製放熱板１及び第２金属製放熱板１
６に溝１７が設けられていると、この部分の放熱板厚み
が薄いことにより、溝１７にバネ効果が生じ、熱応力が
ここで吸収される。その結果、熱膨張による半導体モジ
ュールの破壊を防ぐことができる。

【００４９】よって、さらに電力用半導体素子の信頼性
が向上し、寿命の低下を防ぐことができる。なお、溝１
７を除く構造は、第４の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールと同様であるため、第５の実施の形態にかかる半
導体モジュールにおいても同様な作用効果を奏しうる。

【００５０】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態について説明する。

【００５１】図７（ａ）は、本発明の第６の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図７（ｂ）
は、図７（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図７（ｃ）は、図７（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。

【００５２】第６の実施の形態における半導体モジュー
ルの基本構造は、上述した第５の実施の形態にかかる半
導体モジュールの構造と共通する。新たに付加された特
徴は、第５の実施の形態においてボンディングワイヤ１
１によって接続されていたゲート端子１０と電力用半導
体素子４を第３金属製導体１４で接続している点であ
る。

【００５３】よって、ボンディングワイヤによる接続個
所がなくなるので、熱応力による切断の可能性がなくな
り、電力用半導体素子の信頼性がさらに向上し、寿命の
低下を防止することができる。

【００５４】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態について説明する。

【００５５】図８（ａ）は、本発明の第７の実施の形態
にかかる半導体モジュールの平面図である。図８（ｂ）
は、図８（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装置断面
図、図８（ｃ）は、図８（ａ）中の破断線Ｂ−Ｂ’にお
ける装置断面図である。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、第
７の実施の形態における別の実施例を示す図８（ａ）〜
図８（ｃ）と同様な態様の図である。

【００５６】第７の実施の形態における半導体モジュー
ルの基本構造は、上述した第６の実施の形態にかかる半
導体モジュールの構造と共通する。上述の第６の実施の
形態と異なる点は、第１金属製放熱板１もしくは第２金
属製放熱板１６の一方、または両方の放熱板自体を、風
冷ヒートシンクやヒートパイプなどの冷却器１８とする
ことである。例えば、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す半
導体モジュールは、第２金属製放熱板１６自体に放熱フ
ィンを備え冷却器１８としたものであり、図９（ａ）〜
図９（ｃ）に示す半導体モジュールは、第１金属製放熱
板および第２金属製放熱板１６の両方を放熱フィンを備
え冷却器１８としたものである。

【００５７】放熱板と冷却器の間に介在するものがない
ため、高い冷却効率を得ることができる。

【００５８】（第８の実施の形態）本発明の第８の実施
の形態について説明する。

【００５９】図１０（ａ）は、本発明の第８の実施の形
態にかかる半導体モジュールの平面図である。図１０
（ｂ）は、図１０（ａ）中の破断線Ａ−Ａ’における装
置断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）中の破断線Ｂ
−Ｂ’における装置断面図である。

【００６０】第８の実施の形態における半導体モジュー
ルも、第１金属製放熱板１を底板とし、その上に第１絶
縁性薄板２、さらに第１絶縁性薄板２上に金属製薄板３
が積層されている。金属製薄板３の上には２つの電力用
半導体素子４、５が搭載されており、周囲は絶縁性パッ
ケージ６で囲まれている。また、パッケージ内は絶縁性
ゲルが充填されている。

【００６１】ここで特徴的なことは、一方の電力用半導
体素子４に接合された第１金属製幅広導体１２と第３金
属製導体１４、もう一方の電力用半導体素子５に接合さ
れた第１金属製幅広導体１２、および金属製薄板３に接
合された第２金属製幅広導体１３が、それぞれ絶縁性パ
ッケージ６の天井板を突き抜け、上側外部に引き出され
ていることである。

【００６２】外部に引き出された各導体は、そのままエ
ミッタ端子、コレクタ端子およびゲート端子として用い
られる。具体的には、第１金属製幅広導体１２がエミッ
タ端子、第２金属製幅広導体１３がコレクタ端子、第３
金属製導体がゲート端子となる。

【００６３】またここでは、電力用半導体素子４および
電力用半導体素子５それぞれから引き出された２本の第
１金属製幅広導体１２は、絶縁性パッケージ６の外部で
冷却フィンを備えた金属製の冷却器１８で電気的に接続
されている。

【００６４】図１０のように構成された半導体モジュー
ルにおいて、電力用半導体素子４及び５が通電されたと
きに発生する発熱損失は、その約半分が電力用半導体素
子４及び５の下部に接合された金属製薄板３へ、残りの
発熱損失が各素子に接合された第１金属製幅広導体１２
へ熱伝導する。

【００６５】金属製薄板３に熱伝導した熱は、第１絶縁
性薄板２を通り第１金属製放熱板１に熱伝導する。第１
金属製放熱板１には、図に示さない冷却器が取付けられ
るため、そこで放熱される。同様に、第１金属製幅広導
体１２に熱伝導した熱は、絶縁性パッケージ６の外部で
第１金属製幅広導体１２に接続された冷却器により放熱
される。

【００６６】このように、第８の実施の形態にかかる半
導体モジュールにおいては、電力用半導体素子４及び５
が上部および下部の両面から冷却されるので冷却効率が
高い。さらに、電力用半導体素子４及び５の過渡的な発
熱損失を吸収するのに十分な熱容量を有しているので、
第１の実施の形態にかかる半導体モジュール以上に過渡
的な発熱損失による温度上昇が抑制される。

【００６７】さらに、ボンディングワイヤによる接続個
所がないため、熱応力による断線が起こらない。また、
絶縁性パッケージ６の外部で電力用半導体素子を電気的
に接続するので、用途に応じて内部に収納された電力用
半導体素子を自由に組み合わせ接続することができる。

【００６８】以上、本発明について、各実施の形態に沿
って説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、金属製放熱板を底
板とし、前記金属製放熱板上に直接もしくは間接に搭載
された１または複数の電力用半導体素子と、前記電力用
半導体素子と電気的に接続される複数の外部引き出し端
子とを有する半導体モジュールにおいて、前記複数の外
部引き出し端子の一部もしくは全部が、前記電力用半導
体素子と一定幅以上と厚みを有する導体で接続されてい
るため、従来のようにボンディングワイヤで接続する場
合に比較し、通電開始時による過渡的な発熱損失による
温度上昇を抑制することができる。

【００７０】また、底板のみならず、電力用半導体素子
の上部にも金属放熱板を備えることにより、従来の片面
冷却を両面冷却可能な構造とし、電力用半導体素子のよ
り効率的な冷却を行うことができる。よって、通電開始
時による過渡的な発熱損失による電力用半導体素子の温
度上昇をより効率的に抑制することができる。

【００７１】さらに、上下に備えた２枚の該金属製放熱
板の一方もしくは双方に、放熱フィンを備えてもよい。
より効率的な冷却を行うことができる。

【００７２】このように、通電開始時における過渡的な
発熱損失による温度上昇を効率よく抑制する半導体モジ
ュールとすることにより、当該素子の信頼性が向上し、
寿命の低下を防ぐこともできる。さらに、電力用半導体
素子の最高温度上昇を低減することができるので、電力
用半導体素子を冷却する冷却器を小型化し、コスト削減
を図ることができる。また、電力用半導体素子が将来的
により大容量化、高速化し、発熱損失がより増大した場
合においても、十分にモジュール動作の信頼性を確保で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる半導体モジ
ュール中の電力用半導体素子の過渡的な発熱損失が発生
時における温度上昇のシミュレーション結果を示すグラ
フである。

【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図７】本発明の第６の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図８】本発明の第７の実施の形態にかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図９】本発明の第７の実施の形態にかかるもう一つの
半導体モジュールの平面図、および断面図である。

【図１０】本発明の第８の実施の形態にかかる半導体モ
ジュールの平面図、および断面図である。

【図１１】従来の半導体モジュールにかかる半導体モジ
ュールの平面図、および断面図である。

【図１２】従来の電力用半導体モジュールの、過渡的な
発熱損失が発生時における温度上昇のシミュレーション
結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１第１金属製放熱板２第１絶縁性薄板３金属製薄板４電力用半導体素子５電力用半導体素子６絶縁性パッケージ７絶縁性ゲル８エミッタ端子９コレクタ端子１０ゲート端子１１ボンディングワイヤ１２第１金属幅広導体１３第２金属製幅広導体１４第３金属製導体１５第２絶縁性薄板１６第２金属製放熱板１７溝１８冷却器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１または複数の電力用半導体素子と、前
記電力用半導体素子と電気的に接続される複数の外部引
き出し端子とを有する半導体モジュールにおいて、前記複数の外部引き出し端子のうち少なくともいずれか
の端子が、一定以上の幅と厚みを有する導体によって前
記電力用半導体素子と電気的に接続され、前記導体が、電力用半導体素子の過渡的な発熱を吸収す
るために十分な熱容量を備えることを特徴とする半導体
モジュール。
【請求項２】前記複数の外部引き出し端子が、エミッ
タ端子、コレクタ端子またはゲート端子を含む請求項１
に記載の半導体モジュール。
【請求項３】金属製放熱板からなる底板と、前記底板
上に絶縁性板および金属製板を介して搭載された１また
は複数の電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子と
電気的に接続される複数の外部引き出し端子とを有する
半導体モジュールにおいて、前記電力用半導体素子および外部引き出し端子の上部
に、絶縁性板および金属製板を介して前記電力用半導体
素子が接する、さらにもう一枚の金属製放熱板を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジ
ュール。
【請求項４】前記複数の外部引き出し端子が、該上下
２枚の金属製放熱板に対し平行に設けられていることを
特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】該上下２枚の金属製放熱板の一方もしく
は双方の外表面に、前記電力用半導体素子の搭載領域外
周囲に枠状平面パターンを有する溝を設けたことを特徴
とする請求項３または４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】該上下２枚の金属製放熱板の一方もしく
は双方が、冷却器であることを特徴とする請求項３〜５
のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項７】金属製放熱板からなる底板と、前記底板
上に絶縁性板および金属製板を介して搭載された１また
は複数の電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子と
電気的に接続される複数の導体と、これらを収納するパ
ッケージとを有する半導体モジュールにおいて、前記導体が、一定以上の幅と厚みを有することにより、
電力用半導体素子の過渡的な発熱を吸収するために十分
な熱容量を備えるとともに、該パッケージの外部まで引
き出され、該導体自体を外部引き出し端子とすることを
特徴とする半導体モジュール。