JP4140238B2 - Semiconductor module bonding structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールの接続構造に関し、詳しくは絶縁基板上に導電性部材を介して実装された第1の半導体素子に第2の半導体素子を積層して両素子を並列接続してなる半導体モジュールの接合構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の半導体モジュールとしては、モジュールの横方向の面積を縮小するため、絶縁基板上に実装されたトランジスタ素子の上方に導電性樹脂を介してダイオード素子を積層したものが提案されている(特開2000−164800号公報など)。このモジュールでは、トランジスタ素子の下面にはコレクタ電極が形成され、トランジスタ素子の上面にはエミッタ電極とゲート電極とが形成されている。そして、ダイオード素子の下面にはアノード電極が形成され、ダイオード素子の上面にはカソード電極が形成されている。このため、トランジスタ素子の下面(コレクタ電極)に接触する絶縁基板上の金属パターンとダイオード素子の上面(カソード電極)と外部電極とをアルミワイヤにより接続すると共に、トランジスタ素子の上面(エミッタ電極)とダイオード素子の下面(アノード電極)との間に介在する導電性樹脂と外部電極とをアルミワイヤにより接続すれば、トランジスタ素子とダイオード素子とを逆並列接続することができ、例えば、これを複数個用いて構成されるインバータ回路の小型化を実現することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの素子に大きな電流が流れる場合、例えば、これらの素子が自動車の走行モータを駆動するインバータ回路を構成する場合では、電気抵抗を抑制するため、接続するワイヤの本数を多くしなければならず、部品数が多くなるという問題があった。また、通常、これらの素子は封止用のゲルに覆われるから、従来のアルミワイヤによる接続においては素子に発生する熱は絶縁基板の下部の取り付けられる放熱板に頼らなければならない。このため、素子の駆動条件によっては、半導体モジュールの十分な放熱が確保できなくなるという問題があった。
【0004】
本発明の半導体モジュールは、こうした問題を解決し、モジュールの小型化を図りつつより簡易に半導体素子を並列接続した半導体モジュールを提供することを目的の一つとする。また、本発明の半導体モジュールは、モジュールの小型化を図りつつ素子の放熱性をより向上させた半導体モジュールを提供することを目的の一つとする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の半導体モジュールは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0006】
本発明の半導体モジュールは、
絶縁基板上に導電性部材を介して実装されたトランジスタ素子にダイオード素子を積層して両素子を並列接続してなる半導体モジュールの接合構造であって、
前記トランジスタ素子の上面側のエミッタ電極と前記ダイオード素子の下面側のアノード電極との間に介在すると共に外部へ延伸した第1の電極板と、
前記ダイオード素子の上面側のカソード電極と、前記トランジスタ素子の下面に形成されたコレクタ電極に接触している前記導電性部材とに接続されると共に前記第1の電極板と直角をなす方向へ延伸した第2の電極板と
を備え、
前記トランジスタ素子は、前記第1の電極板に接続されるエミッタ電極と前記第2の電極板に接続されるコレクタ電極とは別にゲート電極を有し、
前記ゲート電極は、相互に直角をなす方向に延伸する前記第1の電極板と前記第2の電極板とが前記積層方向で重ならない位置の前記半導体素子の上面に設けられる。
また、
絶縁基板上に導電性部材を介して実装されたダイオード素子にトランジスタ素子を積層して両素子を並列接続してなる半導体モジュールの接合構造であって、
前記ダイオード素子の上面側のカソード電極と前記トランジスタ素子の下面側のコレクタ電極との間に介在すると共に外部へ延伸した第1の電極板と、
前記トランジスタ素子の上面側のエミッタ電極と、前記ダイオード素子の下面に形成されたアノード電極に接触している前記導電性部材とに接続されると共に前記第1の電極板と直角をなす方向へ延伸した第2の電極板と
を備え、
前記トランジスタ素子は、前記第1の電極板に接続されるコレクタ電極と前記第2の電極板に接続されるエミッタ電極とは別にゲート電極を有し、
前記ゲート電極は、相互に直角をなす方向に延伸する前記第1の電極板と前記第2の電極板とが前記積層方向で重ならない位置の前記半導体素子の上面に設けられる。
【0007】
この本発明の半導体モジュールでは、絶縁基板上に導電性部材を介して実装された第1の半導体素子の上面側の電極とこの第1の半導体素子に積層した第2の半導体素子の下面側の電極との間を介在すると共に外部へ延伸した第1の電極板と、第2の半導体素子の上面と導電性部材とに接続されると共に第1の電極板とは異なる方向へ延伸した第2の電極板とを備える。これにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子との積層によるモジュール全体の小型化を図りつつ、より簡易に第1の半導体素子と第2の半導体素子とを並列接続することができる。第1の半導体素子をトランジスタ、第2の半導体素子をダイオードとしてもよく、第1の半導体素子をダイオード、第2の半導体素子をトランジスタとしてもよい。
【0009】
また、本発明の半導体モジュールにおいて、前記第1の電極板および前記第2の電極板は、金属材料により形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、第1の電極板および第2の電極板を放熱板として機能させることができ、半導体モジュールの放熱性をより向上させることができる。
【0010】
更に、本発明の半導体モジュールにおいて、前記トランジスタ素子と前記ダイオード素子とを逆並列接続してなるものとすることもできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である半導体モジュール20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、図1に例示する半導体モジュール20のA−A断面を示す断面図である。実施例の半導体モジュール20は、図1および図2に示すように、絶縁基板22上に導電板24を介して実装されたトランジスタ素子26とトランジスタ素子26の上方に配置されたダイオード素子28との間に介在する帯状の第1の電極板30と、ダイオード素子28の上面と導電板24とに掛け渡すように接合された帯状の第2の電極板32とを備えている。具体的には、第1の電極板30は、トランジスタ素子26の上面に形成されたエミッタ電極42とダイオード素子28の下面に形成されたアノード電極46とを電気的に接続しており、第2の電極板32は、トランジスタ素子26の下面に形成されたコレクタ電極40に接触している導電板24とダイオード素子28の上面に形成されたカソード電極48とを電気的に接続している。この第1の電極板30と第2の電極板32とは、互いに接触しないように略直角の方向に延伸しており、その延伸端はトランジスタ素子26,ダイオード素子28に電力を入出力する図示しない外部電極に接続されている。また、トランジスタ素子26の上面にエミッタ電極42と共に形成されたゲート電極44は図示しない金属ワイヤを介して外部電極と接続されている。こうして構成された実施例の半導体モジュール20は、例えば、図3に示すように6つの半導体モジュール20で構成されたインバータ装置などに用いることができる。なお、実施例では、絶縁基板22上に導電板24を配置しその上にトランジスタ素子26を実装するものとしたが、絶縁基板22に金属パターンを形成しその上にトランジスタ素子26を実装するものとしても構わない。
【0012】
トランジスタ素子26は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)、パワートランジスタなどのトランジスタが該当する。
【0013】
絶縁基板22の下部には、図示しないが、熱伝導性の高い材料(例えば、CuやCuMo合金などの金属やAlSiCなどの複合材料など)により形成された放熱板と、放熱板の下部に取り付けられ冷却媒体(例えば、水や空気など)との熱交換によりトランジスタ素子26やダイオード素子28からの熱を放熱可能な流路が形成された冷却板とを備えている。
【0014】
第1の電極板30と第2の電極板32は、熱伝導性の高い材料(例えば、Mo,Alなどの金属)により形成されている。したがって、トランジスタ素子26,ダイオード素子28の動作に伴う熱は、前述の絶縁基板22の下部に取り付けられた放熱板,冷却板によって放熱される他、第1の電極板30と第2の電極板32とによっても放熱することができる。
【0015】
以上説明した実施例の半導体モジュール20によれば、トランジスタ素子26の上面(エミッタ電極42)とダイオード素子28の下面(アノード電極46)とに介在する帯状の第1の電極板30と、ダイオード素子28の上面(カソード電極48)とトランジスタ素子26の下面(コレクタ電極40)に接触している導電板24とに接続される帯状の第2の電極板32とを備えるから、ワイヤボンディングの必要がなく、トランジスタ素子26とダイオード素子28とをより簡易に逆並列接続することができる。しかも、第1の電極板30と第2の電極板32とを熱伝導性の高い材料により形成したから、絶縁基板22の下部に設けられる放熱板(冷却板)による放熱のみならず、第1の電極板30と第2の電極板32とによりトランジスタ素子26,ダイオード素子28からの熱を放熱することができ、実施例の半導体モジュール20の放熱性をより向上させることができる。
【0016】
実施例の半導体モジュール20では、第1の電極板30と第2の電極板32とを略直角方向に延伸させた帯状の電極として形成するものとしたが、両電極板の短絡を防止できる方向であれば、必ずしも略直角方向に延伸しないものであってもよい。
【0017】
実施例の半導体モジュール20では、トランジスタ素子26の下面にコレクタ電極40を形成すると共に上面にエミッタ電極42を形成し、ダイオード素子28の下面にアノード電極46を形成すると共に上面にカソード電極48を形成するものとしたが、トランジスタ素子の下面にエミッタ電極を形成すると共に上面にコレクタ電極を形成し、ダイオード素子の下面にカソード電極を形成すると共に上面にアノード電極を形成するものとしても構わない。このとき、第1の電極板は、実施例の半導体モジュール20の第2の電極板32に対応し、第2の電極板は、実施例の半導体モジュール20の第1の電極板30に対応する。
【0018】
実施例の半導体モジュール20では、絶縁基板22上にトランジスタ素子26を実装すると共にトランジスタ素子26の上方にダイオード素子28を配置するものとしたが、絶縁基板上にダイオード素子を実装すると共にダイオード素子の上方にトランジスタ素子を配置するものとしても構わない。図4は、変形例の半導体モジュール120の断面構成の概略を示す断面図である。なお、この変形例の半導体モジュール120の構成のうち実施例の半導体モジュール20の構成と同一構成については100を加えて符号を付し、その詳細な説明は重複するから省略する。変形例の半導体モジュール120は、図示するように、絶縁基板122上に導電板124を介して実装されたダイオード素子128とダイオード素子128の上方に配置されたトランジスタ素子126との間に介在する帯状の第1の電極板130と、トランジスタ素子126の上面と導電板124とを掛け渡すように接続された帯状の第2の電極132とを備えている。具体的には、第1の電極板130は、ダイオード素子128の上面に形成されたカソード電極148とトランジスタ素子126の下面に形成されたコレクタ電極140とを電気的に接続すると共に図示しない外部電極と接続されている。また、第2の電極板132は、ダイオード素子128の下面に形成されたアノード電極146に接触する導電板124とトランジスタ素子126の上面に形成されたエミッタ電極142とを電気的に接続すると共に図示しない外部電極と接続されている。したがって、変形例の半導体モジュール120によっても、実施例の半導体モジュール20と同様に、トランジスタ素子126とダイオード素子128とを逆並列接続することができる。なお、一般的に発熱量が多いトランジスタ素子を絶縁基板上に実装されたダイオード素子の上方に配置することは放熱性を悪化させることになるが、第1の導電板130,第2の導電板132を放熱板として機能させることにより、トランジスタ素子を絶縁基板上に実装するものと同様に良好な放熱性を維持することができる。
【0019】
変形例の半導体モジュール120では、トランジスタ素子126の下面にコレクタ電極140を形成すると共に上面にエミッタ電極142を形成し、ダイオード素子128の下面にアノード電極146を形成すると共に上面にカソード電極148を形成するものとしたが、トランジスタ素子の下面にエミッタ電極を形成すると共に上面にコレクタ電極を形成し、ダイオード素子の下面にカソード電極を形成すると共に上面にアノード電極を形成するものとしても構わない。このとき、第1の電極板は、変形例の半導体モジュール120の第2の電極板132に対応し、第2の電極板は、変形例の半導体モジュール120の第1の電極板130に対応することになる。
【0020】
実施例の半導体モジュール20やその変形例の半導体モジュール120では、トランジスタ素子26,126とダイオード素子28,128との逆並列接続に適用するものとしたが、その他の半導体素子の並列接続に適用することも可能である。
【0021】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である半導体モジュール20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 図1に例示する半導体モジュール20のA−A断面を示す断面図である。
【図3】 実施例の半導体モジュール20により構成されるインバータ装置を例示する図である。
【図4】 変形例の半導体モジュール120の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
20,120 半導体モジュール、22,122 絶縁基板、24,124 導電板、26,126 トランジスタ素子、28,128 ダイオード素子、30,130 第1電極板、32,132 第2電極板、40,140 コレクタ電極、42,142 エミッタ電極、44,144 ゲート電極、46,146アノード電極、48,148 カソード電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor module connection structure, and more specifically, a semiconductor in which a second semiconductor element is stacked on a first semiconductor element mounted on an insulating substrate via a conductive member, and both elements are connected in parallel. The present invention relates to a module joining structure.
[0002]
[Prior art]
As this type of semiconductor module, in order to reduce the area of the module in the lateral direction, a module in which a diode element is stacked via a conductive resin above a transistor element mounted on an insulating substrate has been proposed (special feature). Kai 2000-164800). In this module, a collector electrode is formed on the lower surface of the transistor element, and an emitter electrode and a gate electrode are formed on the upper surface of the transistor element. An anode electrode is formed on the lower surface of the diode element, and a cathode electrode is formed on the upper surface of the diode element. Therefore, the metal pattern on the insulating substrate that contacts the lower surface (collector electrode) of the transistor element, the upper surface (cathode electrode) of the diode element, and the external electrode are connected by an aluminum wire, and the upper surface (emitter electrode) of the transistor element If the conductive resin interposed between the lower surface (anode electrode) of the diode element and the external electrode are connected by an aluminum wire, the transistor element and the diode element can be connected in reverse parallel. It is possible to reduce the size of the inverter circuit configured by using the inverter circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a large current flows through these elements, for example, when these elements constitute an inverter circuit that drives an automobile travel motor, the number of wires to be connected must be increased in order to suppress electrical resistance. There was a problem that the number of parts increased. In addition, since these elements are usually covered with a sealing gel, the heat generated in the elements must be relied on a heat sink attached to the lower part of the insulating substrate in connection with the conventional aluminum wire. For this reason, there was a problem that sufficient heat dissipation of the semiconductor module could not be secured depending on the driving conditions of the element.
[0004]
One object of the semiconductor module of the present invention is to solve such problems and provide a semiconductor module in which semiconductor elements are connected in parallel more easily while reducing the size of the module. Another object of the semiconductor module of the present invention is to provide a semiconductor module in which the heat dissipation of the element is further improved while downsizing the module.
[0005]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
The semiconductor module of the present invention employs the following means in order to achieve at least a part of the above object.
[0006]
The semiconductor module of the present invention is
A semiconductor module bonding structure in which a diode element is stacked on a transistor element mounted on an insulating substrate via a conductive member, and both elements are connected in parallel.
A first electrode plate interposed between the emitter electrode on the upper surface side of the transistor element and the anode electrode on the lower surface side of the diode element and extending outward;
Connected to the cathode electrode on the upper surface side of the diode element and the conductive member in contact with the collector electrode formed on the lower surface of the transistor element, and extends in a direction perpendicular to the first electrode plate The second electrode plate,
The transistor element has a separate gate electrode and the collector electrode connected to the second electrode plate and the emitter electrode connected to the first electrode plate,
The gate electrode, Ru provided on the upper surface of the semiconductor element of the position where the first electrode plate extending in a direction at right angles to each other and said second electrode plate do not overlap each other in the stacking direction.
Also,
A semiconductor module junction structure in which a transistor element is stacked on a diode element mounted on an insulating substrate via a conductive member, and both elements are connected in parallel.
A first electrode plate interposed between the cathode electrode on the upper surface side of the diode element and the collector electrode on the lower surface side of the transistor element and extended outward;
Connected to the emitter electrode on the upper surface side of the transistor element and the conductive member in contact with the anode electrode formed on the lower surface of the diode element, and extends in a direction perpendicular to the first electrode plate The second electrode plate
With
The transistor element has a gate electrode separately from a collector electrode connected to the first electrode plate and an emitter electrode connected to the second electrode plate,
The gate electrode is provided on the upper surface of the semiconductor element at a position where the first electrode plate and the second electrode plate extending in a direction perpendicular to each other do not overlap in the stacking direction.
[0007]
In the semiconductor module of the present invention, the electrode on the upper surface side of the first semiconductor element mounted on the insulating substrate via the conductive member and the lower surface side of the second semiconductor element laminated on the first semiconductor element. A first electrode plate interposed between the electrodes and extended to the outside; a second electrode plate connected to the upper surface of the second semiconductor element and the conductive member and extended in a different direction from the first electrode plate; Electrode plate. Accordingly, the first semiconductor element and the second semiconductor element can be more easily connected in parallel while reducing the size of the entire module by stacking the first semiconductor element and the second semiconductor element. The first semiconductor element may be a transistor, the second semiconductor element may be a diode, the first semiconductor element may be a diode, and the second semiconductor element may be a transistor.
[0009]
In the semiconductor module of the present invention, the first electrode plate and before Symbol second electrode plate may also be composed are formed of a metal material. If it carries out like this, a 1st electrode plate and a 2nd electrode plate can be functioned as a heat sink, and the heat dissipation of a semiconductor module can be improved more.
[0010]
Further, in the semiconductor module of the present invention can also be assumed that previous SL formed by antiparallel connected to the transistor element and said diode element.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of a
[0012]
The
[0013]
Although not shown, a heat sink made of a material having high thermal conductivity (for example, a metal such as Cu or CuMo alloy or a composite material such as AlSiC) is attached to the lower portion of the insulating
[0014]
The
[0015]
According to the
[0016]
In the
[0017]
In the
[0018]
In the
[0019]
In the
[0020]
In the
[0021]
The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
2 is a cross-sectional view showing an AA cross section of the
FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter device including the
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of a modified
[Explanation of symbols]
20, 120 Semiconductor module, 22, 122 Insulating substrate, 24, 124 Conductive plate, 26, 126 Transistor element, 28, 128 Diode element, 30, 130 First electrode plate, 32, 132 Second electrode plate, 40, 140 Collector Electrode, 42, 142 Emitter electrode, 44, 144 Gate electrode, 46, 146 Anode electrode, 48, 148 Cathode electrode.
Claims (4)
前記トランジスタ素子の上面側のエミッタ電極と前記ダイオード素子の下面側のアノード電極との間に介在すると共に外部へ延伸した第1の電極板と、
前記ダイオード素子の上面側のカソード電極と、前記トランジスタ素子の下面に形成されたコレクタ電極に接触している前記導電性部材とに接続されると共に前記第1の電極板と直角をなす方向へ延伸した第2の電極板と
を備え、
前記トランジスタ素子は、前記第1の電極板に接続されるエミッタ電極と前記第2の電極板に接続されるコレクタ電極とは別にゲート電極を有し、
前記ゲート電極は、相互に直角をなす方向に延伸する前記第1の電極板と前記第2の電極板とが前記積層方向で重ならない位置の前記半導体素子の上面に設けられることを特徴とする半導体モジュールの接合構造。A semiconductor module bonding structure in which a diode element is stacked on a transistor element mounted on an insulating substrate via a conductive member, and both elements are connected in parallel.
A first electrode plate interposed between the emitter electrode on the upper surface side of the transistor element and the anode electrode on the lower surface side of the diode element and extending outward;
Connected to the cathode electrode on the upper surface side of the diode element and the conductive member in contact with the collector electrode formed on the lower surface of the transistor element, and extends in a direction perpendicular to the first electrode plate The second electrode plate,
The transistor element has a separate gate electrode and the collector electrode connected to the second electrode plate and the emitter electrode connected to the first electrode plate,
The gate electrode is provided on an upper surface of the semiconductor element at a position where the first electrode plate and the second electrode plate extending in a direction perpendicular to each other do not overlap in the stacking direction. Bonding structure for semiconductor modules.
前記ダイオード素子の上面側のカソード電極と前記トランジスタ素子の下面側のコレクタ電極との間に介在すると共に外部へ延伸した第1の電極板と、
前記トランジスタ素子の上面側のエミッタ電極と、前記ダイオード素子の下面に形成されたアノード電極に接触している前記導電性部材とに接続されると共に前記第1の電極板と直角をなす方向へ延伸した第2の電極板と
を備え、
前記トランジスタ素子は、前記第1の電極板に接続されるコレクタ電極と前記第2の電極板に接続されるエミッタ電極とは別にゲート電極を有し、
前記ゲート電極は、相互に直角をなす方向に延伸する前記第1の電極板と前記第2の電極板とが前記積層方向で重ならない位置の前記半導体素子の上面に設けられることを特徴とする半導体モジュールの接合構造。 A semiconductor module junction structure in which a transistor element is stacked on a diode element mounted on an insulating substrate via a conductive member, and both elements are connected in parallel.
A first electrode plate interposed between the cathode electrode on the upper surface side of the diode element and the collector electrode on the lower surface side of the transistor element and extended outward;
Connected to the emitter electrode on the upper surface side of the transistor element and the conductive member in contact with the anode electrode formed on the lower surface of the diode element, and extends in a direction perpendicular to the first electrode plate The second electrode plate
With
The transistor element has a gate electrode separately from a collector electrode connected to the first electrode plate and an emitter electrode connected to the second electrode plate,
The gate electrode is provided on an upper surface of the semiconductor element at a position where the first electrode plate and the second electrode plate extending in a direction perpendicular to each other do not overlap in the stacking direction. Semiconductor module joint structure.
前記第1の電極板および前記第2の電極板は、金属材料により形成されてなる半導体モジュールの接合構造。It is a junction structure of a semiconductor module according to claim 1 or 2,
It said first electrode plate and before Symbol second electrode plate, the bonding structure of a semiconductor module formed by forming a metal material.
前記トランジスタ素子と前記ダイオード素子とを逆並列接続してなる半導体モジュールの接合構造。A junction structure for a semiconductor module according to any one of claims 1 to 3 ,
Junction structure of a semiconductor module formed by reverse parallel connection of the front Symbol transistor element and the diode element.
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