JPH0799285A - 半導体モジュール装置 - Google Patents

半導体モジュール装置

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JPH0799285A
JPH0799285A JP5241686A JP24168693A JPH0799285A JP H0799285 A JPH0799285 A JP H0799285A JP 5241686 A JP5241686 A JP 5241686A JP 24168693 A JP24168693 A JP 24168693A JP H0799285 A JPH0799285 A JP H0799285A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、回路基板上に設けられた複数の半導
体素子の組み合わせにより電気回路を構成してなる半導
体モジュール装置において、効率と信頼性とを向上でき
るようにすることを最も主要な特徴とする。 【構成】たとえば、ＤＢＣ回路基板１２を６個の扇状Ｄ
ＢＣ回路基板により構成し、これら扇状ＤＢＣ回路基板
上に複数の半導体素子を千鳥状に配置するとともに、そ
の最内周部にそれぞれ外部導出用電極を設ける。そし
て、これら外部導出用電極に対応する、ＤＢＣ回路基板
１２の中央部より外部導出電力端子１５，１６を取り出
すことで、外部導出電力端子１５，１６と扇状ＤＢＣ回
路基板との距離の最短化、および外部導出電力端子１
５，１６と扇状ＤＢＣ回路基板上における各半導体素子
との距離の不均一を改善する構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば回路基板上
に設けられた複数の半導体素子の組み合わせにより電気
回路を構成してなる半導体モジュール装置に関するもの
で、特にインバータ装置に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、半導体モジュール装置
は、複数個の半導体素子の組み合わせにより電気回路を
構成してなるものであり、その種類は数十種以上ある。
以下に、それらの中で最も一般的な三相交流モータ制御
用モジュール装置について説明する。
【０００３】このモジュール装置はインバータ装置とし
て用いられ、その回路は図２に示すように、たとえば６
個のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐ
ｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｔ１〜Ｔ６と６個の
ダイオードＤ１〜Ｄ６とで構成され、入力側の電力端子
がＰ，Ｎ、出力側の電力端子がＵ，Ｖ，Ｗとなってい
る。
【０００４】また、各ＩＧＢＴＴ１〜Ｔ６のゲート信号
用として、それぞれゲート端子Ｇ１〜Ｇ６が設けられて
いる。このようなモジュール装置はますます大電力化の
傾向にあり、たとえば電気自動車用のモジュール装置の
場合、６００〜８００Ａの電流容量を必要とする。
【０００５】通常、大電力用のモジュール装置では、複
数のＩＧＢＴペレットとダイオードペレットとを並列に
接続することで、電流容量を満たすようになっている。
図３は、５個のＩＧＢＴペレットと１０個のダイオード
ペレットとを並列接続し、それぞれに上記ＩＧＢＴＴ１
〜Ｔ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を形成してなるモジ
ュール装置の構成を示すものである。
【０００６】このモジュール装置は、放熱板１０１の上
に３つのＤＢＣ（ダイレクト・ボンド・カッパ）回路基
板１０２が半田付けされ、これらＤＢＣ回路基板１０２
上に半導体素子としてのＩＧＢＴペレットｔおよびダイ
オードペレットｄが複数配置されるとともに、それらの
半導体素子と各ＤＢＣ回路基板１０２上の電極（コレク
タＣ，エミッタＥ，ゲートＧ）とがそれぞれアルミワイ
ヤ１０３によりボンディング接続された構成とされてい
る。
【０００７】そして、上記放熱板１０１の周囲には、Ｄ
ＢＣ回路基板１０２を囲むようにして樹脂ケース１０４
が接着されるとともに、その上部には、外部導出電力端
子（入力側Ｐ，Ｎ端子）１０５，１０６が一体的に形成
された樹脂製の蓋１０７が設けられるようになってい
る。
【０００８】また、上記放熱板１０１の、上記樹脂ケー
ス１０４の外側には、本装置取り付け用のネジ穴１０８
が設けられている。この場合、各ＤＢＣ回路基板１０２
間における外部導出用電極（図示していない）の相互の
接続は、図示せぬ金属製のジャンパ線により行うか、上
記外部導出電力端子１０５，１０６を長く引き伸ばすこ
とで行われるようになっている。
【０００９】しかしながら、上記した従来のモジュール
装置の場合、複数の半導体素子が配置された各ＤＢＣ回
路基板１０２が一列に並べられた構成とされているにも
かかわらず、外部導出電力端子１０５，１０６の取り出
し位置が装置の略中央部とされている。このため、外部
導出電力端子１０５，１０６と各ＤＢＣ回路基板１０２
における半導体素子との距離が、不均一となるという問
題があった。
【００１０】また、各ＤＢＣ回路基板１０２間の外部導
出用電極の相互の接続を外部導出電力端子１０５，１０
６の引き伸ばしによって行うものの場合、モジュール装
置の大きさに応じて外部導出電力端子１０５，１０６が
長くなるという問題があった。
【００１１】このように、従来装置においては、外部導
出電力端子１０５，１０６をモジュール装置の１か所か
らまとめて取り出す際に、外部導出電力端子１０５，１
０６と各ＤＢＣ回路基板１０２との間の電気抵抗および
インダクタンスが高くなったり、半導体素子間の電気抵
抗およびインダクタンスに差が生じるという欠点があっ
た。
【００１２】特に、大電力用のモジュール装置の場合、
電気的特性上、内部の電気抵抗およびインダクタンスの
大きさが問題となり、電気抵抗およびインダクタンスが
大きくなると半導体素子の効率が下がり、信号系の誤動
作の原因にもなってくる。
【００１３】また、上記した従来装置においては、ネジ
穴１０８の近くのＤＢＣ回路基板１０２が角になってい
るために応力が集中しやすく、このため、エアードライ
バなどで締め付けた際に割れが生じやすいという欠点が
あった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、外部導出電力端子とＤＢＣ回路基板との間
で電気抵抗およびインダクタンスの上昇を招いたり、半
導体素子間の電気抵抗およびインダクタンスに差を生じ
るなど、効率や信頼性の点から改善が求められていた。
【００１５】そこで、この発明は、外部導出端子と回路
基板との間の電気抵抗およびインダクタンスを低減でき
るとともに、半導体素子間における電気抵抗およびイン
ダクタンスのばらつきを略均一化し得、効率および信頼
性を大幅に向上することが可能な半導体モジュール装置
を提供することを目的としている。
【００１６】また、従来においては、ネジ穴の近くに応
力が集中しやすいため、取り付けの際に割れが生じやす
いという欠点があった。そこで、この発明は、取り付け
時の応力によりネジ穴の近くに生じる割れを防止できる
ようにすることが可能な半導体モジュール装置を提供す
ることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体モジュール装置にあっては、回
路基板上に設けられた複数の半導体素子の組み合わせに
より電気回路を構成してなるものにおいて、前記回路基
板に対して前記複数の半導体素子を放射状に配置すると
ともに、外部導出端子の取り出し位置を前記回路基板の
中央部に設けた構成とされている。
【００１８】また、この発明の半導体モジュール装置に
あっては、放熱板と、この放熱板の上部に絶縁体を介し
て設けられた円盤状の回路基板と、この回路基板上に放
射状に配置され、当該回路基板との間で電気回路を構成
する複数の半導体素子と、前記回路基板の内周部に配置
された外部導出用電極と、この外部導出用電極に対応し
て、前記回路基板の中央部にその取り出し位置が設けら
れた外部導出端子とから構成されている。
【００１９】
【作用】この発明は、上記した手段により、回路基板か
ら外部導出端子までの距離をより短くできるようになる
とともに、外部導出端子と回路基板上における各半導体
素子との距離を略一定にできるようになるため、電気的
特性上で問題となる内部の電気抵抗およびインダクタン
スを最小化することが可能となるものである。また、取
り付け時にネジ穴の近くに集中する応力を分散できるよ
うになるため、応力の集中による破損から回路基板を保
護することが可能となるものである。
【００２０】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるトランジスタ
モジュール装置の概略構成を示すものである。
【００２１】すなわち、このモジュール装置は、５個の
ＩＧＢＴペレットと１０個のダイオードペレットとを並
列接続し、それぞれに図２に示したＩＧＢＴＴ１〜Ｔ６
およびダイオードＤ１〜Ｄ６を形成してなるものであ
り、放熱板１１、ＤＢＣ（ダイレクト・ボンド・カッ
パ）回路基板１２、樹脂ケース１３、樹脂製の蓋１４、
および外部導出端子としての外部導出電力端子（入力側
Ｐ，Ｎ端子）１５，１６などから構成されている。
【００２２】上記ＤＢＣ回路基板１２は、セラミック製
の絶縁基板の上に直に銅板が加熱接合されて作製される
もので、半田により上記放熱板１１上に接合されるよう
になっている。
【００２３】このＤＢＣ回路基板１２は、均等大の６つ
の扇形により円盤状に形成される、つまり円盤を等分し
た６個の扇状ＤＢＣ回路基板によって構成されるように
なっている。
【００２４】各扇状ＤＢＣ回路基板の上面には、それぞ
れゲート電極Ｇ、エミッタ電極Ｅ、およびコレクタ電極
Ｃなどの回路パターンがあらかじめ形成されている。そ
して、これら扇状ＤＢＣ回路基板上に、半導体素子とし
ての５個のＩＧＢＴペレットｔおよび１０個のダイオー
ドペレットｄがそれぞれ放射状（千鳥状）に配置される
とともに、それらの半導体素子と各扇状ＤＢＣ回路基板
上の電極（コレクタＣ，エミッタＥ，ゲートＧ）とがア
ルミワイヤ１７によりボンディング接続されることで、
それぞれに図２に示したＩＧＢＴＴ１〜Ｔ６およびダイ
オードＤ１〜Ｄ６が形成されるようになっている。
【００２５】また、各扇状ＤＢＣ回路基板の最内周側に
は、それぞれ外部導出用の電極（図示していない）が設
けられている。この外部導出用電極の相互の接続は、た
とえば図示せぬジャンパ板によって行われる。
【００２６】上記樹脂ケース１３は、ＤＢＣ回路基板１
２を囲むようにして、上記放熱板１１上にシリコン系接
着剤などにより接着されている。上記樹脂製の蓋１４に
は、上記外部導出電力端子１５，１６が一体的に形成さ
れている。
【００２７】すなわち、これら外部導出電力端子１５，
１６は、外部導出用電極の相互の接続に用いられるジャ
ンパ板に半田付けされて、上記ＤＢＣ回路基板１２の中
央部分に対応する上記樹脂製の蓋１４のほぼ中央部より
外部に取り出されるようになっている。
【００２８】なお、本実施例では、外部導出電力端子１
５，１６が長く引き伸ばされるのを防ぐため、外部導出
電力端子１５に接続される半導体素子と、外部導出電力
端子１６に接続される半導体素子とが線対称になるよう
に、対向して配置されるようになっている。
【００２９】すなわち、外部導出電力端子１５側の各扇
状ＤＢＣ回路基板にはＰ側の半導体素子が、外部導出電
力端子１６側の各扇状ＤＢＣ回路基板にはＮ側の半導体
素子がそれぞれ配置されることで、外部導出電力端子１
５，１６とこれに接続される各扇状ＤＢＣ回路基板との
距離の最短化が図られている。
【００３０】そして、Ｐ側とＮ側の半導体素子が対向し
て配置される、その境界部分より、出力側の各Ｕ，Ｖ，
Ｗ端子１９，２０，２１が外部に取り出されるようにな
っている。
【００３１】この場合にも、上記Ｕ，Ｖ，Ｗ端子１９，
２０，２１までの、各扇状ＤＢＣ回路基板からの距離の
最短化が図られている。上記放熱板１１には、上記樹脂
ケース１３の外側に本装置取り付け用のネジ穴１８が設
けられている。
【００３２】この場合、ＤＢＣ回路基板１２は円盤状と
されており、従来装置のような角をもたないため、取り
付け時の応力がネジ穴１８の近くに集中してＤＢＣ回路
基板１２が割れるのを防止できる。
【００３３】上記したように、本実施例装置によれば、
円盤状に構成されてなるＤＢＣ回路基板の各扇状ＤＢＣ
回路基板上に複数の半導体素子を放射状に配置するとと
もに、各扇状ＤＢＣ回路基板の最内周部に外部導出用電
極を設けることで、扇状ＤＢＣ回路基板と外部導出電力
端子との距離の最短化、および外部導出電力端子と扇状
ＤＢＣ回路基板上における各半導体素子との距離の不均
一を改善できるようになる。
【００３４】この結果、扇状ＤＢＣ回路基板と外部導出
電力端子との間の電気抵抗およびインダクタンスを低下
することが可能となるため、モジュール装置の効率を大
幅に向上し得るものである。
【００３５】また、半導体素子間の電気抵抗およびイン
ダクタンスを略均一化することが可能となるため、動作
時間のずれなどを防止でき、信頼性の向上が図れるもの
である。
【００３６】さらには、ＤＢＣ回路基板を円盤状に構成
することで、取り付け時の応力の集中を避けることがで
きるようになるため、モジュール装置の取り付けの際に
生じる破損からＤＢＣ回路基板を保護することが可能と
なるものである。なお、この発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変えない範囲におい
て、種々変形実施可能なことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、外部導出端子と回路基板との間の電気抵抗およびイ
ンダクタンスを低減できるとともに、半導体素子間にお
ける電気抵抗およびインダクタンスのばらつきを略均一
化し得、効率および信頼性を大幅に向上することが可能
な半導体モジュール装置を提供できる。また、この発明
によれば、取り付け時の応力によりネジ穴の近くに生じ
る割れを防止できるようにすることが可能な半導体モジ
ュール装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかるトランジスタモジ
ュール装置の概略を示す構成図。
【図２】従来技術とその問題点を説明するために示すモ
ジュール装置の回路構成図。
【図３】同じく、モジュール装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１…放熱板、１２…ＤＢＣ回路基板、１３…樹脂ケー
ス、１４…蓋、１５，１６…外部導出電力端子（入力側
Ｐ，Ｎ端子）、１７…アルミワイヤ、１８…ネジ穴。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路基板上に設けられた複数の半導体素
    子の組み合わせにより電気回路を構成してなる半導体モ
    ジュール装置において、 前記回路基板に対して前記複数の半導体素子を放射状に
    配置するとともに、外部導出端子の取り出し位置を前記
    回路基板の中央部に設けたことを特徴とする半導体モジ
    ュール装置。
  2. 【請求項２】 放熱板と、 この放熱板の上部に絶縁体を介して設けられた円盤状の
    回路基板と、 この回路基板上に放射状に配置され、当該回路基板との
    間で電気回路を構成する複数の半導体素子と、 前記回路基板の内周部に配置された外部導出用電極と、 この外部導出用電極に対応して、前記回路基板の中央部
    にその取り出し位置が設けられた外部導出端子とを具備
    したことを特徴とする半導体モジュール装置。
  3. 【請求項３】 前記円盤状の回路基板は均等な大きさの
    扇形状に分割され、この分割された扇状回路基板のそれ
    ぞれに、複数の半導体素子が千鳥状に配置されることを
    特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール装置。
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