パワー半導体モジュール
【課題】開発にかかる時間を短縮し、部品製作にかかるコストを低減できるパワー半導体モジュールを提供する。
【解決手段】パワー半導体モジュール２００は、パワー半導体素子１８を搭載した、銅板と絶縁板を有する絶縁基板１６、前記パワー半導体素子１８に接続したピン付プリント基板、前記銅板に接続した接続端子、および、前記絶縁基板１６と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材を少なくとも備えるパワー半導体ユニット２８と、複数の前記パワー半導体ユニット２８から突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、を備える。
【解決手段】パワー半導体モジュール２００は、パワー半導体素子１８を搭載した、銅板と絶縁板を有する絶縁基板１６、前記パワー半導体素子１８に接続したピン付プリント基板、前記銅板に接続した接続端子、および、前記絶縁基板１６と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材を少なくとも備えるパワー半導体ユニット２８と、複数の前記パワー半導体ユニット２８から突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体モジュール（以下パワー半導体モジュールと称する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置、無停電電源装置、工作機械および産業用ロボット等には、パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールが用いられている。
従来のパワー半導体モジュールについて以下に説明する。図１１は、従来のパワー半導体モジュールの内部構造を示す要部断面図である。１０１は放熱用の金属ベース板、１０２は金属ベース板１０１の上に搭載してハンダ１０３で接合したセラミクス基板、１０４はセラミクス基板１０２にハンダ１０５を介しマウントしたパワー半導体素子（ＩＧＢＴなどのパワーチップ）、１０６はセラミクス基板と金属ベース板１０１を収納する樹脂ケース、１０７は樹脂ケース１０６内に配置された電極端子である。パワー半導体素子１０４と電極端子１０７は、ボンディングワイヤ１０８で接合されている。樹脂ケース１０６の側面は、金属ベース板１０１とセラミクス基板１０２の上面とともに、パワー半導体素子１０４を取り囲む空間を形成し、内部に封止材１０９が充填されている。これにより、パワー半導体素子１０４、セラミクス基板１０２、金属ベース板１０１、電極端子１０７の相互間の絶縁性が確保されている。
【０００３】
パワー半導体モジュール１１０は、金属ベース板１０１両端の２箇所または４箇所によるネジ１１１止めにて、冷却部材１１２に取付けられ放熱される。またこの場合に、金属ベース板１０１と冷却部材１１２の接触面間の空隙を埋めて伝熱性を確保するために、一般にシリコーン系の放熱グリス１１３を塗布している。また図示していないが、放熱グリス１１３の代わりに熱伝導シートを用いることもある。ネジ１１１止めによる力１１４は、樹脂ケース１０６内に収納されたリング１１５を介し金属ベース板１０１に伝えられる。
【０００４】
なお、前記セラミクス基板１０２は、セラミクス板１０２ａの表裏両面に銅箔１０２ｂ，１０２ｃを貼り合せたＤＢＣ基板である。
また、特許文献１〜４には従来の他のパワー半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６４８５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６５７６４号公報
【特許文献３】特開平１０−１４６０６６号公報
【特許文献４】特開２００５−７３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のパワー半導体モジュールでは、次の課題があった。
通常、パワー半導体モジュールの電極端子の位置は、顧客（使用者）から指定され、そのニーズにより異なる場合が多い。その結果、既存のパワー半導体モジュールを流用しようとした場合、電気的な特性が満たせていても電極端子の位置が使用者の仕様に合わないため、モジュール全体を新規に設計する必要があった。その結果、その開発期間や部品製作（金型，治工具含む）に膨大なコストがかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、パワー半導体モジュールをパワー半導体ユニットと、インターフェイス部材とで構成した。パワー半導体ユニットは基本機能要素をユニット化したものであり、インターフェイス部材は使用者から指定された位置に電極端子を配置したプリント基板またはバスバーなどのインターフェイス部材である。使用者の要求する電流容量に応じて複数のパワー半導体ユニットを組み合わせ、これらパワー半導体ユニットから突出した接続端子とインターフェイス部材を電気的に接続してパワー半導体モジュールとする。
【０００８】
すなわち、本発明のパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を搭載した銅板と絶縁板を有する絶縁基板と、前記パワー半導体素子に接続したピン付プリント基板と、前記銅板に接続した接続端子と、前記絶縁基板と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材とを少なくとも備えるパワー半導体ユニットと、さらに、複数の前記パワー半導体ユニットから突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記インターフェイス部材において、パワー半導体素子に電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と、半導体素子からの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線を近接配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、前記インターフェイス部材において、信号配線用と電力供給配線用に分離したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、新規製品の設計において、主な設計要素がインターフェイス部材だけで良くなるため、開発にかかる時間が大幅に短縮され、また部品製作（金型，治工具含む）にかかるコストも低減された。
【００１２】
また、パワー半導体素子に電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と半導体素子からの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線を近接させ配置させることで、配線インダクタンスが相殺されスイッチィング時に生じるスパイクノイズが低減された。
【００１３】
さらに、プリント基板を信号配線用と電力供給配線用に分離することで、配線幅を拡げることが可能となり、電流印加時のジュール熱が低減された。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１実施例のパワー半導体ユニットの要部断面図である。
【図２】この発明の第２実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図３】この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図４】この発明の第２実施例のインターフェイス部材の機能を説明する図である。
【図５】この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの主回路の構成図である。
【図６】この発明の第３実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【図７】この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部下平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図８】この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの斜視図である。
【図９】この発明の第５実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図１０】この発明の第６実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【図１１】従来のパワー半導体モジュールの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、この発明の第１実施例のパワー半導体ユニットの要部断面図である。
図１に示すパワー半導体ユニット２８ａは、半導体素子１つ分の機能を有する１ｉｎ１と呼ばれる構成を備えており、実施例２以下で説明するインターフェイス部材、すなわちユニット間配線用プリント基板２７と結合して本発明のパワー半導体モジュールを構成する。
【００１７】
絶縁板１と第１銅板２、第２銅板３からなる絶縁基板４の上面に、はんだ５によりパワー半導体素子６が接合され、さらにパワー半導体素子６の上面に、はんだ７により接続ピン８を有するプリント基板９が取付けられている。第１銅板２にはコレクタ側接続端子１０が取付けられ、パワー半導体素子６裏面に電流を供給する。またプリント基板９には、パワー半導体素子６のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート用接続端子１１とパワー半導体素子６表面からの電流を外部に流すエミッタ側接続端子１２が取り付けられる。エミッタ側接続端子１２はプリント基板９の回路パターンに接続されるとともに、第１銅板２にも固着されている。なお、図示していないが、パワー半導体素子６として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）を組み合わせ、銅板２、接続ピン８およびプリント基板９上の図示しない回路パターンを介して逆並列接続するようにして用いてもよい。また、パワー半導体素子６としてはＳｉを用いた半導体素子のほか、ＳｉＣ（炭化けい素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いた半導体素子を用いることができる。
【実施例２】
【００１８】
図２は、この発明の第２実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。図３は、この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。図４は、この発明の第２実施例のインターフェイス部材の機能を説明する図である。さらに、図５は、この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの主回路の構成図である。
【００１９】
図２を用い、２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８の構成について説明する（パワー半導体素子１８を１組備えるユニットを「１ｉｎ１」，２組備えるユニットを「２ｉｎ１」と称する。）。第１実施例の１ｉｎ１のパワー半導体ユニット２８ａと同様、絶縁板１３、この絶縁板１３の両面にそれぞれ固着された第１銅板１４および第２銅板１５からなる絶縁基板１６と、第１銅板１４の上面に、はんだ１７により接合されたパワー半導体素子１８とを備える。２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８は２組のパワー半導体素子１８で構成される。第１実施例と同様にパワー半導体素子１８として、逆並列接続したＩＧＢＴとＦＷＤを用い、これを２組組み合わせて１相分の回路を構成するようにしてもよい。また、絶縁基板１６はパワー半導体ユニット２８の絶縁基板４と同じ形状のものを共通して用いることができる。パワー半導体素子１８ごとに小さな面積の絶縁基板１６を用いることで熱によるパワー半導体ユニット２８の変形を小さくできる。
【００２０】
パワー半導体素子１８の上面に、接続ピン２０を有するプリント基板２１がはんだ１９により取付けられ、このプリント基板２１上の図示しない回路パターンにより２組のパワー半導体素子１８が電気的に接続されている。接続ピン２０は、パワー半導体素子１８がＩＧＢＴであればそのエミッタ電極とゲート電極に、ＦＷＤであればアノード電極に接続される。接続ピン２０はプリント基板２１上の図示しない回路パターンに形成された穴にはんだを用いて、もしくは嵌合されて固着されている。
【００２１】
２３はパワー半導体素子１８裏面に電流を供給するコレクタ側接続端子、２２はパワー半導体素子１８表面からの電流を外部に流すエミッタ側接続端子、２４はコレクタ側配線とエミッタ側配線の中間にある出力電流を流す出力端子、２５，２６はパワー半導体素子１８のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート用接続端子，エミッタ側電圧を検出するエミッタ信号用端子である。コレクタ側接続端子２３は一のパワー半導体素子１８、例えば上アームのＩＧＢＴが固着された第１銅板１４に、出力端子２４は他のパワー半導体素子１８、例えば下アームのＩＧＢＴが固着された異なる第１銅板１４に、エミッタ側接続端子２２はさらに異なる第１銅板１４に、それぞれ固着されている。
【００２２】
パワー半導体ユニット２８では、コレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４がこの順に並列して突出するように配置されている。コレクタ側接続端子２３とエミッタ側接続端子２２の順番はプリント基板２１の回路パターンの配置とともに入れ替わってもよい。出力端子２４はコレクタ側接続端子２３およびエミッタ側接続端子２２に対しパワー半導体ユニット２８の同じ面の外周側に配置され、突出している。なお、パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２、出力端子２４がそれぞれ２本であるが、容量に応じ適宜変更してもよい。エミッタ側接続端子２２はプリント基板２１の回路パターンに接続されるとともに、第１銅板１４にも固着されている。第１銅板１４に接続することによりエミッタ側接続端子２２で発生するジュール熱を冷却部材側へ放熱することができる。
【００２３】
そして、パワー半導体ユニット２８は絶縁基板１６、プリント基板２１およびパワー半導体素子１８を内部に封入する封止材Ｒを備えている。パワー半導体ユニット２８の形状は概略直方体状である。パワー半導体ユニット２８は、以下で説明するインターフェイス部材と結合して本発明のパワー半導体モジュールを構成する。
【００２４】
次に図３（ａ），（ｂ）を用いて、インターフェイス部材、すなわちユニット間配線用プリント基板２７と、これを用いた本発明のパワー半導体モジュールを説明する。このモジュールの回路は従来の半導体モジュール（６ｉｎ１）に対応している。
【００２５】
インターフェイス部材としてのユニット間配線用プリント基板２７は、上述の２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８を３台接続するための配線を備えている。
２９はパワー半導体素子に電流を供給する、第１導電板としてのアノード側（Ｐ側）配線、３０は半導体素子からの電流を流す、第２導電板としてのカソード側（Ｎ側）配線であり、それぞれ２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子３１（２３）とエミッタ側接続端子３２（２２）が接続されている。３３，３４は外部からの電力供給用接続端子であり、それぞれカソード側（Ｎ側）配線３０とアノード側（Ｐ側）配線２９に接続されている。
【００２６】
３５，３６，３７は、各２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８の出力端子２４に接続され、アノード側（Ｐ側）配線とカソード側（Ｎ側）配線の中間にある出力電流を流す外部出力端子であり、複数の第３導電板としての各配線３８，３９，４０で結ばれている。４１は各２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８のパワー半導体素子をＯＮ／ＯＦＦするゲート信号用端子、４２は出力電流の状態を検知するエミッタ信号端子であり、各配線４３，４４，４５で結ばれている。
【００２７】
次に図３（ｂ）を用いて、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の配置関係について説明する。
ユニット間配線用プリント基板２７は２層構造となっており、アノード側（Ｐ側）配線２９は下面側、すなわちパワー半導体ユニット２８側に配置されカソード側（Ｎ側）配線３０は上面側に配置されており、樹脂層４３を介して積層されている。このように、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０が近接し対向するように積層され配置されているために、配線インダクタンスが相殺され、電流の脈動によるノイズ、もしくはスイッチング時に生じるスパイクノイズが低減される。
【００２８】
図４を用いてこの作用を説明する。４６は位置ＡからＢに流れる電流経路、４７は位置ＢからＡに流れる電流経路である。４６には電流が流れることにより電磁界４８が発生する。また４７には電流が流れることにより電磁界４９が発生する。４８と４９の電磁界は向きが反対となるため、ほぼ同時期に電流が流れた場合、電磁界は互いに打ち消される。スイッチング時に生じるスパイクノイズは、この電磁界の影響によるものである。従って、電流経路が近接し電流の流れる向きが反対の場合は、スパイクノイズは低減される。
【００２９】
パワー半導体モジュール２００では、３つのパワー半導体ユニット２８が、各パワー半導体ユニット２８からそれぞれ突出したコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４が整列するように、配置されている。ユニット間配線用プリント基板２７はこれらの端子に電気的に接続されており、コレクタ側接続端子２３に接続されたアノード側（Ｐ側）配線２９と、エミッタ側接続端子２２に接続されたカソード側（Ｎ側）配線３０と、出力端子２４に接続された配線３８、３９、４０と外部出力端子３５、３６、３７とを備えている。アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０は樹脂層４３を挟んで対向するように配置されており、例えば銅などの金属板である。アノード側（Ｐ側）配線２９のエミッタ側接続端子２２が貫く部分は、相互に接続しないよう切り欠かれている。また、カソード側（Ｎ側）配線３０のコレクタ側接続端子２３が貫く部分は、相互に接続しないよう切り欠かれている。配線３８、３９、４０と外部出力端子３５、３６、３７は、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の外側、ユニット間配線用プリント基板２７の外周に沿って配置されている。
【００３０】
パワー半導体モジュール２００は、パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４と、ユニット間配線用プリント基板２７のアノード側（Ｐ側）配線２９、カソード側（Ｎ側）配線３０および外部出力端子３５、３６、３７とを上述のように配置したので、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の間のインダクタンスを低減でき、さらに、使用者のニーズに応じて外部出力端子３５、３６、３７をパワー半導体モジュールの外周に沿って配置することができる。また、予め使用者の異なるニーズに対応できるパターンの配線３８，３９，４０を形成しておき、ニーズに応じて外部出力端子３５、３６、３７を配置、固着してもよい。
【００３１】
なお、本実施例においてはユニット間配線用プリント基板２７を用いたパワー半導体モジュールについて説明したが、３つのパワー半導体ユニット２８をインターフェイス部材としての金属バスバーを用いて接続しパワー半導体モジュールを構成してもよい。
【００３２】
パワー半導体モジュール２００は、３つのパワー半導体ユニット２８とユニット間配線用プリント基板２７により図５に示したインバータ回路を構成している。パワー半導体モジュールは、さらに、パワー半導体ユニット２８もしくはユニット間配線用プリント基板２７に駆動回路、過電流保護回路等のＩＣを備えるようにしてもよい。また、コンバータ回路を含むようにしてもよい。
【００３３】
パワー半導体モジュール２００は、例えば従来のパワー半導体モジュール１１０が固定される冷却部材１１２に、同じようにネジ等で固定されて使用される。第２銅板１５が直接、もしくはグリスを介して冷却部材１１２と接触することによりパワー半導体モジュール２００で発生する熱が放熱される。
【実施例３】
【００３４】
図６は、この発明の第３実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【００３５】
電力供給配線用プリント基板Ｐは、樹脂層４３を挟んで対向するように配置されたアノード側（Ｐ側）配線２９およびカソード側（Ｎ側）配線３０と、これらに接続された電力供給用接続端子３３，３４を備えている。信号配線用プリント基板Ｓは、樹脂層４３上に配線３８、３９、４０、４３、４４、４５、外部出力端子３５、３６、３７、ゲート信号用端子４１、エミッタ信号端子４２を備えている。
【００３６】
電力供給配線用プリント基板Ｐと信号配線用プリント基板Ｓはスペーサ５０を介して組み合わされインターフェイス部材を構成する（図６（ｅ）参照）。
インターフェイス部材を信号配線用と電力供給配線用に分離することにより、各配線幅を拡げることができる。第２実施例のユニット間配線用プリント基板２７に比べて、電力供給配線用プリント基板Ｐは、信号配線にて使用していたスペースまで配線幅を拡げることができるので電気抵抗が低くなり、電流が流れる際のジュール熱を低減できる。
【実施例４】
【００３７】
図７は、この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部下平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図８は、この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの斜視図である。
【００３８】
図７、８に示すパワー半導体ユニット２８ｂは第２実施例のパワー半導体ユニット２８の変形例である。図２（ｂ）に示したようにパワー半導体ユニット２８のゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６は、その端部がプリント基板２１に固着されているのに対し、パワー半導体ユニット２８ｂのゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６は、図７に示すようにプリント基板２１の回路パターンに固着されるとともに、その端部が絶縁板１３上の第１銅板１４にも固着されている。ゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６に接続している第１銅板１４は端子ごとに分割して形成されており、これに対する第２銅板１５も分割して形成されている。ゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６を第１銅板１４に接続することにより、パワー半導体ユニット内で発生した熱をこれらの端子を介して冷却部材へ放熱することができる。また、ゲート用接続端子２５およびエミッタ信号用端子２６が固着している第１銅板１４と、これらと同じ形状の第２銅板１５とを、絶縁板１３を挟んで形成することにより、第２銅板１５を一体として形成する場合に比べて絶縁基板１６の熱変形を小さくすることができる。
【００３９】
なお、パワー半導体ユニット２８ｂの四隅に形成されたネジ穴５４ａはインターフェイス部材との結合に用いられ、中央に形成されたネジ穴５４ｂは冷却部材との結合に用いられる。
【実施例５】
【００４０】
図９は、この発明の第５実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
図９に示すパワー半導体モジュール２００ａは第２実施例のパワー半導体モジュール２００の変形例である。パワー半導体モジュール２００ａは、インターフェイス部材の配線４３〜４５上に駆動回路５１を、配線３８〜４０上にＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子５２をそれぞれ備えている。ユニット間配線用プリント基板２７に駆動回路５１とＧＭＲ素子５２を搭載する構造により、パワー半導体ユニット２８を変更することなく顧客の仕様に応じたパワー半導体モジュール２００ａを提供することができる。また、ＧＭＲ素子５２を配線３８〜４０上に搭載することにより、配線３８〜４０に流れる電流値を測定することができる。ＧＭＲ素子５２は従来同じ目的で用いられているシャント抵抗に比べ小さいので、パワー半導体モジュール２００ａが小型となる。また、図示していないが、ＧＭＲ素子をプリント基板２１に搭載することによりパワー半導体素子１８近傍の温度を測定し、パワー半導体モジュール２００ａの保護手段として用いることもできる。なお、駆動回路５１には保護回路を搭載してもよい。
【実施例６】
【００４１】
図１０は、この発明の第６実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【００４２】
図１０に示すインターフェイス部材は、第３実施例のインターフェイス部材の変形例であり、パワー半導体ユニット２８と組み合わせてパワー半導体モジュールを構成する。インターフェイス部材は電力供給配線用基板Ｐと信号配線用基板Ｓを備え、信号配線用基板Ｓの配線４３〜４５上に駆動回路５１を、配線３８〜４０上にＧＭＲ素子５２をそれぞれ備えている。このような構成により、アノード側配線２９とカソード側配線３０の幅を拡げて電気抵抗を小さくしジュール熱を低減でき、パワー半導体ユニット２８を変更することなく顧客の仕様に応じたパワー半導体モジュール２００ａを提供することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１３ 絶縁板
２、１４ 第１銅板
３、１５ 第２銅板
４、１６ 絶縁基板
５、７、１７、１９ はんだ
６、１８ パワー半導体素子
８、２０ 接続ピン
９、２１ プリント基板
１０、２３、３１ コレクタ側接続端子
１１、２５ ゲート用接続端子
１２、２２、３２ エミッタ側接続端子
２４ 出力端子
２６ エミッタ信号用端子
２７ ユニット間配線用プリント基板
２８、２８ａ、２８ｂ パワー半導体ユニット
２９ アノード側（Ｐ側）配線
３０ カソード側（Ｎ側）配線
３３，３４ 電力供給用接続端子
３５、３６、３７ 外部出力端子
３８、３９、４０、４３、４４、４５ 配線
４１ ゲート信号用端子
４２ エミッタ信号端子
４６、４７ 電流経路
４８、４９ 電磁界
２００、２００ａ パワー半導体モジュール
Ｒ 封止材
Ｐ 電力供給配線用プリント基板
Ｓ 信号配線用プリント基板
５１ 駆動回路
５２ ＧＭＲ素子
５３ 樹脂層
５４ａ，５４ｂ ネジ穴
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体モジュール（以下パワー半導体モジュールと称する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置、無停電電源装置、工作機械および産業用ロボット等には、パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールが用いられている。
従来のパワー半導体モジュールについて以下に説明する。図１１は、従来のパワー半導体モジュールの内部構造を示す要部断面図である。１０１は放熱用の金属ベース板、１０２は金属ベース板１０１の上に搭載してハンダ１０３で接合したセラミクス基板、１０４はセラミクス基板１０２にハンダ１０５を介しマウントしたパワー半導体素子（ＩＧＢＴなどのパワーチップ）、１０６はセラミクス基板と金属ベース板１０１を収納する樹脂ケース、１０７は樹脂ケース１０６内に配置された電極端子である。パワー半導体素子１０４と電極端子１０７は、ボンディングワイヤ１０８で接合されている。樹脂ケース１０６の側面は、金属ベース板１０１とセラミクス基板１０２の上面とともに、パワー半導体素子１０４を取り囲む空間を形成し、内部に封止材１０９が充填されている。これにより、パワー半導体素子１０４、セラミクス基板１０２、金属ベース板１０１、電極端子１０７の相互間の絶縁性が確保されている。
【０００３】
パワー半導体モジュール１１０は、金属ベース板１０１両端の２箇所または４箇所によるネジ１１１止めにて、冷却部材１１２に取付けられ放熱される。またこの場合に、金属ベース板１０１と冷却部材１１２の接触面間の空隙を埋めて伝熱性を確保するために、一般にシリコーン系の放熱グリス１１３を塗布している。また図示していないが、放熱グリス１１３の代わりに熱伝導シートを用いることもある。ネジ１１１止めによる力１１４は、樹脂ケース１０６内に収納されたリング１１５を介し金属ベース板１０１に伝えられる。
【０００４】
なお、前記セラミクス基板１０２は、セラミクス板１０２ａの表裏両面に銅箔１０２ｂ，１０２ｃを貼り合せたＤＢＣ基板である。
また、特許文献１〜４には従来の他のパワー半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６４８５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６５７６４号公報
【特許文献３】特開平１０−１４６０６６号公報
【特許文献４】特開２００５−７３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のパワー半導体モジュールでは、次の課題があった。
通常、パワー半導体モジュールの電極端子の位置は、顧客（使用者）から指定され、そのニーズにより異なる場合が多い。その結果、既存のパワー半導体モジュールを流用しようとした場合、電気的な特性が満たせていても電極端子の位置が使用者の仕様に合わないため、モジュール全体を新規に設計する必要があった。その結果、その開発期間や部品製作（金型，治工具含む）に膨大なコストがかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、パワー半導体モジュールをパワー半導体ユニットと、インターフェイス部材とで構成した。パワー半導体ユニットは基本機能要素をユニット化したものであり、インターフェイス部材は使用者から指定された位置に電極端子を配置したプリント基板またはバスバーなどのインターフェイス部材である。使用者の要求する電流容量に応じて複数のパワー半導体ユニットを組み合わせ、これらパワー半導体ユニットから突出した接続端子とインターフェイス部材を電気的に接続してパワー半導体モジュールとする。
【０００８】
すなわち、本発明のパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を搭載した銅板と絶縁板を有する絶縁基板と、前記パワー半導体素子に接続したピン付プリント基板と、前記銅板に接続した接続端子と、前記絶縁基板と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材とを少なくとも備えるパワー半導体ユニットと、さらに、複数の前記パワー半導体ユニットから突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記インターフェイス部材において、パワー半導体素子に電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と、半導体素子からの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線を近接配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、前記インターフェイス部材において、信号配線用と電力供給配線用に分離したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、新規製品の設計において、主な設計要素がインターフェイス部材だけで良くなるため、開発にかかる時間が大幅に短縮され、また部品製作（金型，治工具含む）にかかるコストも低減された。
【００１２】
また、パワー半導体素子に電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と半導体素子からの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線を近接させ配置させることで、配線インダクタンスが相殺されスイッチィング時に生じるスパイクノイズが低減された。
【００１３】
さらに、プリント基板を信号配線用と電力供給配線用に分離することで、配線幅を拡げることが可能となり、電流印加時のジュール熱が低減された。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１実施例のパワー半導体ユニットの要部断面図である。
【図２】この発明の第２実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図３】この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図４】この発明の第２実施例のインターフェイス部材の機能を説明する図である。
【図５】この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの主回路の構成図である。
【図６】この発明の第３実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【図７】この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部下平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図８】この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの斜視図である。
【図９】この発明の第５実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図１０】この発明の第６実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【図１１】従来のパワー半導体モジュールの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、この発明の第１実施例のパワー半導体ユニットの要部断面図である。
図１に示すパワー半導体ユニット２８ａは、半導体素子１つ分の機能を有する１ｉｎ１と呼ばれる構成を備えており、実施例２以下で説明するインターフェイス部材、すなわちユニット間配線用プリント基板２７と結合して本発明のパワー半導体モジュールを構成する。
【００１７】
絶縁板１と第１銅板２、第２銅板３からなる絶縁基板４の上面に、はんだ５によりパワー半導体素子６が接合され、さらにパワー半導体素子６の上面に、はんだ７により接続ピン８を有するプリント基板９が取付けられている。第１銅板２にはコレクタ側接続端子１０が取付けられ、パワー半導体素子６裏面に電流を供給する。またプリント基板９には、パワー半導体素子６のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート用接続端子１１とパワー半導体素子６表面からの電流を外部に流すエミッタ側接続端子１２が取り付けられる。エミッタ側接続端子１２はプリント基板９の回路パターンに接続されるとともに、第１銅板２にも固着されている。なお、図示していないが、パワー半導体素子６として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）を組み合わせ、銅板２、接続ピン８およびプリント基板９上の図示しない回路パターンを介して逆並列接続するようにして用いてもよい。また、パワー半導体素子６としてはＳｉを用いた半導体素子のほか、ＳｉＣ（炭化けい素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いた半導体素子を用いることができる。
【実施例２】
【００１８】
図２は、この発明の第２実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。図３は、この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。図４は、この発明の第２実施例のインターフェイス部材の機能を説明する図である。さらに、図５は、この発明の第２実施例のパワー半導体モジュールの主回路の構成図である。
【００１９】
図２を用い、２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８の構成について説明する（パワー半導体素子１８を１組備えるユニットを「１ｉｎ１」，２組備えるユニットを「２ｉｎ１」と称する。）。第１実施例の１ｉｎ１のパワー半導体ユニット２８ａと同様、絶縁板１３、この絶縁板１３の両面にそれぞれ固着された第１銅板１４および第２銅板１５からなる絶縁基板１６と、第１銅板１４の上面に、はんだ１７により接合されたパワー半導体素子１８とを備える。２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８は２組のパワー半導体素子１８で構成される。第１実施例と同様にパワー半導体素子１８として、逆並列接続したＩＧＢＴとＦＷＤを用い、これを２組組み合わせて１相分の回路を構成するようにしてもよい。また、絶縁基板１６はパワー半導体ユニット２８の絶縁基板４と同じ形状のものを共通して用いることができる。パワー半導体素子１８ごとに小さな面積の絶縁基板１６を用いることで熱によるパワー半導体ユニット２８の変形を小さくできる。
【００２０】
パワー半導体素子１８の上面に、接続ピン２０を有するプリント基板２１がはんだ１９により取付けられ、このプリント基板２１上の図示しない回路パターンにより２組のパワー半導体素子１８が電気的に接続されている。接続ピン２０は、パワー半導体素子１８がＩＧＢＴであればそのエミッタ電極とゲート電極に、ＦＷＤであればアノード電極に接続される。接続ピン２０はプリント基板２１上の図示しない回路パターンに形成された穴にはんだを用いて、もしくは嵌合されて固着されている。
【００２１】
２３はパワー半導体素子１８裏面に電流を供給するコレクタ側接続端子、２２はパワー半導体素子１８表面からの電流を外部に流すエミッタ側接続端子、２４はコレクタ側配線とエミッタ側配線の中間にある出力電流を流す出力端子、２５，２６はパワー半導体素子１８のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート用接続端子，エミッタ側電圧を検出するエミッタ信号用端子である。コレクタ側接続端子２３は一のパワー半導体素子１８、例えば上アームのＩＧＢＴが固着された第１銅板１４に、出力端子２４は他のパワー半導体素子１８、例えば下アームのＩＧＢＴが固着された異なる第１銅板１４に、エミッタ側接続端子２２はさらに異なる第１銅板１４に、それぞれ固着されている。
【００２２】
パワー半導体ユニット２８では、コレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４がこの順に並列して突出するように配置されている。コレクタ側接続端子２３とエミッタ側接続端子２２の順番はプリント基板２１の回路パターンの配置とともに入れ替わってもよい。出力端子２４はコレクタ側接続端子２３およびエミッタ側接続端子２２に対しパワー半導体ユニット２８の同じ面の外周側に配置され、突出している。なお、パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２、出力端子２４がそれぞれ２本であるが、容量に応じ適宜変更してもよい。エミッタ側接続端子２２はプリント基板２１の回路パターンに接続されるとともに、第１銅板１４にも固着されている。第１銅板１４に接続することによりエミッタ側接続端子２２で発生するジュール熱を冷却部材側へ放熱することができる。
【００２３】
そして、パワー半導体ユニット２８は絶縁基板１６、プリント基板２１およびパワー半導体素子１８を内部に封入する封止材Ｒを備えている。パワー半導体ユニット２８の形状は概略直方体状である。パワー半導体ユニット２８は、以下で説明するインターフェイス部材と結合して本発明のパワー半導体モジュールを構成する。
【００２４】
次に図３（ａ），（ｂ）を用いて、インターフェイス部材、すなわちユニット間配線用プリント基板２７と、これを用いた本発明のパワー半導体モジュールを説明する。このモジュールの回路は従来の半導体モジュール（６ｉｎ１）に対応している。
【００２５】
インターフェイス部材としてのユニット間配線用プリント基板２７は、上述の２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８を３台接続するための配線を備えている。
２９はパワー半導体素子に電流を供給する、第１導電板としてのアノード側（Ｐ側）配線、３０は半導体素子からの電流を流す、第２導電板としてのカソード側（Ｎ側）配線であり、それぞれ２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子３１（２３）とエミッタ側接続端子３２（２２）が接続されている。３３，３４は外部からの電力供給用接続端子であり、それぞれカソード側（Ｎ側）配線３０とアノード側（Ｐ側）配線２９に接続されている。
【００２６】
３５，３６，３７は、各２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８の出力端子２４に接続され、アノード側（Ｐ側）配線とカソード側（Ｎ側）配線の中間にある出力電流を流す外部出力端子であり、複数の第３導電板としての各配線３８，３９，４０で結ばれている。４１は各２ｉｎ１用パワー半導体ユニット２８のパワー半導体素子をＯＮ／ＯＦＦするゲート信号用端子、４２は出力電流の状態を検知するエミッタ信号端子であり、各配線４３，４４，４５で結ばれている。
【００２７】
次に図３（ｂ）を用いて、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の配置関係について説明する。
ユニット間配線用プリント基板２７は２層構造となっており、アノード側（Ｐ側）配線２９は下面側、すなわちパワー半導体ユニット２８側に配置されカソード側（Ｎ側）配線３０は上面側に配置されており、樹脂層４３を介して積層されている。このように、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０が近接し対向するように積層され配置されているために、配線インダクタンスが相殺され、電流の脈動によるノイズ、もしくはスイッチング時に生じるスパイクノイズが低減される。
【００２８】
図４を用いてこの作用を説明する。４６は位置ＡからＢに流れる電流経路、４７は位置ＢからＡに流れる電流経路である。４６には電流が流れることにより電磁界４８が発生する。また４７には電流が流れることにより電磁界４９が発生する。４８と４９の電磁界は向きが反対となるため、ほぼ同時期に電流が流れた場合、電磁界は互いに打ち消される。スイッチング時に生じるスパイクノイズは、この電磁界の影響によるものである。従って、電流経路が近接し電流の流れる向きが反対の場合は、スパイクノイズは低減される。
【００２９】
パワー半導体モジュール２００では、３つのパワー半導体ユニット２８が、各パワー半導体ユニット２８からそれぞれ突出したコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４が整列するように、配置されている。ユニット間配線用プリント基板２７はこれらの端子に電気的に接続されており、コレクタ側接続端子２３に接続されたアノード側（Ｐ側）配線２９と、エミッタ側接続端子２２に接続されたカソード側（Ｎ側）配線３０と、出力端子２４に接続された配線３８、３９、４０と外部出力端子３５、３６、３７とを備えている。アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０は樹脂層４３を挟んで対向するように配置されており、例えば銅などの金属板である。アノード側（Ｐ側）配線２９のエミッタ側接続端子２２が貫く部分は、相互に接続しないよう切り欠かれている。また、カソード側（Ｎ側）配線３０のコレクタ側接続端子２３が貫く部分は、相互に接続しないよう切り欠かれている。配線３８、３９、４０と外部出力端子３５、３６、３７は、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の外側、ユニット間配線用プリント基板２７の外周に沿って配置されている。
【００３０】
パワー半導体モジュール２００は、パワー半導体ユニット２８のコレクタ側接続端子２３、エミッタ側接続端子２２および出力端子２４と、ユニット間配線用プリント基板２７のアノード側（Ｐ側）配線２９、カソード側（Ｎ側）配線３０および外部出力端子３５、３６、３７とを上述のように配置したので、アノード側（Ｐ側）配線２９とカソード側（Ｎ側）配線３０の間のインダクタンスを低減でき、さらに、使用者のニーズに応じて外部出力端子３５、３６、３７をパワー半導体モジュールの外周に沿って配置することができる。また、予め使用者の異なるニーズに対応できるパターンの配線３８，３９，４０を形成しておき、ニーズに応じて外部出力端子３５、３６、３７を配置、固着してもよい。
【００３１】
なお、本実施例においてはユニット間配線用プリント基板２７を用いたパワー半導体モジュールについて説明したが、３つのパワー半導体ユニット２８をインターフェイス部材としての金属バスバーを用いて接続しパワー半導体モジュールを構成してもよい。
【００３２】
パワー半導体モジュール２００は、３つのパワー半導体ユニット２８とユニット間配線用プリント基板２７により図５に示したインバータ回路を構成している。パワー半導体モジュールは、さらに、パワー半導体ユニット２８もしくはユニット間配線用プリント基板２７に駆動回路、過電流保護回路等のＩＣを備えるようにしてもよい。また、コンバータ回路を含むようにしてもよい。
【００３３】
パワー半導体モジュール２００は、例えば従来のパワー半導体モジュール１１０が固定される冷却部材１１２に、同じようにネジ等で固定されて使用される。第２銅板１５が直接、もしくはグリスを介して冷却部材１１２と接触することによりパワー半導体モジュール２００で発生する熱が放熱される。
【実施例３】
【００３４】
図６は、この発明の第３実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【００３５】
電力供給配線用プリント基板Ｐは、樹脂層４３を挟んで対向するように配置されたアノード側（Ｐ側）配線２９およびカソード側（Ｎ側）配線３０と、これらに接続された電力供給用接続端子３３，３４を備えている。信号配線用プリント基板Ｓは、樹脂層４３上に配線３８、３９、４０、４３、４４、４５、外部出力端子３５、３６、３７、ゲート信号用端子４１、エミッタ信号端子４２を備えている。
【００３６】
電力供給配線用プリント基板Ｐと信号配線用プリント基板Ｓはスペーサ５０を介して組み合わされインターフェイス部材を構成する（図６（ｅ）参照）。
インターフェイス部材を信号配線用と電力供給配線用に分離することにより、各配線幅を拡げることができる。第２実施例のユニット間配線用プリント基板２７に比べて、電力供給配線用プリント基板Ｐは、信号配線にて使用していたスペースまで配線幅を拡げることができるので電気抵抗が低くなり、電流が流れる際のジュール熱を低減できる。
【実施例４】
【００３７】
図７は、この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部下平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図８は、この発明の第４実施例のパワー半導体ユニットの斜視図である。
【００３８】
図７、８に示すパワー半導体ユニット２８ｂは第２実施例のパワー半導体ユニット２８の変形例である。図２（ｂ）に示したようにパワー半導体ユニット２８のゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６は、その端部がプリント基板２１に固着されているのに対し、パワー半導体ユニット２８ｂのゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６は、図７に示すようにプリント基板２１の回路パターンに固着されるとともに、その端部が絶縁板１３上の第１銅板１４にも固着されている。ゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６に接続している第１銅板１４は端子ごとに分割して形成されており、これに対する第２銅板１５も分割して形成されている。ゲート用接続端子２５、エミッタ信号用端子２６を第１銅板１４に接続することにより、パワー半導体ユニット内で発生した熱をこれらの端子を介して冷却部材へ放熱することができる。また、ゲート用接続端子２５およびエミッタ信号用端子２６が固着している第１銅板１４と、これらと同じ形状の第２銅板１５とを、絶縁板１３を挟んで形成することにより、第２銅板１５を一体として形成する場合に比べて絶縁基板１６の熱変形を小さくすることができる。
【００３９】
なお、パワー半導体ユニット２８ｂの四隅に形成されたネジ穴５４ａはインターフェイス部材との結合に用いられ、中央に形成されたネジ穴５４ｂは冷却部材との結合に用いられる。
【実施例５】
【００４０】
図９は、この発明の第５実施例のパワー半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部上平面図、（ｂ）は要部断面図である。
図９に示すパワー半導体モジュール２００ａは第２実施例のパワー半導体モジュール２００の変形例である。パワー半導体モジュール２００ａは、インターフェイス部材の配線４３〜４５上に駆動回路５１を、配線３８〜４０上にＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子５２をそれぞれ備えている。ユニット間配線用プリント基板２７に駆動回路５１とＧＭＲ素子５２を搭載する構造により、パワー半導体ユニット２８を変更することなく顧客の仕様に応じたパワー半導体モジュール２００ａを提供することができる。また、ＧＭＲ素子５２を配線３８〜４０上に搭載することにより、配線３８〜４０に流れる電流値を測定することができる。ＧＭＲ素子５２は従来同じ目的で用いられているシャント抵抗に比べ小さいので、パワー半導体モジュール２００ａが小型となる。また、図示していないが、ＧＭＲ素子をプリント基板２１に搭載することによりパワー半導体素子１８近傍の温度を測定し、パワー半導体モジュール２００ａの保護手段として用いることもできる。なお、駆動回路５１には保護回路を搭載してもよい。
【実施例６】
【００４１】
図１０は、この発明の第６実施例のインターフェイス部材の構成図であり、（ａ）は電力供給配線用基板の要部上平面図、（ｂ）は電力供給配線用基板の要部側面図、（ｃ）は信号配線用基板の要部上平面図、（ｄ）は信号配線用基板の要部側面図、（ｅ）電力供給配線用基板と信号配線用基板を組み合わせたインターフェイス部材の要部側面図である。
【００４２】
図１０に示すインターフェイス部材は、第３実施例のインターフェイス部材の変形例であり、パワー半導体ユニット２８と組み合わせてパワー半導体モジュールを構成する。インターフェイス部材は電力供給配線用基板Ｐと信号配線用基板Ｓを備え、信号配線用基板Ｓの配線４３〜４５上に駆動回路５１を、配線３８〜４０上にＧＭＲ素子５２をそれぞれ備えている。このような構成により、アノード側配線２９とカソード側配線３０の幅を拡げて電気抵抗を小さくしジュール熱を低減でき、パワー半導体ユニット２８を変更することなく顧客の仕様に応じたパワー半導体モジュール２００ａを提供することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１３ 絶縁板
２、１４ 第１銅板
３、１５ 第２銅板
４、１６ 絶縁基板
５、７、１７、１９ はんだ
６、１８ パワー半導体素子
８、２０ 接続ピン
９、２１ プリント基板
１０、２３、３１ コレクタ側接続端子
１１、２５ ゲート用接続端子
１２、２２、３２ エミッタ側接続端子
２４ 出力端子
２６ エミッタ信号用端子
２７ ユニット間配線用プリント基板
２８、２８ａ、２８ｂ パワー半導体ユニット
２９ アノード側（Ｐ側）配線
３０ カソード側（Ｎ側）配線
３３，３４ 電力供給用接続端子
３５、３６、３７ 外部出力端子
３８、３９、４０、４３、４４、４５ 配線
４１ ゲート信号用端子
４２ エミッタ信号端子
４６、４７ 電流経路
４８、４９ 電磁界
２００、２００ａ パワー半導体モジュール
Ｒ 封止材
Ｐ 電力供給配線用プリント基板
Ｓ 信号配線用プリント基板
５１ 駆動回路
５２ ＧＭＲ素子
５３ 樹脂層
５４ａ，５４ｂ ネジ穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を搭載した銅板と絶縁板を有する絶縁基板と、前記パワー半導体素子に接続したピン付プリント基板と、前記銅板に接続した接続端子と、前記絶縁基板と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材とを少なくとも備えるパワー半導体ユニットと、
複数の前記パワー半導体ユニットから突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、
を備えるパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、前記パワー半導体ユニットに電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と、これに近接配置され、前記パワー半導体ユニットからの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線とを、少なくとも備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、プリント基板を用いて構成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、信号配線用プリント基板と電力供給配線用プリント基板からなることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、バスバーを用いて構成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１】
パワー半導体素子を搭載した銅板と絶縁板を有する絶縁基板と、前記パワー半導体素子に接続したピン付プリント基板と、前記銅板に接続した接続端子と、前記絶縁基板と前記ピン付プリント基板を内部に封入する樹脂封止材とを少なくとも備えるパワー半導体ユニットと、
複数の前記パワー半導体ユニットから突出した前記接続端子を電気的に接続するインターフェイス部材と、
を備えるパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、前記パワー半導体ユニットに電流を供給するアノード側（Ｐ側）配線と、これに近接配置され、前記パワー半導体ユニットからの電流を流すカソード側（Ｎ側）配線とを、少なくとも備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、プリント基板を用いて構成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、信号配線用プリント基板と電力供給配線用プリント基板からなることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記インターフェイス部材が、バスバーを用いて構成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１９６１８（Ｐ２０１２−１１９６１８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０３６７（Ｐ２０１０−２７０３６７）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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