相關申請的引用(相關申請的交叉引用)

本申請基于2015年12月14日申請的在先的日本國專利申請第2015－242995號的優(yōu)先權并主張該優(yōu)先權，這里通過引用而將其全部內(nèi)容包含于此。

這里說明的實施方式普遍涉及半導體模塊以及半導體裝置。

背景技術：

在逆變器裝置等電力變換裝置中，使用了將多種半導體元件設置在1個基板上的半導體模塊。在這種半導體模塊中，期望通過設為盡可能簡易的構成，來實現(xiàn)小型化、大容量化、低電感化、低成本化等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的多個實施方式提供具有簡易的構成的半導體模塊以及半導體裝置。

根據(jù)一實施方式的半導體模塊，具有第一和第二布線部、多個第一半導體裝置以及多個第二半導體裝置。上述第二布線部與上述第一布線部對置地設置。上述第三布線部與上述第一布線部對置地設置，并且與上述第二布線部分離地設置。各個第一半導體裝置設置在上述第一布線部與上述第二布線部之間，各個第一半導體裝置分別與上述第一布線部和上述第二布線部電連接，各個第一半導體裝置分別具有第一開關元件，該第一開關元件的輸入端子或輸出端子電連接于上述第一布線部。各個第二半導體裝置設置在上述第一布線部與上述第三布線部之間，各個第二半導體裝置分別與上述第一布線部和上述第二布線部電連接，各個第二半導體裝置分別具有第二開關元件，上述第二開關元件的輸出端子或輸入端子與上述第一開關元件相反地電連接于上述第一布線部。

根據(jù)上述的構成，能夠?qū)崿F(xiàn)簡易的構成。

附圖說明

圖1是用于例示具有第一實施方式的多個半導體裝置的半導體模塊的示意性的平面圖。

圖2是從圖1的a－a面觀察到的側(cè)面圖。

圖3是沿著圖1的b－b面的截面圖。

圖4是各個上述半導體裝置的電路圖。

圖5a是將沿著圖1的c－c面的截面放大表示的示意圖。

圖5b是將沿著圖1的d－d面的截面放大表示的示意圖。

圖6a是將沿著圖1的e－e面的截面放大表示的示意圖。

圖6b是將沿著圖1的f－f面的截面放大表示的示意圖。

圖7是用于例示逆變器裝置的示意圖。

圖8a是用于例示比較例的半導體模塊的示意性的平面圖。

圖8b是沿著圖8a的g－g面的截面圖。

圖8c是沿著圖8a的h－h(huán)面的截面圖。

圖9是用于例示其他的實施方式的半導體裝置的示意性的截面圖。

具體實施方式

以下，關于進一步的多個實施方式，邊參照附圖邊進行說明。附圖中，相同的符號表示相同或類似部分。關于具有第一實施方式的多個半導體裝置的半導體模塊，參照圖1～圖4來說明。圖1是用于例示具有本實施方式的多個半導體裝置的半導體模塊的示意性的平面圖。圖2是從圖1的a－a面觀察到的側(cè)面圖，圖3是沿著圖1的b－b面的截面圖。圖3中，為了避開繁雜的部分，省略表示了半導體裝置的內(nèi)部構造。圖4是上述半導體模塊的電路圖。

如圖1～圖4所示，在半導體模塊100中設有基板101、作為第一布線部的布線部102、作為第二布線部的布線部103、作為第三布線部的布線部104、多個接合部105、多個接合部106、端子107、108、2個端子109、以及6個半導體裝置1。接合部105、106在圖1中沒有出現(xiàn)。

基板101是板狀，由絕緣性材料形成?；?01能夠由氧化鋁、氮化鋁等無機材料即陶瓷、或酚醛紙、環(huán)氧玻璃等有機材料等形成?；?01可以是用絕緣體覆蓋金屬板的表面而成的。在用絕緣體覆蓋金屬板的表面的情況下，絕緣體可以由有機材料構成，也可以由無機材料構成。

在由環(huán)氧玻璃等有機材料形成基板101的情況下，能夠使半導體模塊100的制造成本降低。在半導體裝置1的發(fā)熱量較多的情況下，為了提高散熱性，期望使用熱傳導率較高的材料來形成基板101。具體來說，期望的是，例如基板101由氧化鋁、氮化鋁等陶瓷形成、或由用絕緣體覆蓋了表面的金屬板等形成。

基板101也不是必須的，只要根據(jù)需要來設置即可。例如，在布線部102的剛性較高的情況下，能夠省略基板101。在省略具有絕緣性的基板101的情況下，只要在設置半導體模塊100的裝置例如逆變器裝置等上，設置絕緣性部件例如絕緣板等并在其上設置半導體模塊100即可。

布線部102設置在基板101的一方的主表面上。布線部102的平面形狀能夠設為與基板101的平面形狀相同。例如，在基板101的平面形狀為長方形的情況下，布線部102的平面形狀能夠設為長方形。布線部102的平面尺寸也可以設為與基板101的平面尺寸相同，也可以設為比基板101的平面尺寸小。布線部102也能夠設置在基板101的表面的全部區(qū)域上。

布線部102由導電性材料形成。布線部102能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。布線部102能夠使用鍍覆法等形成在基板101的一方的主表面上。在使用鍍覆法形成布線部102的情況下，布線部102的厚度能夠大于一般的布線圖案的厚度。布線部102的厚度尺寸能夠設為100μm以上。通過增加布線部102的厚度，能夠?qū)崿F(xiàn)布線部102的阻抗的降低。布線部102可以是金屬板。在布線部102是金屬板的情況下，布線部102的剛性變高，因此能夠省略基板101。通過使布線部102為金屬板，能夠?qū)崿F(xiàn)布線部102的阻抗的進一步降低。

布線部103是長方形。布線部103與布線部102對置。布線部103的平面形狀能夠設為長方形。該情況下，布線部103的長邊能夠設為與布線部102的長邊平行。布線部103的平面尺寸比布線部102的平面尺寸小。布線部103由導電性材料形成。布線部103能夠設為金屬板。布線部103能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。布線部103能夠設為母線(busbar)。在布線部103的表面上可以實施鍍鎳等。

布線部104是長方形。布線部104與布線部102對置。布線部104的平面形狀能夠設為長方形。該情況下，布線部104的長邊能夠設為與布線部103的長邊平行。布線部104的平面形狀以及平面尺寸能夠設為與布線部103的平面形狀以及平面尺寸相同。布線部104由導電性材料形成。布線部104的材料能夠設為與布線部103的材料相同。布線部104能夠設為母線。在布線部104的表面上可以實施鍍鎳等。布線部103、104與布線部102相面對地配置。布線部102～104與上述多個半導體裝置相面對地設置。

如圖2以及圖3所示，多個接合部105分別設置在布線部102與多個半導體裝置1之間。各個接合部105將布線部102和各個半導體裝置1電氣地以及機械地連接。多個接合部105能夠通過焊料或銀膏等導電性的接合材料形成。

多個接合部106設置在布線部103、104與多個半導體裝置1之間。多個接合部106分別將布線部103、104和多個半導體裝置1電氣地以及機械地連接。

多個接合部106能夠通過焊料、銀膏等導電性的接合材料形成。接合部106的材料也能夠設為與接合部105的材料相同，或者也能夠設為與接合部105的材料不同。

端子107是長方形。端子107在布線部103所延伸的方向上延伸。端子107的一方的端部設置在布線部103上。端子107的另一方的端部即與布線部103相反側(cè)的端部在俯視中設置在基板101的外側(cè)。端子107的另一方的上述端部在俯視中也可以設置在基板101的內(nèi)側(cè)。在端子107的另一方的上述端部的附近，能夠如圖1所示那樣設置布線用的圓形的孔。

端子107與布線部103電氣地以及機械地連接。端子107能夠熔接在布線部103上、或釬焊在布線部103上，或帶焊料地附著在布線部103上、或螺紋緊固在布線部103上。端子107可以與布線部103一體化。也可以將布線部103延長來作為端子107。

端子107由導電性材料形成。端子107能夠設為金屬板。端子107能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。端子107的材料能夠設為與布線部103的材料相同。

端子108是長方形。端子108在布線部104所延伸的方向上延伸。端子108的一方的端部設置在布線部104上。端子108的另一方的端部即與布線部104相反側(cè)的端部在俯視中設置在基板101的外側(cè)。端子108的另一方的上述端部也可以在俯視中設置在基板101的內(nèi)側(cè)。在端子108的另一方的上述端部的附近，能夠如圖1所示那樣設置布線用的圓形的孔。

端子108與布線部104電氣地以及機械地連接。端子108能夠熔接在布線部104上、或釬焊在布線部104上、或帶焊料地附著在布線部104上、或螺紋緊固在布線部104上。端子108可以與布線部104一體化。也能夠?qū)⒉季€部104延伸而作為端子108。端子108由導電性材料形成。端子108的材料能夠設為與端子107的材料相同。

多個端子109的每個端子109如圖2所示具有平板部109a、平板部109b、以及彎曲部109c。在平板部109a的一方的端部上連接著彎曲部109c的一方的端部。在彎曲部109c的另一方的端部上連接著平板部109b的一方的端部。平板部109b以與平板部109a平行的方式設置。彎曲部109c在與平板部109a以及平板部109b交叉的方向上延伸。平板部109a、平板部109b、以及彎曲部109c能夠做成被一體化而成的部件。多個端子109能夠做成通過將長方形的板材彎折成曲柄狀而形成的形態(tài)。

平板部109a與布線部102電氣地以及機械地連接。平板部109a能夠熔接在布線部102上、或釬焊在布線部102上、或帶焊料地附著在布線部102上、或螺紋緊固在布線部102上。平板部109b的與彎曲部109c相反側(cè)的另一方的端部在俯視中設置在基板101的外側(cè)。平板部109b的另一方的上述端部也可以在俯視中設置在基板101的內(nèi)側(cè)。

如圖1所示，在平板部109b的另一方的上述端部的附近能夠設置布線用的圓形的孔。平板部109b與基板101之間的距離能夠設為，等于端子107或端子108與基板101之間的距離。端子109即平板部109a、平板部109b以及彎曲部109c由導電性材料形成。端子109的材料能夠設為與端子107、108的材料相同。

多個端子109可以與布線部102一體化。例如，在由金屬板形成布線部102的情況下，能夠?qū)⒉季€部102的一方的端部彎折而形成端子109。

說明了設有2個端子109的情況，但端子109只要設置1個以上即可。例示了長方形的端子107、長方形的端子108以及曲柄狀的端子109，但這些端子的形狀能夠適當變更。端子107、端子108以及端子109的形狀能夠根據(jù)與設置在半導體模塊100的外部的設備之間的位置關系等來變更。

接著，參照圖4、圖5a以及5b、圖6a以及6b，來說明多個半導體裝置1的構造以及連接狀態(tài)。圖5a、5b、6a以及6b分別是將沿著圖1的c－c面、d－d面、e－e面以及f－f面的截面放大表示的示意圖。

各個半導體裝置1具有作為第一電極的電極2、作為第二電極的電極3、開關元件4、整流元件5、2個接合部6、2個接合部7、引線端子8、布線9、以及封固部10。上述電極2是平板狀。電極2的平面形狀能夠設為長方形。電極2由導電性材料形成。電極2能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。電極2的與設有開關元件4以及整流元件5一側(cè)相反側(cè)的面2a隔著接合部105而設置在布線部102上。

電極3與電極2對置。電極3的與設有開關元件4以及整流元件5一側(cè)相反側(cè)的面3b隔著接合部105而設置在布線部103或布線部104上。

電極3的平面形狀能夠設為長方形。在電極3的與開關元件4以及整流元件5對置的部分形成有多個凸部3a。各個凸部3a的平面尺寸比開關元件4的平面尺寸小，使得在凸部3a的側(cè)方設有用于設置布線9的空間。凸部3a是為了防止電極3與布線9的短路而設置的。為了短路的防止，凸部3a只要至少朝向開關元件4突出即可。電極3由導電性材料形成。電極3能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。電極3的材料也能夠設為與電極2的材料相同，或者也能夠設為與電極2的材料不同。

上述開關元件4設置在電極2與電極3之間。開關元件4能夠設為igbt(絕緣柵雙極型晶體管)、fet(場效應晶體管)、gto(門極可關斷晶閘管)、雙極型晶體管等。開關元件4不限定于此。本實施方式中，作為開關元件4使用了igbt。

上述整流元件5設置在電極2與電極3之間。整流元件5通過電極2以及電極3與開關元件4并聯(lián)連接。整流元件5能夠設為二極管。

多個接合部6的一方設置在上述電極2與上述開關元件4之間，另一方設置在電極2與整流元件5之間。多個接合部6分別將上述開關元件4以及整流元件5、與電極2電氣地以及機械地連接。多個接合部6能夠由焊料、銀膏等導電性的接合材料形成。

多個接合部7的一方設置在電極3的凸部3a與開關元件4之間，另一方設置在電極3的別的凸部3a與整流元件5之間。多個接合部7分別將開關元件4以及整流元件5、與電極3電氣地以及機械地連接。多個接合部7能夠由焊料、銀膏等導電性的接合材料形成。多個接合部7的材料也能夠設為與多個接合部6的材料相同、或者也能夠設為與多個接合部6的材料不同。在開關元件4的厚度和整流元件5的厚度不同的情況下，只要適當調(diào)整多個接合部6以及多個接合部7的某個的厚度以使開關元件4以及整流元件5與電極2、3的高度匹配即可。也能夠?qū)⑽磮D示的導電性的間隔件配置在開關元件4或整流元件5與電極3的多個凸部3a之一之間，以使開關元件4以及整流元件5與電極2、3的高度匹配。

上述引線端子8是線狀的。引線端子8的一方的端部被埋入封固部10的內(nèi)部，保持在封固部10的厚度方向上的中心位置處。

引線端子8能夠設為具有朝向布線部103、104側(cè)彎曲的形狀。引線端子8能夠設為l字狀。引線端子8由導電性材料形成。引線端子8能夠由銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成。

布線9能夠設為由金、銅、鋁等金屬構成的線狀體。布線9設置在引線端子8與開關元件4之間。布線9的一方的端部與引線端子8電連接。布線9的另一方的端部與作為開關元件4的控制端的柵極、或基極電連接。布線9使用例如引線接合法來與引線端子8以及開關元件4的柵極或基極接合。

封固部10從側(cè)方封固電極2與電極3之間的開關元件4以及整流元件5。封固部10由環(huán)氧樹脂等那樣的絕緣性材料形成。封固部10例如能夠使用壓鑄法等形成。

如圖4所示，半導體裝置1中，整流元件5與開關元件4并聯(lián)連接。例如，作為開關元件4的輸入輸出端的一方的集電極和整流元件5的陰極通過電極2電連接。進而，作為開關元件4的輸入輸出端的另一方的發(fā)射極和整流元件5的陽極通過電極3電連接。具有這種構成的半導體裝置1例如能夠用于逆變器電路的橋臂(arm)。

半導體模塊100中，3個半導體裝置1通過布線部102和布線部103并聯(lián)連接，剩余的3個半導體裝置1通過布線部102和布線部104并聯(lián)連接。該情況下，如圖1所示，3個半導體裝置1沿著布線部103所延伸的方向排列設置。剩余的3個導體裝置1沿著布線部104所延伸的方向排列設置。被并聯(lián)連接的多個半導體裝置1的個數(shù)能夠根據(jù)所要求的電流值等而適當變更。被并聯(lián)連接的多個半導體裝置1的個數(shù)能夠設為2個以上。

通過這樣的多個半導體裝置1，例如能夠構成逆變器電路的腿部(leg)。三相馬達用的逆變器裝置的情況下，使用了6個半導體裝置1。

在半導體模塊100中，作為設置在布線部102和布線部103之間的第一半導體裝置的多個半導體裝置1其相對于基板101的朝向，與作為設置在布線部102和布線部104之間的第二半導體裝置的多個半導體裝置1是相反的。

即，連接于多個電極2的多個第一半導體裝置的輸入端子或輸出端子與連接于多個電極2的多個第二半導體裝置的輸入端子或輸出端子，是相互相反的。例如，如圖4所示，在設置在布線部102和布線部103之間的多個半導體裝置1中，開關元件4的發(fā)射極和整流元件5的陽極電連接于布線部102。在設置于布線部102和布線部104之間的多個半導體裝置1中，開關元件4的集電極和整流元件5的陰極電連接于布線部102。

圖7是表示將半導體模塊100應用于逆變器裝置的例的示意圖。如圖7所示，在逆變器裝置200中設有半導體模塊100、殼體201、驅(qū)動電路202、以及冷卻部203。在圖1所示的半導體模塊100的端子107上連接著圖7中沒有表示的直流電源的正極側(cè)。在圖1所示的半導體模塊100的端子108上連接著圖7中沒有表示的直流電源的負極側(cè)。

殼體201是長方體形狀的箱狀。在殼體201的內(nèi)部收納有半導體模塊100。殼體201能夠由樹脂等絕緣性材料形成。

驅(qū)動電路202設置在殼體201的外表面上。驅(qū)動電路202設置在半導體模塊100的與基板101側(cè)相反的一側(cè)例如半導體模塊100的上方。驅(qū)動電路202例如經(jīng)由引線端子8而將控制信號施加到開關元件4的柵極或基極。半導體模塊100基于來自驅(qū)動電路202的上述控制信號，將從未圖示的直流電源供給的直流電力變換為所期望的交流電力。被變換后的交流電力被供給到與逆變器裝置200連接的未圖示的設備例如三相馬達等上。冷卻部203設置在殼體201的外表面上。冷卻部203設置在半導體模塊100的基板101側(cè)例如半導體模塊100的下方。冷卻部203能夠設為例如散熱扇等。如上述那樣，引線端子8具有l(wèi)字狀的形態(tài)。因此，例如，與設置在半導體模塊100的上方的驅(qū)動電路202的連接變得容易。

圖8a～8c是用于例示比較例的半導體模塊的示意圖。圖8a是半導體模塊的示意性的平面圖，圖8b是沿著圖8a的g－g面的截面圖，圖8c是沿著圖8a的h－h(huán)面的截面圖。

如圖8a～8c所示，半導體模塊300上設有基板101、布線部302a～302c、布線部303、布線部304、接合部105、接合部106、端子307、端子308、端子109以及半導體裝置1。

布線部302a～302c設置在基板101的一方的主表面上。布線部302a～302c是圖案布線。布線部303、304能夠通過將平面上呈l字形狀的金屬板彎折成曲柄狀而形成。端子307、308能夠通過將長方形的金屬板彎折成曲柄狀而形成。

比較例的多個半導體裝置1分別隔著多個接合部105設置在布線部302b、302c之上。多個半導體裝置1以相對于基板101相同的朝向被連接。具體來說，在比較例的所有的半導體裝置1中，構成與圖4的電路相同的電路的各個開關元件4的集電極和整流元件5的陰極以成為基板101側(cè)的方式被安裝在布線部302b、302c之上。圖4所示的連接通過布線部302a、303以及304進行。

從而，比較例的半導體模塊300的構成變得復雜。進而，在多個半導體裝置1的一方的列與多個半導體裝置1的另一方的列之間延伸的布線部302a有寬度變窄、電感增加的擔心。該情況下，若將布線部302a的寬度變寬，則雖然電感能夠減小，但會招致半導體模塊300的大型化。在規(guī)定了半導體模塊300的大小的情況下，能夠配置的半導體裝置的數(shù)量變少，擔心不能實現(xiàn)大容量化。

對此，在本實施方式的半導體模塊100中，作為設置在布線部102和布線部104之間的第一半導體裝置的多個半導體裝置1其相對于基板101的朝向，與作為設置在布線部102和布線部103之間的第二半導體裝置的多個半導體裝置1是相反的。即，連接于多個電極2的多個第一半導體裝置其輸入端子或輸出端子與多個第二半導體裝置相互相反。進而，圖4所示的連接由與比較例的布線部302a、303以及304不同形狀的布線部102、103以及104來進行。

布線部102不需要設為圖案布線，能夠設為例如長方形的單純的膜狀體。布線部103以及布線部104能夠通過長方形的金屬板等形成。從而，能夠得到具有簡易的構成的半導體模塊100。由于布線部102的厚度方向上的截面積的增加變得容易，因此能夠使電感降低。由于布線部102不需要設為圖案布線，因此能夠縮短多個半導體裝置1的一方的列與多個半導體裝置1的其他的列之間的距離。從而，由于半導體模塊100具有簡易的構成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)其小型化以及大容量化。

設置在布線部102和布線部104之間的多個半導體裝置1其相對于基板101的朝向，與設置在布線部102和布線部103之間的其他的多個半導體裝置1是相反的。因此，設置在布線部102和布線部104之間的多個半導體裝置1的多個引線端子8的彎曲方向，與設置在布線部102和布線部103之間的其他的半導體裝置1的多個引線端子8的彎曲方向是相反的。該情況下，這些引線端子8的一端部被保持在封固部10的厚度方向上的中心位置。從而，使多個引線端子8彎曲時能夠使用相同的模具。進而，也能夠用形成封固部10時所使用的模具來進行多個引線端子8的彎曲。

開關元件4以及整流元件5中產(chǎn)生的熱主要被傳遞到基板101側(cè)。該情況下，如圖5a、5b所示，在設置在布線部102和布線部103之間的多個半導體裝置1中，多個電極2設置在基板101側(cè)。如圖6a、6b所示，在設置在布線部102和布線部104之間的其他的多個半導體裝置1中，多個電極3設置在基板101側(cè)。多個電極2是平板狀的。多個電極3具有凸部3a。因此，各個電極2的熱阻和各個電極3的熱阻不同。若上述電極2的熱阻和上述電極3的熱阻不同，則擔心不能實現(xiàn)半導體模塊100的溫度分布的均勻化。

圖9是用于例示其他的實施方式的半導體裝置的示意性的截面圖。如圖9所示，在半導體裝置1a中，代替圖5a、5b、6a、6b的多個電極2而設有與這些圖中示出的相同的多個電極3。若這樣做，則即使上述半導體裝置1a相對于基板101的朝向成為反向，也能夠進行相同的散熱。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊100的溫度分布的均勻化。

在上述的多個實施方式中，將本發(fā)明適用于具有開關元件和與開關元件并聯(lián)連接的整流元件的半導體裝置，但能夠適用于僅具有開關元件的半導體裝置。上述的實施方式的半導體模塊100中，使用了2個接合部105、2個接合部106以及6個半導體裝置1，但接合部以及半導體裝置的數(shù)量不限于此。

說明了本發(fā)明的若干實施方式，但這些實施方式是作為例子提示的，不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他的各種形態(tài)實施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進行各種省略、替換、變更。這些實施方式和其變形包含在發(fā)明的范圍和主旨中，并且包含在權利要求書所記載的發(fā)明和其等價的范圍中。

并且，上述的各實施方式能夠相互組合來實施。