本發(fā)明涉及功率模塊等半導體裝置。
背景技術(shù):
功率模塊為將一對開關(guān)元件與電源串聯(lián)連接而從該一對開關(guān)元件之間得到輸出的裝置。這樣的功率模塊例如被用于構(gòu)成用于對電動機進行驅(qū)動的驅(qū)動電路的逆變器(inverter)電路。電動機例如被用作電動汽車(包含混合動力汽車)、電車、產(chǎn)業(yè)用機器人等的動力源。功率模塊此外也被應用于將太陽能電池、風力發(fā)電機等發(fā)電裝置(特別是自用發(fā)電裝置)產(chǎn)生的功率變換以使與商用電源的功率匹配的逆變器電路。
在功率模塊的開關(guān)元件中以往使用使用了si(硅)半導體的器件??墒牵诠β首儞Q時的器件中的損失成為問題,關(guān)于使用了si材料的器件,進一步高效率化已經(jīng)到困難的狀況。
因此,提出了將使用了sic(碳化硅)半導體的功率器件用作開關(guān)元件的功率模塊。關(guān)于sic功率器件,開關(guān)速度為高速,因此,能夠進行高速的導通/關(guān)斷工作。因此,由于在關(guān)斷時電流迅速地減少,所以能夠減少開關(guān)損失。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2003-133515號公報;
專利文獻2:日本特開2004-95769號公報。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的課題
可是,利用sic功率器件的高速開關(guān)帶來開關(guān)時的浪涌電壓(surgevoltage)增加這樣的新的問題。
浪涌電壓v如下式(a)所示那樣由功率模塊內(nèi)部的布線所具有的自感l(wèi)和電流i的根據(jù)時間t的微分(di/dt)(平均時間的電流變化率)的積提供。
v=l·(di/dt)……(a)。
開關(guān)速度越快,電流i的變化率(di/dt)越大,因此,浪涌電壓v越大。由于該浪涌電壓,當耐壓以上的電壓被負載于器件時,存在器件被破壞的可能性。此外,當浪涌電壓大時,也存在emi(電磁干擾)噪聲增大或可靠性降低的擔憂。
因此,一邊應用sic器件等高速開關(guān)元件,一邊為了減少浪涌電壓而需要減少功率模塊的內(nèi)部布線所具有的自感l(wèi)。該課題不僅僅在功率模塊中而且在具有開關(guān)元件的半導體裝置中是共同的。當然,在具有使用了si半導體的開關(guān)元件的半導體裝置中,浪涌電壓的減少也為重要的課題。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部布線的自感小的功率模塊的半導體裝置。
用于解決課題的方案
本發(fā)明的第一半導體裝置包含:在平面視中在規(guī)定的一個方向上相鄰配置的第一和第二電源端子、在平面視中相對于所述第一和第二電源端子而在與所述一個方向正交的方向上隔開間隔配置的輸出端子、包含電連接于所述第一電源端子與所述輸出端子之間的第一開關(guān)元件的第一電路、以及包含電連接于所述輸出端子與所述第二電源端子之間的第二開關(guān)元件的第二電路。
所述第一電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第一內(nèi)部布線連接部和第一外部布線連接部、以及將所述第一內(nèi)部布線連接部和所述第一外部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第一連結(jié)部。所述第二電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第二內(nèi)部布線連接部和第二外部布線連接部、以及將所述第二內(nèi)部布線連接部和所述第二外部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第二連結(jié)部。所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部分別包含空開規(guī)定的間隔彼此相向的板狀相向部分。
在第一電路內(nèi)的第一開關(guān)元件從導電狀態(tài)切換為切斷狀態(tài)且第二電路內(nèi)的第二開關(guān)元件從切斷狀態(tài)切換為導電狀態(tài)時的過渡期中,在第一電源端子和第二電源端子之中的一個中,電流從外部布線連接部朝向內(nèi)部布線連接部流動,在另一個中,電流從內(nèi)部布線連接部朝向外部布線連接部流動。
在第二電路內(nèi)的第二開關(guān)元件從導電狀態(tài)切換為切斷狀態(tài)且第一電路內(nèi)的開關(guān)元件從切斷狀態(tài)切換為導電狀態(tài)時的過渡期中,在第一電源端子和第二電源端子之中的一個中,電流從外部布線連接部朝向內(nèi)部布線連接部流動,在另一個中,電流從內(nèi)部布線連接部朝向外部布線連接部流動。
在這樣的過渡期中,在第一電源端子的第一連結(jié)部的板狀相向部分中流動的電流的方向與在第二電源端子的第二連結(jié)部的板狀相向部分中流動的電流的方向彼此為相反方向。電流彼此向相反方向流動的第一連結(jié)部的板狀相向部分和第二連結(jié)部的板狀相向部分空開規(guī)定的間隔彼此相向。由此,在前述過渡期中,能夠使第一電源端子的自感和第二電源端子的自感抵消,因此,能夠提供內(nèi)部布線的自感低的半導體裝置。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一外部布線連接部被配置在所述第一內(nèi)部布線連接部的上側(cè)。所述第一連結(jié)部包含:從所述第一內(nèi)部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部立起的平板狀的第一立起部、以及從所述第一立起部的上緣部以越是向上方去越是遠離所述第二電源端子的方式向傾斜上方延伸而與所述第一外部布線連接部的所述第二電源端子側(cè)的緣部連結(jié)的平板狀的第一傾斜部。所述第二外部布線連接部被配置在所述第二內(nèi)部布線連接部的上側(cè)。所述第二連結(jié)部包含:從所述第二內(nèi)部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部立起的平板狀的第二立起部、以及從所述第二立起部的上緣部以越是向上方去越是遠離所述第一電源端子的方式向傾斜上方延伸而與所述第二外部布線連接部的所述第一電源端子側(cè)的緣部連結(jié)的平板狀的第二傾斜部。所述第一立起部和所述第二立起部構(gòu)成彼此相向的所述板狀相向部分。
在本發(fā)明的一個實施方式中,彼此相向的所述板狀相向部分從所述一個方向來看為矩形,彼此相向的所述板狀相向部分的間隔為2mm以下,所述板狀相向部分的高度為5mm以上,所述板狀相向部分的寬度為14mm以上。在該結(jié)果中,能夠使第一電源端子的自感和第二電源端子的自感高效率地抵消。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一電路包含第一元件接合用導體層,所述第一元件接合用導體層電連接有所述第一電源端子并且經(jīng)由第一焊錫層接合有所述第一開關(guān)元件。所述第二電路包含:電連接有所述輸出端子并且經(jīng)由第二焊錫層接合有所述第二開關(guān)元件的第二元件接合用導體層、以及電連接有所述第二電源端子的第二電源端子用導體層。所述半導體裝置還包含:第一連接金屬構(gòu)件,將所述第一開關(guān)元件中的與接合于所述第一元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二元件接合用導體層;以及第二連接金屬構(gòu)件,將所述第二開關(guān)元件中的與接合于所述第二元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二電源端子用導體層。
在該結(jié)構(gòu)中,第一開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)經(jīng)由第一元件接合用導體層電連接于第一電源端子。第二開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)經(jīng)由第二元件接合用導體層電連接于輸出端子。第一開關(guān)元件的第二電極(例如,源極電極)經(jīng)由第一連接金屬構(gòu)件和第二元件接合用導體層電連接于輸出端子并且電連接于第二開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)。第二開關(guān)元件的第二電極(例如,源極電極)經(jīng)由第二連接金屬構(gòu)件和第二電源端子用導體層電連接于第二電源端子。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一電路還包含經(jīng)由第三焊錫層與所述第一元件接合用導體層接合的第一二極管元件。所述第二電路還包含經(jīng)由第四焊錫層與所述第二元件接合用導體層接合的第二二極管元件。所述第一連接金屬構(gòu)件被構(gòu)成為將所述第一開關(guān)元件和所述第一二極管元件中的與接合于所述第一元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二元件接合用導體層。所述第二連接金屬構(gòu)件被構(gòu)成為將所述第二開關(guān)元件和所述第二二極管元件中的與接合于所述第二元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二電源端子用導體層。
在該結(jié)構(gòu)中,第一開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)和第一二極管元件的第一電極(例如陰極電極)經(jīng)由第一元件接合用導體層電連接于第一電源端子。第二開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)和第二二極管元件的第一電極(例如陰極電極)經(jīng)由第二元件接合用導體層電連接于輸出端子。第一開關(guān)元件的第二電極(例如,源極電極)和第一二極管元件的第二電極(例如陽極電極)經(jīng)由第一連接金屬構(gòu)件和第二元件接合用導體層電連接于輸出端子并且電連接于第二開關(guān)元件的第一電極(例如,漏極電極)。第二開關(guān)元件的第二電極(例如,源極電極)和第二二極管元件的第二電極(例如陽極電極)經(jīng)由第二連接金屬構(gòu)件和第二電源端子用導體層電連接于第二電源端子。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件分別由導電性的板狀體構(gòu)成。在該結(jié)構(gòu)中,與作為第一連接金屬構(gòu)件而使用電線的情況相比,能夠減少內(nèi)部布線的自感,并且,能夠使半導體裝置的熱阻減少。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件分別由銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的部件構(gòu)成。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件的厚度為0.8mm以上2.0mm以下。在該結(jié)構(gòu)中,能夠使半導體裝置的熱阻有效地減少。
在本發(fā)明的一個實施方式中,還包含:散熱板;與所述散熱板接合的基板,所述第一元件接合用導體層、所述第二元件接合用導體層和所述第二電源端子用導體層被形成在所述基板的與所述散熱板側(cè)相反側(cè)的表面。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一焊錫層和所述第二焊錫層的厚度為0.08mm以上0.10mm以下。在該結(jié)構(gòu)中,與第一焊錫層和第二焊錫層的厚度比0.10mm厚的情況相比,在第一開關(guān)元件或第二開關(guān)元件中產(chǎn)生的熱被容易地傳遞到散熱板。由此,能夠使半導體裝置的熱阻減少。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一焊錫層和所述第二焊錫層由snagcu類的焊錫構(gòu)成。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一電路和所述第二電路被組裝于所述基板,并且,所述散熱板中的與接合有所述基板的表面相反側(cè)的表面(以下,存在稱為背面的情況。)被研磨而被平坦化。
在散熱板的背面安裝散熱器等冷卻單元的情況較多。在該結(jié)構(gòu)中,與不進行利用背面研磨的散熱板的平坦化(薄壁化)的情況相比,在第一開關(guān)元件或第二開關(guān)元件中產(chǎn)生的熱被容易地傳遞到安裝于散熱板的背面的冷卻單元。由此,能夠使半導體裝置的熱阻減少。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述第一電源端子的所述第一內(nèi)部布線連接部具有第一基部、以及從所述第一基部向所述輸出端子側(cè)突出的第一梳齒狀端子。所述第二電源端子的所述第二內(nèi)部布線連接部具有第二基部、以及從所述第二基部向所述輸出端子側(cè)突出的第二梳齒狀端子。所述第一梳齒狀端子與所述第一元件接合用導體層接合(例如,超聲波接合),由此,所述第一電源端子電連接于所述第一元件接合用導體層。所述第二梳齒狀端子與所述第二電源端子用導體層接合(例如,超聲波接合),由此,所述第二電源端子電連接于所述第二電源端子用導體層。
在該結(jié)構(gòu)中,第一電源端子向第一元件接合用導體層的連接和第二電源端子向第二電源端子用導體層的連接與使用電線的情況相比變得簡單。
本發(fā)明的第二半導體裝置包含:大致長方形狀且板狀的絕緣基板;裝載于所述絕緣基板上且包含半導體元件的電路;在平面視中在所述絕緣基板的規(guī)定的一個方向上相鄰且被安裝于所述絕緣基板、用于將電源向所述電路供給的第一電源端子和第二電源端子;以及在平面視中相對于所述第一和第二電源端子而在與所述一個方向正交的方向上隔開間隔被安裝于所述絕緣基板、用于從所述電路導出輸出的輸出端子。
所述第一電源端子包含:在所述絕緣基板的厚度方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第一內(nèi)部布線連接部和第一外部布線連接部、以及將所述第一內(nèi)部布線連接部和所述第一外部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的平板狀的第一連結(jié)部。所述第二電源端子包含:在所述絕緣基板的厚度方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第二內(nèi)部布線連接部和第二外部布線連接部、以及將所述第二內(nèi)部布線連接部和所述第二外部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的平板狀的第二連結(jié)部。所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部分別包含空開規(guī)定的間隔平板部分彼此相向的板狀相向部分。在該結(jié)構(gòu)中,也與前述的第一半導體裝置同樣地,能夠提供內(nèi)部布線的自感低的半導體裝置。
在本發(fā)明的一個實施方式中,所述板狀相向部分的間隔比第一外部布線連接部與第二外部布線連接部之間的距離小。
本發(fā)明中的上述的、或者又一目的、特征和效果參照附圖利用以下敘述的實施方式的說明而變得明顯。
附圖說明
圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的功率模塊的內(nèi)部構(gòu)造的圖解的平面圖。
圖2是圖1的右側(cè)面圖。
圖3是圖1的背面圖。
圖4是沿著圖1的iv-iv線的圖解的剖面圖。
圖5是沿著圖1的v-v線的圖解的剖面圖。
圖6是沿著圖1的vi-vi線的圖解的放大剖面圖。
圖7是用于對收容于殼體內(nèi)的功率模塊電路的結(jié)構(gòu)進行說明的圖解的立體圖。
圖8是沿著圖7的viii-viii線的圖解的放大剖面圖。
圖9是對通過研磨散熱板的背面而使散熱板的厚度變薄的情況進行說明的說明圖。
圖10是用于對功率模塊的電氣結(jié)構(gòu)進行說明的電氣電路圖。
圖11是示出功率模塊被用于h橋電路的情況下的電氣電路的電氣電路圖。
圖12是將使用平板狀的連接金屬構(gòu)件時的功率模塊的熱阻與代替平板狀的連接金屬構(gòu)件而使用電線(wire)的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表。
圖13是將研磨了散熱板的背面的情況下的功率模塊的熱阻與未研磨散熱板的背面的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表。
圖14是將使焊錫層的厚度比基準值薄的情況下的功率模塊的熱阻與用于將開關(guān)元件接合于導體層的焊錫層的厚度為基準值的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表。
具體實施方式
在以下,參照附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的功率模塊的內(nèi)部構(gòu)造的圖解的平面圖,示出了去掉頂板的狀態(tài)。圖2是圖1的右側(cè)面圖。圖3是圖1的背面圖。圖4是沿著圖1的iv-iv線的圖解的剖面圖。圖5是沿著圖1的v-v線的圖解的剖面圖。圖6是沿著圖1的vi-vi線的圖解的放大剖面圖。圖7是用于對收容于殼體內(nèi)的功率模塊電路的結(jié)構(gòu)進行說明的圖解的立體圖。圖8是沿著圖7的viii-viii線的圖解的放大剖面圖。在圖7中,為了明確化,關(guān)于電線59、60;69、70;99、100;109、110,僅圖示了一部分(僅各1組)。
功率模塊1包含散熱板2、殼體3、以及組裝于殼體3的多個端子。多個端子包含:第一電源端子(在該例子中為正極側(cè)電源端子)p、第二電源端子(在該例子中為負極側(cè)電源端子)n、第一輸出端子out1、以及第二輸出端子out2。進而,多個端子包含:漏極感測端子ds、第一源極感測端子ss1、第一柵極端子g1、第一和第二熱敏電阻端子t1、t2、第二源極感測端子ss2、以及第二柵極端子g2。在將第一輸出端子out1和第二輸出端子out2總稱的情況下,稱為“輸出端子out”。
為了便于說明,在以下,存在使用圖1所示的+x方向、-x方向、+y方向和-y方向以及圖4所示的+z方向和-z方向的情況。+x方向和-x方向為沿著平面視大致矩形的殼體3(散熱板2)的長邊的2個方向,在將它們總稱時僅稱為“x方向”。+y方向和-y方向為沿著殼體3的短邊的2個方向,在將它們總稱時僅稱為“y方向”。+z方向和-z方向為沿著散熱板2的法線的2個方向,在將它們總稱時僅稱為“z方向”。在將散熱板2放置于水平面時,x方向和y方向為沿著彼此正交的2個水平的直線(x軸和y軸)的2個水平方向(第一水平方向和第二水平方向),z方向為沿著鉛垂的直線(z軸)的鉛垂方向(高度方向)。
散熱板2為平面視長方形的相同厚度的板狀體,由熱導率高的材料構(gòu)成。更具體地,散熱板2也可以為由銅構(gòu)成的銅板。該銅板也可以為在表面形成鍍鎳層的部件。在散熱板2的-z方向側(cè)的表面根據(jù)需要安裝有散熱器(heatsink)等冷卻單元。
殼體3被形成為大致長方體形狀,由樹脂材料構(gòu)成。特別地,優(yōu)選使用pps(聚苯硫醚)等耐熱性樹脂。殼體3形成在平面視中與散熱板2大致相同的大小的矩形,具備固定于散熱板2的一個表面(+z方向側(cè)表面)的框部4、以及固定于該框部4的頂板(省略圖示)。頂板將框部4的一側(cè)(+z方向側(cè))閉鎖,與將框部4的另一側(cè)(-z方向側(cè))閉鎖的散熱板2的一個表面相向。由此,利用散熱板2、框部4和頂板在殼體3的內(nèi)部劃分出電路收容空間。在該實施方式中,通過同時成形制作框部4和前述多個端子。
框部4具備一對側(cè)壁6、7、以及將這些一對側(cè)壁6、7的兩端分別結(jié)合的一對端壁8、9。在框部4的+z方向側(cè)表面處的4個角部形成有朝向外部敞開的凹部10。各凹部10的與外部敞開部處于相反側(cè)的壁以向內(nèi)部突出的方式彎曲。在凹部10的底壁形成有將底壁貫通的安裝用貫通孔11。在安裝用貫通孔11中以嵌入的狀態(tài)固定有筒狀金屬構(gòu)件12。在散熱板2形成有與各安裝用貫通孔11連通的安裝用貫通孔13(參照圖7)。功率模塊1通過在殼體3和散熱板2的安裝用貫通孔11、13中插通的螺栓(省略圖示)而被固定于安裝對象的規(guī)定的固定位置。利用這些安裝用貫通孔11、13來安裝前述的散熱器等冷卻單元也可。
在端壁9的外表面形成有在平面視中在y方向上長的矩形的電源端子用端子臺14。電源端子用端子臺14與端壁9整體形成。在端壁9和電源端子用端子臺14的表面(+z方向側(cè)表面)的長度方向中央部形成有在x方向上延伸的凸部15。在該凸部15的表面形成有在x方向上延伸的多個槽16。電源端子用端子臺14中的長度方向中央至+y方向側(cè)的部分為第一電源端子p用的端子臺21。電源端子用端子臺14中的長度方向中央至-y方向側(cè)的部分為第二電源端子n用的端子臺22。
在端壁8的外表面形成有在平面視中在y方向上長的矩形的輸出端子用端子臺17。輸出端子用端子臺17與端壁8整體形成。在端壁8和輸出端子用端子臺17的表面(+z方向側(cè)表面)的長度方向中央部形成有在x方向上延伸的凸部18。在該凸部18的表面形成有在x方向上延伸的多個槽19。輸出端子用端子臺17中的長度方向中央至+y方向側(cè)的部分為第一輸出端子out1用的端子臺23。輸出端子用端子臺17中的長度方向中央至-y方向側(cè)的部分為第二輸出端子out2用的端子臺24。
在端子臺21的表面(+z方向側(cè)表面)配置有第一電源端子p。在端子臺22的表面(+z方向側(cè)表面)配置有第二電源端子n。在端子臺23的表面(+z方向側(cè)表面)配置有第一輸出端子out1。在端子臺24的表面(+z方向側(cè)表面)配置有第二輸出端子out2。
第一電源端子p、第二電源端子n、第一輸出端子out1和第二輸出端子out2分別為將導電性的板狀體(例如,銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的板狀體)切出為規(guī)定形狀并實施彎曲加工而制作的端子,電連接于殼體3的內(nèi)部的電路。第一電源端子p、第二電源端子n、第一輸出端子out1和第二輸出端子out2的各頂端部分別被引出到端子臺21、22、23、24。第一電源端子p、第二電源端子n、第一輸出端子out1和第二輸出端子out2的各頂端部被形成為分別沿著端子臺21、22、23、24的表面。
在一個側(cè)壁7安裝有漏極感測端子ds、第一源極感測端子ss1、第一柵極端子g1以及第一和第二熱敏電阻端子t1、t2。這些端子ds、ss1、g1、t1、t2的頂端部從側(cè)壁7的表面(+z方向側(cè)表面)向殼體3的外部(+z方向)突出。在靠側(cè)壁7的-x方向側(cè)端配置漏極感測端子ds??總?cè)壁7的+x方向側(cè)端在x方向上隔開間隔配置第一和第二熱敏電阻端子t1、t2。在側(cè)壁7的-x方向側(cè)端與長度方向(x方向)中央之間在x方向上隔開間隔配置第一源極感測端子ss1和第一柵極端子g1。
在另一個側(cè)壁6安裝有第二柵極端子g2和第二源極感測端子ss2。這些端子g2、ss2的頂端部從側(cè)壁6的表面(+z方向側(cè)表面)向殼體3的外部(+z方向)突出。在側(cè)壁6的長度方向(x方向)中央與+x方向側(cè)端之間在x方向上隔開間隔配置第二柵極端子g2和第二源極感測端子ss2。漏極感測端子ds、熱敏電阻端子t1、t2、源極感測端子ss1、ss2和柵極端子g1、g2分別為對橫截面矩形的金屬棒(例如,銅的棒狀體或?qū)︺~的棒狀體實施鍍鎳后的棒狀體)實施彎曲加工而制作的端子,電連接于殼體3的內(nèi)部的電路。
參照圖1、圖6、圖7和圖8,第一電源端子p具有:內(nèi)部布線連接部31a、與內(nèi)部布線連接部31a結(jié)合的立起部31b、與立起部31b結(jié)合的傾斜部31c、以及與傾斜部31c結(jié)合的外部布線連接部31d。內(nèi)部布線連接部31a具有:在平面視中4邊與散熱板2的4邊平行的大致矩形狀的基部31aa、以及從基部31aa的-x方向側(cè)端向-x方向突出的梳齒狀端子31ab。基部31aa由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為4個角部之中+x方向側(cè)且+y方向側(cè)的角部被切除后的形狀。梳齒狀端子31ab具有在y方向上排列配置的3個端子。這些端子具有在從基部31aa的-x方向側(cè)端沿-x方向延伸之后向-z方向彎曲之后再次沿-x方向延伸的曲柄(crank)形狀?;?1aa的大部分被埋入到端壁9和端子臺21的內(nèi)部。
立起部31b從內(nèi)部布線連接部31a的基部31aa的-y方向側(cè)緣部沿+z方向立起。立起部31b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與基部31aa的-y方向側(cè)緣部的長度大致相同寬度。立起部31b被埋入到端壁9和端子臺21的內(nèi)部。傾斜部31c與立起部31b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,朝向+y方向沿傾斜+z方向延伸。傾斜部31c由沿前述傾斜方向延伸的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部31b大致相同寬度。傾斜部31c被埋入到端壁9和端子臺21的內(nèi)部。
外部布線連接部31d與傾斜部31c的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。外部布線連接部31d由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與傾斜部31c大致相同寬度。外部布線連接部31d沿著端子臺21的表面配置。在外部布線連接部31d的大致中央部形成有外部布線連接用的插通孔31da。在外部布線連接部31d的-z方向側(cè)表面固定有螺釘孔與插通孔31da匹配的螺母35(參照圖6)。該螺母35被埋入到端子臺21的內(nèi)部。
第二電源端子n具有相對于通過端壁9的長度中央的xz平面與第一電源端子p為面對稱的形狀。第二電源端子n具有:內(nèi)部布線連接部32a、與內(nèi)部布線連接部32a結(jié)合的立起部32b、與立起部32b結(jié)合的傾斜部32c、以及與傾斜部32c結(jié)合的外部布線連接部32d。內(nèi)部布線連接部32a具有:在平面視中4邊與散熱板2的4邊平行的大致矩形狀的基部32aa、以及從基部32aa的-x方向側(cè)端向-x方向突出的梳齒狀端子32ab。基部32aa由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為4個角部之中+x方向側(cè)且-y方向側(cè)的角部被切除后的形狀。梳齒狀端子32ab具有在y方向上排列配置的3個端子。這些端子具有在從基部32aa的-x方向側(cè)端沿-x方向延伸之后向-z方向彎曲之后再次沿-x方向延伸的曲柄形狀?;?2aa的大部分被埋入到端壁9和端子臺22的內(nèi)部。
立起部32b從內(nèi)部布線連接部32a的基部32aa的+y方向側(cè)緣部沿+z方向立起。立起部32b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與基部32aa的+y方向側(cè)緣部的長度大致相同寬度。立起部32b被埋入到端壁9和端子臺22的內(nèi)部。傾斜部32c與立起部32b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,朝向-y方向沿傾斜+z方向延伸。傾斜部32c由沿前述傾斜方向延伸的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部32b大致相同寬度。傾斜部32c被埋入到端壁9和端子臺22的內(nèi)部。
外部布線連接部32d與傾斜部32c的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿-y方向延伸。外部布線連接部32d由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與傾斜部32c大致相同寬度。外部布線連接部32d沿著端子臺22的表面配置。在外部布線連接部32d的大致中央部形成有外部布線連接用的插通孔32da。在外部布線連接部32d的-z方向側(cè)表面固定有螺釘孔與插通孔32da匹配的螺母36(參照圖6)。該螺母36被埋入到端子臺22的內(nèi)部。
第一電源端子p的立起部31b和第二電源端子n的立起部32b被配置為空開規(guī)定的間隔彼此相向,構(gòu)成本申請發(fā)明的“板狀相向部分”。第一電源端子p的立起部31b和傾斜部31c構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一連結(jié)部”。第二電源端子n的立起部32b和傾斜部32c構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二連結(jié)部”。
第一輸出端子out1具有相對于通過側(cè)壁7的長度中央的yz平面與第一電源端子p為面對稱的形狀。第一輸出端子out1具有:內(nèi)部布線連接部33a、與內(nèi)部布線連接部33a結(jié)合的立起部33b、與立起部33b結(jié)合的傾斜部33c、以及與傾斜部33c結(jié)合的外部布線連接部33d。內(nèi)部布線連接部33a具有:在平面視中4邊與散熱板2的4邊平行的大致矩形狀的基部33aa、以及從基部33aa的+x方向側(cè)端向+x方向突出的梳齒狀端子33ab。基部33aa由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為4個角部之中-x方向側(cè)且+y方向側(cè)的角部被切除后的形狀。梳齒狀端子33ab具有在y方向上排列配置的3個端子。這些端子具有在從基部33aa的+x方向側(cè)端沿+x方向延伸之后向-z方向彎曲之后再次沿+x方向延伸的曲柄形狀。基部33aa的大部分被埋入到端壁8和端子臺23的內(nèi)部。
立起部33b從內(nèi)部布線連接部33a的基部33aa的-y方向側(cè)緣部沿+z方向立起。立起部33b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與基部33aa的-y方向側(cè)緣部的長度大致相同寬度。立起部33b被埋入到端壁8和端子臺23的內(nèi)部。傾斜部33c與立起部33b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,朝向+y方向沿傾斜+z方向延伸。傾斜部33c由沿前述傾斜方向延伸的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部33b大致相同寬度。傾斜部33c被埋入到端壁8和端子臺23的內(nèi)部。
外部布線連接部33d與傾斜部33c的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。外部布線連接部33d由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與傾斜部33c大致相同寬度。外部布線連接部33d沿著端子臺23的表面配置。在外部布線連接部33d的大致中央部形成有外部布線連接用的插通孔33da。在外部布線連接部33d的-z方向側(cè)表面固定有螺釘孔與插通孔33da匹配的螺母(省略圖示)。該螺母被埋入到端子臺23的內(nèi)部。
第二輸出端子out2具有相對于通過端壁8的長度中央的xz平面與第一輸出端子out1為面對稱的形狀。第二輸出端子out2具有:內(nèi)部布線連接部34a、與內(nèi)部布線連接部34a結(jié)合的立起部34b、與立起部34b結(jié)合的傾斜部34c、以及與傾斜部34c結(jié)合的外部布線連接部34d。內(nèi)部布線連接部34a具有:在平面視中4邊與散熱板2的4邊平行的大致矩形狀的基部34aa、以及從基部34aa的+x方向側(cè)端向+x方向突出的梳齒狀端子34ab?;?4aa由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為4個角部之中-x方向側(cè)且-y方向側(cè)的角部被切除后的形狀。梳齒狀端子34ab具有在y方向上排列配置的3個端子。這些端子具有在從基部34aa的+x方向側(cè)端沿+x方向延伸之后向-z方向彎曲之后再次沿+x方向延伸的曲柄形狀?;?4aa的大部分被埋入到端壁8和端子臺24的內(nèi)部。
立起部34b從內(nèi)部布線連接部34a的基部34aa的+y方向側(cè)緣部沿+z方向立起。立起部34b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與基部34aa的+y方向側(cè)緣部的長度大致相同寬度。立起部34b被埋入到端壁8和端子臺24的內(nèi)部。傾斜部34c與立起部34b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,朝向-y方向沿傾斜+z方向延伸。傾斜部34c由沿前述傾斜方向延伸的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部34b大致相同寬度。傾斜部34c被埋入到端壁8和端子臺24的內(nèi)部。
外部布線連接部34d與傾斜部34c的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿-y方向延伸。外部布線連接部34d由沿著xy平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與傾斜部34c大致相同寬度。外部布線連接部34d沿著端子臺24的表面配置。在外部布線連接部34d的大致中央部形成有外部布線連接用的插通孔34da。在外部布線連接部34d的-z方向側(cè)表面固定有螺釘孔與插通孔34da匹配的螺母(省略圖示)。該螺母被埋入到端子臺24的內(nèi)部。
漏極感測端子ds從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁7中。漏極感測端子ds的基端部被配置在殼體3內(nèi)。漏極感測端子ds的頂端部從側(cè)壁7的表面向+z方向突出。
第一源極感測端子ss1從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁7中。第一源極感測端子ss1的基端部被配置在殼體3內(nèi)。第一源極感測端子ss1的頂端部從側(cè)壁7的表面向+z方向突出。
第一柵極端子g1從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁7中。第一柵極端子g1的基端部被配置在殼體3內(nèi)。第一柵極端子g1的頂端部從側(cè)壁7的表面向+z方向突出。
各熱敏電阻端子t1、t2從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁7中。各熱敏電阻端子t1、t2的基端部被配置在殼體3內(nèi)。各熱敏電阻端子t1、t2的頂端部從側(cè)壁7的表面向+z方向突出。
第二源極感測端子ss2從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁6中。第二源極感測端子ss2的基端部被配置在殼體3內(nèi)。第二源極感測端子ss2的頂端部從側(cè)壁6的表面向+z方向突出。
第二柵極端子g2從x方向來看為曲柄狀,它們的中間部分被埋入到側(cè)壁6中。第二柵極端子g2的基端部被配置在殼體3內(nèi)。第二柵極端子g2的頂端部從側(cè)壁6的表面向+z方向突出。
在散熱板2的表面(+z方向側(cè)表面)處的由框部4包圍的區(qū)域中在x方向上排列配置有第一組件(assembly)40和第二組件80。第一組件40被配置在電源端子p、n側(cè),第二組件80被配置在輸出端子out側(cè)。第一組件40構(gòu)成上臂(高側(cè)(highside))電路的一半和下臂(低側(cè)(lowside))電路的一半。第二組件80構(gòu)成上臂電路的剩余的一半和下臂電路的剩余的一半。上臂電路和下臂電路之中的一個構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一電路”,另一個構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二電路”。
第一組件40包含:第一絕緣基板41、多個第一開關(guān)元件tr1、多個第一二極管元件di1、多個第二開關(guān)元件tr2、多個第二二極管元件di2、以及熱敏電阻th。
第一絕緣基板41在平面視中為大致矩形,以4邊與散熱板2的4邊分別平行的姿勢與散熱板2的表面接合。在第一絕緣基板41的散熱板2側(cè)的表面(-z方向側(cè)表面)形成有第一接合用導體層42(參照圖4)。該第一接合用導體層42經(jīng)由焊錫層52與散熱板2接合。
在第一絕緣基板41的與散熱板2相反側(cè)的表面(+z方向側(cè)表面)形成有上臂電路用的多個導體層、下臂電路用的多個導體層、以及熱敏電阻用的多個導體層。上臂電路用的多個導體層包含:第一元件接合用導體層43、第一柵極端子用導體層44、以及第一源極感測端子用導體層45。下臂電路用的多個導體層包含:第二元件接合用導體層46、n端子用導體層47、第二柵極端子用導體層48、以及第二源極感測端子用導體層49。熱敏電阻用的多個導體層包含第一熱敏電阻端子用導體層50和第二熱敏電阻端子用導體層51。
在該實施方式中,第一絕緣基板41由aln(氮化鋁)構(gòu)成。作為第一絕緣基板41,例如能夠使用在陶瓷的兩個表面直接接合銅箔后的基板(dbc:directbondingcopper,直接覆銅法)。在作為第一絕緣基板41而使用dbc基板的情況下,能夠通過該銅箔形成各導體層42~51。
第一元件接合用導體層43被配置在靠第一絕緣基板41的表面處的+y方向側(cè)的邊,為在平面視中在x方向上長的矩形狀。第一元件接合用導體層43在其+x方向側(cè)端部具有沿-y方向延伸的突出部。n端子用導體層47被配置在靠第一絕緣基板41的表面處的-y方向側(cè)的邊,為在平面視中在x方向上長的矩形狀。n端子用導體層47在其+x方向側(cè)端部具有朝向第一元件接合用導體層43的突出部延伸的突出部。第二元件接合用導體層46在平面視中被配置于由第一元件接合用導體層43、n端子用導體層47和第一絕緣基板41的-x方向側(cè)的邊包圍的區(qū)域,為在平面視中在x方向上長的矩形狀。
第一柵極端子用導體層44被配置在第一元件接合用導體層43與第一絕緣基板41的+y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。第一源極感測端子用導體層45被配置在第一柵極端子用導體層44與第一絕緣基板41的+y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。
第一熱敏電阻端子用導體層50在第一元件接合用導體層43與第一絕緣基板41的+y方向側(cè)的邊之間被配置在第一柵極端子用導體層44的+x方向側(cè)。第二熱敏電阻端子用導體層51在第一元件接合用導體層43與第一絕緣基板41的+y方向側(cè)的邊之間被配置在第一源極感測端子用導體層45的+x方向側(cè)。
第二柵極端子用導體層48被配置在n端子用導體層47與第一絕緣基板41的-y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。第二源極感測端子用導體層49被配置在第二柵極端子用導體層48與第一絕緣基板41的-y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。
第一電源端子p的梳齒狀端子31ab與第一元件接合用導體層43的表面的+x方向側(cè)端部接合。第二電源端子n的梳齒狀端子32ab與n端子用導體層47的表面的+x方向側(cè)端部接合。由于第一電源端子p的內(nèi)部布線連接部31a具有梳齒狀端子31ab,所以,在將第一電源端子p與第一元件接合用導體層43接合時,將例如超聲波接合用的頭(head)推碰到梳齒狀端子31ab的頂端,能夠容易地將梳齒狀端子31ab與第一元件接合用導體層43超聲波接合。此外,由于第二電源端子n的內(nèi)部布線連接部32a具有梳齒狀端子32ab,所以,在將第二電源端子n與n端子用導體層47接合時,將例如超聲波接合用的頭推碰到梳齒狀端子32ab的頂端,能夠容易地將梳齒狀端子32ab與n端子用導體層47超聲波接合。
第二柵極端子g2的基端部與第二柵極端子用導體層48接合。第二源極感測端子ss2的基端部與第二源極感測端子用導體層49接合。第一熱敏電阻端子t1的基端部與第一熱敏電阻端子用導體層50接合。第二熱敏電阻端子t2的基端部與第二熱敏電阻端子用導體層51接合。這些接合也可以利用超聲波熔接進行。
在第一熱敏電阻端子用導體層50和第二熱敏電阻端子用導體層51上以橫跨它們的方式配置有熱敏電阻th。熱敏電阻th的一個電極與第一熱敏電阻端子用導體層50接合,另一個電極與第二熱敏電阻端子用導體層51接合。
在第一元件接合用導體層43的表面經(jīng)由焊錫層53(參照圖4)接合有多個第一開關(guān)元件tr1的漏極電極,并且,經(jīng)由焊錫層54接合有多個第一二極管元件di1的陰極電極。在該實施方式中,這些焊錫層53、54的材料為snagcu類的焊錫。在該實施方式中,這些焊錫層53、54的厚度比通常的厚度(例如,0.12mm)?。ɡ?,0.08mm)。各第一開關(guān)元件tr1在與接合于第一元件接合用導體層43的面相反側(cè)的表面具有源極電極和柵極電極。各第一二極管元件di1在與接合于第一元件接合用導體層43的面相反側(cè)的表面具有陽極電極。
靠第一元件接合用導體層43的表面的+y方向側(cè)的邊,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第一二極管元件di1。此外,在第一元件接合用導體層43的-y方向側(cè)的邊與5個第一二極管元件di1之間,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第一開關(guān)元件tr1。5個第一開關(guān)元件tr1關(guān)于y方向與5個第一二極管元件di1位置匹配。
在y方向上位置匹配的第一開關(guān)元件tr1和第一二極管元件di1通過在平面視中沿大致y方向延伸的第一連接金屬構(gòu)件55連接于第二元件接合用導體層46。第一連接金屬構(gòu)件55為在平面視中在y方向上長的矩形狀。第一連接金屬構(gòu)件55為對導電性的板狀體(例如,銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的板狀體)實施彎曲加工而制作的構(gòu)件。第一連接金屬構(gòu)件55由與第二元件接合用導體層46接合的接合部55a(參照圖4)、與接合部55a結(jié)合的立起部55b、以及與立起部55b結(jié)合的橫行部55c構(gòu)成。
接合部55a經(jīng)由焊錫層56與第二元件接合用導體層46的靠+y方向側(cè)緣的區(qū)域接合,被形成為在平面視中沿x方向延伸的矩形。立起部55b從接合部55a的+y方向側(cè)緣部向+z方向立起。立起部55b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與接合部55a大致相同寬度。橫行部55c與立起部55b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。橫行部55c的長度中間部和頂端部分別被配置在第一開關(guān)元件tr1和第一二極管元件di1的上方。橫行部55c由與散熱板2的主面平行的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部55b大致相同寬度。橫行部55c的頂端部(+y方向側(cè)端部)經(jīng)由焊錫層57與第一二極管元件di1的陽極電極接合,橫行部55c的長度中間部經(jīng)由焊錫層58與第一開關(guān)元件tr1的源極電極接合。由此,第一二極管元件di1的陽極電極和第一開關(guān)元件tr1的源極電極經(jīng)由第一連接金屬構(gòu)件55電連接于第二元件接合用導體層46。
第一連接金屬構(gòu)件55的寬度(x方向的長度)比第一開關(guān)元件tr1的寬度(x方向的長度)短。在平面視中,第一連接金屬構(gòu)件55的橫行部55c的+x方向側(cè)緣與第一開關(guān)元件tr1和第一二極管元件di1的+x方向側(cè)緣位置匹配。在平面視中,第一連接金屬構(gòu)件55的橫行部55c的-x方向側(cè)緣與第一開關(guān)元件tr1和第一二極管元件di1的-x方向側(cè)緣相比位于+x方向側(cè)。由此,在殼體3內(nèi),第一開關(guān)元件tr1和第一二極管元件di1的+z方向側(cè)表面之中靠-x方向側(cè)緣的區(qū)域露出。
各第一開關(guān)元件tr1的柵極電極通過電線59連接于第一柵極端子用導體層44。各第一開關(guān)元件tr1的源極電極通過電線60連接于第一源極感測端子用導體層45。
在第二元件接合用導體層46的表面經(jīng)由焊錫層61(參照圖4)接合有多個第二開關(guān)元件tr2的漏極電極,并且,經(jīng)由焊錫層62接合有多個第二二極管元件di2的陰極電極。在該實施方式中,這些焊錫層61、62的材料為snagcu類的焊錫。在該實施方式中,這些焊錫層61、62的厚度比通常的厚度(例如,0.12mm)?。ɡ纾?.08mm)。各第二開關(guān)元件tr2在與接合于第二元件接合用導體層46的面相反側(cè)的表面具有源極電極和柵極電極。各第二二極管元件di2在與接合于第二元件接合用導體層46的面相反側(cè)的表面具有陽極電極。
靠第二元件接合用導體層46的表面的-y方向側(cè)的邊,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第二開關(guān)元件tr2。此外,在第二元件接合用導體層46的+y方向側(cè)的邊與5個第二開關(guān)元件tr2之間,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第二二極管元件di2。5個第二二極管元件di2關(guān)于y方向與5個第二開關(guān)元件tr2位置匹配。此外,5個第二二極管元件di2也關(guān)于y方向與5個第一開關(guān)元件tr1位置匹配。
在y方向上位置匹配的第二開關(guān)元件tr2和第二二極管元件di2通過在平面視中沿大致y方向延伸的第二連接金屬構(gòu)件65連接于n端子用導體層47。第二連接金屬構(gòu)件65為對導電性的板狀體(例如,銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的板狀體)實施彎曲加工而制作的構(gòu)件。第二連接金屬構(gòu)件65由與n端子用導體層47接合的接合部65a(參照圖4)、與接合部65a結(jié)合的立起部65b、以及與立起部65b結(jié)合的橫行部65c構(gòu)成。
接合部65a經(jīng)由焊錫層66與n端子用導體層47的靠+y方向側(cè)緣的區(qū)域接合,被形成為在平面視中沿x方向延伸的矩形。立起部65b從接合部65a的+y方向側(cè)緣部向+z方向立起。立起部65b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與接合部65a大致相同寬度。橫行部65c與立起部65b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。橫行部65c的長度中間部和頂端部分別被配置在第二開關(guān)元件tr2和第二二極管元件di2的上方。橫行部65c由與散熱板2的主面平行的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部65b大致相同寬度。橫行部65c的頂端部(+y方向側(cè)端部)經(jīng)由焊錫層67與第二二極管元件di2的陽極電極接合,橫行部65c的長度中間部經(jīng)由焊錫層68與第二開關(guān)元件tr2的源極電極接合。由此,第二二極管元件di2的陽極電極和第二開關(guān)元件tr2的源極電極經(jīng)由第二連接金屬構(gòu)件65電連接于n端子用導體層47。
第二連接金屬構(gòu)件65的寬度(x方向的長度)比第二開關(guān)元件tr2的寬度(x方向的長度)短。在平面視中,第二連接金屬構(gòu)件65的橫行部65c的+x方向側(cè)緣與第二開關(guān)元件tr2和第二二極管元件di2的+x方向側(cè)緣位置匹配。在平面視中,第二連接金屬構(gòu)件65的橫行部65c的-x方向側(cè)緣與第二開關(guān)元件tr2和第二二極管元件di2的-x方向側(cè)緣相比位于+x方向側(cè)。由此,在殼體3內(nèi),第二開關(guān)元件tr2和第二二極管元件di2的+z方向側(cè)表面之中靠-x方向側(cè)緣的區(qū)域露出。
各第二開關(guān)元件tr2的柵極電極通過電線69連接于第二柵極端子用導體層48。各第二開關(guān)元件tr2的源極電極通過電線70連接于第二源極感測端子用導體層49。
第二組件80包含:第二絕緣基板81、多個第三開關(guān)元件tr3、多個第三二極管元件di3、多個第四開關(guān)元件tr4、以及多個第四二極管元件di4。
第一組件40的第一開關(guān)元件tr1和/或第二組件80的第三開關(guān)元件tr3構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一開關(guān)元件”。第一組件40的第二開關(guān)元件tr2和/或第二組件80的第四開關(guān)元件tr4構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二開關(guān)元件”。第一組件40的第一二極管元件di3和/或第二組件80的第三二極管元件di3構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一二極管元件”。第一組件40的第二二極管元件di2和/或第二組件80的第四二極管元件di4構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二二極管元件”。
第二絕緣基板81在平面視中為大致矩形,以4邊與散熱板2的4邊分別平行的姿勢與散熱板2的表面接合。在第二絕緣基板81的散熱板2側(cè)的表面(-z方向側(cè)表面)形成有第二接合用導體層82(參照圖5)。該第二接合用導體層82經(jīng)由焊錫層90與散熱板2接合。
在第二絕緣基板81的與散熱板2相反側(cè)的表面(+z方向側(cè)表面)形成有上臂電路用的多個導體層、以及下臂電路用的多個導體層。上臂電路用的多個導體層包含:第三元件接合用導體層83、第三柵極端子用導體層84、以及第三源極感測端子用導體層85。下臂電路用的多個導體層包含:第四元件接合用導體層86、源極用導體層87、第四柵極端子用導體層88、以及第四源極感測端子用導體層89。
第一組件40的第一元件接合用導體層43和/或第二組件80的第三元件接合用導體層83構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一元件接合用導體層”。第一組件40的第二元件接合用導體層46和/或第二組件80的第四元件接合用導體層86構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二元件接合用導體層”。第一組件40的n端子用導體層47和/或第二組件80的源極用導體層87構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二電源端子用導體層”。
在該實施方式中,第二絕緣基板81由aln(氮化鋁)構(gòu)成。作為第二絕緣基板81,例如能夠使用在陶瓷的兩個表面直接接合銅箔后的基板(dbc:directbondingcopper)。在作為第二絕緣基板81而使用dbc基板的情況下,能夠通過該銅箔形成各導體層82~89。
第三元件接合用導體層83被配置在靠第二絕緣基板81的表面處的+y方向側(cè)的邊,為在平面視中在x方向上長的矩形狀。第三元件接合用導體層83在其-x方向側(cè)端部具有沿+y方向延伸的突出部。漏極感測端子ds的基端部與該突出部接合。
源極用導體層87被配置在靠第二絕緣基板81的表面處的-y方向側(cè)的邊,為在平面視中在x方向上長的矩形狀。第四元件接合用導體層86在平面視中為t字狀。第四元件接合用導體層86被配置在第三元件接合用導體層83與源極用導體層87之間,并且,包含在平面視中在x方向上長的矩形狀的元件接合部86a、以及沿著第二絕緣基板81的-x方向側(cè)的邊延伸的輸出端子接合部86b。元件接合部86a的-x方向側(cè)端部與輸出端子接合部86b的長度中央部連結(jié)。
第三柵極端子用導體層84被配置在第三元件接合用導體層83與第二絕緣基板81的+y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形狀。第三源極感測端子用導體層85被配置在第三柵極端子用導體層84與第二絕緣基板81的+y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形狀。
第四柵極端子用導體層88被配置在源極用導體層87與第二絕緣基板81的-y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。第四源極感測端子用導體層89被配置在第四柵極端子用導體層88與第二絕緣基板81的-y方向側(cè)的邊之間,為在平面視中在x方向上細長的矩形。
第一輸出端子out1的梳齒狀端子33ab和第二輸出端子out2的梳齒狀端子34ab與第四元件接合用導體層86的輸出端子接合部86b的表面接合。由于第一輸出端子out1的內(nèi)部布線連接部33a具有梳齒狀端子33ab,所以,在將第一輸出端子out1與輸出端子接合部86b接合時,將例如超聲波接合用的頭推碰到梳齒狀端子33ab的頂端,能夠容易地將梳齒狀端子33ab與輸出端子接合部86b超聲波接合。此外,由于第二輸出端子out2的內(nèi)部布線連接部34a具有梳齒狀端子34ab,所以,在將第二輸出端子out2與輸出端子接合部86b接合時,將例如超聲波接合用的頭推碰到梳齒狀端子34ab的頂端,能夠容易地將梳齒狀端子34abc與輸出端子接合部86b超聲波接合。
第一柵極端子g1的基端部與第三柵極端子用導體層84接合。第一源極感測端子ss1的基端部與第三源極感測端子用導體層85接合。這些接合也可以利用超聲波熔接進行。
在第三元件接合用導體層83的表面經(jīng)由焊錫層91(參照圖5)接合有多個第三開關(guān)元件tr3的漏極電極,并且,經(jīng)由焊錫層92接合有多個第三二極管元件di3的陰極電極。前述的焊錫層53和/或焊錫層91構(gòu)成本申請發(fā)明的“第一焊錫層”。前述的焊錫層54和/或焊錫層92構(gòu)成本申請發(fā)明的“第三焊錫層”。在該實施方式中,這些焊錫層91、92的材料為snagcu類的焊錫。在該實施方式中,這些焊錫層91、92的厚度比通常的厚度(例如,0.12mm)?。ɡ?,0.08mm)。各第三開關(guān)元件tr3在與接合于第三元件接合用導體層83的面相反側(cè)的表面具有源極電極和柵極電極。各第三二極管元件di3在與接合于第三元件接合用導體層83的面相反側(cè)的表面具有陽極電極。
靠第三元件接合用導體層83的表面的+y方向側(cè)的邊,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第三二極管元件di3。此外,在第三元件接合用導體層203的-y方向側(cè)的邊與5個第三二極管元件di3之間,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第三開關(guān)元件tr3。5個第三開關(guān)元件tr3關(guān)于y方向與5個第三二極管元件di3位置匹配。
在y方向上位置匹配的第三開關(guān)元件tr3和第三二極管元件di3通過在平面視中沿大致y方向延伸的第三連接金屬構(gòu)件95連接于第四元件接合用導體層86。第三連接金屬構(gòu)件95為對導電性的板狀體(例如,銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的板狀體)實施彎曲加工而制作的構(gòu)件。第三連接金屬構(gòu)件95由與第四元件接合用導體層86接合的接合部95a(參照圖5)、與接合部95a結(jié)合的立起部95b、以及與立起部95b結(jié)合的橫行部95c構(gòu)成。
接合部95a經(jīng)由焊錫層96與第四元件接合用導體層86的靠+y方向側(cè)緣的區(qū)域接合,被形成為在平面視中沿x方向延伸的矩形。立起部95b從接合部95a的+y方向側(cè)緣部向+z方向立起。立起部95b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與接合部95a大致相同寬度。橫行部95c與立起部95b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。橫行部95c的長度中間部和頂端部分別被配置在第三開關(guān)元件tr3和第三二極管元件di3的上方。橫行部95c由與散熱板2的主面平行的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部95b大致相同寬度。橫行部95c的頂端部(+y方向側(cè)端部)經(jīng)由焊錫層97與第三二極管元件di3的陽極電極接合,橫行部95c的長度中間部經(jīng)由焊錫層98與第三開關(guān)元件tr3的源極電極接合。由此,第三二極管元件di3的陽極電極和第三開關(guān)元件tr3的源極電極經(jīng)由第三連接金屬構(gòu)件95電連接于第四元件接合用導體層86。
第三連接金屬構(gòu)件95的寬度(x方向的長度)比第三開關(guān)元件tr3的寬度(x方向的長度)短。在平面視中,第三連接金屬構(gòu)件95的橫行部95c的-x方向側(cè)緣與第三開關(guān)元件tr3和第三二極管元件di3的-x方向側(cè)緣位置匹配。在平面視中,第三連接金屬構(gòu)件95的橫行部95c的+x方向側(cè)緣與第三開關(guān)元件tr3和第三二極管元件di3的+x方向側(cè)緣相比位于-x方向側(cè)。由此,在殼體3內(nèi),第三開關(guān)元件tr3和第三二極管元件di3的+z方向側(cè)表面之中靠+x方向側(cè)緣的區(qū)域露出。
各第三開關(guān)元件tr3的柵極電極通過電線99連接于第三柵極端子用導體層84。各第三開關(guān)元件tr3的源極電極通過電線100連接于第三源極感測端子用導體層85。
在第四元件接合用導體層86的表面經(jīng)由焊錫層101(參照圖5)接合有多個第四開關(guān)元件tr4的漏極電極,并且,經(jīng)由焊錫層102接合有多個第四二極管元件di4的陰極電極。前述的焊錫層61和/或焊錫層101構(gòu)成本申請發(fā)明的“第二焊錫層”。前述的焊錫層62和/或焊錫層102構(gòu)成本申請發(fā)明的“第四焊錫層”。在該實施方式中,這些焊錫層101、102的材料為snagcu類的焊錫。在該實施方式中,這些焊錫層101、102的厚度比通常的厚度(例如,0.12mm)?。ɡ纾?.08mm)。各第四開關(guān)元件tr4在與接合于第四元件接合用導體層86的面相反側(cè)的表面具有源極電極和柵極電極。各第四二極管元件di4在與接合于第四元件接合用導體層86的面相反側(cè)的表面具有陽極電極。
靠第四元件接合用導體層86的表面的-y方向側(cè)的邊,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第四開關(guān)元件tr4。此外,在第四元件接合用導體層86的+y方向側(cè)的邊與5個第四開關(guān)元件tr4之間,在x方向上隔開間隔排列配置有5個第四二極管元件di4。5個第四二極管元件di4關(guān)于y方向與5個第四開關(guān)元件tr4位置匹配。此外,5個第四二極管元件di4也關(guān)于y方向與5個第三開關(guān)元件tr3位置匹配。
在y方向上位置匹配的第四開關(guān)元件tr4和第四二極管元件di4通過在平面視中沿大致y方向延伸的第四連接金屬構(gòu)件105連接于源極用導體層87。第四連接金屬構(gòu)件105為對導電性的板狀體(例如,銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的板狀體)實施彎曲加工而制作的構(gòu)件。第四連接金屬構(gòu)件105由與源極用導體層87接合的接合部105a(參照圖5)、與接合部105a結(jié)合的立起部105b、以及與立起部105b結(jié)合的橫行部105c構(gòu)成。
接合部105a經(jīng)由焊錫層106與源極用導體層87的靠+y方向側(cè)緣的區(qū)域接合,被形成為在平面視中沿x方向延伸的矩形。立起部105b從接合部105a的+y方向側(cè)緣部向+z方向立起。立起部105b由沿著xz平面的板狀體構(gòu)成,被形成為與接合部105a大致相同寬度。橫行部105c與立起部105b的+z方向側(cè)緣部結(jié)合,沿+y方向延伸。橫行部105c的長度中間部和頂端部分別被配置在第四開關(guān)元件tr4和第四二極管元件di4的上方。橫行部105c由與散熱板2的主面平行的板狀體構(gòu)成,被形成為與立起部105b大致相同寬度。橫行部105c的頂端部(+y方向側(cè)端部)經(jīng)由焊錫層107與第四二極管元件di4的陽極電極接合,橫行部105c的長度中間部經(jīng)由焊錫層108與第四開關(guān)元件tr4的源極電極接合。由此,第四二極管元件di4的陽極電極和第四開關(guān)元件tr4的源極電極經(jīng)由第四連接金屬構(gòu)件105電連接于源極用導體層87。
第四連接金屬構(gòu)件105的寬度(x方向的長度)比第四開關(guān)元件tr4的寬度(x方向的長度)短。在平面視中,第四連接金屬構(gòu)件105的橫行部105c的-x方向側(cè)緣與第四開關(guān)元件tr4和第四二極管元件di4的-x方向側(cè)緣位置匹配。在平面視中,第四連接金屬構(gòu)件105的橫行部105c的+x方向側(cè)緣與第四開關(guān)元件tr4和第四二極管元件di4的+x方向側(cè)緣相比位于-x方向側(cè)。由此,在殼體3內(nèi),第四開關(guān)元件tr4和第四二極管元件di4的+z方向側(cè)表面之中靠+x方向側(cè)緣的區(qū)域露出。
各第四開關(guān)元件tr4的柵極電極通過電線109連接于第四柵極端子用導體層88。各第四開關(guān)元件tr4的源極電極通過電線110連接于第四源極感測端子用導體層89。
第二組件80的第三元件接合用導體層83通過第一導體層連接構(gòu)件111連接于第一組件40的第一元件接合用導體層43。第一導體層連接構(gòu)件111在平面視中由h形的導電性的板狀體構(gòu)成。第一導體層連接構(gòu)件111由橫跨第三元件接合用導體層83和第一元件接合用導體層43的一對矩形部、以及將這些矩形部的長度中央部連結(jié)的連結(jié)部構(gòu)成。一對矩形部的一個端部和另一個端部分別構(gòu)成梳齒狀端子。通過由板狀體構(gòu)成的第一導體層連接構(gòu)件111將第一元件接合用導體層43和第三元件接合用導體層83連接,因此,與通過電線將它們連接的情況相比,能夠謀求低電感化。
此外,由于第一導體層連接構(gòu)件111具有梳齒狀端子,所以,在將例如第一導體層連接構(gòu)件111與第一元件接合用導體層43接合時,將超聲波接合用的頭推碰到第一導體層連接構(gòu)件111的+x方向側(cè)的梳齒狀端子,能夠容易地將第一導體層連接構(gòu)件111與第一元件接合用導體層43超聲波接合。
第二組件80的第四元件接合用導體層86通過第二導體層連接構(gòu)件112連接于第一組件40的第二元件接合用導體層46。第二導體層連接構(gòu)件112在平面視中由h形的導電性的板狀體構(gòu)成。第二導體層連接構(gòu)件112由橫跨第四元件接合用導體層86和第二元件接合用導體層46的一對矩形部、以及將這些矩形部的長度中央部連結(jié)的連結(jié)部構(gòu)成。一對矩形部的一個端部和另一個端部分別構(gòu)成梳齒狀端子。通過由板狀體構(gòu)成的第二導體層連接構(gòu)件112將第二元件接合用導體層46和第四元件接合用導體層86連接,因此,與通過電線將它們連接的情況相比,能夠謀求低電感化。
此外,由于第二導體層連接構(gòu)件112具有梳齒狀端子,所以,在將例如第二導體層連接構(gòu)件112與第二元件接合用導體層46接合時,將超聲波接合用的頭推碰到第二導體層連接構(gòu)件112的+x方向側(cè)的梳齒狀端子,能夠容易地將第二導體層連接構(gòu)件112與第二元件接合用導體層46超聲波接合。
第二組件80的源極用導體層87通過第三導體層連接構(gòu)件113連接于第一組件40的n端子用導體層47。第三導體層連接構(gòu)件113在平面視中由h形的導電性的板狀體構(gòu)成。第三導體層連接構(gòu)件113由橫跨源極用導體層87和n端子用導體層47的一對矩形部、以及將這些矩形部的長度中央部連結(jié)的連結(jié)部構(gòu)成。一對矩形部的一個端部和另一個端部分別構(gòu)成梳齒狀端子。通過由板狀體構(gòu)成的第三導體層連接構(gòu)件113將n端子用導體層47和源極用導體層87連接,因此,與通過電線將它們連接的情況相比,能夠謀求低電感化。此外,由于第三導體層連接構(gòu)件113具有梳齒狀端子,所以,在將例如第三導體層連接構(gòu)件113與n端子用導體層47接合時,將超聲波接合用的頭推碰到第三導體層連接構(gòu)件113的+x方向側(cè)的梳齒狀端子,能夠容易地將第三導體層連接構(gòu)件113與n端子用導體層47超聲波接合。
第二組件80的第三柵極端子用導體層84經(jīng)由電線114連接于第一組件40的第一柵極端子用導體層44。第二組件80的第三源極感測端子用導體層85經(jīng)由電線115連接于第一組件40的第一源極感測端子用導體層45。
第二組件80的第四柵極端子用導體層88經(jīng)由電線116連接于第一組件40的第二柵極端子用導體層48。第二組件80的第四源極感測端子用導體層89經(jīng)由電線117連接于第一組件40的第二源極感測端子用導體層49。
當在散熱板2上組裝第一組件40和第二組件80時,散熱板2如圖9的上側(cè)所示那樣以中央部成為凸的方式彎曲。在該實施方式中,在散熱板2上組裝第一組件40和第二組件80之后,切削散熱板2的下表面(-z方向的表面)直到變?yōu)橛呻p點劃線120示出那樣的平坦面。由此,如圖9的下側(cè)所示那樣實現(xiàn)與圖9的上側(cè)所示的散熱板2相比為薄壁的散熱板2。在該實施方式中,圖9的上側(cè)所示的散熱板2的周緣部的厚度t為例如4mm左右,與此相對地,圖9的下側(cè)所示的散熱板2的周緣部的厚度t為例如3.5mm左右。
圖10是用于對功率模塊1的電氣結(jié)構(gòu)進行說明的電氣電路圖。在圖10中,將2個輸出端子out1、out2示出為1個輸出端子out。
第一組件40所具備的多個第一開關(guān)元件tr1和多個第一二極管元件di1以及第二組件80所具備的多個第三開關(guān)元件tr3和多個第三二極管元件di3在第一電源端子p與輸出端子out之間并聯(lián)連接,形成上臂電路(高側(cè)電路)301。第一組件40所具備的多個第二開關(guān)元件tr2和多個第二二極管元件di2以及第二組件80所具備的多個第四開關(guān)元件tr4和多個第四二極管元件di4在輸出端子out與第二電源端子n之間連接,形成下臂電路(低側(cè)電路)302。
上臂電路301和下臂電路302在第一電源端子p與第二電源端子n之間串聯(lián)連接,輸出端子out連接于上臂電路301與下臂電路302的連接點303。像這樣構(gòu)成半橋電路。能夠?qū)⒃摪霕螂娐酚米鲉蜗鄻螂娐?。此外,通過將多個(例如3個)該半橋電路(功率模塊1)并聯(lián)連接于電源,從而能夠構(gòu)成多相(例如3相)的橋電路。
第一~第四開關(guān)元件tr1~tr4在該實施方式中由n溝道型dmos(double-diffusedmetaloxidesemiconductor,雙擴散金屬氧化物半導體)場效應型晶體管構(gòu)成。特別地,在該實施方式中,第一~第四開關(guān)元件tr1~tr4為由sic半導體器件構(gòu)成的高速開關(guān)型的mosfet(sic-dmos)。
此外,第一~第四二極管元件di1~di4在該實施方式中由肖特基勢壘二極管(schottky-barrierdiode)(sbd)構(gòu)成。特別地,在該實施方式中,第一~第四開關(guān)元件di1~di4由sic半導體器件(sic-sbd)構(gòu)成。
在各第一開關(guān)元件tr1并聯(lián)連接有第一二極管元件di1。在各第三開關(guān)元件tr3并聯(lián)連接有第三二極管元件di3。各第一開關(guān)元件tr1和各第三開關(guān)元件tr3的漏極以及各第一二極管元件di1和各第三二極管元件di3的陰極連接于第一電源端子p。
多個第一二極管元件di1的陽極連接于所對應的第一開關(guān)元件tr1的源極,第一開關(guān)元件tr1的源極連接于輸出端子out。同樣地,多個第三二極管元件di3的陽極連接于所對應的第三開關(guān)元件tr3的源極,第三開關(guān)元件tr3的源極連接于輸出端子out。
多個第一開關(guān)元件tr1和多個第三開關(guān)元件tr3的柵極連接于第一柵極端子g1。多個第一開關(guān)元件tr1和多個第三開關(guān)元件tr3的源極也連接于第一源極感測端子ss1。多個第一開關(guān)元件tr1和多個第三開關(guān)元件tr3的漏極也連接于漏極感測端子ds。
在各第二開關(guān)元件tr2并聯(lián)連接有第二二極管元件di2。在各第四開關(guān)元件tr4并聯(lián)連接有第四二極管元件di4。各第二開關(guān)元件tr2和各第四開關(guān)元件tr4的漏極以及各第二二極管元件di2和各第四二極管元件di4的陰極連接于輸出端子out。
多個第二二極管元件di2的陽極連接于所對應的第二開關(guān)元件tr2的源極,第二開關(guān)元件tr2的源極連接于第二電源端子n。同樣地,多個第四二極管元件di4的陽極連接于所對應的第四開關(guān)元件tr4的源極,第四開關(guān)元件tr4的源極連接于第二電源端子n。
多個第二開關(guān)元件tr2和多個第四開關(guān)元件tr4的柵極連接于第二柵極端子g2。多個第二開關(guān)元件tr2和多個第四開關(guān)元件tr4的源極也連接于第二源極感測端子ss2。
圖11示出了該功率模塊1被用于h橋電路的情況下的電氣電路。在h橋電路中,2個功率模塊1與電源201并聯(lián)連接。將一個功率模塊1稱為第一功率模塊1a,將另一個功率模塊1稱為第二功率模塊1b。在圖11中,為了便于說明,分別通過1個第一開關(guān)元件tr1以及1個第一二極管元件di1表示構(gòu)成上臂電路的多個第一和第三開關(guān)元件tr1、tr3以及多個第一和第三二極管元件di1、di3。同樣地,分別通過1個第二開關(guān)元件tr2以及1個第二二極管元件di2表示構(gòu)成下臂電路的多個第二和第四開關(guān)元件tr2、tr4以及多個第二和第四二極管元件di2、di4。在2個功率模塊1a、1b的輸出端子out之間連接有電動機等感應性的負載202。
在這樣的h橋電路中,使例如第一功率模塊1a的第一開關(guān)元件tr1和第二功率模塊1b的第二開關(guān)元件tr2為導電狀態(tài)。之后,使這些開關(guān)元件tr1、tr2為切斷狀態(tài)。然后,使第一功率模塊1a的第二開關(guān)元件tr2和第二功率模塊1b的第一開關(guān)元件tr1為導電狀態(tài)。之后,使這些開關(guān)元件tr1、tr2為切斷狀態(tài)。然后,使第一功率模塊1a的第一開關(guān)元件tr1和第二功率模塊1b的第二開關(guān)元件tr2為導電狀態(tài)。通過重復這樣的工作,從而負載202被交流驅(qū)動。
在第一功率模塊1a內(nèi)的第一開關(guān)元件tr1從導電狀態(tài)切換為切斷狀態(tài)且第二開關(guān)元件tr2從切斷狀態(tài)切換為導電狀態(tài)時的過渡期中,在第一功率模塊1a中,如在圖11中由箭頭示出那樣,電流從第一電源端子p通過第一開關(guān)元件tr1向輸出端子out流動,電流從輸出端子out通過第二開關(guān)元件tr2向第二電源端子n流動。此外,在第一功率模塊1a內(nèi)的第二開關(guān)元件tr2從導電狀態(tài)切換為切斷狀態(tài)且第一開關(guān)元件tr1從切斷狀態(tài)切換為導電狀態(tài)時的過渡期中,在第一功率模塊1a中,電流也從第一電源端子p通過第一開關(guān)元件tr1向輸出端子out流動,電流也從輸出端子out通過第二開關(guān)元件tr2向第二電源端子n流動。
參照圖7和圖8,在這樣的過渡期中,在第一功率模塊1a的第一電源端子p的立起部31b中電流主要向-z方向(從外部布線連接部31d側(cè)朝向內(nèi)部布線連接部31a側(cè)的方向)流動。另一方面,在第一功率模塊1a的第二電源端子n的立起部32b中電流主要向+z方向(從內(nèi)部布線連接部32a側(cè)朝向外部布線連接部32d側(cè)的方向)流動。
電流向-z方向流動的第一電源端子p的立起部31b和電流向+z方向流動的第二電源端子n的立起部32b彼此相向并且彼此接近,由此,第一電源端子p的自感和第二電源端子n的自感被它們之間的互感至少部分地消除。由此,能夠減少功率模塊1的電感。
第一電源端子p的立起部31b和第二電源端子n的立起部32b的高度h(參照圖8)為5mm以上是優(yōu)選的,寬度(x方向的長度)w(參照圖7)為14mm以上是優(yōu)選的,它們的間隔d(參照圖8)為2mm以下是優(yōu)選的。在該實施方式中,為h=5.5mm、w=16.75mm、d=1mm。
在該實施方式中,不使用電線而使用板狀體的連接金屬構(gòu)件55、65、95、105將各開關(guān)元件tr1、tr2、tr3、tr4的源極電極和各二極管元件di1、di2、di3、di4的陽極電極電連接于導體層46、47、86、87。由此,能夠減少功率模塊1的熱阻。
圖12是將使用平板狀的連接金屬構(gòu)件55、65、95、105時的功率模塊的熱阻與代替平板狀的連接金屬構(gòu)件55、65、95、105而使用電線的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表。在圖12中,在橫軸取得連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度(z方向的長度),在縱軸取得熱阻比。
從圖12可知,連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度越大,功率模塊1的熱阻越小。這是因為,當使連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度變大時,相對于在開關(guān)元件tr1~tr4和二極管元件di1~di4中產(chǎn)生的熱的、連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的散熱效果變高??墒牵芍?,即使連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度比2mm大,功率模塊1的熱阻也并不會變得那么小。因此,連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度為0.8mm以上2.0mm以下是優(yōu)選的。在該實施方式中,連接金屬構(gòu)件55、65、95、105的厚度為1.0mm,與代替連接金屬構(gòu)件55、65、95、105而使用電線的情況相比,能夠減少約15%的功率模塊1的熱阻。
在該實施方式中,如前述那樣,通過研磨散熱板2的背面,從而使散熱板2的厚度變薄。由此,能夠減少功率模塊1的熱阻。
圖13是將研磨了散熱板2的背面的情況下的功率模塊的熱阻與未研磨散熱板2的背面的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表,在圖13中,在橫軸取得散熱板2的周緣部的厚度(z方向的長度),在縱軸取得熱阻比。在圖13中,使未研磨散熱板2的背面的情況下的散熱板2的厚度為4mm。
從圖13可知,將散熱板2研磨得越薄,功率模塊1的熱阻越小。這是因為,當使散熱板2的厚度變薄時,在開關(guān)元件tr1~tr4和二極管元件di1~di4中產(chǎn)生的熱容易被傳遞到安裝于散熱板2的背面(-z方向側(cè)的表面)的散熱器等冷卻單元。因此,優(yōu)選的是,通過研磨散熱板2的背面,從而使散熱板2變薄。在該實施方式中,散熱板2的周緣部的厚度為3.5mm,與未研磨散熱板2的背面的情況相比,能夠減少約2%的功率模塊1的熱阻。
在該實施方式中,使用于將各開關(guān)元件tr1、tr2、tr3、tr4與元件接合用導體層43、46、83、86接合的焊錫層53、61、91、101的厚度比通常的厚度薄。由此,能夠減少功率模塊1的熱阻。
圖14是將使焊錫層53、61、91、101的厚度比基準值薄的情況下的功率模塊的熱阻與焊錫層53、61、91、101的厚度為基準值的情況下的功率模塊的熱阻的比表示為熱阻比的圖表。在圖14中,在橫軸取得焊錫層53、61、91、101的厚度,在縱軸取得熱阻比。在圖14中,將焊錫層53、61、91、101的厚度的基準值設(shè)為0.12mm。
從圖14可知,使焊錫層53、61、91、101的厚度越薄,功率模塊1的熱阻越小。這是因為,當使焊錫層53、61、91、101的厚度變薄時,在開關(guān)元件tr1~tr4中產(chǎn)生的熱容易被傳遞到散熱板2。因此,使焊錫層53、61、91、101的厚度為0.08mm以上0.10mm以下是優(yōu)選的。在該實施方式中,焊錫層53、61、91、101的厚度為0.08mm,與焊錫層53、61、91、101的厚度為0.12mm的情況相比,能夠減少約2%的功率模塊1的熱阻。
以上,對本發(fā)明的實施方式進行了說明,但是,本發(fā)明也能夠進一步通過其他的方式實施。例如,在前述的實施方式中,將由sic半導體器件構(gòu)成的mos型場效應晶體管作為開關(guān)元件的例子進行了說明,但是,也可以應用igbt(insulatedgatebipolartransistor,絕緣柵雙極型晶體管)等其他的方式的開關(guān)元件。此外,在前述的實施方式中,對具備開關(guān)元件和二極管元件的結(jié)構(gòu)進行了說明,但是,對于不具備二極管元件的半導體裝置,也能夠應用本發(fā)明。此外,半導體裝置未必需要構(gòu)成功率模塊。
對本發(fā)明的實施方式詳細地進行了說明,但是,它們只不過是為了使本發(fā)明的技術(shù)的內(nèi)容變得明顯而使用的具體例,本發(fā)明并不應該解釋為限定于這些具體例,本發(fā)明的范圍僅被附加的權(quán)利要求書限定。
本申請對應于在2015年2月26日向日本專利局提出的特愿2015-37225號,該申請的全部公開在此通過引用而被編入。
附圖標記的說明
1半導體模塊
2散熱板
21~24端子臺
31a內(nèi)部布線連接部
31aa基部
31ab梳齒狀端子
31b立起部
31c傾斜部
31d外部布線連接部
32a內(nèi)部布線連接部
32aa基部
32ab梳齒狀端子
32b立起部
32c傾斜部
32d外部布線連接部
40第一組件
41第一絕緣基板
42第一接合用導體層
43第一元件接合用導體層
46第二元件接合用導體層
47n端子用導體層
55第一連接金屬構(gòu)件
65第二連接金屬構(gòu)件
80第二組件
81第二絕緣基板
82第二接合用導體層
83第三元件接合用導體層
84第三柵極端子用導體層
85第三源極感測端子用導體層
86第四元件接合用導體層
87源極用導體層
95第三連接金屬構(gòu)件
105第四連接金屬構(gòu)件
p第一電源端子
n第二電源端子
out1第一輸出端子
out2第二輸出端子
tr1~tr4開關(guān)元件
di1~di4二極管元件。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)
1.一種半導體裝置,包含:在平面視中在規(guī)定的一個方向上相鄰配置的第一和第二電源端子、以及電連接于所述第一電源端子和第二電源端子之間的電路元件,其中,
所述第一電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第一內(nèi)部布線連接部和第一外部布線連接部、以及將所述第一內(nèi)部布線連接部和所述第一外部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第一連結(jié)部,
所述第二電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第二內(nèi)部布線連接部和第二外部布線連接部、以及將所述第二內(nèi)部布線連接部和所述第二外部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第二連結(jié)部,
所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部分別包含空開規(guī)定的間隔彼此相向的板狀相向部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置,其中,
所述第一外部布線連接部被配置在所述第一內(nèi)部布線連接部的上側(cè),
所述第一連結(jié)部包含:從所述第一內(nèi)部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部立起的平板狀的第一立起部、以及從所述第一立起部的上緣部以越是向上方去越是遠離所述第二電源端子的方式向傾斜上方延伸而與所述第一外部布線連接部的所述第二電源端子側(cè)的緣部連結(jié)的平板狀的第一傾斜部,
所述第二外部布線連接部被配置在所述第二內(nèi)部布線連接部的上側(cè),
所述第二連結(jié)部包含:從所述第二內(nèi)部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部立起的平板狀的第二立起部、以及從所述第二立起部的上緣部以越是向上方去越是遠離所述第一電源端子的方式向傾斜上方延伸而與所述第二外部布線連接部的所述第一電源端子側(cè)的緣部連結(jié)的平板狀的第二傾斜部,
所述第一立起部和所述第二立起部構(gòu)成彼此相向的所述板狀相向部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導體裝置,其中,
彼此相向的所述板狀相向部分從所述一個方向來看為矩形,
彼此相向的所述板狀相向部分的間隔為2mm以下,
所述板狀相向部分的高度為5mm以上,
所述板狀相向部分的寬度為14mm以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3的任一項所述的半導體裝置,其中,包含:
輸出端子,在平面視中相對于所述第一和第二電源端子而在與所述一個方向正交的方向上隔開間隔來配置;
第一電路,包含電連接于所述第一電源端子與所述輸出端子之間的第一開關(guān)元件;以及
第二電路,包含電連接于所述輸出端子與所述第二電源端子之間的第二開關(guān)元件,
所述電路元件包含所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體裝置,其中,
所述第一電路包含第一元件接合用導體層,所述第一元件接合用導體層電連接有所述第一電源端子并且經(jīng)由第一焊錫層接合有所述第一開關(guān)元件,
所述第二電路包含:電連接有所述輸出端子并且經(jīng)由第二焊錫層接合有所述第二開關(guān)元件的第二元件接合用導體層、以及電連接有所述第二電源端子的第二電源端子用導體層,
所述半導體裝置還包含:
第一連接金屬構(gòu)件,將所述第一開關(guān)元件中的與接合于所述第一元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二元件接合用導體層;以及
第二連接金屬構(gòu)件,將所述第二開關(guān)元件中的與接合于所述第二元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二電源端子用導體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體裝置,其中,
所述第一電路還包含經(jīng)由第三焊錫層與所述第一元件接合用導體層接合的第一二極管元件,
所述第二電路還包含經(jīng)由第四焊錫層與所述第二元件接合用導體層接合的第二二極管元件,
所述第一連接金屬構(gòu)件被構(gòu)成為將所述第一開關(guān)元件和所述第一二極管元件中的與接合于所述第一元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二元件接合用導體層,
所述第二連接金屬構(gòu)件被構(gòu)成為將所述第二開關(guān)元件和所述第二二極管元件中的與接合于所述第二元件接合用導體層的表面相反側(cè)的表面電連接于所述第二電源端子用導體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導體裝置,其中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件分別由導電性的板狀體構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體裝置,其中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件分別由銅板或?qū)︺~板實施鍍鎳后的部件構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的半導體裝置,其中,所述第一連接金屬構(gòu)件和所述第二連接金屬構(gòu)件的厚度為0.8mm以上2.0mm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求7~9的任一項所述的半導體裝置,其中,還包含:
散熱板;
與所述散熱板接合的基板,
所述第一元件接合用導體層、所述第二元件接合用導體層和所述第二電源端子用導體層被形成在所述基板的與所述散熱板側(cè)相反側(cè)的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體裝置,其中,所述第一焊錫層和所述第二焊錫層的厚度為0.08mm以上0.10mm以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導體裝置,其中,所述第一焊錫層和所述第二焊錫層由snagcu類的焊錫構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10~12的任一項所述的半導體裝置,其中,所述第一電路和所述第二電路被組裝于所述基板,并且,所述散熱板中的與接合有所述基板的表面相反側(cè)的表面被研磨而被平坦化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置,其中,
所述第一電源端子的所述第一內(nèi)部布線連接部具有第一基部、以及從所述第一基部向所述輸出端子側(cè)突出的第一梳齒狀端子,
所述第二電源端子的所述第二內(nèi)部布線連接部具有第二基部、以及從所述第二基部向所述輸出端子側(cè)突出的第二梳齒狀端子,
所述第一梳齒狀端子與所述第一元件接合用導體層接合,由此,所述第一電源端子電連接于所述第一元件接合用導體層,
所述第二梳齒狀端子與所述第二電源端子用導體層接合,由此,所述第二電源端子電連接于所述第二電源端子用導體層。
15.一種半導體裝置,包含:
大致長方形狀且板狀的絕緣基板;
裝載于所述絕緣基板上且包含半導體元件的電路;
在平面視中在所述絕緣基板的規(guī)定的一個方向上相鄰且被安裝于所述絕緣基板、用于將電源向所述電路供給的第一電源端子和第二電源端子;以及
在平面視中相對于所述第一和第二電源端子而在與所述一個方向正交的方向上隔開間隔且被安裝于所述絕緣基板、用于從所述電路導出輸出的輸出端子,
其中,
所述第一電源端子包含:在所述絕緣基板的厚度方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第一內(nèi)部布線連接部和第一外部布線連接部、以及將所述第一內(nèi)部布線連接部和所述第一外部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的平板狀的第一連結(jié)部,
所述第二電源端子包含:在所述絕緣基板的厚度方向上隔開間隔相向配置的平板狀的第二內(nèi)部布線連接部和第二外部布線連接部、以及將所述第二內(nèi)部布線連接部和所述第二外部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的平板狀的第二連結(jié)部,
所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部分別包含空開規(guī)定的間隔平板部分彼此相向的板狀相向部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體裝置,其中,所述板狀相向部分的間隔比第一外部布線連接部與第二外部布線連接部之間的距離小。
17.一種功率變換裝置,包含:電路基板、在所述電路基板上安裝的第一電源端子和第二電源端子、以及電連接于所述第一電源端子和所述第二電源端子之間且被安裝在所述電路基板上的功率變換用的開關(guān)元件,其中,
所述第一電源端子和所述第二電源端子在平面視中在規(guī)定的一個方向上鄰接地配置,并且,
所述第一電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置且與所述電路基板連接的平板狀的第一內(nèi)部布線連接部和第一外部布線連接部、以及將所述第一內(nèi)部布線連接部和所述第一外部布線連接部中的所述第二電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第一連結(jié)部,
所述第二電源端子包含:在沿著平面視方向的上下方向上隔開間隔相向配置且與所述電路基板連接的平板狀的第二內(nèi)部布線連接部和第二外部布線連接部、以及將所述第二內(nèi)部布線連接部和所述第二外部布線連接部中的所述第一電源端子側(cè)的緣部彼此連結(jié)的第二連結(jié)部,
所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部分別包含空開規(guī)定的間隔彼此相向的板狀相向部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率變換裝置,其中,所述電路基板、所述第一內(nèi)部布線連接部、所述第二內(nèi)部布線連接部和所述開關(guān)元件被密封在殼體內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的功率變換裝置,其中,所述開關(guān)元件具有級聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)元件,從所述第一和所述第二開關(guān)元件的連接部導出輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的功率變換裝置,其中,所述第一和第二開關(guān)元件分別包含在相反方向上并聯(lián)連接的二極管元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的功率變換裝置,其中,所述第一和第二開關(guān)元件由sicmosfet或igbt構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求17~21的任一項所述的功率變換裝置,其中,所述第一連結(jié)部和所述第二連結(jié)部的間隔為2mm以下。
23.根據(jù)權(quán)利要求17~22的任一項所述的功率變換裝置,其中,所述電路基板為平面視大致長方形,所述第一電源端子和所述第二電源端子被安裝于所述電路基板的長尺寸方向的端部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的功率變換裝置,其中,所述第一和第二開關(guān)元件分別由多個開關(guān)元件構(gòu)成,在所述電路基板的長尺寸方向上分別被配置為直線狀。