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公開番号2025123401
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2025101269,2024106108
出願日2025-06-17,2020-08-06
発明の名称パワーモジュール
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 25/07 20060101AFI20250815BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】安定して動作できるパワーモジュールを提供すること。
【解決手段】パワーモジュール1Aにおいて、第2パワー半導体素子40Bは、一方向に配列された状態で第2搭載層14Aに複数設けられている。第2制御側接続部材32B及び第2駆動側接続部材33Bは、複数の第2パワー半導体素子40Bに対応させて複数設けられている。第2パワー半導体素子40Bのゲート電極43及び第2制御端子53B間の経路を第3導電経路とし、第2パワー半導体素子40Bのソース電極42及び第2検出端子54B間の経路を第4導電経路とすると、第2制御層25(26)及び第2駆動層27(28)の少なくとも一方は、第3導電経路の長さと第4導電経路の長さとの和が複数の第2パワー半導体素子40Bの間で互いに近づくように迂回する第2迂回部27b(26b)を有する。
【選択図】図17
特許請求の範囲【請求項１】
厚さ方向において互いに反対側を向く基板主面及び基板裏面を有し、電気絶縁性を有する基板と、
前記基板主面に形成された各々導電性を有する第１制御層、第２制御層、第１駆動層、第２駆動層、第１搭載層、第２搭載層、及び導電層と、
前記第１搭載層に搭載されるものであって、第１入力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第１素子裏面と、出力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第１素子主面と、を有する第１パワー半導体素子と、
前記第２搭載層に搭載されるものであって、前記出力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第２素子裏面と、第２入力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第２素子主面と、を有する第２パワー半導体素子と、
前記第１パワー半導体素子の制御電極と前記第１制御層とを接続する第１制御側接続部材と、
前記第１パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第１駆動層とを接続する第１駆動側接続部材と、
前記第２パワー半導体素子の制御電極と前記第２制御層とを接続する第２制御側接続部材と、
前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第２駆動層とを接続する第２駆動側接続部材と、
前記第１制御層と電気的に接続されている第１制御端子と、
前記第２制御層と電気的に接続されている第２制御端子と、
前記第１駆動層と電気的に接続されている第１検出端子と、
前記第２駆動層と電気的に接続されている第２検出端子と、を備えたパワーモジュールであって、
前記第２パワー半導体素子は、前記厚さ方向からみて一方向に配列された状態で前記第２搭載層に複数設けられており、
前記第２制御側接続部材及び前記第２駆動側接続部材は、前記複数の第２パワー半導体素子に対応させて複数設けられており、
前記第２パワー半導体素子の制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第３導電経路とし、前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第４導電経路とし、
前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第３導電経路の長さと前記第４導電経路の長さとの和が前記複数の第２パワー半導体素子の間で互いに近づくように迂回する第２迂回部を有する、
パワーモジュール。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
厚さ方向において互いに反対側を向く基板主面及び基板裏面を有し、電気絶縁性を有する基板と、
前記基板主面に形成された各々導電性を有する第１制御層、第２制御層、第１駆動層、第２駆動層、第１搭載層、第２搭載層、及び導電層と、
前記第１搭載層に搭載されるものであって、第１入力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第１素子裏面と、出力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第１素子主面と、を有し、前記厚さ方向からみて一方向に配列された状態で前記第１搭載層に搭載された複数の第１パワー半導体素子と、
前記第２搭載層に搭載されるものであって、前記出力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第２素子裏面と、第２入力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第２素子主面と、を有し、前記一方向に配列された状態で前記第２搭載層に搭載された複数の第２パワー半導体素子と、
前記複数の第１パワー半導体素子の制御電極と前記第１制御層とを接続するものであって、前記複数の第１パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第１制御側接続部材と、
前記複数の第１パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第１駆動層とを接続するものであって、前記複数の第１パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第１駆動側接続部材と、
前記複数の第２パワー半導体素子の制御電極と前記第２制御層とを接続するものであって、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第２制御側接続部材と、
前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第２駆動層とを接続するものであって、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第２駆動側接続部材と、
前記第１制御層と電気的に接続されている第１制御端子と、
前記第２制御層と電気的に接続されている第２制御端子と、
前記第１駆動層と電気的に接続されている第１検出端子と、
前記第２駆動層と電気的に接続されている第２検出端子と、を備えたパワーモジュールであって、
前記複数の第２パワー半導体素子は、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向の両端にある第１端パワー半導体素子及び第２端パワー半導体素子を含み、
前記第１端パワー半導体素子の前記制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第３端制御側導電経路とし、前記第１端パワー半導体素子の前記第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第３端駆動側導電経路とし、前記第３端制御側導電経路の長さと前記第３端駆動側導電経路の長さとの和を第３和とし、
前記第２端パワー半導体素子の前記制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第４端制御側導電経路とし、前記第２端パワー半導体素子の前記第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第４端駆動側導電経路とし、前記第４端制御側導電経路の長さと前記第４端駆動側導電経路の長さとの和を第４和とすると、
前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第３和と前記第４和とが近づくように導電経路を迂回させる第２迂回部を有する、
パワーモジュール。
【請求項３】
前記一方向を第１方向とし、前記厚さ方向からみて前記第１方向と交差する方向を第２方向とすると、
前記第２制御層及び前記第２駆動層はそれぞれ、前記第１方向に延びる第２配線部を有し、
前記第２迂回部は、前記第２方向において前記第２配線部と離間して配置されており、前記第１方向に延びている、
請求項１又は２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第２迂回部と前記第２配線部とを連結する第２連結部を有し、
前記第２配線部、前記第２迂回部、及び前記第２連結部は、一体に形成された単一部材からなる、
請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第２迂回部と前記第２配線部とを連結する第２連結部を有し、
前記第２連結部は、ワイヤからなる、
請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記厚さ方向からみて前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向を第１方向とし、前記第１方向と交差する方向を第２方向とすると、
前記第２方向において、前記第２駆動層は、前記導電層と隣り合うように配置されており、
前記第２制御層は、前記第２駆動層に対して前記導電層とは反対側に配置されている、
請求項１～５のうちのいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記第２制御層は、前記第２迂回部を有し、
前記第２迂回部は、前記第２方向において前記第２制御層の第２配線部に対して前記第２駆動層とは反対側に配置されている、
請求項６に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記第２駆動層は、前記第２迂回部を有し、
前記第２迂回部は、前記第２方向において前記第２制御層に対して前記導電層とは反対側に配置されている、
請求項７に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記第２迂回部には、前記第２制御側接続部材及び前記第２駆動側接続部材が接続されていない、
請求項１～８のうちのいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記第２制御端子と前記第２制御層とは、第２制御端子側接続部材によって電気的に接続されており、
前記第２検出端子と前記第２駆動層とは、第２検出端子側接続部材によって電気的に接続されている、
請求項１～９のうちのいずれか一項に記載のパワーモジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、パワーモジュールに関する。
続きを表示（約 5,300 文字）【背景技術】
【０００２】
上記パワーモジュールの一例として、インバータ装置として構成されるパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパワーモジュールは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのトランジスタからなるパワー半導体素子を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－３８８０３号公報
【０００４】
［概要］
ところで、大電流を供給する用途のパワーモジュールでは、複数のパワー半導体素子を並列に接続した第１素子群と、複数のパワー半導体素子を並列に接続した第２素子群とを直列に接続することによって構成される場合がある。第１素子群を構成する複数のパワー半導体素子の制御端子には、パワーモジュールの１つの制御端子から制御電圧が供給され、第２素子群を構成する複数のパワー半導体素子の制御端子には、パワーモジュールの他の制御端子から制御電圧が供給される。この場合、例えば、第１素子群を構成するパワー半導体素子の配置位置によって、各パワー半導体素子の制御電極と、パワーモジュールの制御端子との間のインダクタンス値にばらつきが生じる。これにより、複数のパワー半導体素子のオンオフのタイミングがばらつくため、動作が不安定となるおそれがある。なお、第２素子群におけるパワー半導体素子についても第１素子群におけるパワー半導体素子と同様の問題が生じ得る。
【０００５】
本開示の一態様によるパワーモジュールは、厚さ方向において互いに反対側を向く基板主面及び基板裏面を有し、電気絶縁性を有する基板と、前記基板主面に形成された各々導電性を有する第１制御層、第２制御層、第１駆動層、第２駆動層、第１搭載層、第２搭載層、及び導電層とを備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第１搭載層に搭載されるものであって、第１入力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第１素子裏面と、出力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第１素子主面と、を有する第１パワー半導体素子を備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第２搭載層に搭載されるものであって、前記出力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第２素子裏面と、第２入力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第２素子主面と、を有する第２パワー半導体素子を備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第１パワー半導体素子の制御電極と前記第１制御層とを接続する第１制御側接続部材と、前記第１パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第１駆動層とを接続する第１駆動側接続部材と、前記第２パワー半導体素子の制御電極と前記第２制御層とを接続する第２制御側接続部材と、前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第２駆動層とを接続する第２駆動側接続部材と、前記第１制御層と電気的に接続されている第１制御端子と、前記第２制御層と電気的に接続されている第２制御端子と、前記第１駆動層と電気的に接続されている第１検出端子と、前記第２駆動層と電気的に接続されている第２検出端子とを備える。前記第２パワー半導体素子は、前記厚さ方向からみて一方向に配列された状態で前記第２搭載層に複数設けられている。前記第２制御側接続部材及び前記第２駆動側接続部材は、前記複数の第２パワー半導体素子に対応させて複数設けられている。前記第２パワー半導体素子の制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第３導電経路とし、前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第４導電経路とし、前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第３導電経路の長さと前記第４導電経路の長さとの和が前記複数の第２パワー半導体素子の間で互いに近づくように迂回する第２迂回部を有する。
【０００６】
また、本開示の一態様によるパワーモジュールは、厚さ方向において互いに反対側を向く基板主面及び基板裏面を有し、電気絶縁性を有する基板と、前記基板主面に形成された各々導電性を有する第１制御層、第２制御層、第１駆動層、第２駆動層、第１搭載層、第２搭載層、及び導電層とを備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第１搭載層に搭載されるものであって、第１入力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第１素子裏面と、出力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第１素子主面と、を有し、前記厚さ方向からみて一方向に配列された状態で前記第１搭載層に搭載された複数の第１パワー半導体素子を備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第２搭載層に搭載されるものであって、前記出力端子に電気的に接続される第１駆動電極が形成された第２素子裏面と、第２入力端子に電気的に接続される第２駆動電極、及び、制御電極が形成された第２素子主面と、を有し、前記一方向に配列された状態で前記第２搭載層に搭載された複数の第２パワー半導体素子を備える。前記パワーモジュールはさらに、前記複数の第１パワー半導体素子の制御電極と前記第１制御層とを接続するものであって、前記複数の第１パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第１制御側接続部材と、前記複数の第１パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第１駆動層とを接続するものであって、前記複数の第１パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第１駆動側接続部材と、前記複数の第２パワー半導体素子の制御電極と前記第２制御層とを接続するものであって、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第２制御側接続部材と、前記第２パワー半導体素子の第２駆動電極と前記第２駆動層とを接続するものであって、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向と同一方向に並んだ複数の第２駆動側接続部材とを備える。前記パワーモジュールはさらに、前記第１制御層と電気的に接続されている第１制御端子と、前記第２制御層と電気的に接続されている第２制御端子と、前記第１駆動層と電気的に接続されている第１検出端子と、前記第２駆動層と電気的に接続されている第２検出端子とを備える。前記複数の第２パワー半導体素子は、前記複数の第２パワー半導体素子の配列方向の両端にある第１端パワー半導体素子及び第２端パワー半導体素子を含む。前記第１端パワー半導体素子の前記制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第３端制御側導電経路とし、前記第１端パワー半導体素子の前記第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第３端駆動側導電経路とし、前記第３端制御側導電経路の長さと前記第３端駆動側導電経路の長さとの和を第３和とし、前記第２端パワー半導体素子の前記制御電極及び前記第２制御端子間の経路を第４端制御側導電経路とし、前記第２端パワー半導体素子の前記第２駆動電極及び前記第２検出端子間の経路を第４端駆動側導電経路とし、前記第４端制御側導電経路の長さと前記第４端駆動側導電経路の長さとの和を第４和とすると、前記第２制御層及び前記第２駆動層の少なくとも一方は、前記第３和と前記第４和とが近づくように導電経路を迂回させる第２迂回部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態のパワーモジュールの斜視図である。
図２は、図１のパワーモジュールの平面図である。
図３は、図１のパワーモジュールの側面図である。
図４は、図１のパワーモジュールについて、図３とは異なる方向からみた側面図である。
図５は、図１のパワーモジュールについて、図３及び図４とは異なる方向からみた側面図である。
図６は、図１のパワーモジュールの底面図である。
図７は、図１のパワーモジュールの内部構造を示す平面図である。
図８は、図１のパワーモジュールの回路構成を示す回路図である。
図９は、図７の９－９線の断面図である。
図１０は、図７の１０－１０線の断面図である。
図１１は、図７の一部の拡大図である。
図１２は、図７の一部の拡大図である。
図１３は、図７の一部の拡大図である。
図１４は、図７の一部の拡大図である。
図１５は、図１４の一部の拡大図である。
図１６は、図１４の一部の拡大図である。
図１７は、図７の一部の拡大図である。
図１８は、図１７の一部の拡大図である。
図１９は、図１７の一部の拡大図である。
図２０は、比較例のパワーモジュールの内部構造を示す平面図である。
図２１は、図２０の一部の拡大図である。
図２２は、図２０の一部の拡大図である。
図２３は、第１実施形態のパワーモジュール及び比較例のパワーモジュールについて、各パワー半導体素子と、各パワー半導体素子のインダクタンス値との関係を示すグラフである。
図２４は、比較例のパワーモジュールの所定のパワー半導体素子のゲート電極に印加される電圧の一例を示すグラフである。
図２５は、本実施形態のパワーモジュールの所定のパワー半導体素子のゲート電極に印加される電圧の一例を示すグラフである。
図２６は、第２実施形態のパワーモジュールについて、その内部構造を示す平面図である。
図２７は、図２は、図２６の一部の拡大図である。
図２８は、図２７の一部の拡大図である。
図２９は、図２７の一部の拡大図である。
図３０は、図２６の一部の拡大図である。
図３１は、図３０の一部の拡大図である。
図３２は、図３０の一部の拡大図である。
図３３は、パワーモジュールが適用された３相交流インバータの回路図である。
図３４は、パワーモジュールが適用された３相交流インバータの回路図である。
図３５は、変更例のパワーモジュールについて、その内部構造の一部を拡大した平面図である。
図３６は、変更例のパワーモジュールについて、その内部構造の一部を拡大した平面図である。
図３７は、変更例のパワーモジュールについて、その内部構造の一部を拡大した平面図である。
図３８は、変更例のパワーモジュールについて、その内部構造の一部を拡大した平面図である。
図３９は、変更例のパワーモジュールについて、第１パワー半導体素子の平面図である。
【０００８】
［詳細な説明］
以下、パワーモジュールの実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであり、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の実施形態は、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
［第１実施形態］
図１～図２５を参照して、第１実施形態のパワーモジュール１Ａについて説明する。
図１～図６は、パワーモジュール１Ａの外観形状を示している。図７は、パワーモジュール１Ａの内部構造を示している。図９では、便宜上、ケース８０及び端子５０を省略して示している。
【００１０】
図１～図７に示すように、パワーモジュール１Ａは、基板１０、接続部材３０、パワー半導体素子４０、端子５０、封止樹脂６０（図１０参照）、放熱板７０、及びこれらを収容するケース８０を主に備える。パワーモジュール１Ａは、例えば３００Ａ以上１０００Ａ以下の電流を供給可能に構成されている。なお、図７では、便宜上、封止樹脂６０を省略して示している。図１～図７に示すように、基板１０、接続部材３０、パワー半導体素子４０、及び封止樹脂６０はそれぞれ放熱板７０及びケース８０によって収容されて外部に露出していない。一方、端子５０は、一部がケース８０の外部に露出又は突出した状態でケース８０に収容されている。パワーモジュール１Ａは、例えばインバータ装置に用いられる。図１、図２、及び図７に示すように、基板１０の厚さ方向からみて（以下、「平面視」という）、パワーモジュール１Ａの形状は矩形状である。ここで、説明の便宜上、基板１０の厚さ方向に沿う方向を「厚さ方向Ｚ」とし、厚さ方向Ｚに直交する方向のうち互いに直交する２方向をそれぞれ「横方向Ｘ」及び「縦方向Ｙ」とする。本実施形態では、パワーモジュール１Ａの長辺方向が横方向Ｘとなり、短辺方向が縦方向Ｙとなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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