再表2021-2132IP Force 特許公報全文掲載

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2021年1月7日
【発行日】2021年11月4日
(54)【発明の名称】半導体モジュールの回路構造
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/12 20060101AFI20211008BHJP
   H01L 25/07 20060101ALI20211008BHJP
   H01L 25/18 20060101ALI20211008BHJP
   H05K 1/02 20060101ALI20211008BHJP
【ＦＩ】
   H01L23/12 Q
   H01L25/04 C
   H05K1/02 J
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】18
【出願番号】特願2021-529927(P2021-529927)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2020年6月1日
(31)【優先権主張番号】特願2019-124452(P2019-124452)
(32)【優先日】2019年7月3日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100132067
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 喜雅
(72)【発明者】
【氏名】磯崎 誠
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 聖一
【テーマコード（参考）】
5E338
【Ｆターム（参考）】
5E338AA16
5E338AA18
5E338BB75
5E338CC04
5E338CD10
5E338EE01
(57)【要約】
電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制すること。半導体モジュール（１）の回路構造は、絶縁板（３０）の上面に回路パターン（３１）が形成された絶縁回路基板（３）と、回路パターンの上面に配置される半導体素子（４）と、を備える。回路パターンは、所定方向に延びるストレート部（３５ａ）と、ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部（３５ｂ）と、を有する。ストレート部の上面には、コーナー部の外周側に偏ってストレート部の延在方向に沿う配線部材（Ｗ６）が配置される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、
前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、
前記回路パターンは、
所定方向に延びるストレート部と、
前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、
前記ストレート部の上面には、前記コーナー部の外周側に偏って前記ストレート部の延在方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする半導体モジュールの回路構造。
【請求項2】
絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、
前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、
前記回路パターンは、
所定方向に延びるストレート部と、
前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、
前記コーナー部の上面には、外周側に偏って屈曲方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする半導体モジュールの回路構造。
【請求項3】
前記配線部材は、前記コーナー部の上面にも外周側に偏って屈曲方向に沿うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項4】
前記配線部材は、前記回路パターンに対して複数箇所で接続されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項5】
前記配線部材は、前記回路パターンの幅方向に並んで複数本配置されることを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項6】
前記回路パターンに対する前記配線部材の接続箇所の数は、前記回路パターンの幅方向外周側に向かうに従って多くなることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項7】
前記回路パターンの幅方向に並んで配置される複数の前記配線部材の材質は、外周側に向かうに従って導電率が高くなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項8】
前記回路パターンの幅方向に並んで配置される複数の前記配線部材の線径は、外周側に向かうに従って大きくなることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の半導体モジュールの回路構造。
【請求項9】
前記半導体素子は、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ−ＩＧＢＴ素子であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体モジュールの回路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体モジュールの回路構造
【背景技術】
【0002】
半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の半導体素子が設けられた基板を有し、インバータ装置等に利用されている。
【0003】
民生・産業用のモータ駆動用等に広く用いられるインバータ装置は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子（スイッチング素子）と、その半導体スイッチング素子を駆動する駆動用集積回路（ＩＣチップ）から構成される。また、機器の小型化と保護回路内蔵のための手段として、したスイッチング素子とＩＣチップを１パッケージ化したＩＰＭ（Intelligent Power Module）が用いられる。
【0004】
ところで、以下に示す特許文献１、２には、半導体モジュール又は集積回路において大電流を通流可能とするため、導電パターン上に導電部材（ボンディングワイヤ）を配置する技術が提案されている。また、特許文献３では、基板上の回路パターン導電層の抵抗値を削減すべく、回路パターン導電層上にワイヤ配線を配置している。更に、特許文献４では、突入電流による導電路の溶断を防止すべく、導電路上にワイヤ線をボンディング接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１０−２５１５５１号公報
【特許文献2】特開平６−２９６４６号公報
【特許文献3】特開２００１−８５６１１号公報
【特許文献4】特開平６−３３８６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
また、近年では、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ素子が開発されている。ＲＣ−ＩＧＢＴ素子によれば、従来と同じ電流定格で比較するとチップ面積が縮小され、より高密度な実装が可能となっている。すなわち、従来と同じチップ面積で比較すると電流定格を拡大することが可能である。
【0007】
このように、ＲＣ−ＩＧＢＴ素子を採用することで従来のパッケージサイズでは実現できなかった電流定格を実現できる反面、更なる通電量の拡大（高電流密度化）に伴って電流の二乗に比例して回路網の発熱量が増加する。この結果、従来の電流定格では問題とならなかった回路パターンの異常過熱が発生し得る。
【0008】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制することができる半導体モジュールの回路構造を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様の半導体モジュールの回路構造は、絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、前記回路パターンは、所定方向に延びるストレート部と、前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、前記ストレート部の上面には、前記コーナー部の外周側に偏って前記ストレート部の延在方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の他の態様の半導体モジュールの回路構造は、絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、前記回路パターンは、所定方向に延びるストレート部と、前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、前記コーナー部の上面には、外周側に偏って屈曲方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す平面模式図である。
【図2】本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す断面模式図である。
【図3】本実施の形態に係る半導体モジュールの回路構造の部分拡大図である。
【図4】第１変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【図5】第２変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【図6】第３変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【図7】第４変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【図8】第５変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を適用可能な半導体モジュールについて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す平面模式図である。図２は、本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す断面模式図である。具体的に図２は、図１のＡ−Ａに沿って切断した断面図である。なお、以下に示す半導体モジュールはあくまで一例にすぎず、これに限定されることなく適宜変更が可能である。本明細書において、平面視は、後述する絶縁回路基板に垂直な方向から半導体モジュールを見た場合を意味する。
【0014】
半導体モジュール１は、例えばパワーモジュール等の電力変換装置に適用されるものである。図１及び図２に示すように、半導体モジュール１は、放熱板２、絶縁回路基板３、複数の半導体素子４等を含んで構成される。
【0015】
放熱板２は、絶縁回路基板３のベース板としての役割を果たし、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属板によって平面視矩形状に形成される。
【0016】
放熱板２の上面（主面）には、絶縁回路基板３が配置される。絶縁回路基板３は、金属層と絶縁層とを積層して構成され、平面視方形状に形成されている。本実施の形態では、２つの絶縁回路基板３が放熱板２の長手方向に並んで配置されている。２つの絶縁回路基板３は、例えば半田等の接合材（不図示）を介して放熱板２の上面に配置される。
【0017】
絶縁回路基板３は、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板やＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板で構成される。具体的に絶縁回路基板３は、上面と下面を有する絶縁板３０と、絶縁板３０の上面（主面）に形成される回路パターン３１と、絶縁板３０の下面に形成される金属板３２と、を有している。絶縁板３０は、セラミックや樹脂等の絶縁材料によって平面視方形状に形成される。絶縁材料には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料、エポキシ等の樹脂材料、または、セラミックス材料をフィラーとして用いたエポキシ樹脂材料が用いられる。
【0018】
回路パターン３１は、所定厚みの導電体で構成される。回路パターン３１の厚さは、５０μｍ以上、２．０ｍｍ以下であってよい。好ましくは、１００μｍ以上、５００μｍ以下である。薄すぎると、電気抵抗が大きくなり損失や発熱が生じる場合がある。厚すぎると、絶縁板３０との間の応力により反りや破損が発生する場合がある。回路パターン３１の材質は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を主成分とする合金である。更に、回路パターン３１の表面に対して、例えば、ニッケル、または、ニッケル合金が形成されていてもよい。回路パターン３１は、平面視で独立した島状（電気的に互いに絶縁された状態）の複数の回路パターン３３〜３６を有している。図１では、紙面左側に位置する絶縁板３０上に３つの独立した回路パターン３３〜３５が形成され、紙面右側に位置する絶縁板３０上に４つの独立した回路パターン３３〜３６が形成されている。なお、左右それぞれの絶縁板３０上で対応する回路パターン３１は、説明の便宜上、共通する符号で示している。また、各回路パターン３１については後述する。
【0019】
金属板３２は、回路パターン３１と同様に銅箔等によって形成される所定厚みの金属層で構成される。金属板３２は、平面を有しており、絶縁板３０の下面の略全体を覆う平面視方形状を有している。具体的に金属板３２の外縁部は、絶縁板３０の外縁部よりも僅かに内側に位置している。金属板３２の下面は、放熱板２の上面に向けられている。金属板３２は、図示しない接合材を介して放熱板２の上面に接合される。
【0020】
回路パターン３３の上面には、４つの半導体素子４が配置されている。半導体素子４は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化けい素（ＳｉＣ）等の半導体基板によって平面視方形状に形成される。本実施の形態では、半導体素子４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子とＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子の機能を一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ素子で構成される。
【0021】
なお、半導体素子４は、これに限定されず、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードを単独に用いてもよい。また、逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）−ＩＧＢＴ等を用いてもよい。また、半導体素子４の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。
【0022】
半導体素子４の上面には、主電極として不図示の入力電極（アノード電極）が設けられている。半導体素子４の下面には、主電極として不図示の出力電極（カソード電極）が設けられている。半導体素子４の下面は、例えば半田等の接合材（不図示）を介して回路パターン３３の上面に電気的に接合される。
【0023】
また、放熱板２の外周側の上面には、枠状のケース部材５が配置される。ケース部材５は、例えば合成樹脂によって成形され、接着剤（不図示）を介して放熱板２に接合される。ケース部材５は、２つの絶縁回路基板３の外周を囲う環状壁部５０を有している。環状壁部５０は、放熱板２の外形に沿う平面視四角環状に形成されている。また、環状壁部５０は、半導体モジュール１の厚み方向（鉛直方向）に立ち上がっている。環状壁部５０の上面の内周側には、一段下がった段部５１が形成されている。段部５１は、四角環状の凹部で形成され、環状壁部５０の上面に対して段部５１の上面が低い位置に設けられている。
【0024】
また、環状壁部５０の長手方向で対向する一対の壁部には、それぞれ端子部材６が埋め込まれている。当該端子部材６に対応して環状壁部５０の上縁部には、水平方向外側に向かって突出する板状の突出片５２が形成されている。
【0025】
端子部材６は、例えば金属製の板状体を折り曲げて形成される。端子部材６は、段部５１の上面に露出する内側端子部６０と、突出片５２の上面に露出する外側端子部６１と、を有している。図１の紙面左側に位置する端子部材６が１つの内側端子部６０と２つの外側端子部６１とが環状壁部５０内で電気的に接続されるように一体的に形成されている。一方、図１の紙面右側に位置する端子部材６は、１つの内側端子部６０と１つの外側端子部６１が環状壁部５０内で電気的に接続されるように一体的に形成されている。すなわち、図１の紙面右側には、電気的に独立した２つの端子部材６が、環状壁部５０の短手方向に並んで配置されている。
【0026】
各半導体素子４、回路パターン３１、及び端子部材６は、配線部材（ワイヤ）によって電気的に接続される。具体的に半導体素子４と回路パターン３４は、配線部材Ｗ１によって電気的に接続される。
【0027】
また、図１の紙面左側において、回路パターン３５を挟んで対向する一対の半導体素子４は、配線部材Ｗ２によって電気的に接続される。同様に図１の紙面右側において、回路パターン３６を挟んで対向する一対の半導体素子４は、配線部材Ｗ２によって電気的に接続される。
【0028】
図１の紙面左側において、半導体素子４が実装される回路パターン３３と内側端子部６０は、配線部材Ｗ３によって電気的に接続される。同様に図１の紙面右側において、半導体素子４が実装される回路パターン３３と一方の内側端子部６０は、配線部材Ｗ３によって電気的に接続される。また、図１の紙面右側において、回路パターン３５と他方の内側端子部６０は、配線部材Ｗ３によって電気的に接続される。
【0029】
図１の紙面左側の回路パターン３３と紙面右側の回路パターン３６は、配線部材Ｗ４によって電気的に接続される。同様に図１の紙面左側の回路パターン３５と紙面右側の回路パターン３５は、配線部材Ｗ４によって電気的に接続される。
【0030】
また、図１の紙面左側において、回路パターン３５と半導体素子４は、配線部材Ｗ５によって電気的に接続される。同様に図１の紙面右側において、回路パターン３６と半導体素子４は、配線部材Ｗ５によって電気的に接続される。
【0031】
また、詳細は後述するが、回路パターン３５には、延在方向に沿って複数の配線部材Ｗ６が配置されている。配線部材Ｗ６は、平面視で回路パターン３５の幅方向（延在方向に直交する方向）に並んで複数本（図１では２本）配置されている。また、各配線部材Ｗ６は、回路パターン３５に対して複数箇所で電気的に接続される。
【0032】
した配線部材Ｗ１〜Ｗ６には、導電性を有する線状のワイヤが用いられる。ワイヤは、断面円形で直径２５μｍ以上、６００μｍ以下であってよい。導電ワイヤの材質は、金、銅、アルミニウム、金合金、銅合金、アルミニウム合金のいずれか１つ又はそれらの組み合わせを用いることができる。配線部材Ｗ１〜Ｗ６は、それぞれの回路パターンおよび半導体素子とウェッジボンディングで接合されていてよい。
【0033】
回路パターン３５において延在方向に沿って配置されている配線部材Ｗ６は、直径１００μｍ以上、６００μｍ以下の断面円形を有する線状のワイヤであってよい。また、配線部材Ｗ６として、ワイヤ以外の部材を用いることも可能である。例えば、配線部材Ｗ６として、導電性を有する薄帯状のリボンを用いることができる。リボンの幅は、５００μｍ以上、２．５ｍｍ以下である。リボンの厚さは５０μｍ以上、２５０μｍ以下である。このような配線部材Ｗ６の材質は、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金のいずれか１つ又はそれらの組み合わせを用いることができる。さらに、電気抵抗を調整するために、シリコン、鉄、タングステン、チタンのいずれか１つ又はそれらの組み合わせが加えられていてもよい。このような配線部材Ｗ６は、回路パターン３５に対して、ウェッジボンディングやレーザー接合を用いて複数箇所で接続される。
【0034】
特に図示はしないが、環状壁部５０により規定されるケース部材５の内部空間は、封止樹脂によって封止される。具体的に封止樹脂は、ケース部材５の内側で絶縁回路基板３、半導体素子４、配線部材、及び内側端子部６０が十分に埋まる程度に充填される。なお、封止樹脂には、エポキシ樹脂やシリコーンゲルを用いることができる。
【0035】
ところで、したように近年では、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ−ＩＧＢＴ素子が開発されている。ＲＣ−ＩＧＢＴ素子によれば、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子を一対組み合わせて単一のスイッチ素子を構成する場合に比べて、同じ電流定格におけるチップ面積が縮小され、より高密度な実装が可能となっている。
【0036】
より具体的にＲＣ−ＩＧＢＴ素子は、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子を別体で組み合わせた場合に比べて同じ電流定格におけるチップ面積をおよそ２０％縮小することが可能である。したがって、半導体モジュールの製品サイズを縮小して従来と同じ電流定格を達成できるという利点がある。
【0037】
すなわち、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子を別体で組み合わせたチップ面積と同じ面積のＲＣ−ＩＧＢＴ素子を用いれば、電流定格を更に拡大（およそ２５％）することが可能である。この場合、半導体モジュールの製品サイズは従来と同じまま、電流定格だけ拡大することが可能である。
【0038】
しかしながら、従来に比べて電流定格が拡大される結果、電流の二乗に比例して回路網の発熱量が増加するため、従来の電流定格では問題とならなかった回路パターンの異常過熱が発生し得る。これは回路パターンを流れる電流に位置的な偏りが生じているためと考えられる。
【0039】
ここで、図３を参照して本実施の形態にかかる半導体モジュール１の回路構造について説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体モジュールの回路構造の部分拡大図である。より具体的に図３Ａは図１の回路パターン３５周辺の部分拡大図であり、図３Ｂは図２の回路パターン３５周辺の部分拡大図である。
【0040】
図３Ａに示すように、回路パターン３５は、所定方向に延びる第１ストレート部３５ａと、第１ストレート部３５ａの延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部３５ｂと、コーナー部３５ｂの屈曲方向に延びる第２ストレート部３５ｃと、を有している。
【0041】
第１ストレート部３５ａは、例えば半導体モジュール１の長手方向（図３の紙面左右方向）に沿って延びている。コーナー部３５ｂは、第１ストレート部３５ａの端部から直角に屈曲している。第２ストレート部３５ｃは、コーナー部３５ｂの端部から例えば半導体モジュール１の短手方向（図３の紙面上下方向）に延びている。すなわち、第１ストレート部３５ａと第２ストレート部３５ｃは、コーナー部３５ｂにおいて、直角を成すように連結されている。
【0042】
通常、回路パターン３１（３５）には、銅等の導電性の高い金属材料が用いられるものの、所定の抵抗を有する。特に図３Ａのように回路パターン３５にコーナー部３５ｂを有する場合、回路パターン３５を流れる電流は、より抵抗の低い箇所を流れる傾向がある。すなわち、電流は、回路パターン３５中の抵抗が小さくなる経路を流れようとする。より具体的に電流は、回路パターン３５（コーナー部３５ｂ）の内周側を流れようとする（図３Ａ中の矢印参照）。この場合、回路パターン３５の外周側には、内周側に比べて電流が流れ難くなっている。このように、回路パターン３５を流れる電流には、経路によって偏りが生じているといえる。
【0043】
そこで、本件発明者は、のように回路パターンを流れる電流に位置的な偏りが生じることに着目し、本発明に想到した。具体的に本実施の形態では、第１ストレート部３５ａの上面に第１ストレート部３５ａの延在方向に沿って複数（例えば３つ）の配線部材Ｗ６を配置している。また、複数の配線部材Ｗ６は、コーナー部３５ｂの外周側に偏って配置されている。
【0044】
この構成によれば、配線部材Ｗ６が回路パターン３５の外周側に偏って配置されることで、回路パターン３５の外周側の抵抗を下げることが可能である。この結果、回路パターン３５の外周側にも電流を流れやすくすることが可能である。より具体的に電流は、回路パターン３５の内周側だけでなく、配線部材Ｗ６を含む回路パターン３５の外周側にも流れることになる。
【0045】
このように、回路パターン３５を流れる電流を分流化することで、回路パターン３５を流れる電流に位置的な偏りを抑えることが可能である。この結果、回路パターン３５中の電流密度を低下させ、回路パターン３５全体に電流が流れ易くなっている。このため、回路パターン３５の熱分布が均一となり、局所的な異常過熱を防止することが可能になっている。
【0046】
このような異常過熱防止効果は、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ−ＩＧＢＴ素子を備えた半導体モジュール１において、より顕著に表れる。したがって、本実施の形態によれば、電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制することが可能である。
【0047】
次に、図４から図８を参照して変形例にかかる半導体モジュールの回路構造について説明する。図４は、第１変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。図５は、第２変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。図６は、第３変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。図７は、第４変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。図８は、第５変形例に係る半導体モジュールの回路構造を示す模式図である。
【0048】
実施の形態において、配線部材Ｗ６が第１ストレート部３５ａの上面に配置される構成としたが、この構成に限定されない。例えば、図４に示す構成も可能である。図４に示すように、配線部材Ｗ６は、コーナー部３５ｂの上面に配置されてもよい。配線部材Ｗ６は、コーナー部３５ｂの屈曲方向に沿って平面視Ｌ字状を成すように配置されている。また、配線部材Ｗ６は、回路パターン３５の幅方向に並んで２つ設けられている。更に２つの配線部材Ｗ６は、コーナー部３５ｂの外周側に偏って配置されている。このような配線構成であっても、と同様に回路パターン３５の外周側の抵抗を下げることができ、局所的な異常過熱を防止することが可能になっている。
【0049】
また、図３及び図４の配線パターンを組み合わせて、図５のように、回路パターン３５の外周側に配線部材Ｗ６を配置することも可能である。これにより、回路パターン３５の熱分布が均一となって更なる異常過熱抑制効果を得ることが可能である。
【0050】
また、図６に示すように、回路パターン３５に対する配線部材Ｗ６の接続箇所Ｗ６ａの数は、回路パターン３５の幅方向外周側に向かうに従って多くしてもよい。例えば、配線部材Ｗ６の接続箇所Ｗ６ａの間隔は、最も内周側の配線部材Ｗ６を１とした時に、最も外周側の配線部材Ｗ６が０．５であり、その間の配線部材Ｗ６が１より大きく０．５より小さい範囲で外周側に向かって順次小さくなっていてよい。回路パターン３５の外周側の接続箇所Ｗ６ａが増える程、回路パターン３５の外周側の抵抗を下げることができるため、回路パターン３５の熱分布が均一となって更なる異常過熱抑制効果を得ることが可能である。また、実施の形態では、配線部材Ｗ６が、回路パターン３５のストレート部３５ａに形成される場合について説明したが、これに限定されることなく、図４のコーナー部３５ｂ、および図５の外周側の場合において、適宜変更が可能である。
【0051】
また、特に図示はしないが、図３の回路パターン３５のストレート部３５ａ、図４のコーナー部３５ｂ、および図５の外周側に形成される配線部材Ｗ６において、回路パターン３５の幅方向に並んで配置される複数の配線部材Ｗ６の材質は、外周側に向かうに従って導電率が高くなるようにしてもよい。例えば、内周側がアルミニウム又はアルミニウム合金であって、外周側が銅または銅合金であってよい。更に、複数の配線部材Ｗ６の線径は、外周側に向かうに従って大きくしてもよい。例えば、複数の配線部材Ｗ６がワイヤであって、内周側の直径が１００μｍ以上、３００μｍ未満であって、外周側の直径が３００μｍ以上、５００ｕｍ以下であってよい。このように外周側に向かうに従って回路パターン３５の抵抗を下げる構成を適宜変更することが可能である。すなわち、外周側に向かうに従って抵抗の下げ方に軽重を設けることで、より柔軟に異常過熱を抑制することが可能である。
【0052】
また、実施の形態では、回路パターン３５が平面視Ｌ字状に形成される場合について説明したが、回路パターン３５の形状はこれに限定されることなく、適宜変更が可能である。例えば、図７及び図８に示すように、平面視でクランク状に形成される回路パターン３７で構成されてもよい。
【0053】
具体的に回路パターン３７は、所定方向（図７及び図８では紙面上下方向）に延びる第１ストレート部３７ａと、第１ストレート部３７ａの両端から第１ストレート部３７ａの延在方向に対して異なる方向（直角方向）に屈曲する第１コーナー部３７ｂ及び第２コーナー部３７ｃと、を有している。第１コーナー部３７ｂと第２コーナー部３７ｃは、互い反対側に向くように屈曲している。
【0054】
図７では、第１コーナー部３７ｂの上面に２つの配線部材Ｗ７が配置されている。配線部材Ｗ７は、第１コーナー部３７ｂの屈曲方向に沿って平面視Ｌ字状を成すように配置されている。また、配線部材Ｗ７は、回路パターン３７の幅方向に並んで２つ設けられている。更に２つの配線部材Ｗ７は、第１コーナー部３７ｂの外周側に偏って配置されている。また、回路パターン３７に対する配線部材Ｗ７の接続箇所Ｗ７ａは、４箇所ずつ設けられている。
【0055】
同様に、第２コーナー部３７ｃの上面にも２つの配線部材Ｗ７が配置されている。配線部材Ｗ７は、第２コーナー部３７ｃの屈曲方向に沿って平面視Ｌ字状を成すように配置されている。また、配線部材Ｗ７は、回路パターン３７の幅方向に並んで２つ設けられている。更に２つの配線部材Ｗ７は、第２コーナー部３７ｃの外周側に偏って配置されている。また、回路パターン３７に対する配線部材Ｗ７の接続箇所Ｗ７ａは、４箇所ずつ設けられている。
【0056】
図８では、第１ストレート部３７ａの上面に配線部材Ｗ７が配置されている。具体的に第１コーナー部３７ｂに近い側の第１ストレート部３７ａには、第１コーナー部３７ｂの外周側に偏って２つの配線部材Ｗ７が第１ストレート部３７ａの延在方向に沿って配置されている。２つの配線部材Ｗ７は、第１ストレート部３７ａの幅方向に並んで配置されている。
【0057】
一方で、第２コーナー部３７ｃに近い側の第１ストレート部３７ａには、第２コーナー部３７ｃの外周側に偏って２つの配線部材Ｗ７が第１ストレート部３７ａの延在方向に沿って配置されている。２つの配線部材Ｗ７は、第１ストレート部３７ａの幅方向に並んで配置されている。
【0058】
図７及び８のように、クランク形状の回路パターン３７においても、電流が流れ難いと予想される箇所に配線部材Ｗ７を設けることで、回路パターン３７全体に電流が流れ易くなっている。このため、回路パターン３７の熱分布が均一となり、局所的な異常過熱を防止することが可能になっている。
【0059】
以上説明したように、本発明によれば、回路パターンの中で電流が流れ難いとされる箇所に配線部材を配置したことで、電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制することが可能である。
【0060】
また、実施の形態において、絶縁回路基板３や半導体素子４の個数及び配置箇所は、構成に限定されず、適宜変更が可能である。配線部材の配置個数、回路パターンに対する配線部材の接続箇所の個数も同様に適宜変更が可能である。
【0061】
また、実施の形態において、回路パターンの個数及びレイアウトは、構成に限定されず、適宜変更が可能である。
【0062】
また、実施の形態では、絶縁回路基板３や半導体素子４が平面視矩形状又は方形状に形成される構成としたが、この構成に限定されない。絶縁回路基板３や半導体素子４は、以外の多角形状に形成されてもよい。
【0063】
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【0064】
また、本実施の形態はの実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【0065】
下記に、実施の形態における特徴点を整理する。
実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造は、絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、前記回路パターンは、所定方向に延びるストレート部と、前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、前記ストレート部の上面には、前記コーナー部の外周側に偏って前記ストレート部の延在方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする。
【0066】
また、実施の形態に記載の他の半導体モジュールの回路構造は、絶縁板の上面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、前記回路パターンの上面に配置される半導体素子と、を備え、前記回路パターンは、所定方向に延びるストレート部と、前記ストレート部の延在方向に対して異なる方向に屈曲するコーナー部と、を有し、前記コーナー部の上面には、外周側に偏って屈曲方向に沿う配線部材が配置されることを特徴とする。
【0067】
また、実施の形態に記載の他の半導体モジュールの回路構造において、前記配線部材は、前記コーナー部の上面にも外周側に偏って屈曲方向に沿うように配置されることを特徴とする。
【0068】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記配線部材は、前記回路パターンに対して複数箇所で接続されることを特徴とする。
【0069】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記配線部材は、前記回路パターンの幅方向に並んで複数本配置されることを特徴とする。
【0070】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記回路パターンに対する前記配線部材の接続箇所の数は、前記回路パターンの幅方向外周側に向かうに従って多くなることを特徴とする。
【0071】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記回路パターンの幅方向に並んで配置される複数の前記配線部材の材質は、外周側に向かうに従って導電率が高くなることを特徴とする。
【0072】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記回路パターンの幅方向に並んで配置される複数の前記配線部材の線径は、外周側に向かうに従って大きくなることを特徴とする。
【0073】
また、実施の形態に記載の半導体モジュールの回路構造において、前記半導体素子は、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ−ＩＧＢＴ素子であることを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【0074】
以上説明したように、本発明は、電流定格を拡大しつつも回路パターンの異常過熱を抑制することができるという効果を有し、特に、半導体モジュールの回路構造に有用である。
【0075】
本出願は、２０１９年７月３日出願の特願２０１９−１２４４５２に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】

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