功率用半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】具備：作為金屬散熱體的基底板(2)；第一絕緣層(3)，設(shè)置于基底板(2)上；以及第一布線圖案(4)，設(shè)置于第一絕緣層(3)上，在作為第一布線圖案(4)上的一部分的規(guī)定區(qū)域僅隔著樹脂制的第二絕緣層(5)層疊第二層的第二布線圖案(6)，形成圖案層疊區(qū)域(X1)。另外，功率用半導(dǎo)體元件(7)搭載于第一布線圖案(4)上的圖案層疊區(qū)域(X1)以外的區(qū)域。另外，基底板(2)、第一絕緣層(3)、第一布線圖案(4)、第二絕緣層(5)、第二布線圖案(6)、功率用半導(dǎo)體元件(7)通過傳遞模樹脂(11)被一體地密封，從而構(gòu)成功率用半導(dǎo)體模塊(1)。
【專利說明】
功率用半導(dǎo)體模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用于逆變器等功率變換裝置中的絕緣型的功率用半導(dǎo)體模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，要求功率變換裝置的小型化，使用于功率變換裝置中的功率用半導(dǎo)體模塊的小型化變得重要。
[0003]作為功率用半導(dǎo)體模塊的構(gòu)造，一般在作為散熱板的金屬板上隔著絕緣層形成布線圖案，在其上設(shè)置功率用半導(dǎo)體元件并通過引線鍵合(wire bond)等而與各端子連接，并且用樹脂進(jìn)行密封。
[0004]這樣的功率用半導(dǎo)體模塊大致可分成2種，有用硅凝膠密封的殼體型(case-type)模塊和用環(huán)氧樹脂密封的傳遞模型(transfer-mold-type)模塊(例如前者參照專利文獻(xiàn)1，后者參照專利文獻(xiàn)2)。在前者的殼體型模塊中，作為絕緣層而使用陶瓷絕緣層，在后者的傳遞模型模塊中，作為絕緣層而使用樹脂絕緣層的情況較多。
[0005]但是，在以大電流、高電壓實(shí)施開關(guān)動作的功率用半導(dǎo)體模塊中，通過功率用半導(dǎo)體元件OFF時(shí)的電流的時(shí)間變化率di/dt和功率變換裝置中包含的布線電感L，對功率用半導(dǎo)體元件施加浪涌電壓AV = L.di/dt。如果布線電感L大，則發(fā)生超過功率用半導(dǎo)體元件的耐壓的浪涌電壓，有時(shí)成為功率用半導(dǎo)體元件劣化的原因。
[0006]因此，功率用半導(dǎo)體模塊要求小型化，并且低電感化也很重要。
[0007]在例如以往的半導(dǎo)體模塊中，在陶瓷電路基板上搭載有作為電子零件的半導(dǎo)體元件(例如參照專利文獻(xiàn)3)，該陶瓷電路基板具備將3層以上的陶瓷基板層疊并相互接合了的陶瓷多層基板、接合在陶瓷多層基板的上表面以及下表面的表層金屬電路板、配置在形成于內(nèi)層的陶瓷基板的電路貫通孔內(nèi)的內(nèi)層金屬電路板、以及金屬柱，該金屬柱通過焊料將一端與內(nèi)層金屬電路板接合、將另一端與其他內(nèi)層金屬電路板或者表層金屬電路板接合，該金屬柱將內(nèi)層金屬電路板和其他內(nèi)層金屬電路板或者表層金屬電路板連接起來。
[0008]另外，例如以往的半導(dǎo)體模塊通過將模塊內(nèi)部的匯流條設(shè)為層疊構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)匯流條部分的低電感，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體模塊的低電感(例如參照專利文獻(xiàn)4)。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開平08-316357號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開平10-135377號公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2011-199275號公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)4:專利第4430497號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]上述專利文獻(xiàn)3記載的以往的半導(dǎo)體模塊使用了陶瓷多層基板，所以被認(rèn)為能夠使半導(dǎo)體模塊小型化，并且在電路重疊的部分中也能夠得到降低電感的效果。但是，在陶瓷多層基板中，由于是多層構(gòu)造，所以熱阻大，存在無法對搭載在陶瓷多層基板的功率用半導(dǎo)體元件開關(guān)時(shí)等的發(fā)熱高效地散熱的問題。另外，為了連接多層金屬電路板彼此而使用金屬柱、并作為電流路徑的方法不適合于電流容量大的功率模塊。
[0014]另外，在上述專利文獻(xiàn)4記載的以往的半導(dǎo)體模塊中，雖然能夠在匯流條的層疊部分實(shí)現(xiàn)低電感化，但沒有關(guān)于匯流條的輸出端子的形狀、匯流條與半導(dǎo)體元件的連接的說明，推測輸出端子的形狀、與功率用半導(dǎo)體元件的連接構(gòu)造復(fù)雜化。另外，推測在匯流條之間夾著絕緣紙而與殼體插入成型等制造工序繁雜。另外，有如下?lián)鷳n:殼體的樹脂流動性惡化、需要擴(kuò)大匯流條之間的距離，從而減弱了電感的降低效果。
[0015]本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，其目的在于，得到一種以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小型化/低電感化，并且抑制了熱阻增大的功率用半導(dǎo)體模塊。
[0016]本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體模塊是在內(nèi)部收納多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件而構(gòu)成的絕緣型的功率用半導(dǎo)體模塊，具備作為金屬散熱體的基底板、設(shè)置在上述基底板上的第一絕緣層、以及設(shè)置在上述第一絕緣層上的第一布線圖案，上述第一布線圖案上的規(guī)定區(qū)域是僅隔著樹脂制的第二絕緣層而層疊第二層的第二布線圖案的圖案層疊區(qū)域。
[0017]本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體模塊是在內(nèi)部收納多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件而構(gòu)成的絕緣型的功率用半導(dǎo)體模塊，具備作為金屬散熱體的基底板、設(shè)置在上述基底板上的第一絕緣層、以及設(shè)置在上述第一絕緣層上的第一布線圖案，上述第一布線圖案上的規(guī)定區(qū)域是僅隔著樹脂制的第二絕緣層層疊第二層的第二布線圖案的圖案層疊區(qū)域。因此，能夠在圖案層疊區(qū)域?qū)盈B功率用半導(dǎo)體模塊中的布線，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體模塊的小型化/低電感化。除此以外，功率用半導(dǎo)體元件能夠配置于第一布線圖案上的圖案層疊區(qū)域以外的區(qū)域，能夠?qū)碜怨β视冒雽?dǎo)體元件的發(fā)熱高效地散熱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式I中的功率用半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0019]圖2是圖1的平面圖中的A1-A2剖面圖。
[0020]圖3是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I中的功率用半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0021]圖4是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的功率用半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0022]圖5是圖4的平面圖中的B1-B2剖面圖。
[0023]圖6是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的功率用半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0024]圖7是圖6的平面圖中的C1-C2剖面圖。
[0025]圖8是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式4中的功率用半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0026]圖9是圖8的平面圖中的D1-D2剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施方式1.
[0028]圖1是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式I中的功率用半導(dǎo)體模塊I的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖2是圖1的平面圖中的A1-A2剖面圖。在本實(shí)施方式I中，作為一個(gè)例子，采用被稱為所謂6in I構(gòu)造、可應(yīng)用于3相交流的功率用半導(dǎo)體模塊。在6in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊中，將逆并聯(lián)地連接的自消弧型半導(dǎo)體元件和環(huán)流用二極管的組串聯(lián)地連接2組而成的電路作為I相量，將該電路設(shè)置3相量。
[0029]首先，參照圖1、圖2，簡單地說明功率用半導(dǎo)體模塊I的結(jié)構(gòu)。另外，為了便于了解功率用半導(dǎo)體模塊I的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，在圖1的平面圖中省略了傳遞模樹脂的記載。
[0030]功率用半導(dǎo)體模塊I是在內(nèi)部收納多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件7而構(gòu)成的絕緣型的功率用半導(dǎo)體模塊，具備:作為金屬散熱體的基底板2，用于將在功率用半導(dǎo)體模塊I中發(fā)生的熱量向外部散熱；第一絕緣層3，設(shè)置于基底板2上；以及第一層的第一布線圖案4，設(shè)置于第一絕緣層3上，由金屬箔構(gòu)成。另外，在作為第一布線圖案4上的一部分的規(guī)定區(qū)域中，層疊隔著第二絕緣層5配設(shè)的由金屬箔構(gòu)成第二層的第二布線圖案6，形成了 2層的第一布線圖案4、第二布線圖案6層疊的圖案層疊區(qū)域XI。
[0031]在第一布線圖案4的、與圖案層疊區(qū)域Xl不同的區(qū)域中，搭載有多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件7，通過焊錫8接合于第一布線圖案4。另外，各功率用半導(dǎo)體元件7之間、各功率用半導(dǎo)體元件7與第一、第二布線圖案4、6之間等必要的部位通過引線鍵合9電連接。在第一、第二布線圖案4、6上的必要部位，分別設(shè)置外部連接用的插口型的端子10，端子10通過焊錫8接合于第一、第二布線圖案4、6。棒狀的外部端子(未圖示)插入連接到端子10的孔部100。
[0032]另外，這些各部件(基底板2、第一絕緣層3、第一布線圖案4、第二絕緣層5、第二布線圖案6、功率用半導(dǎo)體元件7、引線鍵合9、端子10等)通過傳遞模樹脂11被一體地密封，從而構(gòu)成功率用半導(dǎo)體模塊I。
[0033]另外，在本實(shí)施方式I中，作為端子10而采用了插入連接外部端子的插口型端子，但只要是螺絲連接用的端子等能夠與外部電路連接的端子，則可以是任意的端子。
[0034]接下來，說明各部件的材質(zhì)等。
[0035]基底板2能夠使用熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的金屬，例如鋁、銷合金、銅、銅合金、鐵、以及鐵合金等、或者作為復(fù)合材料的銅/鐵-鎳合金/銅以及鋁/鐵-鎳合金/鋁等。特別是，在功率用半導(dǎo)體元件的電流容量大的情況下，優(yōu)選使用電氣傳導(dǎo)性也優(yōu)良的銅。另外，例如根據(jù)功率用半導(dǎo)體元件7的電流容量來適當(dāng)?shù)貨Q定基底板2的厚度、長度、寬度。功率用半導(dǎo)體元件7的電流容量越大，優(yōu)選將基底板2的厚度、長度、寬度設(shè)定得越大。
[0036]在本實(shí)施方式I中，作為基底板2而使用了厚度3_的鋁板。
[0037]作為第一絕緣層3能夠使用例如各種陶瓷、含有無機(jī)粉末的樹脂絕緣片、含有玻璃纖維的樹脂絕緣片等。
[0038]作為第二絕緣層5，使用樹脂制的絕緣層，能夠例如使用含有無機(jī)粉末的樹脂絕緣片、含有玻璃纖維的樹脂絕緣片等。
[0039]在本實(shí)施方式I中，第一、第二絕緣層3、5都由作為無機(jī)粉末而含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂絕緣片形成。另外，作為其他無機(jī)粉末，可以舉出氧化鈹(beryllia)、氮化硼、氧化鎂、氧化硅、氮化硅、氮化鋁等。另外，由樹脂絕緣片形成的第一、第二絕緣層3、5的厚度被設(shè)定為例如20?400 μ m左右。
[0040]作為形成第一布線圖案4以及第二布線圖案6的金屬箔而使用例如銅箔，銅箔的厚度為0.3mm。
[0041]另外，作為引線鍵合9能夠使用鋁線、銅線等，此處，作為引線鍵合9使用了鋁線。
[0042]另外，根據(jù)功率用半導(dǎo)體元件7的電流容量，適當(dāng)?shù)貨Q定形成第一、第二布線圖案4、6的銅箔的厚度、作為引線鍵合9所使用的金屬線的線徑/根數(shù)，不限于本實(shí)施方式I的例子。
[0043]接下來，說明功率用半導(dǎo)體模塊1的制造方法的一個(gè)例子。
[0044]首先，在由厚度3mm的鋁板構(gòu)成的基底板2上，載置含有B階段狀態(tài)的氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片而作為第一絕緣層3，進(jìn)而在其上重疊厚度0.3mm的銅箔(第一層)。另外，B階段狀態(tài)是指環(huán)氧樹脂等熱硬化性樹脂的硬化中間狀態(tài)。然后，對重疊基底板2、第一絕緣層3、銅箔(第一層)而得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱/加壓，通過第一絕緣層3的硬化來粘合基底板2和銅箔(第一層)。之后，將銅箔(第一層)蝕刻為規(guī)定的形狀，形成第一層的第一布線圖案4。另外，在第一布線圖案4中，在規(guī)定的位置設(shè)置有用于搭載功率用半導(dǎo)體元件7的元件搭載部分。
[0045]接下來，在作為第一層的第一布線圖案4上的一部分的規(guī)定區(qū)域，載置含有B階段狀態(tài)的氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片來作為第二絕緣層5，進(jìn)而在其上重疊與第二絕緣層5大致相同尺寸的厚度0.3mm的銅箔(第二層)。然后，對它們再次進(jìn)行加熱/加壓，通過第二絕緣層5的硬化來粘合第一布線圖案4和銅箔(第二層)。之后，將銅箔(第二層)蝕刻為規(guī)定的形狀，形成第二層的第二布線圖案6。
[0046]這樣，形成層疊基底板2、第一絕緣層3、第一布線圖案4、第二絕緣層5、第二布線圖案6而成的金屬電路基板。在本實(shí)施方式1中，通過環(huán)氧樹脂絕緣片形成了第一絕緣層
3、第二絕緣層5，所以通過配置到基底板2與第一布線圖案4之間、第一布線圖案4與第二布線圖案6之間，使各部件絕緣，并且還承擔(dān)作為粘合各部件的粘接劑的作用。
[0047]另外，也可以在形成金屬電路基板之后，在金屬電路基板的表面的任意的場所，形成作為保護(hù)第一布線圖案4、第二布線圖案6的絕緣膜的焊阻層(未圖示)。
[0048]接下來，分別使用焊錫8，將功率用半導(dǎo)體元件7接合到設(shè)置在第一層的第一布線圖案4上的規(guī)定的場所的元件搭載部分，然后將外部連接用的端子10接合到第一布線圖案
4、第二布線圖案6上的任意的場所。另外，功率用半導(dǎo)體元件7僅配置于第一布線圖案4上，未配置于第二布線圖案6上。
[0049]然后，在第一布線圖案4或者第二布線圖案6與各功率用半導(dǎo)體元件7之間、以及各功率用半導(dǎo)體元件7之間，用引線鍵合9連接需要導(dǎo)通的部位。另外，在本實(shí)施方式1中，通過引線鍵合9進(jìn)行第一、第二布線圖案4、6與功率用半導(dǎo)體元件7的連接、以及各功率用半導(dǎo)體元件7之間的連接，但不限于此，只要能夠進(jìn)行電連接，則也可以使用其他方法。
[0050]接下來，將搭載了功率用半導(dǎo)體元件7、端子10等的金屬電路基板放入模具，對模具內(nèi)注入填充了例如氧化硅粉末的環(huán)氧樹脂系傳遞模樹脂11，對搭載有功率用半導(dǎo)體元件
7、端子10等的金屬電路基板進(jìn)行密封。
[0051]另外，在本實(shí)施方式1中，作為成為第二層的絕緣層的第二絕緣層5，使用了含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片，但另外，也可以使用聚酰亞胺等有絕緣性的樹脂的膜、片，并且不僅可以利用加熱/加壓進(jìn)行加工，而且還可以通過使用雙面附著有粘結(jié)劑的聚酰亞胺片等來粘接第一布線圖案4和第二布線圖案6。
[0052]但是，一般所稱的絕緣基板是指，在金屬制的基底板上隔著絕緣層僅配置1層布線圖案的結(jié)構(gòu)，這樣的絕緣基板正在市面銷售等。例如，也可以利用該一般市面銷售等的絕緣基板來形成本實(shí)施方式1的功率用半導(dǎo)體模塊1。即，也可以將一般的絕緣基板的布線圖案作為第一層的布線圖案，在該布線圖案上的一部分的區(qū)域中，隔著絕緣層設(shè)置第二層的布線圖案。
[0053]接下來，詳細(xì)說明實(shí)施方式I的功率用半導(dǎo)體模塊I中的功率用半導(dǎo)體元件7的配置、以及它們的連接關(guān)系。
[0054]如上所述，在本實(shí)施方式I中，采用了 6in I的功率用半導(dǎo)體模塊1，在功率用半導(dǎo)體模塊I中，將逆并聯(lián)地連接了作為功率用半導(dǎo)體元件7的自消弧型半導(dǎo)體元件7a、和作為功率用半導(dǎo)體元件7的環(huán)流用二極管7b的組串聯(lián)地連接2組而成的電路作為I相量，將該電路設(shè)置3相量。
[0055]在本實(shí)施方式I的功率用半導(dǎo)體模塊I中，例如，由配置于圖1中最左側(cè)的自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b構(gòu)成正極側(cè)支路70a，由配置在其旁邊的自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b構(gòu)成負(fù)極側(cè)支路70b，成為由該正極側(cè)支路70a、負(fù)極側(cè)支路70b形成I相量的電路的結(jié)構(gòu)。
[0056]另外，作為自消弧型半導(dǎo)體元件7a，其代表性的元件為IGBT(Insulated GateBipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)、M0SFET (Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transister:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等。但是，不限于這些，也可以是其他自消弧型半導(dǎo)體元件。在本實(shí)施方式I中，作為自消弧型半導(dǎo)體元件7a，采用IGBT，具備作為控制電極的柵電極、作為輸入電極的集電極電極、作為輸出電極的發(fā)射極電極。另外，在采用MOSFET的情況下，一般，漏電極作為輸入電極，源電極作為輸出電極。
[0057]此處，圖3示出功率用半導(dǎo)體模塊I的3相內(nèi)的I相量構(gòu)成2電平功率變換電路時(shí)的、包括外部電路的等效電路圖。如圖3所示，該電路是對成為電容器110的兩端的正極端子1p和負(fù)極端子1n連接將逆并聯(lián)地連接了自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b的組串聯(lián)地連接2組而構(gòu)成的電路。與電容器110的正極連接的支路是正極側(cè)支路70a，與電容器110的負(fù)極連接的支路是負(fù)極側(cè)支路70b。另外，正極側(cè)支路70a和負(fù)極側(cè)支路70b的中點(diǎn)AC經(jīng)由負(fù)載L與其他相的正極側(cè)支路71a和負(fù)極側(cè)支路71b的中點(diǎn)連接。
[0058]關(guān)于在圖1上由最左側(cè)的正極側(cè)支路70a和其旁邊的負(fù)極側(cè)支路70b構(gòu)成的I相量的電路，參照圖3，說明其連接關(guān)系。
[0059]首先，用虛線表示圖3所示的虛線部分、即正極端子1p和正極側(cè)支路70a的集電極電極側(cè)的點(diǎn)Cl的連接路徑，并且在圖1中用點(diǎn)Cl與10P之間的虛線表示該連接路徑。如圖1所示，在第一布線圖案4的第一區(qū)域4a上設(shè)置正極端子10p、正極側(cè)支路70a，從而正極端子1p和正極側(cè)支路70a的連接路徑成為第一層的第一布線圖案4上。
[0060]接下來，用單點(diǎn)劃線表示圖3所示的單點(diǎn)劃線部分、即負(fù)極側(cè)支路70b的發(fā)射極電極側(cè)的點(diǎn)El和負(fù)極端子1n的連接路徑，并且在圖1中，用點(diǎn)El與1n之間的單點(diǎn)劃線表示該路徑。如圖1所示，在第一布線圖案4的第二區(qū)域4b上設(shè)置負(fù)極側(cè)支路70b，負(fù)極側(cè)支路70b通過引線鍵合9b (9)與第二層的第二布線圖案6連接。然后，在第二層的第二布線圖案6上設(shè)置負(fù)極端子10η，從而負(fù)極側(cè)支路70b和負(fù)極端子1n的連接路徑主要成為第二層的第二布線圖案6上。
[0061]另外，經(jīng)由引線鍵合9a(9)以及第一布線圖案4的第二區(qū)域4b，進(jìn)行正極側(cè)支路70a和負(fù)極側(cè)支路70b的連接。
[0062]另外，構(gòu)成正極側(cè)支路70a的自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線形成于作為第一層的第一布線圖案4的一部分的第三區(qū)域4c，發(fā)射極電極的控制用布線形成于配置在第三區(qū)域4c的旁邊的作為第一布線圖案4的一部分的第四區(qū)域4d。
[0063]如以上所述，經(jīng)由第一層的第一布線圖案4進(jìn)行正極端子10p和正極側(cè)支路70a的電連接，經(jīng)由重疊在第一布線圖案4的上側(cè)的第二層的第二布線圖案6進(jìn)行負(fù)極側(cè)支路70b和負(fù)極端子10η的電連接。
[0064]這樣，通過對第一布線圖案4、第二布線圖案6進(jìn)行層疊化，能夠使連接正極端子10p與正極側(cè)支路70a之間、負(fù)極側(cè)支路70b與負(fù)極端子10η之間的主電路中的電流路徑平行平板化。因此，能夠縮短電路的電流路徑，能夠降低功率用半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的布線電感。
[0065]但是，如上述說明，在以大電流、高電壓實(shí)施開關(guān)動作的功率用半導(dǎo)體模塊中，通過作為功率用半導(dǎo)體元件的自消弧型半導(dǎo)體元件OFF時(shí)的電流的時(shí)間變化di/dt和布線電感L，對自消弧型半導(dǎo)體元件施加浪涌電壓AV = L*di/dt。如果布線電感L大，則發(fā)生超過自消弧型半導(dǎo)體元件的耐壓的浪涌電壓，成為自消弧型半導(dǎo)體元件劣化的原因。因此，抑制浪涌電壓，關(guān)系到有效發(fā)揮自消弧型半導(dǎo)體元件的能力。為了抑制浪涌電壓，要求減小發(fā)生浪涌電壓的路徑、即作為開關(guān)動作時(shí)發(fā)生電流的時(shí)間變化di/dt的路徑的換流環(huán)路中的布線電感L。
[0066]用灰實(shí)線(一部分包括虛線、單點(diǎn)劃線)表示圖3所示的電路中的換流環(huán)路R。另夕卜，與圖3對應(yīng)地，在圖1上的、由最左側(cè)的正極側(cè)支路70a和其旁邊的負(fù)極側(cè)支路70b構(gòu)成的1相量的電路中，也同樣地用灰實(shí)線(一部分包括虛線、單點(diǎn)劃線)表示換流環(huán)路R。
[0067]上述說明的正極端子10p至正極側(cè)支路70a的路徑(虛線部分)、和負(fù)極側(cè)支路70b至負(fù)極端子10η的路徑(單點(diǎn)劃線部分)包含于換流環(huán)路，成為換流環(huán)路的主要部分。如上所述，正極端子10p至正極側(cè)支路70a的路徑通過第一布線圖案4的第一區(qū)域4a，負(fù)極側(cè)支路70b至負(fù)極端子10η的路徑通過重疊在第一布線圖案4的第一區(qū)域4a部分的第二布線圖案6。而且，在重疊的部分的換流環(huán)路中，電流的朝向相反，所以相互抵消了通過電流的時(shí)間變化di/dt發(fā)生的磁通。即，層疊第一布線圖案4的第一區(qū)域4a部分和第二布線圖案6而路徑變短，而且抵消了 di/dt所致的磁通，所以能夠有效地降低換流環(huán)路中的布線電感L。
[0068]在上述中，說明了第二絕緣層5、第二布線圖案6配置于第一布線圖案4上的元件搭載部分以外的任意的部位。第二布線圖案6的配置在第一布線圖案4上的元件搭載部分以外的任意的部位，且如上所述被決定為換流環(huán)路的布線層疊、并且其電流的朝向相反那樣的配置。
[0069]另外，自消弧型半導(dǎo)體元件7a、環(huán)流用二極管7b等功率用半導(dǎo)體元件7僅配置于第一布線圖案4上，未配置于第二布線圖案6上。說明由此得到的效果。
[0070]在功率用半導(dǎo)體元件7中，在開關(guān)時(shí)等發(fā)生熱量，所以需要對該發(fā)生熱量高效地散熱。一般，與散熱器連接來使用功率用半導(dǎo)體模塊，但是減小從功率用半導(dǎo)體元件至接觸散熱器的基底板的所層疊的部件的熱阻，關(guān)系到提高散熱效率。特別是，熱傳導(dǎo)率比導(dǎo)體低的絕緣體使熱阻增大，所以可以說降低絕緣體的熱阻這件事提高了散熱效率。在設(shè)置有第二布線圖案6的圖案層疊區(qū)域XI層疊有2層作為絕緣體的絕緣層，所以熱阻變大，但在圖案層疊區(qū)域以外的部分，絕緣層是單層，第一布線圖案4的下部隔著第一絕緣層3直接粘合到基底板2。因此，通過將功率用半導(dǎo)體元件7配置于第一布線圖案4上，從功率用半導(dǎo)體元件7發(fā)生的熱量被高效地傳導(dǎo)到基底板2而散熱。
[0071]如以上那樣，本實(shí)施方式I的功率用半導(dǎo)體模塊I具備在第一層的第一布線圖案4上的一部分的區(qū)域中僅隔著第二絕緣層5而層疊第二層的第二布線圖案6的圖案層疊區(qū)域XI。因此，能夠?qū)⒆鳛楣β视冒雽?dǎo)體模塊I的主電路的從正極端子1p向正極側(cè)支路70a的布線設(shè)置于第一層的第一布線圖案4，將從負(fù)極側(cè)支路70b向負(fù)極端子1n的布線設(shè)置于第二層的第二布線圖案6，能夠使電流路徑平行平板化。由此，能夠縮短電路的電流路徑，能夠降低功率用半導(dǎo)體模塊I內(nèi)部的布線電感。
[0072]進(jìn)而，在層疊了第一、第二布線圖案4、6的部分的換流環(huán)路中，電流的朝向相反，所以能夠相互抵消通過電流的時(shí)間變化di/dt發(fā)生的磁通，能夠高效地降低換流環(huán)路中的布線電感。
[0073]另外，通過層疊第一、第二布線圖案4、6，能夠縮小布線所需的空間，能夠使功率用半導(dǎo)體模塊I小型化。
[0074]另外，成為熱源的功率用半導(dǎo)體元件7配置于第一層的第一布線圖案4上，所以能夠?qū)碜怨β视冒雽?dǎo)體元件7的發(fā)生熱量高效地傳導(dǎo)到基底板2，能夠得到冷卻性能高的功率用半導(dǎo)體模塊I。
[0075]另外，在本實(shí)施方式I中，作為一個(gè)例子，采用了 6in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊1，但不限于此，即使是所謂2in Ulin I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊，也能夠應(yīng)用本實(shí)施方式1，能夠得到同樣的效果。
[0076]另一方面，在本實(shí)施方式I所記載的6in I構(gòu)造中，層疊第一、第二布線圖案4、6，能夠有效地降低布線電感，所以特別是負(fù)極側(cè)的相間的電感的偏差小。因此，通過在6in I構(gòu)造中應(yīng)用本發(fā)明，得到相間的開關(guān)速度的偏差、浪涌電壓的偏差變小的效果。
[0077]實(shí)施方式2.
[0078]圖4是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的功率用半導(dǎo)體模塊IA的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖5是圖4的平面圖中的B1-B2剖面圖。另外，為了便于了解功率用半導(dǎo)體模塊IA的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，在圖4的平面圖中省略了傳遞模樹脂11的記載。
[0079]在本實(shí)施方式2中，也與上述實(shí)施方式I同樣地采用6in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊，將逆并聯(lián)地連接的自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b的組串聯(lián)地連接2組而成的電路作為I相量，將該電路設(shè)置3相量。各功率用半導(dǎo)體元件7a、7b的配置等基本的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式I大致相同，但各自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線以及發(fā)射極電極的控制用布線的圖案配設(shè)場所不同。另外，對與上述實(shí)施方式I同樣的結(jié)構(gòu)附加同一符號而省略說明。
[0080]在上述實(shí)施方式I中，自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線這兩方都設(shè)置于第一層的第一布線圖案4上(第三區(qū)域4c、第四區(qū)域4d)。
[0081]與此相對，在本實(shí)施方式2中，如圖4、圖5所示，層疊第一層的第一布線圖案4和第二層的第二布線圖案6的圖案層疊區(qū)域存在于多個(gè)部位，自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線的一方設(shè)置于第一層的第一布線圖案，另一方設(shè)置于第二層的第二布線圖案，柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線在圖案層疊區(qū)域中層疊。
[0082]具體而言，在本實(shí)施方式2中，除了圖案層疊區(qū)域Xl以外，還具有6個(gè)部位的圖案層疊區(qū)域X2?X7。例如，在圖4、5中，將配置于最左側(cè)的自消弧型半導(dǎo)體元件7a的發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于第一層的第一布線圖案4 (第一布線圖案4的第5區(qū)域4e)，將柵電極用的布線設(shè)置于圖案層疊區(qū)域X2中的第二層的第二布線圖案6 (在第一布線圖案4的第5區(qū)域4e上隔著第二絕緣層而層疊的第二層的布線圖案6)。由此，層疊自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、和發(fā)射極電極的控制用布線。第一布線圖案4e(4)、第二布線圖案6 (X2)經(jīng)由引線鍵合9 (在圖中9c所示的引線鍵合)分別與自消弧型半導(dǎo)體元件7a的發(fā)射極電極、柵電極連接，發(fā)射極電極、柵電極分別與控制用的端子10(在圖中1a所示的端子)連接。另外，對各端子1a連接外部電路。
[0083]另外，關(guān)于配置于最左側(cè)的自消弧型半導(dǎo)體元件7a以外的5個(gè)自消弧型半導(dǎo)體元件7a也是同樣的，成為在各圖案層疊區(qū)域X3?X7中層疊柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線的結(jié)構(gòu)。
[0084]如以上那樣，在本實(shí)施方式2中，通過層疊自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線，柵電極與發(fā)射極電極之間的路徑變短。因此，除了上述實(shí)施方式I的效果以外，還能夠降低柵極/發(fā)射極之間的路徑中的阻抗，能夠抑制柵極的振動/振蕩等。另外，通過層疊柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線，能夠使功率用半導(dǎo)體模塊IA進(jìn)一步小型化。
[0085]另外，在本實(shí)施方式2中，將發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于第一層的第一布線圖案4，將柵電極用的布線設(shè)置于第二層的第二布線圖案6，但不限于此，也可以構(gòu)成為將柵電極用的布線設(shè)置于第一層的第一布線圖案4，將發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于第二層的第二布線圖案6。
[0086]實(shí)施方式3.
[0087]圖6是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的功率用半導(dǎo)體模塊IB的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖7是圖6的平面圖中的C1-C2剖面圖。在本實(shí)施方式3中，作為一個(gè)例子，采用了被稱為2in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊。
[0088]逆并聯(lián)地連接作為功率用半導(dǎo)體元件7的自消弧型半導(dǎo)體元件7a、和作為功率用半導(dǎo)體元件7的環(huán)流用二極管7b的結(jié)構(gòu)并聯(lián)地連接2個(gè)而作為I組，由將該組串聯(lián)地連接2組而成的電路構(gòu)成本實(shí)施方式3中的功率用半導(dǎo)體模塊1B。
[0089]本實(shí)施方式3的功率用半導(dǎo)體模塊IB與上述實(shí)施方式1、實(shí)施方式2不同，并非用傳遞模樹脂密封的傳遞模型的功率用半導(dǎo)體模塊。本實(shí)施方式3的功率用半導(dǎo)體模塊IB是比傳遞模型更廣泛普及的殼體型的功率用半導(dǎo)體模塊1B。殼體型的功率用半導(dǎo)體模塊是指，對樹脂制的殼體的內(nèi)部注入凝膠密封樹脂等，對布線圖案、功率用半導(dǎo)體元件等進(jìn)行密封而一體化了的結(jié)構(gòu)。
[0090]一般，在殼體型的功率用半導(dǎo)體模塊中，作為配置在作為金屬散熱體的基底板上的絕緣層使用陶瓷制的絕緣層。在本實(shí)施方式3中，作為配置在基底板上的第一層的第一絕緣層，也使用陶瓷制的第一絕緣層3B。
[0091]首先，參照圖6、圖7，說明功率用半導(dǎo)體模塊IB的結(jié)構(gòu)。另外，對與上述實(shí)施方式I同樣的結(jié)構(gòu)附加同一符號而省略說明。另外，為便于了解功率用半導(dǎo)體模塊IB的殼體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，在圖6的平面圖中省略了殼體的記載。
[0092]在功率用半導(dǎo)體模塊IB中，在作為金屬散熱體的基底板2B上，設(shè)置有作為第一絕緣層的陶瓷制的第一絕緣層3B。實(shí)際上，金屬箔30B通過錫焊而接合到第一絕緣層3B的下表面，該金屬箔30B通過焊錫8與基底板2B接合。由此，在基底板2B上粘合第一絕緣層3B。蝕刻金屬箔而形成的第一層的第一布線圖案4B通過錫焊等粘合于固定在基底板2B上的第一絕緣層3B的上表面。而且，在作為第一布線圖案4B上的一部分的規(guī)定區(qū)域中，層疊隔著第二絕緣層5B配設(shè)的由金屬箔構(gòu)成第二層的第二布線圖案6B，形成層疊2層的布線圖案4B、6B的圖案層疊區(qū)域Yl。
[0093]在第一布線圖案4B上的與圖案層疊區(qū)域Yl不同的區(qū)域中，搭載多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件7，通過焊錫8與第一布線圖案4B接合。另外，各功率用半導(dǎo)體元件7之間、各功率用半導(dǎo)體元件7與第一、第二布線圖案4B、6B之間等必要的部位通過引線鍵合9而電連接。另外，在第一、第二布線圖案4B、6B上的任意的部位，設(shè)置有多個(gè)外部連接用的端子10b，端子1b通過焊錫8與第一、第二布線圖案4B、6B接合。另外，在上述實(shí)施方式1、2中，作為外部連接用的端子而采用了插口型的端子，但在本實(shí)施方式3中，作為端子10而采用了擰緊型的端子10b。
[0094]另外，這些各部件(基底板2B、第一絕緣層3B、第一布線圖案4B、第二絕緣層5B、第二布線圖案6B、功率用半導(dǎo)體元件7、引線鍵合9、端子1b等)被殼體12覆蓋，在殼體12內(nèi)部填充有凝膠狀的密封樹脂13。
[0095]接下來，說明各結(jié)構(gòu)的材質(zhì)等。
[0096]關(guān)于基底板2B，與上述實(shí)施方式I的基底板2的情況相同，省略說明。
[0097]關(guān)于第一絕緣層3B，與上述實(shí)施方式I的樹脂制的第一絕緣層3不同，采用了陶瓷制的第一絕緣層3B。作為陶瓷，可以舉出例如氮化硅、氮化鋁等。另外，第一絕緣層3B的厚度被設(shè)定為例如300?100ym左右。另外，關(guān)于第二絕緣層5B，與上述實(shí)施方式I相同，第二絕緣層5B由作為無機(jī)粉末而含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂絕緣片形成，其厚度被設(shè)定為例如20?400 μ m左右ο
[0098]關(guān)于第一布線圖案4B、第二布線圖案6B、引線鍵合9等，與上述實(shí)施方式I的情況相同，省略說明。
[0099]此處，說明經(jīng)常使用于殼體型的功率用半導(dǎo)體模塊中的一般所稱的陶瓷絕緣基板。陶瓷絕緣基板是在陶瓷制的絕緣層的一側(cè)的面中通過錫焊粘合銅等金屬箔、并在另一側(cè)的面中同樣地通過錫焊等粘合有蝕刻銅箔等金屬箔等而形成的布線圖案的結(jié)構(gòu)。
[0100]在本實(shí)施方式3的功率用半導(dǎo)體模塊IB中，作為金屬箔30B、第一絕緣層3B、第一布線圖案4B，使用一般市面銷售等的上述陶瓷絕緣基板，將金屬箔30B、第一絕緣層3B、第一布線圖案4B作為陶瓷絕緣基板14。
[0101]接下來，說明功率用半導(dǎo)體模塊IB的制造方法的一個(gè)例子。
[0102]首先，在由厚度3mm的鋁板構(gòu)成的基底板2B上通過焊錫8粘合陶瓷絕緣基板14。另外，此時(shí)，以使陶瓷絕緣基板14的下側(cè)成為金屬箔30B、使上側(cè)成為第一布線圖案4B的方式，粘合在基底板2B上。
[0103]接下來，在作為第一層的第一布線圖案4B上的一部分的規(guī)定區(qū)域中，載置含有B階段狀態(tài)的氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片來作為第二絕緣層5B，進(jìn)而在其上重疊與第二絕緣層5B大致相同的尺寸的厚度0.3_的銅箔(第二層)。然后，通過對它們加熱/加壓，第一布線圖案4B和銅箔(第二層)通過第二絕緣層5B的硬化而被經(jīng)由第二絕緣層5B粘合。之后，將銅箔(第二層)蝕刻為規(guī)定的形狀，形成第二層的第二布線圖案6B。另外，在第一布線圖案4B中，在規(guī)定的位置設(shè)置用于搭載功率用半導(dǎo)體元件7的元件搭載部分，第二絕緣層5B、第二布線圖案6B形成于第一布線圖案4上的元件搭載部分以外的規(guī)定區(qū)域。
[0104]這樣，形成層疊基底板2B、陶瓷絕緣基板14、第二絕緣層5B、第二布線圖案6B而成的金屬電路基板。另外，也可以在形成金屬電路基板之后，在金屬電路基板的表面的任意的場所，形成作為保護(hù)第一布線圖案4B、第二布線圖案6B的絕緣膜的焊阻層(未圖示)。另夕卜，也可以在粘合基底板2B和陶瓷絕緣基板14之前，預(yù)先在陶瓷絕緣基板14上形成焊阻層O
[0105]接下來，分別使用焊錫8，將功率用半導(dǎo)體元件7接合到設(shè)置在第一層的第一布線圖案4B上的規(guī)定的場所的元件搭載部分，然后將外部連接用的端子1b接合到第一布線圖案4B、第二布線圖案6B上的任意的場所。另外，功率用半導(dǎo)體元件7僅配置于第一布線圖案4B上，未配置于第二布線圖案6B上。
[0106]此處，如上所述，將并聯(lián)地連接2個(gè)逆并聯(lián)地連接有電自消弧型半導(dǎo)體元件7a、和環(huán)流用二極管7b的結(jié)構(gòu)作為I組，通過將該組串聯(lián)地連接2組而成的電路來構(gòu)成本實(shí)施方式3的功率用半導(dǎo)體模塊1B。因此，如圖6所示，在第一布線圖案4上，配置有4組自消弧型半導(dǎo)體元件7a與環(huán)流用二極管7b的組，在本實(shí)施方式3的功率用半導(dǎo)體模塊IB中，例如，由配置于圖中左側(cè)一半的2個(gè)自消弧型半導(dǎo)體元件7a和2個(gè)環(huán)流用二極管7b構(gòu)成負(fù)極側(cè)支路70b，由配置于圖中右側(cè)一半的2個(gè)自消弧型半導(dǎo)體元件7a和2個(gè)環(huán)流用二極管7b構(gòu)成了正極側(cè)支路70a。
[0107]另外，在第一布線圖案4B或者第二布線圖案6B與功率用半導(dǎo)體元件7之間、以及各功率用半導(dǎo)體元件7之間，用引線鍵合9連接需要導(dǎo)通的部位。另外，在本實(shí)施方式3中，通過引線鍵合9來進(jìn)行各布線圖案4B、6B和功率用半導(dǎo)體元件7的連接、以及各功率用半導(dǎo)體元件7之間的連接，但不限于此，只要能夠進(jìn)行電連接，則也可以使用其他方法。
[0108]接下來，在基底板2B的上表面的周圍部分，通過粘接劑粘合以包圍搭載有功率用半導(dǎo)體元件7、端子1b等的金屬電路基板的方式設(shè)置的殼體12的外周部12a。然后，在其內(nèi)部填充凝膠狀的密封樹脂13并加溫而使密封樹脂13硬化。之后，覆蓋殼體12的蓋部12b，通過粘接劑粘合外周部12a和蓋部12b，形成殼體12。
[0109]另外，在本實(shí)施方式3中，作為第二絕緣層5B，使用了包含氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片，另外，也可以使用聚酰亞胺等有絕緣性的樹脂的膜、片，并且不僅可以利用加熱/加壓進(jìn)行加工，而且還可以通過使用雙面附著有粘結(jié)劑的聚酰亞胺片等，來粘接第一布線圖案4B和第二布線圖案6B。
[0110]如以上那樣，在本實(shí)施方式3中，與上述實(shí)施方式I不同，采用了殼體型的功率用半導(dǎo)體模塊1B，但與上述實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)同樣地，在第一層的第一布線圖案4B上的一部分的區(qū)域中具備僅隔著第二絕緣層5B而層疊第二層的第二布線圖案6B的圖案層疊區(qū)域Ylo因此，能夠在圖案層疊區(qū)域Yl中層疊配置作為功率用半導(dǎo)體模塊IB的主電路的從正極端子向正極側(cè)支路70a的布線以及從負(fù)極側(cè)支路70b向負(fù)極端子的布線，能夠使電流路徑平行平板化。因此，與上述實(shí)施方式I同樣地，能夠得到功率用半導(dǎo)體模塊IB內(nèi)部的布線電感降低、換流環(huán)路中的布線電感有效降低、功率用半導(dǎo)體模塊IB小型化等的效果。另夕卜，成為熱源的功率用半導(dǎo)體元件7配置于第一層的第一布線圖案4B上，所以能夠?qū)碜怨β视冒雽?dǎo)體元件7的發(fā)生熱量高效地傳導(dǎo)到基底板2B，與上述實(shí)施方式I同樣地，能夠得到冷卻性能高的功率用半導(dǎo)體模塊1B。
[0111]另外，關(guān)于冷卻性能，在本實(shí)施方式3中，作為搭載成為熱源的功率用半導(dǎo)體元件7的第一布線圖案4B與基底板2B之間的第一絕緣層3B，采用了陶瓷制的絕緣層。氮化硅、氮化鋁等陶瓷相比于樹脂制的絕緣層，熱阻更小，能夠?qū)碜怨β视冒雽?dǎo)體元件7的發(fā)熱更高效地傳導(dǎo)到基底板2B，能夠進(jìn)一步提高冷卻性能。
[0112]另外，也可以在本實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用上述實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)，還能夠?qū)盈B自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線。
[0113]另外，在本實(shí)施方式3中，說明了將并聯(lián)地連接2個(gè)逆并聯(lián)連接了自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b的結(jié)構(gòu)作為I組、將該組串聯(lián)地連接了 2組的電路，但在一般的2inl構(gòu)造中，將逆并聯(lián)連接自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b的結(jié)構(gòu)作為I組、由將該組串聯(lián)地連接2組的電路來構(gòu)成的情況也很多，當(dāng)然在這樣的電路中也能夠應(yīng)用本實(shí)施方式3。當(dāng)然，在上述實(shí)施方式I那樣的6in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊、Iin I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊中，也能夠應(yīng)用本實(shí)施方式3。另外，在將本實(shí)施方式3應(yīng)用于6in I構(gòu)造的情況下，層疊第一、第二布線圖案4、6，能夠有效地降低布線電感，所以特別是負(fù)極側(cè)的相間的電感的偏差小。因此，通過在6in I構(gòu)造中應(yīng)用本發(fā)明，能夠得到相間的開關(guān)速度的偏差、浪涌電壓的偏差變小的效果。
[0114]實(shí)施方式4.
[0115]圖8是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式4中的功率用半導(dǎo)體模塊IC的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖9是圖8的平面圖中的D1-D2剖面圖。另外，為了便于了解功率用半導(dǎo)體模塊IC的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的方式，在圖8的平面圖中省略了傳遞模樹脂11的記載。
[0116]在本實(shí)施方式4中，與上述實(shí)施方式1、2同樣地，采用了 6in I構(gòu)造的功率用半導(dǎo)體模塊，將逆并聯(lián)地連接的自消弧型半導(dǎo)體元件7a和環(huán)流用二極管7b的組(支路)串聯(lián)地連接2組而成的電路作為I相量，將該電路設(shè)置3相量。各功率用半導(dǎo)體元件7a、7b的配置等基本的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式1、2大致相同，但作為各自消弧型半導(dǎo)體元件7a的控制電極的柵電極用的布線、和作為輸出電極的發(fā)射極電極的控制用布線的圖案配設(shè)場所不同。另外，對與上述實(shí)施方式I同樣的結(jié)構(gòu)附加同一符號而省略說明。
[0117]如圖8、圖9所示，本實(shí)施方式4的功率用半導(dǎo)體模塊IC是依次層疊基底板2C、第一絕緣層3C、第一布線圖案4C、第二絕緣層5C、第二布線圖案6C而構(gòu)成的，與此前上述實(shí)施方式I的功率用半導(dǎo)體模塊I基本上相同。關(guān)于基底板2C、第一絕緣層3C、第一布線圖案4C、第二絕緣層5C、第二布線圖案6C的材質(zhì)等，也與在上述實(shí)施方式I中使用的相同。另夕卜，在本實(shí)施方式4中，在層疊第一層的第一布線圖案4C和第二層的第二布線圖案6C的圖案層疊區(qū)域Zl上，進(jìn)一步設(shè)置有層疊的第三層的第三布線圖案16、第四層的第四布線圖案18。
[0118]具體而言，在圖案層疊區(qū)域Zl中的第二布線圖案6C上的一部分的區(qū)域設(shè)置第三絕緣層15，在第三絕緣層15上設(shè)置與第二絕緣層15大致相同的尺寸的第三層的第三布線圖案16，進(jìn)而在第三布線圖案16上的一部分設(shè)置第四絕緣層17，在第四絕緣層17上設(shè)置與第四絕緣層17大致相同的尺寸的第四層的第四布線圖案18，形成層疊了 4層布線圖案的4層層疊區(qū)域(Z2?Z4)。
[0119]另外，在本實(shí)施方式4中，作為一個(gè)例子，在合計(jì)3個(gè)部位設(shè)置有4層層疊區(qū)域(在圖中Z2?Z4所示的區(qū)域)，構(gòu)成正極側(cè)支路70a的3個(gè)自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線分別設(shè)置于4層層疊區(qū)域Z2?Z4的第三布線圖案16和第四布線圖案18。另外，在各第三布線圖案16、第四布線圖案18上分別設(shè)置有外部連接用的端子1c (10) ο
[0120]例如，在圖8中，在構(gòu)成配置于最左側(cè)的正極側(cè)支路70a的自消弧型半導(dǎo)體元件7a中，將發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于包括4層層疊區(qū)域Z2的第三層的第三布線圖案16，將柵電極用的布線設(shè)置于4層層疊區(qū)域Z2中的第四層的第四布線圖案18。由此，層疊該自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、和發(fā)射極電極的控制用布線。第三布線圖案16、第四布線圖案18分別經(jīng)由引線鍵合9與自消弧型半導(dǎo)體元件7a的發(fā)射極電極、柵電極連接，發(fā)射極電極、柵電極分別與控制用的端子1c(1)連接。然后，對端子1c(1)連接外部電路。
[0121]關(guān)于構(gòu)成正極側(cè)支路70a的自消弧型半導(dǎo)體元件7a中的、配置于最左側(cè)的自消弧型半導(dǎo)體元件7a以外的2個(gè)自消弧型半導(dǎo)體元件7a，也同樣地，成為在4層層疊區(qū)域Z3、Z4中層疊柵電極用的布線和發(fā)射極電極的控制用布線的結(jié)構(gòu)。另外，在本實(shí)施方式4中，關(guān)于構(gòu)成負(fù)極側(cè)支路70b的自消弧型半導(dǎo)體元件7a，與上述實(shí)施方式I的情況同樣地，柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線這兩方設(shè)置于第一層的第一布線圖案4C的規(guī)定區(qū)域。
[0122]另外，作為第三絕緣層15、第四絕緣層17使用樹脂制的層，能夠例如使用含有無機(jī)粉末的樹脂絕緣片、含有玻璃纖維的樹脂絕緣片等。其中，與第一絕緣層3C、第二絕緣層5C同樣地，由作為無機(jī)粉末而含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂絕緣片形成。因此，如上所述，通過加熱/加壓而使B階段狀態(tài)的第三絕緣層15、第四絕緣層17硬化，從而進(jìn)行第二布線圖案6C和第三布線圖案16、第三布線圖案16和第四布線圖案18的粘合。另外，第三絕緣層15、第四絕緣層17的厚度被設(shè)定為例如20?400 μm左右。另外，也可以使用聚酰亞胺等有絕緣性的樹脂的膜、片，并且不僅可利用加熱/加壓進(jìn)行加工，而且還可以通過使用雙面附著有粘結(jié)劑的聚酰亞胺片等來粘接各布線圖案6C、16、18之間。
[0123]另外，第三布線圖案16、第四布線圖案18的材質(zhì)等與第一布線圖案4C、第二布線圖案6C相同，通過對例如厚度0.3mm的銅箔進(jìn)行蝕刻而形成。
[0124]如以上那樣，在本實(shí)施方式4中，具備進(jìn)一步層疊在第一層、第二層的第一、第二布線圖案4、6上的第三層、第四層的第三、第四布線圖案16、18，將自消弧型半導(dǎo)體元件7a的發(fā)射極電極的控制用布線和柵電極用的布線分別設(shè)置并層疊于第三、第四布線圖案上。因此，除了上述實(shí)施方式1、2的效果以外，在功率用半導(dǎo)體模塊IC中，還能夠消除僅為了發(fā)射極電極的控制用布線、柵電極用的布線而分配的區(qū)域，能夠使功率用半導(dǎo)體模塊IC進(jìn)一步小型化。
[0125]另外，在本實(shí)施方式4中，將發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于第三層的第三布線圖案16，將柵電極用的布線設(shè)置于第四層的第四布線圖案18，不限于此，也可以構(gòu)成為將柵電極用的布線設(shè)置于第三層的第三布線圖案16，將發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置于第四層的第四布線圖案18。
[0126]另外，在本實(shí)施方式4中，作為一個(gè)例子，構(gòu)成為僅將構(gòu)成正極側(cè)支路70a的自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線設(shè)置層疊于第三布線圖案16、第四布線圖案18上，但不限于此，還能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定僅使構(gòu)成負(fù)極側(cè)支路70b的自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線成為層疊構(gòu)造、或者使所有自消弧型半導(dǎo)體元件7a的柵電極用的布線、發(fā)射極電極的控制用布線成為層疊構(gòu)造等。
[0127]在以上的實(shí)施方式I?4的功率用半導(dǎo)體模塊1、IA?IC中，功率用半導(dǎo)體元件7的半導(dǎo)體材料沒有特別限定，一般能夠使用硅。但是，作為功率用半導(dǎo)體元件7，如果采用寬帶隙半導(dǎo)體材料、例如使用了碳化硅、氮化鎵系材料或者金剛石等材料的寬帶隙半導(dǎo)體，則能夠在維持上述各實(shí)施方式I?4中的效果的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)功率用半導(dǎo)體模塊1、1A?IC的低損耗化，能夠?qū)崿F(xiàn)使用該功率用半導(dǎo)體模塊1、1A?IC而構(gòu)成的功率變換裝置的高效化。
[0128]另外，這樣的功率用半導(dǎo)體模塊1、IA?IC的耐電壓性高且容許電流密度也高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換裝置的小型化。另外，在多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件7內(nèi)，也可以僅在一部分的功率用半導(dǎo)體元件7中使用寬帶隙半導(dǎo)體。
[0129]進(jìn)而，寬帶隙半導(dǎo)體的耐熱性高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高溫動作，還能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換裝置中的散熱器的散熱片的小型化、水冷部的空冷化，所以能夠使功率變換裝置進(jìn)一步小型化。
[0130]另外，寬帶隙半導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)高速開關(guān)，但開關(guān)速度和基于布線電感的浪涌電壓成比例，所以在開關(guān)速度的高速化方面產(chǎn)生界限。即使在這樣的情況下，只要應(yīng)用本實(shí)施方式I?4的發(fā)明，則通過降低布線電感，能夠?qū)崿F(xiàn)高速開關(guān)。
[0131]另外，本發(fā)明能夠在該發(fā)明的范圍內(nèi)，自由地組合各實(shí)施方式，或者將各實(shí)施方式適當(dāng)?shù)刈冃?、省略?br> 【權(quán)利要求】
1.一種絕緣型的功率用半導(dǎo)體模塊，在內(nèi)部收納多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件而構(gòu)成，其特征在于，具備: 基底板，作為金屬散熱體； 第一絕緣層，設(shè)置于所述基底板上；以及 第一布線圖案，設(shè)置于所述第一絕緣層上， 所述第一布線圖案上的規(guī)定區(qū)域是僅隔著樹脂制的第二絕緣層而層疊第二層的第二布線圖案的圖案層疊區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件搭載于所述第一布線圖案上的所述圖案層疊區(qū)域以外的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件包括具有柵電極、輸入電極以及輸出電極的自消弧型半導(dǎo)體元件， 所述自消弧型半導(dǎo)體元件的所述柵電極用的布線或者所述輸出電極的控制用布線的一方設(shè)置于第一布線圖案，另一方設(shè)置于所述第二布線圖案，所述柵電極用的布線和所述輸出電極的控制用布線在所述圖案層疊區(qū)域?qū)盈B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件包括具有柵電極、輸入電極以及輸出電極的自消弧型半導(dǎo)體元件， 所述功率用半導(dǎo)體模塊具備: 第三層的第三布線圖案，僅隔著第三絕緣層而層疊在所述第二布線圖案上；以及 第四層的第四布線圖案，僅隔著第四絕緣層而層疊在所述第三布線圖案上， 所述自消弧型半導(dǎo)體元件的所述柵電極用的布線或者所述輸出電極的控制用布線的一方設(shè)置于所述第三布線圖案，另一方設(shè)置于所述第四布線圖案，所述柵電極用的布線和所述輸出電極的控制用布線層疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第一布線圖案以及所述第二布線圖案與所述功率用半導(dǎo)體元件的輸入輸出電極以及柵電極連接，所述第一布線圖案以及所述第二布線圖案彼此絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第一絕緣層是樹脂制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第一絕緣層是陶瓷制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述多個(gè)功率用半導(dǎo)體元件包括由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率用半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述寬帶隙半導(dǎo)體的材料是碳化硅、氮化鎵或者金剛石。
【文檔編號】H01L25/07GK104488078SQ201380038280
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月19日
【發(fā)明者】玉田美子, 岡誠次 申請人:三菱電機(jī)株式會社