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公開番号2024022217
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-16
出願番号2022125638
出願日2022-08-05
発明の名称半導体モジュール
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H01L 25/07 20060101AFI20240208BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】大エネルギー破壊時に電気導通を維持できる半導体モジュールを提供することである。
【解決手段】実施形態の半導体モジュールは、第1金属部材と、第2金属部材と、第1半導体パッケージと、第2半導体パッケージと、を持つ。前記第1半導体パッケージ及び前記第2半導体パッケージのそれぞれは、第1導電部材と、第2導電部材と、半導体素子と、を備える。半導体素子は、前記第1導電部材及び前記第2導電部材に接続される。前記第1導電部材及び前記第2導電部材の少なくとも一方は、屈曲形状を有する。前記第1導電部材及び前記第2導電部材の少なくとも一方は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の一方から他方へ通電した場合に反発電磁力を発生させる。反発電磁力は、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の少なくとも一方を前記半導体素子とは反対側に押し上げる力である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
互いに対向して配置された第１金属部材及び第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に配置された第１半導体パッケージ及び第２半導体パッケージと、を備え、
前記第１半導体パッケージ及び前記第２半導体パッケージのそれぞれは、
前記第１金属部材に接続された第１導電部材と、
前記第２金属部材に接続された第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に配置され、前記第１導電部材及び前記第２導電部材に接続された半導体素子と、を備え、
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくとも一方は、屈曲形状を有するとともに、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の一方から他方へ通電した場合に前記第１金属部材及び前記第２金属部材の少なくとも一方を前記半導体素子とは反対側に押し上げる反発電磁力を発生させる、
半導体モジュール。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２金属部材は、前記第１金属部材の上方に配置され、
前記半導体素子は、金属ケースに収納され、
前記金属ケースは、
前記第１導電部材における前記半導体素子に接続している面の反対側の面を露出させる下部開口と、
前記下部開口に対して交差するように前記半導体素子の側方を開口する側部開口と、を有し、
前記第１導電部材は、前記下部開口を通じて前記第１金属部材に接続され、
前記第２導電部材は、前記側部開口を通じて前記第２金属部材に接続される、
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第２導電部材は、
前記半導体素子に接続している面に沿って延びるとともに前記側部開口から前記金属ケースの外へ突出する第１延在部と、
前記第１延在部の突出端から前記第２金属部材に向けて上方へ延びる第２延在部と、を備える、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記金属ケースは、前記半導体素子と電気的に絶縁するための第１絶縁部材で覆われる、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１金属部材は、前記第２金属部材と絶縁ケースを介して接続され、
前記第２導電部材の上端は、前記絶縁ケースの上端よりも低い位置にあり、
前記第２導電部材は、締結部材を介して前記第２金属部材に接続される、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記第２導電部材は、前記締結部材と並んで配置された弾性部材を介して前記第２金属部材に接続される、
請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記第２導電部材は、前記弾性部材と並んで配置された導通部材を介して前記第２金属部材に接続される、
請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記弾性部材において前記半導体素子の側の端部は、前記第２導電部材において前記第２金属部材の側に突出した部分よりも前記締結部材の側にずれた位置にある、
請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記第２導電部材は、上面視で前記側部開口の片側に寄った位置から突出し、
前記第１半導体パッケージ及び前記第２半導体パッケージは、互いに対向して配置される、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記第２導電部材の厚さは、３ｍｍ以上である、
請求項１に記載の半導体モジュール。
（【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】
本発明の実施形態は、半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、耐圧数ｋＶでＭＷ級の電力変換器を構築するためには、半導体素子の電流容量を大きくすることが求められる。そのために、複数の半導体素子を並列実装した半導体モジュールが提案されている。高圧大電流を許容するためには、半導体素子の故障時に半導体モジュールの運転継続性や安全性を確保することが必要である。そのような観点から、大エネルギー破壊時に電気導通を維持することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６８６０４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、大エネルギー破壊時に電気導通を維持できる半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体モジュールは、第１金属部材と、第２金属部材と、第１半導体パッケージと、第２半導体パッケージと、を持つ。第１金属部材及び第２金属部材は、互いに対向して配置される。第１半導体パッケージ及び第２半導体パッケージは、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に配置される。前記第１半導体パッケージ及び前記第２半導体パッケージのそれぞれは、第１導電部材と、第２導電部材と、半導体素子と、を備える。第１導電部材は、前記第１金属部材に接続される。第２導電部材は、前記第２金属部材に接続される。半導体素子は、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に配置される。半導体素子は、前記第１導電部材及び前記第２導電部材に接続される。前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくとも一方は、屈曲形状を有する。前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の一方から他方へ通電した場合に反発電磁力を発生させる。反発電磁力は、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の少なくとも一方を前記半導体素子とは反対側に押し上げる力である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態の半導体モジュールの側断面図。
第１実施形態の半導体パッケージの側断面図。
第１実施形態の半導体モジュールの反発電磁力の説明図。
半導体モジュール内の半導体素子が故障したときの電流及び電圧の関係を示す図。
チップ応力増加倍率と短絡故障発生確率との関係を示す図。
上電極の厚さとチップ応力増加倍率との関係を示す図。
天板厚さとチップ応力増加倍率との関係を示す図。
第２実施形態の半導体モジュールの側断面図。
第２実施形態の半導体モジュールのアーク発生の説明図。
第３実施形態の半導体モジュールの側断面図。
導通部材の変形例を示す側断面図。
導通部材の変形例を示す斜視図。
想定電流と導通部材温度との計算結果を示す図。
第４実施形態の半導体モジュールの上面図。
第４実施形態の半導体モジュールの側断面図。
第５実施形態の半導体モジュールの側断面図。
第１変形例の半導体モジュールの側断面図。
第２変形例の半導体モジュールの側断面図。
第３変形例の半導体モジュールの側断面図。
第４変形例の半導体モジュールの側断面図。
第５変形例の半導体モジュールの側断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の半導体モジュールを、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、第１実施形態の半導体モジュール１の側断面図である。図２は、第１実施形態の半導体パッケージＰの側断面図である。
実施形態の半導体モジュール１は、底板２（第１金属部材の一例）と、天板３（第２金属部材の一例）と、絶縁ケース４と、第１半導体パッケージＰＡと、第２半導体パッケージＰＢと、を備える。
【０００９】
底板２及び天板３は、互いに対向して配置される。例えば、底板２及び天板３は、電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料で形成される。例えば、底板２及び天板３は、銅又はアルミニウムを主成分に含む。例えば、底板２及び天板３は、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金などの金属で形成される。
【００１０】
底板２及び天板３は、水平面に沿う板状に形成される。天板３は、底板２の上方に配置される。天板３は、水平面に沿って一様な厚さ（上下方向の長さ）を有する。例えば、天板３の厚さは、２ｍｍ以上１２以下である。例えば、天板３の厚さは、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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