CN106663676B - 半导体装置以及多相用半导体装置 - Google Patents

半导体装置以及多相用半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供在确保需要绝缘的2个电路之间的绝缘耐性的同时实现了装置的小型化的半导体装置。而且，本发明在小型功率模块(4A)的表面之上，按下桥臂控制基板(2A)、绝缘件(3)以及上桥臂控制基板(1A)的顺序层叠配置。上桥臂主要区域(10)以及下桥臂主要区域(20)配置为与绝缘件(3)在俯视观察时重叠，上桥臂主要区域(10)以及下桥臂主要区域(20)的大部分在俯视观察时重叠。上桥臂控制基板(1A)和上桥臂控制基板(1B)由相同构造的基板构成，下桥臂控制基板(2A)与上桥臂控制基板(1A)具有下述位置关系，即，该下桥臂控制基板(2A)成为将上桥臂控制基板(1A)沿水平方向旋转180度的状态。

Description

半导体装置以及多相用半导体装置
技术领域
本发明涉及在电力控制仪器等中使用的半导体装置，特别涉及该半导体装置的控制基板构造。
背景技术
以往的包含将具有上下桥臂的逆变器部内置的模块等的半导体装置例如在电动汽车等电动车辆等中作为用于对其驱动用电动机进行驱动的逆变器装置而使用。例如在专利文献1中公开了具有上述特征的半导体装置。
在构成将上下桥臂内置的上述以往的半导体装置的情况下，为了确保上桥臂、下桥臂之间的绝缘性，不仅需要进行作为高压侧桥臂以及低压侧桥臂的上桥臂以及下桥臂之间的绝缘，在将用于上桥臂以及下桥臂的2个控制基板设置于同一基体之上的情况下，为了确保2个控制基板之间的绝缘性，还需要将2个控制基板彼此隔着绝缘区域而设置，2个控制基板的平面方向的缩小化存在极限。
专利文献1：日本特开2002-26251号公报
发明内容
在电力用模块的高电流密度化以及小型化由于SiC元件等的开发而加深的状况下，在具有上述特征的以往的半导体装置中，在用于上桥臂以及下桥臂的2个控制基板之间也需要设置绝缘区域，基体的平面方向的缩小化存在极限，因此存在下述问题，即，不能在确保包含控制基板的上下桥臂之间的绝缘耐压的同时实现装置的小型化。
在本发明中，目的在于解决如上所述的问题，提供在确保需要绝缘的电路之间的绝缘性能的同时实现了装置的小型化的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置具有：半导体模块，其在内部具有第1以及第2部分电路部，在外部具有用于所述第1以及第2电路部的第1以及第2外部端子；以及第1以及第2控制基板，它们配置于所述半导体模块之上，设置有用于所述第1以及第2部分电路部的第1以及第2控制电路，所述第1以及第2控制基板具有形成第1以及第2控制主要部的第1以及第2主要区域，该半导体装置还具有绝缘件，该绝缘件以与所述第1以及第2主要区域在俯视观察时重叠的方式插入在所述第1以及第2控制基板之间，所述第1以及第2控制基板还具有形成与所述第1以及第2外部端子电连接的第1以及第2电路部件的第1以及第2凸起区域，所述第1控制电路包含所述第1电路部件以及所述第1控制主要部，所述第2控制电路包含所述第2电路部件以及所述第2控制主要部。
发明的效果
本发明涉及的本申请技术方案即半导体装置的第1以及第2控制基板的第1以及第2主要区域配置为与绝缘件在俯视观察时重叠。因此，以第1以及第2主要区域的大部分在俯视观察时重叠的方式，层叠第1以及第2控制基板，其结果，能够实现第1以及第2控制基板的占有面积的缩小化，实现装置整体的小型化。
在此基础上，本申请技术方案由于在第1以及第2控制基板之间存在以与第1以及第2主要区域在俯视观察时重叠的方式插入的绝缘件，从而至少能够将第1以及第2控制主要部之间通过绝缘件进行绝缘，因此起到确保第1以及第2控制电路之间的高绝缘性能的效果。
本发明的目的、特征、方案以及优点通过下面的详细说明和附图而变得更清楚。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的半导体装置的构造的说明图。
图2是表示图1的上下桥臂控制基板之间的俯视构造的俯视图。
图3是表示形成于上桥臂控制基板的控制电路部和形成于小型功率模块内的桥臂部的具体例的说明图。
图4是表示本发明的实施方式2的半导体装置的构造的说明图。
图5是示意性地表示上下桥臂控制基板各自与桥臂控制端子之间的连接关系的说明图。
图6是表示将上下桥臂内置的上述以往的半导体装置的结构例的斜视图。
具体实施方式
＜前提技术＞
图6是表示将上下桥臂内置的上述以往的半导体装置的结构例的斜视图。如该图所示，在将具有上桥臂部以及下桥臂部的逆变器部内置的半导体模块80的表面之上，上桥臂控制电路81以及下桥臂控制电路82是在电路81、82之间隔着绝缘区域83而形成的。上桥臂控制电路81是用于上桥臂部的控制电路，下桥臂控制电路82是用于下桥臂部的控制电路。此外，高压侧桥臂部即上桥臂部具有被施加高电压VH的P端子作为外部端子，低压侧桥臂部即下桥臂部具有被施加低电压VL(＜VH)的N端子作为外部端子。由在图6示出的半导体模块80、上桥臂控制电路81、下桥臂控制电路82以及绝缘区域83能够得到成为IPM(Intelligent Power Module)的半导体装置。
特别是，在作为高电压、大电流的电力用功率模块而构成具有带上下桥臂的逆变器部的半导体装置的情况下，连同通断电涌在内，需要确保上桥臂部、下桥臂部之间的绝缘耐压，因此，如图6所示必须在上桥臂控制电路81以及下桥臂控制电路82之间也设置绝缘区域83。
其结果，存在下述问题，即，由于半导体模块80的表面积的缩小化产生极限，因此不能实现装置整体的小型化。在下面叙述的实施方式解决了该问题。
＜实施方式1＞
图1是表示本发明的实施方式1的半导体装置的构造的说明图，图2是表示在图1中示出的上桥臂控制基板1A、下桥臂控制基板2A之间的俯视构造的俯视图。此外，在图1中，将实施方式1的半导体装置的构造以组装工序图形式示出，在图1以及图2分别示出XYZ正交坐标系。
小型功率模块4A(半导体模块)在内部具有未图示的作为高压侧桥臂部的上桥臂部以及作为低压侧桥臂部的下桥臂部(第1以及第2部分电路部)。上桥臂部以及下桥臂部分别具有IGBT等功率半导体元件，由上桥臂部以及下桥臂部的组合构成一个单位的逆变器部。小型功率模块4A构成为，还从小型功率模块4A的内侧在表面之上凸出地形成有用于上桥臂部的上桥臂控制端子C11～C14以及用于下桥臂部的下桥臂控制端子C21～C24。
在小型功率模块4A的表面之上，存在于前方(+Y方向)的上桥臂控制端子C11～C14沿从中央部朝向角部的右方向(+X方向)按C11、C12、C13及C14的顺序(外部端子配置顺序)进行配置。
在小型功率模块4A的表面之上，存在于后方(－Y方向)的下桥臂控制端子C21～C24沿从中央部朝向角部的左方向(－X方向)按C21、C22、C23及C24的顺序(外部端子配置顺序)进行配置。
如上所述，在小型功率模块4A的表面之上，上桥臂控制端子C11～C14配置于前方右侧(+Y方向以及+X方向侧)，下桥臂控制端子C21～C24配置于后方左侧(－Y方向以及－X方向侧)。即，上桥臂控制端子C11～C14以及下桥臂控制端子C21～C24具有如下位置关系(第1种外部端子位置关系)，即，在小型功率模块4A的表面之上，分离配置在俯视观察时彼此相对的端部、且设置于对角位置。
在小型功率模块4A的表面之上，按下桥臂控制基板2A、绝缘件3以及上桥臂控制基板1A的顺序层叠地配置下桥臂控制基板2A、绝缘件3以及上桥臂控制基板1A。
上桥臂控制基板1A具有上桥臂主要区域10、上桥臂凸起区域11以及上桥臂凸起区域12。上桥臂主要区域10占据上桥臂控制基板1A的除了上桥臂凸起区域11以及上桥臂凸起区域12以外的大部分的区域。上桥臂凸起区域11从上桥臂主要区域10向图中前方(+Y方向)凸出，形成于图中前端右侧(+Y方向以及+X方向侧)，上桥臂凸起区域12从上桥臂主要区域10向图中右方向凸出，形成于图中右端中央部。
而且，在上桥臂主要区域10形成用于上桥臂部的上桥臂控制电路的主要部分(未图示，下面简记作“上桥臂控制主要部”(第1控制主要部))，在上桥臂凸起区域11的表面之上形成与上桥臂控制端子C11～C14电连接的上桥臂部件D11～D14(第1电路部件)。上桥臂凸起区域12是用于连接外部电源以及外部信号的区域。
如上所述，形成于上桥臂控制基板1A的上桥臂控制电路包含上桥臂控制主要部以及上桥臂部件D11～D14而构成。此外，上桥臂控制主要部形成于上桥臂主要区域10的表面以及背面中的至少一个面之上。另外，上桥臂部件D11～D14也可以形成于上桥臂凸起区域11的背面之上。
下桥臂控制基板2A具有下桥臂主要区域20、下桥臂凸起区域21以及下桥臂凸起区域22。下桥臂主要区域20占据下桥臂控制基板2A的除了下桥臂凸起区域21以及下桥臂凸起区域22之外的大部分的区域。下桥臂凸起区域21从下桥臂主要区域20向图中后方(－Y方向)凸出，形成于图中后端左侧(－Y方向以及－X方向侧)，下桥臂凸起区域22从下桥臂主要区域20向图中左方向凸出，形成于图中左端中央部。
如上述，在前端右侧凸出地形成的上桥臂凸起区域11和在后端左侧凸出地形成的下桥臂凸起区域21具有分离配置在俯视观察时彼此相对的端部、且成为对角位置关系的凸起区域相对位置关系。
而且，在下桥臂主要区域20形成用于下桥臂部的下桥臂控制电路的主要部分(未图示，下面简记作“下桥臂控制主要部”(第2控制主要部))，在下桥臂凸起区域21的表面之上形成与下桥臂控制端子C21～C24电连接的下桥臂部件D21～D24(第2电路部件)。下桥臂凸起区域22是用于连接外部电源以及外部信号的区域。
这样，形成于下桥臂控制基板2A的下桥臂控制电路包含下桥臂控制主要部以及下桥臂部件D21～D24而构成。此外，下桥臂控制主要部形成于下桥臂主要区域20的表面以及背面中的至少一个面之上。另外，下桥臂部件D21～D24也可以形成于下桥臂凸起区域21的背面之上。
图3是表示在上桥臂控制基板1A(下桥臂控制基板2A)的表面之上、背面之上形成的、或者在表面之上以及背面之上双方形成的控制电路部50、和在小型功率模块4A内形成的桥臂部60的具体例的说明图。控制电路部50相当于在上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A各自形成的上桥臂控制电路或者下桥臂控制电路，桥臂部60相当于上桥臂部或者下桥臂部。
如该图所示，控制电路部50具有：电路部件组55，其由栅极电阻51、电流传感输入电阻52、片式电感器53、54构成；以及主要电路部58，其由栅极驱动电路56以及保护电路57构成。因此，上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24与电路部件组55相对应，上桥臂控制主要部以及下桥臂控制主要部与控制电路部58相对应。
另一方面，桥臂部60具有作为功率半导体元件的IGBT 61以及温度传感二极管66。利用下述配线等能够构成一个单位的逆变器部，即，将与上桥臂部相当的桥臂部60的IGBT61、与下桥臂部相当的桥臂部60的IGBT 61串联连接，将被施加高电压VH的P端子与上桥臂部(高压侧桥臂部)的IGBT 61的集电极连接，将被施加低电压VL(＜VH)的N端子与下桥臂部(低压侧桥臂部)的IGBT 61的发射极连接的配线等。温度传感二极管66设置为用于检测芯片温度。
从栅极驱动电路56将输出信号作为用于IGBT 61的控制信号S51经由栅极电阻51而施加至IGBT 61的栅极电极。从IGBT 61的主要发射极端子E1得到的信号施加至栅极驱动电路56。从IGBT 61的电流传感用发射极端子E2得到的控制信号S52经由电流传感输入电阻52施加至保护电路57。
保护电路57经由片式电感器53与温度传感二极管66的阳极电连接，经由片式电感器54与温度传感二极管66的阴极电连接。片式电感器53、温度传感二极管66的阳极之间的信号成为控制信号S53，片式电感器54、温度传感二极管66的阴极之间的信号成为控制信号S54。
保护电路57基于控制信号S52～S54，对桥臂部60的温度、IGBT61的发射极电流量进行识别，在桥臂部60的过电流、过热等检测出异常时进行IGBT 61的保护动作。作为保护动作，想到使栅极驱动电路56进行驱动，向IGBT 61的栅极电极输出对断开进行指示的控制信号S51等的动作。
在上述结构中，上桥臂部件D11～D14(下桥臂部件D21～D24)分别与栅极电阻51、电流传感输入电阻52、片式电感器53以及54中的任意者相当，用于对在控制信号线SL1～SL4之上传输的控制信号S51～S54进行收发的桥臂部60侧的控制端子(图3中未图示)与上桥臂控制端子C11～C14(下桥臂控制端子C21～C24)相当。此外，控制信号线SL1～SL4设置于上桥臂控制端子C11～C14(下桥臂控制端子C21～C24)的近处，使两者的通过焊料等进行的电连接变得容易。
返回至图1以及图2，上桥臂控制基板1A和下桥臂控制基板2A以相同构造的基板构成，具有下述位置关系(第1种控制基板位置关系)，即，在以上桥臂主要区域10的中心附近为轴而使上桥臂控制基板1A沿图中的水平方向(在XY平面之上)旋转180度的状态下，下桥臂控制基板2A配置于小型功率模块4A之上。
而且，在上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A之间，上桥臂主要区域10与下桥臂主要区域20、上桥臂凸起区域11与下桥臂凸起区域21、上桥臂凸起区域12与下桥臂凸起区域22一对一地对应。
如图1以及图2所示，绝缘件3配置为与上桥臂控制基板1A的上桥臂主要区域10以及下桥臂控制基板2A的下桥臂主要区域20至少在俯视观察时重叠。另外，上桥臂主要区域10以及下桥臂主要区域20之间也具有在俯视观察时大部分重叠的位置关系。
另一方面，上桥臂控制基板1A的上桥臂凸起区域11以及上桥臂凸起区域12以与绝缘件3以及下桥臂控制基板2A在俯视观察时不重叠，上部露出的状态凸出。相同地，下桥臂控制基板2A的下桥臂凸起区域21以及下桥臂凸起区域22以与绝缘件3以及上桥臂控制基板1A在俯视观察时不重叠，上部露出的状态凸出。
如图1所示，配置为，在下桥臂控制基板2A的下桥臂主要区域20的四角设置的带螺钉用通孔垫片23、在绝缘件3的四角设置的螺钉用通孔33、以及在上桥臂控制基板1A的上桥臂主要区域10的四角设置的螺钉用通孔13在俯视观察时与在小型功率模块4A的表面之上以成为矩形的各顶点的位置关系设置的4个螺钉固定用衬套43对齐。而且，从上桥臂控制基板1A的上方利用4个螺钉6将螺钉用通孔13、33以及带螺钉用通孔垫片23的通孔贯穿，螺合至螺钉固定用衬套43的固定孔，由此能够将下桥臂控制基板2A、绝缘件3以及上桥臂控制基板1A共同紧固固定于小型功率模块4A之上。其结果，能够得到作为由上桥臂控制基板1A、下桥臂控制基板2A、绝缘件3以及小型功率模块4A构成的IPM的半导体装置。
此时，如图2所示，小型功率模块4A的上桥臂控制端子C11～C14将设置于上桥臂凸起区域11的控制端子用通孔H11～H14贯穿，并且小型功率模块4A的下桥臂控制端子C21～C24将设置于下桥臂凸起区域21的控制端子用通孔H21～H24贯穿。其结果，上桥臂控制端子C11～C14的前端区域在上桥臂凸起区域11之上凸出地配置，下桥臂控制端子C21～C24的前端区域在下桥臂凸起区域21之上凸出地配置。
而且，通过软钎焊等进行桥臂控制端子C11～C14和上桥臂部件D11～D14(与该上桥臂部件D11～D14的端子电连接的控制信号线)的电连接、以及下桥臂控制端子C21～C24和下桥臂部件D21～D24的电连接。
此外，设置于绝缘件3的螺钉用通孔33以供下桥臂控制基板2A之上的带螺钉用通孔垫片23贯穿的大小形成，由于该带螺钉用通孔垫片23的存在，在通过上述的螺钉6进行共同紧固时，能够防止向在上桥臂控制基板1A的背面(下面)形成的(电子)部件和下桥臂控制基板2A的表面(上面)的部件施加的压力。
如图2中所示，关于绝缘件3与上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A之间的关系，绝缘件3以与上桥臂主要区域10以及上桥臂凸起区域11在俯视观察时重叠、与上桥臂凸起区域11以及上桥臂凸起区域12和下桥臂凸起区域21以及下桥臂凸起区域22在俯视观察时不重叠的形状以及方式，插入于上桥臂控制基板1A、下桥臂控制基板2A之间。
如上述，绝缘件3呈充分地确保上桥臂控制基板1A(上桥臂主要区域10)和下桥臂控制基板2A(下桥臂主要区域20)之间的绝缘沿面(距离)的外形。
上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24如上述那样，是栅极用电阻、片式电感器等应配置于上桥臂部以及下桥臂部的控制端子近处的、用于上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路的电路部件。通过将上述上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24配置于与绝缘件3不发生干涉的上桥臂凸起区域11以及下桥臂凸起区域21之上，从而如后述那样，组装后的(表示电阻值、电感等电气特性的)乘数的变更等变得容易。
实施方式1中的上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A(第1以及第2控制基板)的上桥臂主要区域10以及下桥臂主要区域20(第1以及第2主要区域)配置为，与绝缘件3在俯视观察时重叠。因此，以上桥臂主要区域10以及下桥臂主要区域20的大部分在俯视观察时重叠的方式，层叠上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A，其结果，能够实现上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A的占有面积的缩小化，实现装置整体的小型化。
在此基础上，实施方式1由于在上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A之间存在以与上桥臂主要区域10以及下桥臂主要区域20在俯视观察时重叠的方式配置的绝缘件3，从而至少能够将上桥臂控制主要部以及下桥臂控制主要部之间通过绝缘件3进行绝缘，因此实现下述效果，即，确保在上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路之间具有高绝缘耐性的绝缘性能。
并且，上桥臂凸起区域11以及下桥臂凸起区域21成为彼此在俯视观察时不重叠、且分别与绝缘件3在俯视观察时也不重叠、表面露出的状态，因此，能够比较简单地进行形成于上桥臂凸起区域11以及下桥臂凸起区域21的表面之上的上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24的配置以及置换等组装工序。其结果，实施方式1的半导体装置通过对指示出上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24的电气特性的乘数进行变更，从而能够以满足通断电涌降低等用户使用条件的方式适当变更上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路的动作特性，比较容易地实现多种动作特性。
并且，能够使用相同的基板作为上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A，与之相应地，实现上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A的制造成本的降低化，由此能够实现装置整体的低成本化。
另外，实施方式1的半导体装置的上桥臂控制端子C11～C14以及下桥臂控制端子C21～C24(第1以及第2外部端子)具有在小型功率模块4A的表面之上分离地设置在俯视观察时彼此相对的端部的第1种外部端子位置关系。
另一方面，上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A之间整体的平面形状彼此相同，具有相对于一方的基板使另一方的基板沿水平方向(由XY平面规定的方向)旋转180度的第1种控制基板位置关系。
在具有上述第1种控制基板位置关系的上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A形成的上桥臂凸起区域11以及下桥臂凸起区域21如前述那样，具有分离配置在俯视观察时彼此相对的端部、且呈对角的凸起区域相对位置关系。即，如图2所示，上桥臂凸起区域11在俯视观察时配置于前端右侧(+Y、+X方向侧)，下桥臂凸起区域21在俯视观察时配置于后端左侧(－Y、－X方向侧)。
因此，上桥臂控制端子C11～C14以及下桥臂控制端子C21～C24具有在小型功率模块4A之上分离配置在俯视观察时彼此相对的端部、且呈对角的上述第1种外部端子位置关系，由此成为与上述凸起区域相对位置关系相吻合的位置关系。其结果，能够比较简单地进行上桥臂控制端子C11～C14以及下桥臂控制端子C21～C24与在上桥臂凸起区域11以及下桥臂凸起区域21设置的上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24的电连接，因此能够实现制造成本的降低化。
这样，就实施方式1的半导体装置而言，提供下述的上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A，该上桥臂控制基板1A以及下桥臂控制基板2A在对角具有上下桥臂控制端子(C11～C14、C21～C24)的小型2in1模块即小型功率模块4A之上能够以实现小型化的形式安装。
另外，在小型功率模块4A内，上桥臂部以及下桥臂部(第1以及第2部分电路部)构成单相用的一个单位的逆变器部。因此，实施方式1的半导体装置能够以成为IPM的结构来实现装置的缩小化、上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路之间的绝缘性能的改善，该IPM内置有一个单位的逆变器部和其控制电路(上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路)。
＜实施方式2＞
图4是表示本发明的实施方式2的半导体装置的构造的说明图。在图4中将实施方式2的半导体装置的构造以组装工序图形式示出。图4中示出XYZ正交坐标系。此后，对于与图1以及图2所示的实施方式1的半导体装置相同的构造以及功能，为了便于说明，标注相同的标号，适当地省略说明。
小型功率模块4B(半导体模块)在内部具有作为高压侧桥臂部的上桥臂部以及作为低压侧桥臂部的下桥臂部(第1以及第2部分电路部)，从小型功率模块4B的内侧向外侧凸出地形成有用于上桥臂部的上桥臂控制端子C31～C34以及用于下桥臂部的下桥臂控制端子C41～C44。
在小型功率模块4B的表面之上存在于后方(－Y方向)的上桥臂控制端子C31～C34沿从角部朝向中央部的方向(－X方向；第1方向)而按C31、C32、C33及C34的顺序(外部端子配置顺序)进行配置。
在小型功率模块4B的表面之上存在于后方的下桥臂控制端子C41～C44沿从中央部朝向角部的方向(－X方向；第1方向)而按C41、C42、C43及C44的顺序(外部端子配置顺序)进行配置。
这样，在小型功率模块4B的表面之上，上桥臂控制端子C31～C34配置于后端右侧(－Y方向以及+X方向侧)，下桥臂控制端子C41～C44配置于后端左侧(－Y方向以及－X方向侧)。即，上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44具有在小型功率模块4B之上不重叠地设置于俯视观察时彼此为相同方向(－Y方向)的端部的位置关系(第2种外部端子位置关系)。
在小型功率模块4B的表面之上，按下桥臂控制基板2B、绝缘件3以及上桥臂控制基板1B的顺序层叠地配置下桥臂控制基板2B、绝缘件3以及上桥臂控制基板1B。此外，上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B都是仅在表面之上安装有电路的单面安装基板。
上桥臂控制基板1B具有上桥臂主要区域15、上桥臂凸起区域16以及上桥臂凸起区域17。上桥臂主要区域15占据上桥臂控制基板1B的除了上桥臂凸起区域16以及上桥臂凸起区域17以外的大部分的区域。上桥臂凸起区域16从上桥臂主要区域15向图中后方(－Y方向)凸出地形成于图中后端右侧(－Y方向以及+X方向)，上桥臂凸起区域17从上桥臂主要区域15向图中右方向凸出地形成于图中右端中央部。
在上桥臂主要区域15的表面之上形成用于上桥臂部的上桥臂控制电路的主要部分(未图示，下面简记作“上桥臂控制主要部”(第1控制主要部))，在上桥臂凸起区域16的表面(上面)之上形成与上桥臂控制端子C31～C34电连接的上桥臂部件D31～D34(第1电路部件)。另外，上桥臂凸起区域17是用于连接外部电源以及外部信号的区域。
这样，形成于上桥臂控制基板1B的上桥臂控制电路包含上桥臂控制主要部以及上桥臂部件D31～D34而构成。上桥臂部件D31～D34沿图中左方向(－X方向；第1方向)而按D31、D32、D33、D34的顺序配置。
下桥臂控制基板2B具有下桥臂主要区域25、下桥臂凸起区域26以及下桥臂凸起区域27。下桥臂主要区域25占据下桥臂控制基板2B的除了下桥臂凸起区域26以及下桥臂凸起区域27以外的大部分的区域。下桥臂凸起区域26从下桥臂主要区域25向图中后方(－Y方向)凸出地形成于图中后端左侧(－Y方向以及－X方向侧)，下桥臂凸起区域27从下桥臂主要区域25向图中左方向凸出地形成于图中左端中央部。
在下桥臂主要区域25形成用于下桥臂部的下桥臂控制电路的主要部分(未图示，下面简记作“下桥臂控制主要部”(第2控制主要部))，在下桥臂凸起区域26的表面(下面)之上形成与下桥臂控制端子C41～C44电连接的下桥臂部件D41～D44(第2电路部件)。另外，下桥臂凸起区域27是用于连接外部电源以及外部信号的区域。
这样，形成于下桥臂控制基板2B的下桥臂控制电路包含下桥臂控制主要部以及下桥臂部件D41～D44而构成。设置于下桥臂控制基板2B的表面(下面)的下桥臂部件D41～D44沿图中右方向(+X方向)而按D41、D42、D43、D44的顺序配置。因此，在使下桥臂控制基板2B的表面处于上方地配置于小型功率模块4B之上的情况下，下桥臂部件D41～D44沿图中左方向(－X方向；第1方向)按D41、D42、D43、D44的顺序配置。
此外，关于上桥臂部件D31～D34和下桥臂部件D41～D44之间的关系，上桥臂部件D3i(i＝1～4的任意者)和下桥臂部件D4i成为电气特性值即乘数相同的同种的部件(栅极电阻、平衡电阻、片上传感器输入输出用部件、片式电感器、用于连接的0Ω电阻等)。因此，上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44都是在上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的表面之上按共通的电路部件配置顺序沿左方向(第1方向)而配置的。
上桥臂控制基板1B和下桥臂控制基板2B是相同构造的基板、即包含上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44的配置在内的整体的平面形状彼此相同，具有彼此的表背面以相反的关系配置于小型功率模块4B之上的位置关系(第2种控制基板位置关系)。具体而言，配置为上桥臂控制基板1B的表面处于上方(+Z方向)。另一方面，下桥臂控制基板2B是按照从上桥臂控制基板1B的状态起以沿Y方向延伸的假想旋转轴为中心旋转180度的状态进行配置的，其结果，配置为下桥臂控制基板2B的表面处于下方(－Z方向)。
而且，在上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B之间，上桥臂主要区域15与下桥臂主要区域25、上桥臂凸起区域16与下桥臂凸起区域26、上桥臂凸起区域17与下桥臂凸起区域27一对一地对应。
如图4所示，绝缘件3配置为与上桥臂控制基板1B的上桥臂主要区域15以及下桥臂控制基板2B的下桥臂主要区域25在俯视观察时重叠。
另一方面，上桥臂控制基板1B的上桥臂凸起区域16以及上桥臂凸起区域17以与绝缘件3以及下桥臂控制基板2B在俯视观察时不重叠，上部的表面露出的状态凸出。同样地，下桥臂控制基板2B的下桥臂凸起区域26以及下桥臂凸起区域27以与绝缘件3以及上桥臂控制基板1B在俯视观察时不重叠，上部的背面露出的状态凸出。
如图4所示，与实施方式1同样地，从上桥臂控制基板1B的上方通过4个螺钉6将螺钉用通孔13、33以及带螺钉用通孔垫片23的通孔贯穿，螺合至螺钉固定用衬套43的固定孔，由此能够在小型功率模块4B之上对下桥臂控制基板2B、绝缘件3以及上桥臂控制基板1B进行共同紧固固定。
在共同紧固固定之后，与实施方式1同样地，使上桥臂控制端子C31～C34贯穿在上桥臂凸起区域16设置的控制端子用通孔，并且使下桥臂控制端子C41～C44贯穿在下桥臂凸起区域26设置的控制端子用通孔。其结果，上桥臂控制端子C31～C34的前端区域在上桥臂凸起区域16之上凸出地配置，下桥臂控制端子C41～C44的前端区域在下桥臂凸起区域26之上凸出地配置。
而且，通过软钎焊等进行桥臂控制端子C31～C34和上桥臂部件D31～D34(与该上桥臂部件D31～D34的端子电连接的控制信号线)之间的电连接以及下桥臂控制端子C41～C44和下桥臂部件D41～D44之间的电连接。
绝缘件3以下述形状以及方式插入于上桥臂控制基板1B、下桥臂控制基板2B之间，即，就与上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B之间的关系而言，绝缘件3与上桥臂主要区域15以及上桥臂凸起区域16在俯视观察时重叠，与上桥臂凸起区域16以及上桥臂凸起区域17、下桥臂凸起区域26以及下桥臂凸起区域27在俯视观察时不重叠。
如上述，绝缘件3呈现充分地确保上桥臂控制基板1B(上桥臂主要区域15)和下桥臂控制基板2B(下桥臂主要区域25)之间的绝缘沿面的外形。
此外，上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44与上桥臂部件D11～D14以及下桥臂部件D21～D24同样地，是栅极用电阻、片式电感器等应配置于上桥臂部以及下桥臂部的控制端子近处的电路部件。
通常对于在功率模块内构成逆变器部的IGBT等半导体元件，上下桥臂都使用相同的半导体元件，因此上下桥臂部的控制端子的排列为相同的顺序。即，关于小型功率模块4B的沿左方向(－X方向)而配置的上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44，上桥臂控制端子C3i(i＝1～4的任意者)和下桥臂控制端子C4i为对相同性质的控制信号进行收发的彼此同种的端子。其结果，上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44在小型功率模块4B的表面之上按共通的外部端子配置顺序沿左方向(第1方向)而配置。
另一方面，上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B具有彼此表背调换的上述第2种控制基板位置关系，因此需要与上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44的排列相吻合。
图5是示意性地表示上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B各自与桥臂控制端子C31～C34之间的连接关系的说明图。在图5中，假定将上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的表面都配置于上方，示出设置于表面之上的上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44与上桥臂控制端子C31～C34之间的连接关系。
在该图中，控制信号S1～S4是上桥臂控制电路或者下桥臂控制电路所收发的控制信号，与在图3中将控制电路部50作为上桥臂控制电路或者下桥臂控制电路、将桥臂部60作为上桥臂部或者下桥臂部的情况下的控制信号S51～S54相当。
另外，控制信号线SL11～SL14是与上桥臂控制端子C31～C34之间进行控制信号S1～S4的收发的、来自上桥臂控制电路的控制信号线，与在图3中将控制电路部50作为上桥臂控制电路、将桥臂部60作为上桥臂部的情况下的控制信号线SL1～SL4相当。
相同地，控制信号线SL21～SL24是假想为与将下桥臂控制基板2B的表面配置于上方的情况下的上桥臂控制端子C31～C34进行控制信号S1～S4的收发的情况时的、来自下桥臂控制电路的控制信号线，与在图3中将控制电路部50作为下桥臂控制电路、将桥臂部60作为下桥臂部的情况下的控制信号线SL1～SL4相当。
首先，说明上桥臂控制端子C31～C34和上桥臂部件D31～D34之间的连接关系。
上桥臂控制基板1B的表面配置于上方，控制信号线SL11～SL14以经由上桥臂部件D31～D34与上桥臂控制端子C31～C34连接的正序方式进行配线。
因此，上桥臂控制基板1B配置为，在以上方作为表面的上桥臂控制基板1B的表面之上形成的上桥臂部件D31～D34和上桥臂控制端子C31～C34经由控制信号线SL11～SL14电连接。
接着，说明上桥臂控制端子C31～C34和下桥臂部件D41～D44之间的假想连接关系。
在假想为下桥臂控制基板2B的表面配置于上方的情况下，控制信号线SL21～SL24以经由下桥臂部件D41～D44与下桥臂控制端子C34～C31连接的逆序方式进行配线。
另一方面，在以下方作为表面的上桥臂控制基板1B的表面之上形成的下桥臂部件D41～D44和下桥臂控制端子C41～C44具有俯视观察时的配置顺序相反的位置关系。即，下桥臂控制端子C41～C44沿左方向(－X方向)而按C41、C42、C43、C44的顺序配置，与此相对，下桥臂部件D41～D44沿右方向(+X方向)而按D41、D42、D43、D44的顺序配置。
然而，如上述，控制信号线SL21～SL24与上桥臂控制端子C31～C34以逆序方式进行配线，因此，其结果成为下桥臂部件D41～D44和下桥臂控制端子C41～C44经由控制信号线SL21～SL24电连接的位置关系。
即，如图5所示，以经由控制信号线SL21～SL24将下桥臂部件D41～D44和下桥臂控制端子C41～C44电连接的方式，将下桥臂控制基板2B配置于小型功率模块4B之上。
实施方式2中的上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B(第1以及第2控制基板)的上桥臂主要区域15以及下桥臂主要区域25(第1以及第2主要区域)配置为与绝缘件3在俯视观察时重叠。因此，以上桥臂主要区域15以及下桥臂主要区域25的大部分在俯视观察时重叠的方式，层叠上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B，其结果，能够实现上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的占有面积的缩小化，实现装置整体的小型化。
在此基础上，在实施方式2中由于在上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B之间存在配置为与上桥臂主要区域15以及下桥臂主要区域25在俯视观察时重叠的绝缘件3，从而与实施方式1同样地，能够确保上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路之间的高绝缘性能。
并且，上桥臂凸起区域16以及下桥臂凸起区域26成为彼此在俯视观察时不重叠、且分别与绝缘件3在俯视观察时重叠、上方露出的状态，因此与实施方式1同样地，能够比较容易地实现具有多种动作特性的上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路。
在此基础上，能够使用相同的基板作为上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B，与之相应地，实现上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的制造成本的降低化，由此能够实现装置整体的低成本化。
另外，在实施方式2中，上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B彼此的表背面调换，将上桥臂凸起区域16以及下桥臂凸起区域26(第1以及第2凸起区域)配置于相同方向(后端部)。即，上桥臂凸起区域16以及下桥臂凸起区域26具有凸起区域相同方向位置关系，即，在上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B处，在俯视观察为相同方向的端部，该上桥臂凸起区域16以及下桥臂凸起区域26以彼此在俯视观察时不重叠的方式设置。
而且，上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44具有第2种外部端子位置关系，由此，成为与上述凸起区域相同方向位置关系相吻合的位置关系，其中，该第2种外部端子位置关系是指，在小型功率模块4B的表面之上，在俯视观察时彼此为相同方向的端部，上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44以彼此在俯视观察时不重叠的方式设置。其结果，能够通过比较简单地进行上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44与设置于上桥臂凸起区域16以及下桥臂凸起区域26的上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44的电连接，由此实现制造成本的降低。
在此基础上，上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B都是仅在表面之上安装了电路的单面安装基板，并且，上桥臂控制基板1B的背面为下方、下桥臂控制基板2B的背面为上方，上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的背面都配置于绝缘件3侧。因此，在上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B各自与绝缘件3之间无需确保构成控制电路的部件的空间，与之相应地，实现装置的高度方向的尺寸削减，从而能够实现装置的小型化。
此外，如上述，上桥臂控制基板1B的背面为下方、下桥臂控制基板2B的背面为上方，因此无需设置用于降低共同紧固时的压力的带螺钉用通孔垫片23，也可以取代带螺钉用通孔垫片23而形成与螺钉用通孔13相同的通孔。
并且，下桥臂部件D41～D44(N(＝4)个第2电路部件)具有在下桥臂控制基板2B的表面之上以与上桥臂控制端子C31～C34(N个第1外部端子)之间的连接关系成为逆序的方式设置的控制信号线SL21～SL24(N个配线)。因此，在小型功率模块4B之上，将下桥臂控制基板2B的表面配置于下方，其结果，能够将下桥臂部件D41～D44和下桥臂控制端子C41～C44经由控制信号线SL21～SL24而电连接。
其结果，实施方式2的半导体装置即使具有上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B的表背面调换的第2种控制基板位置关系，也能够无障碍地进行上桥臂控制端子C31～C34以及下桥臂控制端子C41～C44与上桥臂部件D31～D34以及下桥臂部件D41～D44之间的电连接。
这样，就实施方式2的半导体装置而言，提供了能够在将上下桥臂控制端子(C31～C34、C41～C44)都设置在后端部的小型2in1模块即小型功率模块4B之上以实现小型化的形式安装的上桥臂控制基板1B以及下桥臂控制基板2B。
另外，在小型功率模块4B内，上桥臂部以及下桥臂部(第1以及第2部分电路部)构成单相用的一个单位的逆变器部。因此，实施方式2的半导体装置能够以IPM结构来实现装置的缩小化、上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路之间的绝缘性能的改善，该IPM结构内置有一个单位的逆变器部和其控制电路(上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路)。
(变形例)
能够实现一种多相用半导体装置，该多相用半导体装置的结构为，将实施方式1或实施方式2的半导体装置设置多个，将多个半导体装置的各逆变器部作为各自对应于不同相的多个逆变器部而使用。
上述多相用半导体装置能够以IPM结构来实现装置的缩小化、上桥臂控制电路以及下桥臂控制电路之间的绝缘性能的改善，该IPM结构内置有多个逆变器部和多个控制电路(第1以及第2控制电路)。
对本发明进行了详细说明，但上述的说明在所有方面均为例示，本发明并不限定于此。可以理解为能够在不脱离本发明的范围的情况下设想出未例示出的许多的变形例。
即，本发明能够在其发明的范围内，自由地对各实施方式进行组合，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。
标号的说明
1A、1B上桥臂控制基板，2A、2B下桥臂控制基板，3绝缘件，4A、4B小型功率模块，10、15上桥臂主要区域，11、12、16、17上桥臂凸起区域，20、25下桥臂主要区域，21、22、26、27下桥臂凸起区域，C11～C14、C31～C34上桥臂控制端子，C21～C24、C41～C44下桥臂控制端子，D11～D14、D31～D34上桥臂部件，D21～D24、D41～D44下桥臂部件。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其具有：
半导体模块(4A、4B)，其在内部具有第1以及第2部分电路部，在外部具有用于所述第1以及第2部分电路部的第1以及第2外部端子(C11～C14、C21～C24、C31～C34、C41～C44)；以及
第1以及第2控制基板(1A、1B、2A、2B)，它们配置于所述半导体模块之上，设置有用于所述第1以及第2部分电路部的第1以及第2控制电路，
所述第1以及第2控制基板具有形成第1以及第2控制主要部(58)的第1以及第2主要区域，
该半导体装置还具有绝缘件(3)，该绝缘件(3)以与所述第1以及第2主要区域在俯视观察时重叠的方式插入在所述第1以及第2控制基板之间，
所述第1以及第2控制基板还具有形成与所述第1以及第2外部端子电连接的第1以及第2电路部件(D11～D14、D31～D34、D21～D24、D41～D44)的第1以及第2凸起区域(11、16、21、26)，所述第1控制电路包含所述第1电路部件以及所述第1控制主要部，所述第2控制电路包含所述第2电路部件以及所述第2控制主要部。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1以及第2凸起区域彼此在俯视观察时不重叠，并且分别与所述绝缘件在俯视观察时不重叠。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1以及第2控制基板(1A、2A)的包含所述第1以及第2主要区域(10、20)和所述第1以及第2凸起区域(11、21)在内的整体的平面形状彼此相同，第1以及第2控制基板具有相对于一方的基板而使另一方的基板沿水平方向旋转180度的第1种控制基板位置关系。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
所述第1以及第2外部端子具有第1种外部端子位置关系，即，在所述半导体模块(4A)之上，所述第1以及第2外部端子分离地设置在俯视观察时彼此相对的端部。
5.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1以及第2控制基板(1B、2B)的包含所述第1以及第2主要区域(15、25)和所述第1以及第2凸起区域(16、26)在内的整体的平面形状彼此相同，
所述第1以及第2控制基板(1B、2B)具有第2种控制基板位置关系，即，所述第1以及第2控制基板中的一方的控制基板使表面处于上方地配置于所述半导体模块之上，另一方的控制基板使表面处于下方地配置于所述半导体模块之上。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，
所述第1以及第2凸起区域具有凸起区域相同方向位置关系，即，在所述第1以及第2控制基板处，在俯视观察为相同方向的端部，所述第1以及第2凸起区域以彼此在俯视观察时不重叠的方式设置，
所述第1以及第2外部端子具有第2种外部端子位置关系，即，在所述半导体模块之上，在俯视观察为彼此相同方向的端部，所述第1以及第2外部端子以彼此在俯视观察时不重叠的方式设置。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述第1以及第2控制基板和所述绝缘件按所述第2控制基板、所述绝缘件以及所述第1控制基板的顺序在所述半导体模块之上层叠配置，
所述第1以及第2控制基板是在表面之上设置所述第1以及第2控制主要部和所述第1以及第2电路部件、在背面之上不设置电路的单面安装基板，
所述第2种控制基板位置关系是所述第1控制基板使表面处于上方地配置于所述半导体模块之上、所述第2控制基板使表面处于下方地配置于所述半导体模块之上的位置关系。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1以及第2外部端子包含在所述半导体模块的表面之上沿第1方向配置的N个第1以及第2外部端子，所述N个第1以及第2外部端子由彼此一对一地对应的同种的端子构成，其中，N≥2，
所述第1以及第2电路部件包含沿所述第1方向配置的N个第1以及第2电路部件，所述N个第1以及第2电路部件由彼此一对一地对应的同种的部件构成，
所述N个第1以及第2外部端子(C31～C34、C41～C44)在半导体模块的表面之上按共通的外部端子配置顺序沿所述第1方向配置，
所述N个第1以及第2电路部件(D31～D34、D41～D44)在所述第1以及第2控制基板的表面之上按共通的电路部件配置顺序沿所述第1方向配置，
所述第2控制基板具有以在将表面配置于上方的情况下，使所述N个第2电路部件和所述N个第1外部端子之间的连接关系成为逆序的方式设置的N个配线(SL21～SL24)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第1以及第2部分电路部分别是具有功率半导体元件的高压侧以及低压侧的上桥臂部以及下桥臂部，由所述上桥臂部以及下桥臂部构成单相用的一个单位的逆变器部。
10.一种多相用半导体装置，其具有多相用的多个逆变器部，该多相用半导体装置的特征在于，
具有多个权利要求9所述的半导体装置，将多个半导体装置的所述一个单位的逆变器部用作所述多个逆变器部。
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