JP2008278718A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently arrange a plurality of semiconductor modules in a circular region. <P>SOLUTION: An inverter circuit comprises, in at least an identical module 1, a substantially rectangular first substrate 2 mounted with a switching element 101 connected between the high potential side of a power supply 1 and a motor 120 and a substantially rectangular second substrate 3 mounted with a switching element 104 connected between the low potential side of the power supply and the motor 120. The first substrate 2 and the second substrate 3 are arranged so that the adjacent one sides 2a, 3a of each substrate 2, 3 face each other, and each substrate is shifted and arranged along the one sides 2a, 3a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子により電気自動車の電力変換回路等を構成する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device that uses a semiconductor element to constitute a power conversion circuit of an electric vehicle.

従来より、直流電源の高電位側とモータとの間に接続されるスイッチング素子と、低電位側とモータとの間に接続されるスイッチング素子を互いに異なるベース板に実装し、これら２つのベース板を同一のモジュール内に含んでインバータ回路を構成するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、一のモジュール内に一対のベース板を並設するため、モジュール全体が略矩形状に構成される。   Conventionally, the switching element connected between the high potential side of the DC power source and the motor and the switching element connected between the low potential side and the motor are mounted on different base plates, and these two base plates are mounted. There is known an apparatus in which an inverter circuit is configured by including the same in the same module (see, for example, Patent Document 1). In the apparatus described in Patent Document 1, since a pair of base plates are arranged side by side in one module, the entire module is configured in a substantially rectangular shape.

特許第３６４１８０７号公報Japanese Patent No. 3641807

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のようにモジュールを略矩形状に構成したのでは、例えば円筒形のモータ形状に合わせて複数のモジュールを円形領域内に配置する場合、無駄なスペースが多くなり、装置全体が大型化する。   However, if the module is configured in a substantially rectangular shape as in the apparatus described in Patent Document 1, for example, when a plurality of modules are arranged in a circular area in accordance with the shape of a cylindrical motor, useless space increases. The whole apparatus becomes large.

本発明による半導体装置は、電源の高電位側とモータとの間に接続される高電位側スイッチング素子と、低電位側とモータとの間に接続される低電位側スイッチング素子とを有し、高電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第１の基板と、低電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第２の基板とを、少なくとも同一モジュール内に含んでインバータ回路を構成し、第１の基板と第２の基板は、各基板の隣り合う一の辺が互いに対向するように配置されるとともに、この一の辺に沿って各基板同士がシフトして配置されることを特徴とする。
また、本発明による半導体装置は、第１の基板と第２の基板のいずれか一方の基板の一の辺に他方の基板の一の角部が接するように、一方の基板に対し他方の基板が傾斜して配置されることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention has a high potential side switching element connected between the high potential side of the power source and the motor, and a low potential side switching element connected between the low potential side and the motor, A substantially rectangular first substrate on which the high potential side switching element is mounted and a substantially rectangular second substrate on which the low potential side switching element is mounted are included in at least the same module to form an inverter circuit, The first substrate and the second substrate are arranged so that adjacent one sides of each substrate are opposed to each other, and the substrates are arranged to be shifted from each other along the one side. And
In addition, the semiconductor device according to the present invention is configured so that one corner of the other substrate is in contact with one side of one of the first substrate and the second substrate. Are arranged in an inclined manner.

本発明によれば、複数の半導体モジュールを周方向に配置する際の無駄なスペースが少なくなり、半導体モジュールを円形領域内に効率よく配置できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the useless space at the time of arrange | positioning a several semiconductor module to the circumferential direction decreases, and a semiconductor module can be efficiently arrange | positioned in a circular area | region.

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図５を参照して本発明による半導体装置をモータ駆動の電力変換装置として構成した場合の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図であり、とくに電気自動車に搭載される三相インバータの回路図の一部を示している。図中、Ｐ，Ｎは直流入力配線、Ｕ，Ｖ，Ｗは交流出力配線である。図１では、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１０１〜１０６とダイオード２０１〜２０６を用いて直流電源１１０からの直流を交流に変換し、三相交流モータ１２０に出力する。なお、スイッチング素子１０１〜１０６はＩＧＢＴに限定されず、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等によっても構成できる。直流配線Ｐ，Ｎの間には、平滑用コンデンサ１１１、放電抵抗１１２、ラインバイパスコンデンサ１１３等が接続される。 -First embodiment-
A first embodiment in which a semiconductor device according to the present invention is configured as a motor-driven power conversion device will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing the semiconductor device according to the first embodiment, and particularly shows a part of a circuit diagram of a three-phase inverter mounted on an electric vehicle. In the figure, P and N are DC input wirings, and U, V and W are AC output wirings. In FIG. 1, direct current from the direct current power source 110 is converted into alternating current using semiconductor switching elements 101 to 106 such as IGBTs and diodes 201 to 206, and output to the three-phase alternating current motor 120. Note that the switching elements 101 to 106 are not limited to IGBTs, and can be configured by transistors, MOSFETs, or the like. A smoothing capacitor 111, a discharge resistor 112, a line bypass capacitor 113, and the like are connected between the DC wirings P and N.

電源１１０の高電位側（ハイサイド）は、配線１５１、スイッチング素子１０１〜１０３および配線１５３を介してモータ１２０に接続されている。電源１１０の低電位側（ローサイド）は、配線１５２、スイッチング素子１０４〜１０６および配線１５３を介してモータ１２０に接続されている。   The high potential side (high side) of the power supply 110 is connected to the motor 120 via the wiring 151, the switching elements 101 to 103, and the wiring 153. The low potential side (low side) of the power supply 110 is connected to the motor 120 via the wiring 152, the switching elements 104 to 106 and the wiring 153.

すなわち、ハイサイドスイッチング素子１０１〜１０３のコレクタ（ドレイン）は配線１５１に接続され、ローサイドスイッチング素子１０４〜１０６のエミッタ（ソース）は配線１５２に接続されている。スイッチング素子１０１のエミッタおよびスイッチング素子１０４のコレクタはそれぞれインバータ出力用（Ｕ相）の配線１５３に接続され、スイッチング素子１０２のエミッタおよびスイッチング素子１０５のコレクタはそれぞれＶ相用の配線１５３に接続され、スイッチング素子１０３のエミッタおよびスイッチング素子１０６のコレクタはそれぞれＷ相用の配線１５３に接続されている。なお、スイッチング素子１０１〜１０６のゲートは、信号入出力用の端子１４（図２参照）に接続されている。各スイッチング素子１０１〜１０６のコレクタ−エミッタ間にはそれぞれダイオード２０１〜２０６が逆並列に接続されている。   That is, the collectors (drains) of the high-side switching elements 101 to 103 are connected to the wiring 151, and the emitters (sources) of the low-side switching elements 104 to 106 are connected to the wiring 152. The emitter of the switching element 101 and the collector of the switching element 104 are connected to the inverter output (U-phase) wiring 153, respectively. The emitter of the switching element 102 and the collector of the switching element 105 are connected to the V-phase wiring 153, respectively. The emitter of switching element 103 and the collector of switching element 106 are each connected to wiring 153 for W phase. The gates of the switching elements 101 to 106 are connected to a signal input / output terminal 14 (see FIG. 2). Diodes 201 to 206 are connected in antiparallel between the collectors and emitters of the switching elements 101 to 106, respectively.

本実施の形態では、交流出力の各相毎に、一対のハイサイドおよびローサイドスイッチング素子（例えば１０１，１０４）と一対のダイオード（例えば２０１，２０４）を一体モジュール化して半導体モジュールを構成する。図２は、Ｕ相の回路に対応した半導体モジュール１（Ｕ相用モジュール）の平面図である。半導体モジュール１は平面視菱形の筐体として構成される。なお、Ｖ相用モジュールおよびＷ相用モジュールの構成も図２と同様である。   In the present embodiment, a pair of high-side and low-side switching elements (for example, 101, 104) and a pair of diodes (for example, 201, 204) are integrated into a module for each phase of AC output to constitute a semiconductor module. FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module 1 (U-phase module) corresponding to the U-phase circuit. The semiconductor module 1 is configured as a rhombus housing in plan view. The configurations of the V-phase module and the W-phase module are the same as those in FIG.

半導体モジュール１内において、スイッチング素子１０１とダイオード２０１はそれぞれ導電性のハイサイド基板２に実装され、スイッチング素子１０４とダイオード２０４はそれぞれ導電性のローサイド基板３に実装されている。すなわち基板２の上面には、半田等の導電性接合材を介してスイッチング素子１０１とダイオード２０１の裏面の電極がそれぞれ面接合され、基板３の上面には、スイッチング素子１０４とダイオード２０４の裏面の電極がそれぞれ面接合されている。基板２，３の下方には不図示のヒートシンクが設けられ、基板２，３は絶縁体を挟んでヒートシンクに固定されている。   In the semiconductor module 1, the switching element 101 and the diode 201 are each mounted on the conductive high side substrate 2, and the switching element 104 and the diode 204 are each mounted on the conductive low side substrate 3. That is, the electrodes on the back surface of the switching element 101 and the diode 201 are bonded to the upper surface of the substrate 2 via a conductive bonding material such as solder. The electrodes on the back surface of the switching element 104 and the diode 204 are connected to the upper surface of the substrate 3. Each electrode is surface bonded. A heat sink (not shown) is provided below the substrates 2 and 3, and the substrates 2 and 3 are fixed to the heat sink with an insulator interposed therebetween.

半導体モジュール１の各側縁からは、配線１５１に接続されるＰ極用端子１１、配線１５２に接続されるＮ極用端子１２、配線１５３に接続される出力用端子１３、および信号入出力用端子１４がそれぞれ突設されている。これら端子１１〜１４と、基板２，３と、スイッチング素子１０１，１０４と、ダイオード２０１，２０４は、半導体モジュール１内にて互いにボンディングワイヤ等によって接続され、図１の回路が構成されている。   From each side edge of the semiconductor module 1, a P-pole terminal 11 connected to the wiring 151, an N-pole terminal 12 connected to the wiring 152, an output terminal 13 connected to the wiring 153, and a signal input / output Terminals 14 are provided in a protruding manner. These terminals 11 to 14, the substrates 2 and 3, the switching elements 101 and 104, and the diodes 201 and 204 are connected to each other in the semiconductor module 1 by bonding wires or the like, so that the circuit of FIG. 1 is configured.

半導体モジュール１内には、半導体チップのコレクタ，エミッタ間の短絡防止やボンディングワイヤの保護等を目的として、エポキシ樹脂等の封止材が充填されている。半導体モジュール１の中央にはモジュール取付用の貫通孔１５が開口され、貫通孔１５を介したボルト等により半導体モジュール１を取付可能である。なお、端子１１〜１３はいわゆるブスバーであり、基板２，３と一体に構成することもできる。端子１１〜１４の取付位置は図示した位置に限らない。   The semiconductor module 1 is filled with a sealing material such as an epoxy resin for the purpose of preventing a short circuit between the collector and emitter of the semiconductor chip and protecting the bonding wire. A through hole 15 for module attachment is opened at the center of the semiconductor module 1, and the semiconductor module 1 can be attached by a bolt or the like through the through hole 15. The terminals 11 to 13 are so-called bus bars, and can be configured integrally with the substrates 2 and 3. The attachment positions of the terminals 11 to 14 are not limited to the illustrated positions.

本実施の形態の特徴的構成について説明する。図２に示すように本実施の形態では、同一形状である略矩形状の基板２，３の隣り合う長手方向の辺２ａ，３ａを互いに対向させるとともに、この辺２ａ，３ａに沿って基板２，３を互いにオフセットして配置している。このようにして構成された半導体モジュール１は、例えば略円筒形状のモータ１２０のケーシングの側面に取り付けられる。半導体モジュール１の取付例を図３に示す。図３では、Ｕ相用モジュール１Ｕ、Ｖ相用モジュール１Ｖ、Ｗ相用モジュール１Ｗを周方向に放射状に配置している。各モジュール１は円形領域を相数３で分割した中心角１２０°の扇形の内側に収められている。   A characteristic configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, adjacent rectangular sides 2a and 3a of substantially rectangular substrates 2 and 3 having the same shape are opposed to each other, and the substrates 2 and 2a are arranged along the sides 2a and 3a. 3 are offset from each other. The semiconductor module 1 configured in this manner is attached to the side surface of the casing of the substantially cylindrical motor 120, for example. An example of mounting the semiconductor module 1 is shown in FIG. In FIG. 3, the U-phase module 1U, the V-phase module 1V, and the W-phase module 1W are radially arranged in the circumferential direction. Each module 1 is housed inside a sector having a central angle of 120 ° obtained by dividing a circular region by the number of phases 3.

このように基板２，３をオフセットした各半導体モジュール１を周方向に配置すると、モジュール全体を図の点線で示す円４の内側に収めることができ、電力変換装置全体を小型化することができる。これに対し、図４に示すように単に基板２，３を並設して半導体モジュール１００を構成した場合には、半導体モジュール１００を周方向に配置すると無駄なスペースが多くなり、全体の外径が大きくなるため、装置全体を小型化することが困難である。   When the semiconductor modules 1 with the substrates 2 and 3 offset in this manner are arranged in the circumferential direction, the entire module can be accommodated inside a circle 4 indicated by a dotted line in the figure, and the entire power conversion device can be reduced in size. . On the other hand, when the semiconductor module 100 is configured by simply arranging the substrates 2 and 3 side by side as shown in FIG. 4, if the semiconductor module 100 is arranged in the circumferential direction, a wasteful space is increased, and the entire outer diameter is increased. Therefore, it is difficult to downsize the entire apparatus.

図５は、図３に示した半導体モジュール１の詳細を示す図である。各基板２，３の長手方向の長さをａ，短手方向の長さをｂ，オフセット長をｃとし、基板２，３の角部をそれぞれｄ２１〜ｄ２４，ｄ３１〜ｄ３４とする。基板２の角部ｄ２１をモータ１２０の中心Ｏに併せて配置する。このとき、中心Ｏから半導体モジュール１の端部ｄ２３，ｄ３３，ｄ３４までの長さＬ１〜Ｌ３は、それぞれ次式(I)〜(III)のようになる。
Ｌ１＝√（ａ２＋ｂ２） ・・・(I)
Ｌ２＝√（（ａ−ｃ）２＋（２ｂ）２） ・・・(II)
Ｌ３＝√（ｃ２＋（２ｂ）２） ・・・(III) FIG. 5 is a diagram showing details of the semiconductor module 1 shown in FIG. The lengths of the substrates 2 and 3 in the longitudinal direction are a, the length in the short direction is b, the offset length is c, and the corners of the substrates 2 and 3 are d21 to d24 and d31 to d34, respectively. The corner portion d21 of the substrate 2 is disposed along the center O of the motor 120. At this time, the lengths L1 to L3 from the center O to the ends d23, d33, and d34 of the semiconductor module 1 are respectively expressed by the following equations (I) to (III).
L1 = √ (a 2 + b 2 ) (I)
L2 = √ ((ac) 2 + (2b) 2 ) (II)
L3 = √ (c 2 + (2b) 2 ) (III)

上式において、Ｌ１は基板２，３のサイズのみで定まるのに対し、Ｌ２、Ｌ３はオフセット長ｃをパラメータとして定まる。そこで、Ｌ２，Ｌ３がＬ１よりも短くなるようにオフセット長ｃを決定することで、装置全体の外径を小さくすることができ、小型化が可能になる。この場合、ｃ＜ａ／２のときＬ２＞Ｌ３、ｃ＝ａ／２のときＬ２＝Ｌ３、ｃ＞ａ／２のときＬ２＜Ｌ３となる。   In the above equation, L1 is determined only by the sizes of the substrates 2 and 3, whereas L2 and L3 are determined using the offset length c as a parameter. Therefore, by determining the offset length c so that L2 and L3 are shorter than L1, the outer diameter of the entire apparatus can be reduced, and downsizing is possible. In this case, L2> L3 when c <a/2, L2=L3 when c=a/2, and L2<L3 when c> a / 2.

ここで、半導体モジュール１を１２０°の扇形の内側に収めるためには、ｃ／ｂ＝ｔａｎ３０°よりｃ＝ｂ／√３とする必要がある。この関係を用いて基板２，３のアスペクト比を決定できる。例えばＬ１＝Ｌ２とするためのアスペクト比はａ：ｂ＝５：√３となる。これにより装置を小型化する基板２，３のアスペクト比を求めることができる。   Here, in order to fit the semiconductor module 1 inside the 120 ° sector, it is necessary to set c = b / √3 from c / b = tan 30 °. Using this relationship, the aspect ratio of the substrates 2 and 3 can be determined. For example, the aspect ratio for setting L1 = L2 is a: b = 5: √3. As a result, the aspect ratio of the substrates 2 and 3 for downsizing the apparatus can be obtained.

このように第１の実施の形態では、基板２，３を互いにオフセットして半導体モジュール１の外形、輪郭を構成したので、複数の半導体モジュール１を円形領域内に効率よく配置することができ、装置全体を小型化することができる。各モジュール１が中心角１２０°の扇形の範囲内に収まるように基板２，３のサイズａ，ｂおよびオフセット長ｃを設定するので、半導体モジュール１の形状を容易に最適化できる。周方向に３個のモジュール１を配置する場合には、ｃ＝ｂ／√３を満たすように基板２，３のオフセット長ｃを定めればよいので、設計が容易である。   As described above, in the first embodiment, since the substrates 2 and 3 are offset from each other to configure the outer shape and contour of the semiconductor module 1, a plurality of semiconductor modules 1 can be efficiently arranged in a circular region. The entire apparatus can be reduced in size. Since the sizes a and b and the offset length c of the substrates 2 and 3 are set so that each module 1 falls within a fan-shaped range with a central angle of 120 °, the shape of the semiconductor module 1 can be easily optimized. When three modules 1 are arranged in the circumferential direction, the design is easy because the offset length c of the substrates 2 and 3 is determined so as to satisfy c = b / √3.

−第２の実施の形態−
図６，７を参照して本発明による半導体装置の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、基板２，３を互いにオフセットして半導体モジュール１を構成したが、第２の実施の形態では、一方の基板２に対し他方の基板３を傾けて配置して半導体モジュール１を構成する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。 -Second Embodiment-
A second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the semiconductor modules 1 are configured by offsetting the substrates 2 and 3 from each other. However, in the second embodiment, the semiconductor substrate 1 is arranged by tilting the other substrate 3 with respect to one substrate 2. Module 1 is configured. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図６は、第２の実施の形態に係る半導体モジュール１の取付例を示す図であり、図７は、この半導体モジュール１の詳細を示す図である。なお、半導体モジュール１の平面図は図６に示したのと同様であるため、図示を省略する。図７に示すように第２の実施の形態では、基板２の長手方向の辺に基板３の角部ｄ３２を接して設け、基板２に対して基板３を傾ける。この際、基板２の短手側の辺の両端部ｄ２２，ｄ２３と基板３の長手側の辺の両端部ｄ３３，ｄ３４を、Ｏを中心とした同一の円４上に位置させる。なお、基板２と基板３の配置を反対にしてもよい。   FIG. 6 is a view showing an example of attachment of the semiconductor module 1 according to the second embodiment, and FIG. 7 is a view showing details of the semiconductor module 1. The plan view of the semiconductor module 1 is the same as that shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the second embodiment, the corner portion d <b> 32 of the substrate 3 is provided in contact with the longitudinal side of the substrate 2, and the substrate 3 is tilted with respect to the substrate 2. At this time, both end portions d22 and d23 of the short side of the substrate 2 and both end portions d33 and d34 of the long side of the substrate 3 are positioned on the same circle 4 centered on O. The arrangement of the substrate 2 and the substrate 3 may be reversed.

この場合、図７の点ｄ２４，ｄ３２，ｄ３１を結んだ三角形は頂角が１２０°の二等辺三角形であり、基板２に対する基板３の傾斜角は３０°となる。この二等辺三角形を小さくすることで、装置の小型化が可能となる。ここで、点ｄ２４〜ｄ２３の長さＬ４はａであり、基板２，３のサイズによって定まる。一方、点ｄ２４〜ｄ３３の長さＬ５は、次式(IV)で表される。
Ｌ２＝√（（ａ／２√３＋ｂ）２＋（ａ／２）２） ・・・(IV)
したがって、Ｌ５≦Ｌ４となるように基板２，３を配置すればよく、例えばＬ４＝Ｌ５とすると、ａ：ｂ＝√３：１となり、これにより装置を小型化できる基板２，３のアスペクト比を求めることができる。 In this case, the triangle connecting the points d24, d32, and d31 in FIG. 7 is an isosceles triangle having an apex angle of 120 °, and the inclination angle of the substrate 3 with respect to the substrate 2 is 30 °. By reducing the isosceles triangle, the apparatus can be downsized. Here, the length L4 of the points d24 to d23 is a and is determined by the size of the substrates 2 and 3. On the other hand, the length L5 of the points d24 to d33 is expressed by the following formula (IV).
L2 = √ ((a / 2√3 + b) 2 + (a / 2) 2 ) (IV)
Therefore, the substrates 2 and 3 may be arranged so as to satisfy L5 ≦ L4. For example, if L4 = L5, a: b = √3: 1 is obtained, whereby the aspect ratio of the substrates 2 and 3 can be reduced. Can be requested.

このように第２の実施の形態では、基板３を基板２に対して傾斜して配置したので、複数の半導体モジュール１を円形領域内に効率よく配置することができ、装置全体を小型化することができる。基板２の短手側両端部ｄ２２，ｄ２３と基板３の長手側両端部ｄ３３，ｄ３４が同一円上に位置するように半導体モジュール１を構成し、円４の内側に装置全体を収めるようにしたので、モジュール１の形状を容易に最適化できる。周方向に３個のモジュール１を配置する場合には、基板２に対する基板３のなす角が３０°となるように基板２，３を配置すればよいので、設計が容易である。   As described above, in the second embodiment, since the substrate 3 is arranged to be inclined with respect to the substrate 2, a plurality of semiconductor modules 1 can be efficiently arranged in a circular region, and the entire apparatus is reduced in size. be able to. The semiconductor module 1 is configured such that the short-side ends d22 and d23 of the substrate 2 and the long-side ends d33 and d34 of the substrate 3 are located on the same circle, and the entire apparatus is placed inside the circle 4. Therefore, the shape of the module 1 can be easily optimized. When three modules 1 are arranged in the circumferential direction, the substrates 2 and 3 may be arranged so that the angle formed by the substrate 3 with respect to the substrate 2 is 30 °, so that the design is easy.

以上では、３相インバータのモジュール１を円筒形状のモータ１２０の側面に配置する例について説明したが、３相以外とすることもできる。その一例を図８，９に示す。図８，９は９相インバータの例であり、９個の半導体モジュール１をモータ１２０の側面において周方向に配置している。なお、図８は基板２，３をオフセットさせたものであり、図３に対応する。図９は基板２に対して基板３を傾斜させたものであり、図６に対応する。本実施の形態では、基板２，３をオフセットまたは傾斜してモジュール１を構成しているので、インバータを多相化した場合にも、各モジュール１を円形領域内に効率よく配置することができる。   The example in which the module 1 of the three-phase inverter is arranged on the side surface of the cylindrical motor 120 has been described above, but it may be other than three-phase. An example is shown in FIGS. 8 and 9 are examples of a nine-phase inverter, and nine semiconductor modules 1 are arranged in the circumferential direction on the side surface of the motor 120. 8 is obtained by offsetting the substrates 2 and 3, and corresponds to FIG. FIG. 9 shows the substrate 3 inclined with respect to the substrate 2, and corresponds to FIG. In the present embodiment, the modules 1 are configured by offsetting or tilting the substrates 2 and 3, so that each module 1 can be efficiently arranged in a circular region even when the inverter is multiphased. .

この場合、図９に示す例では、単一の半導体モジュール１の全部を含む扇形の最小領域内に、周方向に隣り合う他のモジュール１の端部１ｃ、１ｄが配置されるので、隣接するモジュール１との干渉を避けつつ、高密度にモジュール１を配置できる。図７では、周方向に３個のモジュール１を配置しており、周方向の分割数が３であるので、基板２に対して基板３を３０°だけ傾斜させるようにしたが、任意の分割数Ｎに対しては、θ＝（１８０−３６０／Ｎ）／２あるいはθ＝（３６０／Ｎ）／２を満たす傾斜角θで基板３を傾斜させればよい。   In this case, in the example shown in FIG. 9, the end portions 1 c and 1 d of other modules 1 adjacent in the circumferential direction are arranged in the sector-shaped minimum region including all of the single semiconductor module 1. The module 1 can be arranged with high density while avoiding interference with the module 1. In FIG. 7, since three modules 1 are arranged in the circumferential direction and the number of divisions in the circumferential direction is 3, the substrate 3 is inclined by 30 ° with respect to the substrate 2. For the number N, the substrate 3 may be inclined at an inclination angle θ that satisfies θ = (180-360 / N) / 2 or θ = (360 / N) / 2.

なお、上記実施の形態（図３，５）では、基板２，３をオフセットして半導体モジュール１を構成し、各モジュール１を中心角１２０°の扇形の領域内に配置するようにしたが、インバータ回路の相数以上で周方向に分割した扇形の領域内にモジュール１を収容するのであれば、扇形の中心角は１２０°以外であってもよい。この場合、周方向の分割数をＮとするとき、ｃ＝ｂ・｜ｔａｎ（（３６０／Ｎ）−９０）｜を満たすようにオフセット長ｃを設定することが好ましい。   In the above embodiment (FIGS. 3 and 5), the semiconductor modules 1 are configured by offsetting the substrates 2 and 3, and each module 1 is arranged in a fan-shaped region having a central angle of 120 °. As long as the module 1 is accommodated in a fan-shaped region divided in the circumferential direction by the number of phases of the inverter circuit, the central angle of the fan may be other than 120 °. In this case, it is preferable to set the offset length c so as to satisfy c = b · | tan ((360 / N) −90) |, where N is the number of divisions in the circumferential direction.

上記実施の形態では、高電位側スイッチング素子１０１を実装する基板２と低電位側スイッチング素子１０４を実装する基板３を同一形状としたが、同一形状でなくてもよく、モータ１２０の側面以外にモジュール１を配置してもよい。したがって、図７では、基板３，４の端部ｄ２２，ｄ２３，ｄ３３，ｄ３４を同一円上に配置するようにしたが、必ずしも同一円上になくてもよい。モジュール１内のダイオード２０１〜２０６をフライホイールダイオードとしないで寄生ダイオードとしてもよく、半導体装置の回路構成は図１のものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の半導体装置に限定されない。   In the above embodiment, the substrate 2 on which the high-potential side switching element 101 is mounted and the substrate 3 on which the low-potential side switching element 104 is mounted have the same shape. Module 1 may be arranged. Accordingly, in FIG. 7, the end portions d22, d23, d33, and d34 of the substrates 3 and 4 are arranged on the same circle, but they need not necessarily be on the same circle. The diodes 201 to 206 in the module 1 may be parasitic diodes instead of flywheel diodes, and the circuit configuration of the semiconductor device is not limited to that shown in FIG. In other words, the present invention is not limited to the semiconductor device of the embodiment as long as the features and functions of the present invention can be realized.

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの平面図。The top view of the semiconductor module which concerns on 1st Embodiment. 図２の半導体モジュールの取付例を示す図。The figure which shows the example of attachment of the semiconductor module of FIG. 図３と比較した他の半導体モジュールの取付例を示す図。The figure which shows the example of attachment of the other semiconductor module compared with FIG. 図３の詳細を示す図。The figure which shows the detail of FIG. 第２の実施の形態に係る半導体モジュールの取付例を示す図。The figure which shows the example of attachment of the semiconductor module which concerns on 2nd Embodiment. 図６の詳細を示す図。The figure which shows the detail of FIG. 図３の変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 図６の変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体モジュール
２，３ 基板
１０１〜１０６ スイッチング素子
２０１〜２０６ ダイオード
ｃ オフセット長
θ 傾斜角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor module 2, 3 Board | substrates 101-106 Switching element 201-206 Diode c Offset length (theta) Inclination angle

Claims (8)

電源の高電位側とモータとの間に接続される高電位側スイッチング素子と、低電位側とモータとの間に接続される低電位側スイッチング素子とを有し、前記高電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第１の基板と、前記低電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第２の基板とを、少なくとも同一モジュール内に含んでインバータ回路を構成する半導体装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板は、各基板の隣り合う一の辺が互いに対向するように配置されるとともに、この一の辺に沿って各基板同士がシフトして配置されることを特徴とする半導体装置。 A high potential side switching element connected between the high potential side of the power source and the motor, and a low potential side switching element connected between the low potential side and the motor, the high potential side switching element being In a semiconductor device that constitutes an inverter circuit by including a substantially rectangular first substrate mounted and a substantially rectangular second substrate mounted with the low-potential side switching element in at least the same module.
The first substrate and the second substrate are disposed so that adjacent one sides of each substrate are opposed to each other, and the respective substrates are shifted and disposed along the one side. A semiconductor device characterized by the above. 請求項１に記載の半導体装置において、
前記モジュールは、少なくともインバータ回路の相数に対応した数だけ設けられ、
各モジュールは、円形領域をインバータ回路の相数以上で周方向に分割した略扇形の領域内にそれぞれ全部が収容されることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The module is provided in a number corresponding to at least the number of phases of the inverter circuit,
Each module is housed in a substantially fan-shaped area obtained by dividing a circular area in the circumferential direction by the number of phases of the inverter circuit or more. 請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板は同一寸法であって、前記一の辺は各基板の長手方向の辺であり、
前記基板のシフト量をＣ、円形領域の周方向の分割数をＮ、各基板の短手方向の辺の長さをＸとするとき、
Ｃ＝Ｘ・｜ｔａｎ（（３６０／Ｎ）−９０）｜
を満たすように各基板が設けられることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The first substrate and the second substrate have the same dimensions, and the one side is a side in the longitudinal direction of each substrate,
When the shift amount of the substrate is C, the number of divisions in the circumferential direction of the circular region is N, and the length of the side in the short direction of each substrate is X,
C = X · | tan ((360 / N) −90) |
Each of the substrates is provided so as to satisfy the above. 電源の高電位側とモータとの間に接続される高電位側スイッチング素子と、低電位側とモータとの間に接続される低電位側スイッチング素子とを有し、前記高電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第１の基板と、前記低電位側スイッチング素子を実装した略矩形状の第２の基板とを、少なくとも同一モジュール内に含んでインバータ回路を構成する半導体装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板のいずれか一方の基板の一の辺に他方の基板の一の角部が接するように、一方の基板に対し他方の基板が傾斜して配置されることを特徴とする半導体装置。 A high potential side switching element connected between the high potential side of the power source and the motor, and a low potential side switching element connected between the low potential side and the motor, the high potential side switching element being In a semiconductor device that constitutes an inverter circuit by including a substantially rectangular first substrate mounted and a substantially rectangular second substrate mounted with the low-potential side switching element in at least the same module.
The other substrate is inclined with respect to one substrate so that one corner of the other substrate is in contact with one side of either the first substrate or the second substrate. A semiconductor device. 請求項４に記載の半導体装置において、
前記モジュールは、少なくともインバータ回路の相数以上に対応した数だけ設けられ、
各モジュールは、円形領域を周方向に分割した略扇形の領域内にそれぞれ収容されるとともに、
一のモジュールの全部を収容する最小の扇形の領域内に、周方向に隣り合う他のモジュールの端部が配置されることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The module is provided in a number corresponding to at least the number of phases of the inverter circuit,
Each module is housed in a substantially fan-shaped area obtained by dividing a circular area in the circumferential direction,
A semiconductor device, characterized in that an end portion of another module adjacent in the circumferential direction is arranged in a minimum fan-shaped region that accommodates all of one module. 請求項５に記載の半導体装置において、
前記一方の基板に対する前記他方の基板の傾斜角をθ、円形領域の周方向の分割数をＮとするとき、
θ＝（１８０−３６０／Ｎ）／２
を満たすように各基板が配置されることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5,
When the inclination angle of the other substrate with respect to the one substrate is θ and the number of divisions in the circumferential direction of the circular region is N,
θ = (180-360 / N) / 2
A semiconductor device, wherein each substrate is arranged so as to satisfy 請求項５に記載の半導体装置において、
前記一方の基板に対する前記他方の基板の傾斜角をθ、円形領域の周方向の分割数をＮとするとき、
θ＝（３６０／Ｎ）／２
を満たすように各基板が配置されることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5,
When the inclination angle of the other substrate with respect to the one substrate is θ and the number of divisions in the circumferential direction of the circular region is N,
θ = (360 / N) / 2
A semiconductor device, wherein each substrate is arranged so as to satisfy 請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板は同一寸法であって、前記一の辺は前記一方の基板の長手方向の辺であり、
前記各モジュールにおける前記一方の基板の短手方向の辺の両端部と、前記他方の基板の前記一の端部を含まない長手方向の辺の両端部とが、同一円上に位置するように各基板が設けられることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
The first substrate and the second substrate have the same dimensions, and the one side is a longitudinal side of the one substrate,
Both ends of the short side of the one substrate in each module and both ends of the long side not including the one end of the other substrate are positioned on the same circle. A semiconductor device, wherein each substrate is provided.
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