JP2008306872A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008306872A
JP2008306872A JP2007153058A JP2007153058A JP2008306872A JP 2008306872 A JP2008306872 A JP 2008306872A JP 2007153058 A JP2007153058 A JP 2007153058A JP 2007153058 A JP2007153058 A JP 2007153058A JP 2008306872 A JP2008306872 A JP 2008306872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
semiconductor device
negative electrode
positive electrode
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007153058A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sukeyuki Furukawa
資之 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2007153058A priority Critical patent/JP2008306872A/en
Publication of JP2008306872A publication Critical patent/JP2008306872A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device reduced in parasitic inductance during switching operation of a switching device, and also reduced in size and cost. <P>SOLUTION: In this semiconductor device which connects an IGBT11 connected in parallel with a FWD12 and an IGBT13 connected in parallel with a FWD14, in series between a positive electrode 1 and a negative electrode 2 to output power from a connection point between the two IGBTs11 and 13 to an output electrode 3, the positive electrode 1 and an output electrode 3 are placed adjacent to each other, the negative electrode 2 is placed on an upper side of the output electrode 3, external connection points in the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are placed in parallel adjacently in the positions facing the external connection point of the output electrode 3, the IGBT11 and FWD12 are placed on the positive electrode 1, and the IGBT13 and the FWD14 are placed on the output electrode 3 located in the position sandwiching the IGBT11, the FWD 12 and the negative electrode 2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、インバータ装置やDC−DCコンバータ装置等の電力変換装置用のスイッチ回路を構成する半導体装置に好適に適用することができる。   The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, can be suitably applied to a semiconductor device constituting a switch circuit for a power conversion device such as an inverter device or a DC-DC converter device.

従来、インバータ装置やDC−DCコンバータ装置のような電力変換装置には、特許文献1の特開2001−110985号公報「半導体装置」に記載されているように、パワー用の半導体素子からなるスイッチ回路が用いられている。該スイッチ回路の構成としては、入力電源用の正極電極と負極電極との間に、第1の還流用ダイオードを逆並列接続した第1のスイッチング素子を正極電極側に接続し、第2の還流用ダイオードを逆並列接続した第2のスイッチング素子を負極電極側に接続し、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とを直列接続した接続点から誘導負荷側に接続するための出力電極を設けるように構成されているのが一般的である。
特開2001−110985号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, power conversion devices such as inverter devices and DC-DC converter devices include switches made of power semiconductor elements as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-110985 “Semiconductor Device”. A circuit is used. As the configuration of the switch circuit, a first switching element in which a first reflux diode is connected in reverse parallel is connected between a positive electrode and a negative electrode for an input power source on the positive electrode side, and a second reflux is provided. An output electrode for connecting to the inductive load side from a connection point where the second switching element having the diode connected in reverse parallel is connected to the negative electrode side and the first switching element and the second switching element are connected in series Generally, it is configured to be provided.
JP 2001-110985 A

しかしながら、従来の電力変換装置に適用される半導体装置においては、正極電極側に接続する半導体素子(第1のスイッチング素子、第1の還流用ダイオード)と負極電極側に接続する半導体素子(第2のスイッチング素子、第2の還流用ダイオード)とを、出力電極側も含めて、それぞれの電極にワイヤボンディング等によって接続される際のワイヤ等の配線長を考慮して配置位置を決定するようにしているものの、スイッチング素子のスイッチング時における電流経路やあるいは該電流経路の変化によって生じる周回磁束による寄生インダクタンスに関する考慮がなされていないため、寄生インダクタンスを低減し難く、スイッチング素子のスイッチング時に大きなサージ電圧が発生し、スイッチング損失が大きくなり、半導体装置の小型化、低コスト化を図ることが困難であるという問題があった。   However, in a semiconductor device applied to a conventional power converter, a semiconductor element connected to the positive electrode side (first switching element, first reflux diode) and a semiconductor element connected to the negative electrode side (second The switching position and the second return diode) are determined in consideration of the wiring length of the wires and the like when connected to the respective electrodes including the output electrode side by wire bonding or the like. However, since no consideration has been given to the current path at the time of switching of the switching element or the parasitic inductance due to the circulating magnetic flux generated by the change of the current path, it is difficult to reduce the parasitic inductance, and a large surge voltage is generated at the time of switching of the switching element. Switching loss increases, and the semiconductor device Type conductivity, there is a problem that it is difficult to reduce the cost.

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子のスイッチング動作時における寄生インダクタンスを低減して、大きなサージ電圧の発生を抑止し、装置の小型化、低コスト化を可能とする半導体装置を提供することを、その目的としている。   The present invention has been made to solve such a problem. The parasitic inductance during switching operation of the switching element is reduced, generation of a large surge voltage is suppressed, and the apparatus can be reduced in size and cost. An object of the present invention is to provide a semiconductor device.

本発明は、前述の課題を解決するために、正極電極と出力電極とを隣接させた状態で配置し、かつ、負極電極を出力電極の上側の近傍の位置に配置し、かつ、正極電極、負極電極それぞれの外部への接続部を出力電極の外部への接続部と対向する反対側の位置にそれぞれ平行に隣接させて配置した構造とし、正極電極側に接続される第1のスイッチング素子および第1の還流用ダイオードを正極電極上に配置し、一方、負極電極に接続される第2のスイッチング素子および第2の還流用ダイオードを、第1のスイッチング素子および第1の還流用ダイオードと負極電極を挟んで反対側の位置になる出力電極上に配置することを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention arranges the positive electrode and the output electrode adjacent to each other, arranges the negative electrode at a position near the upper side of the output electrode, A first switching element connected to the positive electrode side; and a structure in which a connection portion to the outside of each negative electrode is disposed adjacent to and parallel to a position opposite to the connection portion to the outside of the output electrode The first return diode is disposed on the positive electrode, while the second switching element and the second return diode connected to the negative electrode are connected to the first switching element and the first return diode and the negative electrode. It arrange | positions on the output electrode which becomes an other side position on both sides of an electrode, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の半導体装置によれば、以下のごとき効果を奏することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the following effects can be obtained.

すなわち、本発明の半導体装置は、正極電極と出力電極とを隣接させた状態で配置し、かつ、負極電極を出力電極の上側の近傍の位置に配置し、かつ、正極電極、負極電極それぞれの外部への接続部を出力電極の外部への接続部と対向する反対側の位置にそれぞれ平行に隣接させて配置した構造とし、正極電極側に接続される第1のスイッチング素子および第1の還流用ダイオードを正極電極上に配置し、一方、負極電極に接続される第2のスイッチング素子および第2の還流用ダイオードを、第1のスイッチング素子および第1の還流用ダイオードと負極電極を挟んで反対側の位置になる出力電極上に配置するようにしているので、第1、第2のスイッチング素子のスイッチング動作時に、半導体装置内に生じる電流経路の変化を低減させることが可能になるとともに、同一タイミングで流れる電流の向きが逆向きの電流経路を近傍に配置することが可能となる。   That is, in the semiconductor device of the present invention, the positive electrode and the output electrode are arranged adjacent to each other, the negative electrode is arranged at a position near the upper side of the output electrode, and each of the positive electrode and the negative electrode is arranged. The first switching element and the first reflux connected to the positive electrode side have a structure in which the connection portion to the outside is arranged in parallel and adjacent to the position on the opposite side facing the connection portion to the outside of the output electrode. The switching diode is disposed on the positive electrode, while the second switching element and the second return diode connected to the negative electrode are sandwiched between the first switching element and the first return diode and the negative electrode. Since it is arranged on the output electrode on the opposite side, the change in the current path that occurs in the semiconductor device during the switching operation of the first and second switching elements is reduced. It along with allowing, it is possible to the direction of the current flowing at the same time to place the current path in the opposite direction in the vicinity.

而して、電流経路に発生する周回磁束の変化を小さくするとともに、周回磁束を互いに打ち消し合うようにすることが可能となって、サージ発生に寄与する寄生インダクタンスを低減することができ、その結果、大きなサージの発生を抑止して、スイッチング損失を低減させ、もって、装置の小型化、低コスト化を図ることが可能になるという効果を得ることができる。   Thus, it is possible to reduce the change of the circulating magnetic flux generated in the current path and to cancel the circulating magnetic fluxes against each other, thereby reducing the parasitic inductance contributing to the generation of the surge. Therefore, it is possible to obtain the effect of suppressing the generation of a large surge and reducing the switching loss, thereby making it possible to reduce the size and cost of the device.

以下に、本発明に係る半導体装置の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention are described in detail below with reference to the drawings.

まず、本発明に係る半導体装置は、DC−DCコンバータ装置やインバータ装置などの電力変換装置に好適に適用されるスイッチ回路を構成するものであり、その回路構成の一例について図5を用いて説明する。   First, a semiconductor device according to the present invention constitutes a switch circuit suitably applied to a power conversion device such as a DC-DC converter device or an inverter device, and an example of the circuit configuration will be described with reference to FIG. To do.

図5は、本発明の半導体装置を適用する電力変換装置としてインバータ回路に適用する場合を例にとって、該インバータ回路における1相分のスイッチ回路を構成する場合の回路構成の一例を示している。   FIG. 5 shows an example of a circuit configuration in a case where a switch circuit for one phase in the inverter circuit is configured, taking as an example the case where the inverter device is applied as a power conversion device to which the semiconductor device of the present invention is applied.

なお、図5の回路構成における半導体素子については、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)11,13を用い、また、還流用ダイオードFWD12,14としてPN接合型ダイオードを用いる場合について示している。しかし、本発明においては、かかる半導体素子に限るものではなく、例えば、スイッチング素子としてMOSFETを用いて構成しても良いし、また、還流用ダイオードFWDとして、PIN(P−Intrinsic−N)型ダイオードなどを用いて構成しても良い。   5, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) 11 and 13 are used as switching elements, and PN junction type diodes are used as the free-wheeling diodes FWD 12 and 14. Shows about. However, the present invention is not limited to such a semiconductor element. For example, a MOSFET may be used as a switching element, and a PIN (P-Intrinsic-N) type diode may be used as a free-wheeling diode FWD. Etc. may be used.

図5のインバータ回路は、入力側の電源となる正極電極1と負極電極2とに対して、第1のスイッチング素子であるIGBT11および第2のスイッチング素子であるIGBT13が直列に接続され、IGBT11およびIGBT13のゲート電極にPWM信号が印加されて、ON/OFFスイッチング動作をさせることによって、IGBT11とIGBT13との接続点から1相分の交流電流が出力電極3に対して出力され、例えば誘導負荷(交流負荷)に対して交流電力が供給される。   In the inverter circuit of FIG. 5, an IGBT 11 that is a first switching element and an IGBT 13 that is a second switching element are connected in series to a positive electrode 1 and a negative electrode 2 that are power sources on the input side. When a PWM signal is applied to the gate electrode of the IGBT 13 to perform an ON / OFF switching operation, an AC current for one phase is output to the output electrode 3 from the connection point between the IGBT 11 and the IGBT 13, for example, an inductive load ( AC power is supplied to (AC load).

ここで、第1のスイッチング素子であるIGBT11、第2のスイッチング素子であるIGBT13のそれぞれには、IGBT11、IGBT13のON/OFFの切り替え時点で、負荷が接続される出力電極3に対して電力供給を継続させるように、還流電流を流すための、第1の還流用ダイオードであるFWD12、第2の還流用ダイオードであるFWD14が、それぞれ逆並列に接続されている。   Here, each of the IGBT 11 serving as the first switching element and the IGBT 13 serving as the second switching element is supplied with power to the output electrode 3 to which the load is connected when the IGBT 11 and the IGBT 13 are switched ON / OFF. FWD12 that is a first reflux diode and FWD14 that is a second reflux diode for flowing a reflux current are connected in antiparallel to each other.

図5のインバータ回路では、或るタイミングにおいて、図5(A)の実線矢印に示すように、正極電極1側に接続されているIGBT11がONになって、出力電極3に接続されたモータ等の誘導負荷に対して、正極電極1からIGBT11を介して正側の電流が流れている状態にあったが、次のタイミングにおいて、IGBT11がOFFに切り替わろうとすると、出力電極3に接続された誘導負荷には、継続して電流を流し続けようとする。   In the inverter circuit of FIG. 5, at a certain timing, as indicated by the solid line arrow in FIG. 5A, the IGBT 11 connected to the positive electrode 1 side is turned on, and the motor connected to the output electrode 3. In the inductive load, the positive current was flowing from the positive electrode 1 through the IGBT 11, but at the next timing, the IGBT 11 was connected to the output electrode 3 when it was going to be switched off. The inductive load tries to keep current flowing.

このため、図5(B)の破線矢印に示すように、電流経路を、負極電極2に接続されている還流用ダイオードFWD14を経由して負極電極2から出力電極3に流れる電流経路に変更して、負極電極2側のFWD14に電流が流れ、出力電極3へ負側の電流を供給するようになる。   For this reason, the current path is changed to a current path that flows from the negative electrode 2 to the output electrode 3 via the reflux diode FWD 14 connected to the negative electrode 2, as indicated by the dashed arrow in FIG. Thus, a current flows through the FWD 14 on the negative electrode 2 side, and a negative current is supplied to the output electrode 3.

本発明は、図5に一例を示すような回路構成からなる半導体装置において、第1、第2のスイッチング素子であるIGBT11,13および第1、第2の還流用ダイオードであるFWD12,14を搭載する半導体装置内の電流経路に発生する周回磁束による寄生インダクタンスを低減し、大きなサージ電圧の発生を抑止して、スイッチング損失を低減することを実現するものである。   The present invention is a semiconductor device having a circuit configuration as shown in FIG. 5 and includes IGBTs 11 and 13 as first and second switching elements and FWDs 12 and 14 as first and second reflux diodes. It is possible to reduce the parasitic inductance due to the circulating magnetic flux generated in the current path in the semiconductor device, suppress the generation of a large surge voltage, and reduce the switching loss.

ここで、第1、第2のスイッチング素子であるIGBT11,13がONからOFFに切り替わるときに、サージ発生に寄与する寄生インダクタンスを低減する方策として、例えば、次のような方策がある。   Here, when the IGBTs 11 and 13 as the first and second switching elements are switched from ON to OFF, for example, there are the following measures as a measure for reducing the parasitic inductance that contributes to the generation of the surge.

つまり、第1、第2のスイッチング素子であるIGBT11,13および第1、第2の還流用ダイオードであるFWD12,14を介して正極電極1、負極電極2、出力電極3の各電極に流れる電流経路について、
(1)同一タイミングで流れている電流経路に対しては、電流の向きが互いに逆向きのものをできるだけ近傍に配置することにより、電流経路に発生する周回磁束を互いに打ち消すようにして、できるだけ磁界を発生させないようにして、周回磁束による寄生インダクタンスを低減する方策、
(2)第1、第2のスイッチング素子であるIGBT11,13のスイッチング動作により電流経路が変化する場合、スイッチング動作の前後での電流経路をできるだけ近傍に配置することにより、電流経路に発生する周回磁束の変化を小さくするようにして、周回磁束による寄生インダクタンスを低減する方策、
という2つの方策がある。
That is, currents flowing through the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 through the IGBTs 11 and 13 as the first and second switching elements and the FWDs 12 and 14 as the first and second reflux diodes. About the route
(1) For current paths that flow at the same timing, by disposing currents in opposite directions as close to each other as possible, the circulating magnetic fluxes generated in the current paths cancel each other, and the magnetic field is as much as possible. Measures to reduce the parasitic inductance caused by the circulating magnetic flux
(2) When the current path is changed by the switching operation of the IGBTs 11 and 13 that are the first and second switching elements, the current path before and after the switching operation is arranged as close as possible, so that the circulation generated in the current path Measures to reduce the parasitic inductance caused by the circulating magnetic flux by reducing the change of magnetic flux,
There are two measures:

本発明の半導体装置においては、前述の2つの方策のうち、いずれか一方または両方を適用可能とする半導体装置を実現するものであり、以下に、その具体的な実施形態について、詳細に説明する。   The semiconductor device of the present invention realizes a semiconductor device to which one or both of the above-mentioned two measures can be applied, and specific embodiments thereof will be described in detail below. .

なお、電力変換装置として、例えば3相の交流インバータ装置を必要とする場合には、図5に示す本回路を正極電極1と負極電極2との間に3組並列に接続することにより、それぞれの出力電極に3相交流モータを接続して、PWM制御等によって3相交流電流を生成するように構成することになる。ただし、かかる3相インバータ装置に適用する場合においても、3組のスイッチ回路それぞれを別個の半導体装置として実現する場合のみならず、その他の実施形態として後述するように、複数のスイッチ回路をまとめた半導体装置として、例えば3組のスイッチ回路を1つの半導体装置に集積して構成することも可能である。   For example, when a three-phase AC inverter device is required as the power conversion device, three sets of the circuit shown in FIG. 5 are connected in parallel between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, respectively. A three-phase AC motor is connected to the output electrodes of the two, and a three-phase AC current is generated by PWM control or the like. However, in the case of application to such a three-phase inverter device, not only the case where each of the three sets of switch circuits is realized as a separate semiconductor device, but also a plurality of switch circuits are summarized as will be described later as other embodiments. As the semiconductor device, for example, three sets of switch circuits can be integrated into one semiconductor device.

(第1の実施形態)
<構成>
図1は、本発明に係る半導体装置の構成に関する第1の実施形態を示す配置図であり、半導体装置の上側から眺めた際の平面図を示している。
(First embodiment)
<Configuration>
FIG. 1 is a layout view showing a first embodiment relating to the configuration of a semiconductor device according to the present invention, and shows a plan view when viewed from above the semiconductor device.

図1の半導体装置10において、正極電極1、負極電極2、および、出力電極3は、銅などからなるバスバーを用いて構成されるとともに、正極電極1と出力電極3とを隣接させた状態で配置し、負極電極2を出力電極3の上側の近傍の位置に配置する。これらの正極電極1、負極電極2、出力電極3は、PPS(Polyphenylene Sulfide:ポリフェニレンサルファイド樹脂)等の樹脂で一体成型し、当該半導体装置10の筐体を形成している。   In the semiconductor device 10 of FIG. 1, the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are configured using a bus bar made of copper or the like, and the positive electrode 1 and the output electrode 3 are adjacent to each other. The negative electrode 2 is arranged at a position near the upper side of the output electrode 3. The positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are integrally molded with a resin such as PPS (Polyphenylene Sulfide) to form a housing of the semiconductor device 10.

正極電極1側(図5の回路図の上側アーム)の第1のスイッチング素子であるIGBT11の裏面電極(コレクタ電極)と第1の還流用ダイオードであるFWD12の裏面電極(カソード電極)とを正極電極1上に、また、負極電極2側(図5の回路図の下側アーム)の第2のスイッチング素子であるIGBT13の裏面電極(コレクタ電極)と第2の還流用ダイオードであるFWD14の裏面電極(カソード電極)とを、第1のスイッチング素子であるIGBT11と第1の還流用ダイオードであるFWD12と負極電極2を挟んで反対側の位置になる出力電極3上に、それぞれ、はんだ付け等により直結して実装する。   The back electrode (collector electrode) of the IGBT 11 that is the first switching element on the positive electrode 1 side (the upper arm in the circuit diagram of FIG. 5) and the back electrode (cathode electrode) of the FWD 12 that is the first reflux diode are positive. On the electrode 1, the back surface electrode (collector electrode) of the IGBT 13 that is the second switching element on the negative electrode 2 side (the lower arm of the circuit diagram of FIG. 5) and the back surface of the FWD 14 that is the second reflux diode The electrode (cathode electrode) is soldered on the first switching element IGBT 11, the first reflux diode FWD 12, and the output electrode 3 on the opposite side across the negative electrode 2. To be directly connected and mounted.

また、正極電極1側のIGBT11の表面電極(エミッタ電極)およびFWD12の表面電極(アノード電極)は、それぞれ、ワイヤボンディング等によって、出力電極3に接続され、負極電極2側のIGBT13の表面電極(エミッタ電極)およびFWD14の表面電極(アノード電極)は、それぞれ、ワイヤボンディング等によって、負極電極2に接続される。   Further, the surface electrode (emitter electrode) of the IGBT 11 on the positive electrode 1 side and the surface electrode (anode electrode) of the FWD 12 are connected to the output electrode 3 by wire bonding or the like, respectively, and the surface electrode (IGBT 13) on the negative electrode 2 side ( The emitter electrode) and the surface electrode (anode electrode) of the FWD 14 are respectively connected to the negative electrode 2 by wire bonding or the like.

ここで、正極電極1上に配置する第1のスイッチング素子IGBT11と第1の還流用ダイオードFWD12とを、出力電極3と隣接する側部に沿って、該側部の近傍に配置し、出力電極3上に配置する第2のスイッチング素子IGBT13と第2の還流用ダイオードFWD14とを、負極電極2の側部のうち正極電極1の反対側の側部に沿って、該側部の近傍に位置して、かつ、第1のスイッチング素子IGBT11と第1の還流用ダイオードFWD12とは負極電極2を挟んで反対側の出力電極3上の位置に配置する。これにより、ワイヤボンディング等における配線長を短くすることができる。   Here, the first switching element IGBT 11 and the first reflux diode FWD 12 disposed on the positive electrode 1 are disposed in the vicinity of the side portion along the side portion adjacent to the output electrode 3, and the output electrode The second switching element IGBT 13 and the second free-wheeling diode FWD14 disposed on the third electrode 3 are positioned in the vicinity of the side portion of the side portion of the negative electrode 2 along the side portion opposite to the positive electrode 1. In addition, the first switching element IGBT11 and the first reflux diode FWD12 are arranged at positions on the output electrode 3 on the opposite side with the negative electrode 2 interposed therebetween. Thereby, the wiring length in wire bonding etc. can be shortened.

さらに、IGBT11,13のスイッチング動作により電流経路が変化する際に、スイッチング動作の前後での電流経路をできるだけ近傍に配置することにより、電流経路に発生する周回磁束の変化をより小さくし、寄生インダクタンスをより低減することによって、大きなサージ電圧の発生を抑止するために、図1に示すように、出力電極3の出力電極端子31(つまり、出力電極3の外部接続端子に接続する接続部)と対向する反対側の位置に、正極電極1および負極電極2の外部接続端子に接続する接続部を平行に隣接させて配置する。   Further, when the current path is changed by the switching operation of the IGBTs 11 and 13, by arranging the current paths before and after the switching operation as close as possible, the change of the circulating magnetic flux generated in the current path is further reduced, and the parasitic inductance is changed. In order to suppress the occurrence of a large surge voltage by further reducing the output voltage, the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 (that is, the connection portion connected to the external connection terminal of the output electrode 3), as shown in FIG. Connection portions connected to the external connection terminals of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are arranged adjacent to each other in parallel at opposite positions.

なお、半導体素子(IGBT11,13およびFWD12,14)の周囲には、半導体素子やボンディングワイヤの保護、および、沿面絶縁の確保のために、シリコーンゲル等のゲル状の絶縁体を注入した構造とされている。   A structure in which a gel-like insulator such as silicone gel is injected around the semiconductor elements (IGBTs 11 and 13 and FWDs 12 and 14) in order to protect the semiconductor elements and bonding wires and to ensure creeping insulation. Has been.

また、入出力電極間がトランスなどで分離されていない非絶縁型半導体装置として構成される本実施形態における半導体装置10の下面部を冷却器等へ固定して実装する場合についても、半導体装置10と冷却器との間には、絶縁性を有する絶縁シート等を介在させることにより絶縁した構造とされている。   The semiconductor device 10 is also mounted when the lower surface portion of the semiconductor device 10 according to the present embodiment configured as a non-insulating semiconductor device in which input / output electrodes are not separated by a transformer or the like is fixed to a cooler or the like. Insulation is provided by interposing an insulating sheet or the like having an insulating property between the cooling device and the cooler.

<動作>
以下に、図1に示す半導体装置10において、正極電極1側のIGBT11がON、OFFする場合における半導体装置10の動作について説明する。
<Operation>
Hereinafter, in the semiconductor device 10 shown in FIG. 1, the operation of the semiconductor device 10 when the IGBT 11 on the positive electrode 1 side is turned on and off will be described.

IGBT11がONした場合、IGBT11を介して、正極電極1から出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して、電流が、実線矢印Aに示すように流れる。かかる状態からIGBT11がOFFすると、半導体装置10を流れる電流は、破線矢印Bに示すように、負極電極2から出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して、FWD14を介して流れる状態に切り替わる。   When the IGBT 11 is turned on, a current flows as shown by a solid arrow A to the inductive load connected from the positive electrode 1 to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 through the IGBT 11. When the IGBT 11 is turned off from this state, the current flowing through the semiconductor device 10 is applied to the inductive load connected from the negative electrode 2 to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 via the FWD 14 as indicated by the broken line arrow B. Switch to a flowing state.

このスイッチング時点で、負極電極2にFWD14を介して流れる電流の電流経路は、図1に示すように、IGBT11がON時に正極電極1からIGBT11を介して流れ出て出力電極3を流れていた電流経路と、近接し、かつ、平行して流れるので、前述したように、スイッチング動作によって変化した電流経路が近傍に位置することになり、電流経路に発生する周回磁束の変化を小さくし、寄生インダクタンスを低減することにより、大きなサージ電圧の発生を抑止することが可能になるという効果を得ることができる。   At this time of switching, the current path of the current that flows to the negative electrode 2 via the FWD 14 is the current path that flows from the positive electrode 1 via the IGBT 11 and flows through the output electrode 3 when the IGBT 11 is ON, as shown in FIG. As described above, the current path changed by the switching operation is located in the vicinity, and the change in the circulating magnetic flux generated in the current path is reduced, and the parasitic inductance is reduced. By reducing, it is possible to obtain an effect that generation of a large surge voltage can be suppressed.

さらに、負極電極2からボンディングワイヤを通してFWD14の表面電極(アノード電極)に流れ込む電流と、FWD14の裏面電極(カソード電極)から負極電極2の背面を通過して出力電極3の出力電極端子31側へ流れ出す電流とが、近接し、かつ、平行して、逆向きに流れるので、前述したように、同一タイミングで流れている電流経路で電流の向きが互いに逆向きのものが近傍に配置されることになり、電流経路に発生する周回磁束を互いに打ち消し合って、周回磁界の発生を抑止して、寄生インダクタンスを低減することにより、大きなサージ電圧の発生を抑止することが可能になるという効果を得ることができる。   Furthermore, the current that flows from the negative electrode 2 through the bonding wire to the front electrode (anode electrode) of the FWD 14 and the back electrode (cathode electrode) of the FWD 14 passes through the back surface of the negative electrode 2 to the output electrode terminal 31 side of the output electrode 3. Since the flowing current is close and parallel and flows in the opposite direction, as described above, current paths that flow at the same timing and whose current directions are opposite to each other must be arranged in the vicinity. Thus, it is possible to suppress the generation of a large surge voltage by canceling each other of the magnetic flux generated in the current path and suppressing the generation of the magnetic field and reducing the parasitic inductance. be able to.

以上のように、図1に示す半導体装置10においては、正極電極1と負極電極2との間に、第1の還流用ダイオードFWD12を逆並列接続した第1のスイッチング素子IGBT11と、第2の還流用ダイオードFWD14を逆並列接続した第2のスイッチング素子IGBT13とを直列に接続し、2個の第1、第2のスイッチング素子IGBT11,13の接続点から、電力変換後の出力電力を負荷接続用の出力電極3へ出力するように構成されている。   As described above, in the semiconductor device 10 shown in FIG. 1, the first switching element IGBT 11 in which the first reflux diode FWD 12 is connected in reverse parallel between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, and the second A second switching element IGBT13 connected in reverse parallel to the return diode FWD14 is connected in series, and the output power after power conversion is connected to the load from the connection point of the two first and second switching elements IGBT11 and 13. For output to the output electrode 3 for use.

ここで、正極電極1と出力電極3とを隣接させた状態で配置し、かつ、負極電極2を出力電極3の上側の近傍の位置に配置し、かつ、正極電極1、負極電極2それぞれの外部接続端子に接続する接続部を、出力電極3の外部接続端子に接続する接続部すなわち出力電極端子31と対向する反対側の位置にそれぞれ平行に隣接させて配置した構造としている。   Here, the positive electrode 1 and the output electrode 3 are disposed adjacent to each other, the negative electrode 2 is disposed at a position near the upper side of the output electrode 3, and each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is disposed. The connection portion connected to the external connection terminal is arranged adjacent to the connection portion connected to the external connection terminal of the output electrode 3, that is, the position opposite to the output electrode terminal 31 in parallel.

さらに、正極電極1側に接続される第1のスイッチング素子IGBT11および第1の還流用ダイオードFWD12を正極電極1上に配置し、一方、負極電極2側に接続される第2のスイッチング素子IGBT13および第2の還流用ダイオードFWD14を、第1のスイッチング素子IGBT11および第1の還流用ダイオードFWD12と負極電極2を挟んで反対側の位置になる出力電極3上に配置するように構成している。   Further, the first switching element IGBT11 and the first reflux diode FWD12 connected to the positive electrode 1 side are arranged on the positive electrode 1, while the second switching element IGBT13 connected to the negative electrode 2 side and The second return diode FWD14 is configured to be disposed on the output electrode 3 on the opposite side of the first switching element IGBT11 and the first return diode FWD12 and the negative electrode 2.

かくのごとき電極配置とスイッチング素子の実装構成とを採用することによって、第1、第2のスイッチング素子IGBT11,13のスイッチング動作による半導体装置10内の電流経路の変化を低く抑えることができ、かつ、同一タイミングで流れる電流の向きが逆の電流経路を近傍の位置に配置することができるので、電流経路に発生する周回磁束の変化を小さくするとともに、周回磁束を互いに打ち消し合うようにすることが可能となって、サージ発生に寄与する寄生インダクタンスを低減することができ、その結果、大きなサージの発生を抑止して、スイッチング損失を低減させ、もって、装置の小型化、低コスト化を図ることが可能になるという効果を得ることができる。   By adopting the electrode arrangement and the mounting configuration of the switching element as described above, the change in the current path in the semiconductor device 10 due to the switching operation of the first and second switching elements IGBTs 11 and 13 can be suppressed low, and Since the current paths having opposite directions of the current flowing at the same timing can be arranged in the vicinity, it is possible to reduce the change in the circulating magnetic flux generated in the current path and to cancel the circulating magnetic fluxes against each other. This makes it possible to reduce the parasitic inductance that contributes to the occurrence of surges. As a result, it suppresses the occurrence of large surges and reduces switching loss, thereby reducing the size and cost of the device. Can be obtained.

さらには、図1に示すように、負極電極2に接続される第2のスイッチング素子IGBT13を、第1のスイッチング素子IGBT11と負極電極2を挟んで対称な位置の出力電極3上に配置し、第2の還流用ダイオードFWD14を、第1の還流用ダイオードFWD12と負極電極2を挟んで対称な位置の出力電極3上に配置することによって、第1、第2のスイッチング素子IGBT11,13のスイッチング動作による半導体装置10内の電流経路の変化をより確実に抑えることができ、サージ発生に寄与する寄生インダクタンスをより確実に低減することができ、その結果、大きなサージの発生を抑止して、スイッチング損失を低減させ、もって、装置の小型化、低コスト化を図ることがより確実に可能になるという効果を得ることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the second switching element IGBT 13 connected to the negative electrode 2 is disposed on the output electrode 3 at a symmetrical position with the first switching element IGBT 11 and the negative electrode 2 sandwiched therebetween. The second return diode FWD14 is disposed on the output electrode 3 at a symmetrical position with the first return diode FWD12 and the negative electrode 2 in between, thereby switching the first and second switching elements IGBT11 and 13. The change of the current path in the semiconductor device 10 due to the operation can be suppressed more reliably, and the parasitic inductance contributing to the generation of the surge can be more reliably reduced. As a result, the generation of a large surge is suppressed and switching is performed. To obtain an effect that the loss can be reduced and the device can be reduced in size and cost more reliably. It can be.

(第2の実施形態)
<構成>
図2は、本発明に係る半導体装置の構成に関する第2の実施形態を示す配置図であり、半導体装置の上側から眺めた際の平面図を示している。
(Second Embodiment)
<Configuration>
FIG. 2 is a layout view showing a second embodiment relating to the configuration of the semiconductor device according to the present invention, and shows a plan view when viewed from above the semiconductor device.

図2の半導体装置10Aにおいても、第1の実施形態における図1の半導体装置10の場合と同様、正極電極1、負極電極2、および、出力電極3は、銅などからなるバスバーを用いて構成されるとともに、正極電極1と出力電極3とを隣接させた状態で配置し、負極電極2を出力電極3の上側の近傍の位置に配置する。これらの正極電極1、負極電極2、出力電極3は、PPS等の樹脂で一体成型し、当該半導体装置10Aの筐体を形成している。   Also in the semiconductor device 10A of FIG. 2, the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are configured using bus bars made of copper or the like, as in the case of the semiconductor device 10 of FIG. 1 in the first embodiment. In addition, the positive electrode 1 and the output electrode 3 are disposed adjacent to each other, and the negative electrode 2 is disposed at a position near the upper side of the output electrode 3. The positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are integrally molded with a resin such as PPS to form a housing of the semiconductor device 10A.

なお、半導体素子(IGBT11,13およびFWD12,14)の周囲には、第1の実施形態の場合と同様、半導体素子やボンディングワイヤの保護、および、沿面絶縁の確保のために、シリコーンゲル等のゲル状の絶縁体を注入した構造とされている。   In addition, around the semiconductor elements (IGBTs 11 and 13 and FWDs 12 and 14), as in the case of the first embodiment, in order to protect the semiconductor elements and bonding wires and to ensure creeping insulation, silicone gel or the like is used. It has a structure in which a gel-like insulator is injected.

また、入出力電極間がトランスなどで分離されていない非絶縁型半導体装置として構成される本実施形態における半導体装置10Aの下面部を冷却器等へ固定して実装する場合についても、半導体装置10Aと冷却器との間には、絶縁性を有する絶縁シート等を介在させることにより絶縁した構造とされている。   The semiconductor device 10A is also mounted when the lower surface portion of the semiconductor device 10A in the present embodiment configured as a non-insulated semiconductor device in which the input / output electrodes are not separated by a transformer or the like is fixed to a cooler or the like. Insulation is provided by interposing an insulating sheet or the like having an insulating property between the cooling device and the cooler.

図2の半導体装置10Aにおいて、第1の実施形態における図1の半導体装置10との違いは、負極電極2側の第2のスイッチング素子であるIGBT13と第2の還流用ダイオードであるFWD14とを出力電極3上に配置する位置を逆転させて、負極電極2に対して、正極電極1側の第1のスイッチング素子であるIGBT11の反対側の対称な位置には第2の還流用ダイオードであるFWD14を、また、正極電極1側の第1の還流用ダイオードであるFWD12の反対側の対称な位置には第2のスイッチング素子であるIGBT13を、それぞれ、はんだ付け等により実装している点である。   The semiconductor device 10A in FIG. 2 differs from the semiconductor device 10 in FIG. 1 in the first embodiment in that an IGBT 13 that is a second switching element on the negative electrode 2 side and an FWD 14 that is a second reflux diode are provided. The position to be disposed on the output electrode 3 is reversed, and a second reflux diode is provided at a symmetrical position on the opposite side of the IGBT 11 that is the first switching element on the positive electrode 1 side with respect to the negative electrode 2. The FWD 14 and the IGBT 13 which is the second switching element are mounted by soldering or the like at symmetrical positions on the opposite side of the FWD 12 which is the first reflux diode on the positive electrode 1 side. is there.

かくのごとく、負極電極2に対して、正極電極1側の第1のスイッチング素子であるIGBT11の反対側の対称な位置には、負極電極2側の第2の還流用ダイオードFWD14を、また、正極電極1側の第1の還流用ダイオードであるFWD12の反対側の対称な位置には、負極電極2側の第2のスイッチング素子であるIGBT13を、それぞれ、配置した構造とすることによって、第1、第2のスイッチング素子IGBT11,13のスイッチング動作により変化する電流経路についてより広い範囲を互いに近傍する位置に配置することができ、第1の実施形態における図1の半導体装置10の場合よりも、寄生インダクタンスをさらに低減することを可能としている。   As described above, the second reflux diode FWD14 on the negative electrode 2 side is provided at a symmetrical position on the opposite side of the IGBT 11 that is the first switching element on the positive electrode 1 side with respect to the negative electrode 2, and By arranging IGBTs 13 as second switching elements on the negative electrode 2 side at symmetrical positions on the opposite side of the FWD 12 that is the first reflux diode on the positive electrode 1 side, respectively, A wider range of current paths that change due to the switching operation of the first and second switching elements IGBTs 11 and 13 can be arranged at positions close to each other, which is more than in the case of the semiconductor device 10 of FIG. 1 in the first embodiment. The parasitic inductance can be further reduced.

<動作>
以下に、図2に示す半導体装置10Aにおいて、正極電極1側のIGBT11がON、OFFする場合における半導体装置10Aの動作について、第1の実施形態における図1の半導体装置10の動作との違いを中心にして説明する。
<Operation>
In the semiconductor device 10A shown in FIG. 2, the operation of the semiconductor device 10A when the IGBT 11 on the positive electrode 1 side is turned ON / OFF is different from the operation of the semiconductor device 10 of FIG. 1 in the first embodiment. The explanation will be centered.

本実施形態における半導体装置10Aの場合、出力電極3を流れる電流の電流経路は、IGBT11がON時に、実線矢印Cに示すように、正極電極1からIGBT11を介して出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して流れる場合と、IGBT11がOFF時に、破線矢印Dに示すように、負極電極2からFWD14を介して出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して流れる場合と、の両者の出力電極3上の電流経路は、FWD14の裏面電極(カソード電極)から負極電極2の背面を通過して出力電極3側へ流れ出す部分を除いて、ほとんどの部分で、近接し、かつ、平行に流れるようになるので、図1の半導体装置10に比して、寄生インダクタンスをさらに低減し、大きなサージ電圧の発生をさらに抑止することが可能になるという効果を得ることができる。   In the case of the semiconductor device 10A in the present embodiment, the current path of the current flowing through the output electrode 3 is the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 from the positive electrode 1 through the IGBT 11 as shown by the solid arrow C when the IGBT 11 is ON. When the IGBT 11 is turned off and when the IGBT 11 is OFF, as shown by the broken line arrow D, the inductive load connected to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 from the negative electrode 2 through the FWD 14 The current path on both the output electrodes 3 is almost the same except for the portion that flows from the back electrode (cathode electrode) of the FWD 14 through the back surface of the negative electrode 2 and flows to the output electrode 3 side. , The parasitic inductance is further reduced compared to the semiconductor device 10 of FIG. 1, and a large surge voltage is generated. It is possible to obtain an effect that it becomes possible to suppress the et.

つまり、本実施形態における半導体装置10Aは、第1の実施形態における半導体装置10に対して、正極電極1側の第1のスイッチング素子IGBT11、第1の還流用ダイオードFWD12の配置順序と負極電極2側の第2のスイッチング素子IGBT13、第2の還流用ダイオードFWD14の配置順序との関係を逆にして、負極電極2に接続される第2のスイッチング素子IGBT13を、第1の還流用ダイオードFWD12と負極電極2を挟んで対称な位置の出力電極3上に配置し、第2の還流用ダイオードFWD14を、第1のスイッチング素子IGBT11と負極電極2を挟んで対称な位置の出力電極3上に配置するようにしている。   That is, the semiconductor device 10A in the present embodiment is different from the semiconductor device 10 in the first embodiment in the arrangement order of the first switching element IGBT11 and the first reflux diode FWD12 on the positive electrode 1 side and the negative electrode 2. The second switching element IGBT13 connected to the negative electrode 2 is replaced with the first freewheeling diode FWD12 by reversing the relationship with the arrangement order of the second switching element IGBT13 and the second freewheeling diode FWD14 on the side. The second return diode FWD14 is disposed on the output electrode 3 at a symmetrical position with the first switching element IGBT11 and the negative electrode 2 in between. Like to do.

この結果、第1、第2のスイッチング素子IGBT11,13のスイッチング動作による半導体装置10内の電流経路の変化をより少ない範囲に抑えることができ、サージ発生に寄与する寄生インダクタンスをより多く低減することができ、その結果、大きなサージの発生をより低く抑えて、スイッチング損失をより確実に低減させ、もって、装置の小型化、低コスト化を図ることがより確実に可能になるという効果を得ることができる。   As a result, the change in the current path in the semiconductor device 10 due to the switching operation of the first and second switching elements IGBTs 11 and 13 can be suppressed to a smaller range, and the parasitic inductance that contributes to the occurrence of surge is further reduced. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a large surge and reduce the switching loss more reliably, thereby obtaining the effect that the device can be more reliably reduced in size and cost. Can do.

(第3の実施形態)
<構成>
図3は、本発明に係る半導体装置の構成に関する第3の実施形態を示す配置図であり、図3(A)が、半導体装置の上側から眺めた際の平面図を示し、図3(B)が、半導体装置の側面から眺めた際の側面図を示している。
(Third embodiment)
<Configuration>
FIG. 3 is a layout view showing a third embodiment relating to the configuration of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 3A is a plan view when viewed from the upper side of the semiconductor device, and FIG. ) Shows a side view when viewed from the side of the semiconductor device.

図3の半導体装置10Bにおいても、第1、第2の実施形態の図1、図2の半導体装置10,10Aの場合と同様、正極電極1、負極電極2、および、出力電極3は、銅などからなるバスバーを用いて構成されるとともに、正極電極1と出力電極3とを隣接させた状態で配置し、負極電極2を出力電極3の上側の近傍の位置に配置する。これらの正極電極1、負極電極2、出力電極3は、PPS等の樹脂で一体成型し、当該半導体装置10Bの筐体を形成している。   Also in the semiconductor device 10B of FIG. 3, as in the case of the semiconductor devices 10 and 10A of FIGS. 1 and 2 of the first and second embodiments, the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are made of copper. The positive electrode 1 and the output electrode 3 are arranged adjacent to each other, and the negative electrode 2 is arranged at a position near the upper side of the output electrode 3. The positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are integrally molded with a resin such as PPS to form a housing of the semiconductor device 10B.

なお、半導体素子(IGBT11,13およびFWD12,14)の周囲には、第1、第2の実施形態の場合と同様、半導体素子やボンディングワイヤの保護、および、沿面絶縁の確保のために、シリコーンゲル等のゲル状の絶縁体を注入した構造とされている。   Incidentally, around the semiconductor elements (IGBTs 11 and 13 and FWDs 12 and 14), as in the case of the first and second embodiments, silicone is used to protect the semiconductor elements and bonding wires and to ensure creeping insulation. The structure is such that a gel-like insulator such as gel is injected.

また、入出力電極間がトランスなどで分離されていない非絶縁型半導体装置として構成される本実施形態における半導体装置10Bの下面部を冷却器等へ固定して実装する場合についても、半導体装置10Bと冷却器との間には、絶縁性を有する絶縁シート等を介在させることにより絶縁した構造とされている。   The semiconductor device 10B is also mounted when the lower surface portion of the semiconductor device 10B according to the present embodiment configured as a non-insulated semiconductor device in which input / output electrodes are not separated by a transformer or the like is fixed to a cooler or the like. Insulation is provided by interposing an insulating sheet or the like having an insulating property between the cooling device and the cooler.

図3の半導体装置10Bにおいて、第1、第2の実施形態の図1、図2の半導体装置10,10Aとの違いは、正極電極1と並置した出力電極3のうち、正極電極1側に面する側部(図3の出力電極3の左側部)に、図3(B)に示すように、上方向に折り曲げて、正極電極1の上側にまで延在させて、正極電極1の上側の近傍の位置に配置した出力電極段差部32を形成して、出力電極段差部32の下面に、正極電極1の出力電極3に面する側部(図3の正極電極1の右側部)を、負極電極2側の半導体素子(IGBT13、FWD14)の実装面となる出力電極3により近接させるとともに、出力電極段差部32と正極電極1の一部とを重ね合わせた構造としている点にある。   The semiconductor device 10B of FIG. 3 differs from the semiconductor devices 10 and 10A of FIGS. 1 and 2 of the first and second embodiments in that the output electrode 3 juxtaposed with the positive electrode 1 is on the positive electrode 1 side. As shown in FIG. 3 (B), the side portion facing (the left side portion of the output electrode 3 in FIG. 3) is bent upward and extends to the upper side of the positive electrode 1 so that the upper side of the positive electrode 1 Is formed on the lower surface of the output electrode step 32, and the side of the positive electrode 1 facing the output electrode 3 (the right side of the positive electrode 1 in FIG. 3) is formed. The structure is such that the output electrode 3 that is the mounting surface of the semiconductor element (IGBT 13, FWD 14) on the negative electrode 2 side is brought closer to the output electrode step 32 and a part of the positive electrode 1 are overlapped.

さらに、図3(B)に示すように、正極電極1の一部と出力電極3とが重なり合った出力電極段差部32の上側の近傍の位置に、負極電極2を配置する。かかる配置にすることによって、正極電極1、負極電極2それぞれの外部接続端子へ接続する接続部は、半導体装置10Bの上方向からの投影面でほぼ同じ場所から引き出すようにすることができる。   Further, as shown in FIG. 3B, the negative electrode 2 is arranged at a position near the upper side of the output electrode step portion 32 where a part of the positive electrode 1 and the output electrode 3 overlap each other. With this arrangement, the connection portions connected to the external connection terminals of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 can be drawn from substantially the same place on the projection surface from above of the semiconductor device 10B.

なお、図3の半導体装置10Bにおける半導体素子の配置(チップ配置)は、第2の実施形態における半導体装置10Aの場合と同様に、負極電極2に対して、第1のスイッチング素子であるIGBT11の反対側の対称な位置には第2の還流用ダイオードであるFWD14を、第1の還流用ダイオードであるFWD12の反対側の対称な位置には第2のスイッチング素子であるIGBT13を、それぞれ、配置している。   Note that the arrangement of semiconductor elements (chip arrangement) in the semiconductor device 10B of FIG. 3 is similar to that of the semiconductor device 10A in the second embodiment, with respect to the negative electrode 2 of the IGBT 11 that is the first switching element. The FWD 14 that is the second return diode is arranged at the opposite symmetrical position, and the IGBT 13 that is the second switching element is arranged at the opposite symmetrical position of the FWD 12 that is the first return diode. is doing.

図3の半導体装置10Bを冷却するためには、前述のように、半導体装置10Bの下面に冷却器が取り付けられるが、出力電極3に出力電極段差部32を設けることによって、主たる発熱部である半導体素子のIGBT11、FWD12を実装する正極電極1の実装面を、負極電極2側の半導体素子のIGBT13、FWD14を実装する出力電極3の実装面と同一平面上に近接させて配置することができ、冷却器の小型化、簡略化を図ることができる。   In order to cool the semiconductor device 10B of FIG. 3, as described above, a cooler is attached to the lower surface of the semiconductor device 10B, but by providing the output electrode stepped portion 32 on the output electrode 3, it is a main heat generating portion. The mounting surface of the positive electrode 1 on which the semiconductor elements IGBT11 and FWD12 are mounted can be disposed on the same plane as the mounting surface of the output electrode 3 on which the IGBT13 and FWD14 of the semiconductor element on the negative electrode 2 side are mounted. In addition, the cooler can be reduced in size and simplified.

<動作>
以下に、図3に示す半導体装置10Bにおいて、正極電極1側のIGBT11がON、OFFする場合における半導体装置10Bの動作について、第1、第2の実施形態における図1、図2の半導体装置10,10Aの動作との違いを中心にして説明する。
<Operation>
Hereinafter, in the semiconductor device 10B shown in FIG. 3, the operation of the semiconductor device 10B when the IGBT 11 on the positive electrode 1 side is turned ON / OFF will be described with reference to FIGS. 1 and 2 in the first and second embodiments. , 10A will be mainly described.

IGBT11がONした場合、IGBT11を介して、正極電極1から出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して、電流が、実線矢印Eに示すように流れる。かかる状態からIGBT11がOFFすると、半導体装置10を流れる電流は、破線矢印Fに示すように、負極電極2から出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して、FWD14を介して流れる状態に切り替わる。   When the IGBT 11 is turned on, a current flows as shown by a solid arrow E to the inductive load connected from the positive electrode 1 to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 through the IGBT 11. When the IGBT 11 is turned OFF from such a state, the current flowing through the semiconductor device 10 is applied to the inductive load connected from the negative electrode 2 to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 via the FWD 14 as indicated by the broken line arrow F. Switch to a flowing state.

このスイッチング時点で、IGBT11がON時に正極電極1に外部から流れ込んでいた電流と、IGBT11がOFF時に負極電極2に外部から流れ込む電流とが、図3(B)の実線矢印Eと破線矢印Fとに示すように、半導体装置3Bの上方向からの投影面で互いに重ね合わせることができるので、スイッチング動作により変化する電流経路を近傍に配置して、電流経路に発生する周回磁束の変化を小さくし、寄生インダクタンスを低減して、大きなサージ電圧の発生を防止するという効果を得ることができる。   At the time of this switching, the current flowing from the outside into the positive electrode 1 when the IGBT 11 is ON and the current flowing from the outside into the negative electrode 2 when the IGBT 11 is OFF are the solid line arrow E and the broken line arrow F in FIG. As shown in FIG. 5, since the semiconductor devices 3B can be superposed on each other on the projection surface from above, the current path that changes due to the switching operation is arranged in the vicinity to reduce the change in the circulating magnetic flux generated in the current path. Thus, the effect of reducing the parasitic inductance and preventing the generation of a large surge voltage can be obtained.

さらには、正極電極1からIGBT11の裏面電極(コレクタ電極)に流れ込む電流とIGBT11の表面電極(エミッタ電極)からボンディングワイヤを通して流れ出す電流、また、負極電極2からボンディングワイヤを通してFWD14の表面電極(アノード電極)に流れ込む電流とFWD14の裏面電極(カソード電極)から出力電極3に流れ出す電流についても、図3(B)の実線矢印Eと破線矢印Fとに示すように、半導体装置10Bの上方向からの投影面で互いに重ね合わせることができるので、電流経路に発生する周回磁束を互いに打ち消すようにして、できるだけ磁界を発生させなくし、寄生インダクタンスを低減して、大きなサージ電圧の発生を防止するという効果も得ることができる。   Furthermore, the current flowing from the positive electrode 1 to the back electrode (collector electrode) of the IGBT 11 and the current flowing from the surface electrode (emitter electrode) of the IGBT 11 through the bonding wire, or the surface electrode (anode electrode) of the FWD 14 from the negative electrode 2 through the bonding wire ) And the current flowing out from the back electrode (cathode electrode) of the FWD 14 to the output electrode 3 also from the upper direction of the semiconductor device 10B as shown by the solid line arrow E and the broken line arrow F in FIG. Since they can be superposed on each other on the projection plane, the magnetic fluxes generated in the current path are canceled each other, so that the magnetic field is not generated as much as possible, the parasitic inductance is reduced, and the generation of a large surge voltage is also prevented. Obtainable.

以上のように、本実施形態における半導体装置10Bは、第1、第2の実施形態における半導体装置10,10Aに対して、正極電極1と隣接させて配置した出力電極3のうち、正極電極1側に面する側部に、正極電極1の上側の近傍の位置に延在する出力電極段差部32を備え、負極電極2を出力電極段差部32の上側の近傍の位置に配置した構造とするとともに、正極電極1、負極電極2それぞれの外部接続端子に接続する接続部を、出力電極段差部32を挟んで正極電極1、負極電極2が上下に重なり合った位置に配置するように構成している。   As described above, the semiconductor device 10B according to the present embodiment includes the positive electrode 1 among the output electrodes 3 disposed adjacent to the positive electrode 1 with respect to the semiconductor devices 10 and 10A according to the first and second embodiments. An output electrode step 32 extending to a position near the upper side of the positive electrode 1 is provided on the side facing the side, and the negative electrode 2 is arranged at a position near the upper side of the output electrode step 32. In addition, the connection part connected to the external connection terminal of each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is configured so that the positive electrode 1 and the negative electrode 2 overlap each other with the output electrode step part 32 interposed therebetween. Yes.

この結果、冷却器の小型化・簡素化を可能とするとともに、正極電極1側の第1のスイッチング素子IGBT11、負極電極2側の第2のスイッチング素子IGBT13それぞれに流れ込む電流と流れ出す電流との電流経路を、さらには、正極電極1側の第1の還流用ダイオードFWD12、負極電極2側の第2の還流用ダイオードFWD14それぞれに流れ込む電流と流れ出す電流との電流経路を、半導体装置10Bの上方向から見た投影面上で互いに重ね合わせて、同一タイミングで逆向きに流れる電流経路を近傍に配置することができるので、さらには、スイッチング動作時により変化する電流経路も、第1、第2の実施形態における半導体装置10,10Aよりも、さらに近傍の位置に配置することができるので、より効果的に、寄生インダクタンスの低減を行うことができ、その結果、サージ電圧の発生をより低く抑えることができ、もって、装置の小型化、低コスト化をより効果的に実現することができる。   As a result, the cooler can be reduced in size and simplified, and the current flowing into and out of the first switching element IGBT11 on the positive electrode 1 side and the second switching element IGBT13 on the negative electrode 2 side, respectively. Further, the current path between the current flowing into and out of the first free-wheeling diode FWD12 on the positive electrode 1 side and the second free-wheeling diode FWD14 on the negative electrode 2 side is defined as the upward direction of the semiconductor device 10B. Since the current paths that flow in the opposite directions at the same timing can be arranged near each other on the projection plane viewed from above, the current paths that change depending on the switching operation are also the first and second current paths. Since the semiconductor devices 10 and 10A according to the embodiment can be arranged at a position closer to the semiconductor devices 10 and 10A, more effectively Can be performed to reduce the inductance, a result, it is possible to suppress lower the occurrence of a surge voltage, have been, the size of the apparatus can be more effectively achieve cost reduction.

(第4の実施形態)
図4は、本発明に係る半導体装置の構成に関する第4の実施形態を示す配置図であり、半導体装置の上側から眺めた際の平面図を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a layout view showing a fourth embodiment relating to the configuration of the semiconductor device according to the present invention, and shows a plan view when viewed from the upper side of the semiconductor device.

半導体装置の電流容量を大きくする際に、半導体素子(つまりスイッチング素子IGBT、還流用ダイオードFWD)を複数個並列に搭載することがあるが、図4の半導体装置10Cにおいては、電流容量が大きな半導体装置を効果的に実現するために、複数個のスイッチング素子IGBT、還流用ダイオードFWDを実装する場合の一例として、スイッチング素子IGBTと還流用ダイオードFWDとを、正極電極1側(図5の回路図の上側アーム)と負極電極2側(図5の回路図の下側アーム)とに、それぞれ、2個ずつ実装する例を示している。   When the current capacity of the semiconductor device is increased, a plurality of semiconductor elements (that is, switching elements IGBTs and freewheeling diodes FWD) may be mounted in parallel. In the semiconductor device 10C of FIG. In order to effectively realize the device, as an example of mounting a plurality of switching elements IGBT and freewheeling diode FWD, the switching element IGBT and freewheeling diode FWD are connected to the positive electrode 1 side (circuit diagram of FIG. 5). In this example, two are mounted on each of the upper arm and the negative electrode 2 side (lower arm in the circuit diagram of FIG. 5).

つまり、図4の半導体装置10Cにおいて、正極電極1側には、第1の還流用ダイオードFWD12を逆並列接続した第1のスイッチング素子IGBT11と第3の還流用ダイオードFWD16を逆並列接続した第3のスイッチング素子IGBT15とを並列接続し、負極電極2側には、第2の還流用ダイオードFWD14を逆並列接続した第2のスイッチング素子IGBT13と第4の還流用ダイオードFWD18を逆並列接続した第4のスイッチング素子IGBT17とを並列接続するように実装している。   That is, in the semiconductor device 10C of FIG. 4, on the positive electrode 1 side, the first switching element IGBT11 having the first reflux diode FWD12 connected in reverse parallel and the third feedback diode FWD16 connected in reverse parallel are connected. The switching element IGBT15 is connected in parallel, and on the negative electrode 2 side, the second switching element IGBT13 having the second reflux diode FWD14 connected in reverse parallel and the fourth return diode FWD18 are connected in reverse parallel. The switching element IGBT 17 is mounted so as to be connected in parallel.

この際、IGBTとFWDとを交互に配置する。つまり、正極電極1側は、正極電極1の入力端子側に近い方からIGBT11,FWD12,IGBT15,FWD16の順に交互に配置し、負極電極2側は、第2、第3の実施形態における図2、図3の半導体装置10A,10Bの場合と同様、正極電極1側のIGBT、FWDの順番とは逆順に並ぶように、負極電極2の入力端子側に近い方からFWD14,IGBT13,FWD18,IGBT17の順に交互に配置する。この結果、負極電極2を挟んで、正極電極1側のIGBTと負極電極2側のFWDとが、また、正極電極1側のFWDと負極電極2側のIGBTとが、反対側の対称な位置に対向するように配置される。   At this time, IGBTs and FWDs are alternately arranged. That is, the positive electrode 1 side is alternately arranged in the order of IGBT11, FWD12, IGBT15, and FWD16 from the side closer to the input terminal side of the positive electrode 1, and the negative electrode 2 side is shown in FIG. 2 in the second and third embodiments. As in the case of the semiconductor devices 10A and 10B of FIG. 3, FWD14, IGBT13, FWD18, and IGBT17 are arranged from the side closer to the input terminal side of the negative electrode 2 so that they are arranged in the reverse order to the order of IGBT and FWD on the positive electrode 1 side. Alternatingly arranged in this order. As a result, the negative electrode 2 is sandwiched between the IGBT on the positive electrode 1 side and the FWD on the negative electrode 2 side, and the FWD on the positive electrode 1 side and the IGBT on the negative electrode 2 side are symmetrical positions on the opposite side. It arrange | positions so that it may oppose.

なお、図4の半導体装置10Cにおいても、第1〜第3の実施形態における図1〜図3の半導体装置10,10A,10Bの場合と同様、正極電極1、負極電極2、および、出力電極3は、銅などからなるバスバーを用いて構成されるとともに、正極電極1と出力電極3とを隣接させた状態で配置し、負極電極2を出力電極3の上側の近傍の位置に配置する。これらの正極電極1、負極電極2、出力電極3は、PPS等の樹脂で一体成型し、当該半導体装置10Cの筐体を形成している。   Also in the semiconductor device 10C of FIG. 4, as in the case of the semiconductor devices 10, 10A, and 10B of FIGS. 1 to 3 in the first to third embodiments, the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 is configured using a bus bar made of copper or the like, and is disposed in a state where the positive electrode 1 and the output electrode 3 are adjacent to each other, and the negative electrode 2 is disposed in the vicinity of the upper side of the output electrode 3. The positive electrode 1, the negative electrode 2, and the output electrode 3 are integrally molded with a resin such as PPS to form a housing of the semiconductor device 10C.

なお、半導体素子(IGBT11,13,15,17およびFWD12,14,16,18)の周囲には、第1〜第3の実施形態の場合と同様、半導体素子やボンディングワイヤの保護、および、沿面絶縁の確保のために、シリコーンゲル等のゲル状の絶縁体を注入した構造とされている。   As in the case of the first to third embodiments, the semiconductor elements (IGBTs 11, 13, 15, 17 and FWDs 12, 14, 16, 18) are surrounded by the protection of the semiconductor elements and the bonding wires. In order to ensure insulation, a gel-like insulator such as silicone gel is injected.

また、入出力電極間がトランスなどで分離されていない非絶縁型半導体装置として構成される本実施形態における半導体装置10Cの下面部を冷却器等へ固定して実装する場合についても、半導体装置10Cと冷却器との間には、絶縁性を有する絶縁シート等を介在させることにより絶縁した構造とされている。   The semiconductor device 10C is also mounted when the lower surface portion of the semiconductor device 10C according to the present embodiment configured as a non-insulated semiconductor device in which the input / output electrodes are not separated by a transformer or the like is fixed to a cooler or the like. Insulation is provided by interposing an insulating sheet or the like having an insulating property between the cooling device and the cooler.

一般に、スイッチング素子IGBTは、還流用ダイオードFWDに比べて発熱量が大きく、スイッチング損失に占める割合が大きい。したがって、複数のスイッチング素子IGBTを並列接続する際に、スイッチング素子IGBT同士を隣接して配置すると、熱干渉を起こし、通電時の温度上昇が大きくなる。このため、図4の半導体装置10Cのように、正極電極1側は、IGBT11,FWD12,IGBT15,FWD16の順、負極電極2側は、FWD14,IGBT13,FWD18,IGBT17の順というように、スイッチング素子IGBTと還流用ダイオードFWDとを交互に配置し、比較的発熱量が小さい還流用ダイオードFWDを、発熱量が大きいスイッチング素子IGBTの間に配置することによって、スイッチング素子IGBT間の熱干渉を抑え、温度上昇を小さくすることができる。   In general, the switching element IGBT generates a larger amount of heat than the free-wheeling diode FWD, and has a large proportion of the switching loss. Therefore, when the switching elements IGBTs are arranged adjacent to each other when the switching elements IGBTs are connected in parallel, thermal interference occurs and the temperature rise during energization increases. Therefore, as in the semiconductor device 10C of FIG. 4, the positive electrode 1 side is in the order of IGBT11, FWD12, IGBT15, and FWD16, and the negative electrode 2 side is in the order of FWD14, IGBT13, FWD18, and IGBT17. By arranging the IGBTs and the return diodes FWD alternately and arranging the return diodes FWD having a relatively small amount of heat generation between the switching elements IGBTs having a large amount of heat generation, the thermal interference between the switching elements IGBTs is suppressed, Temperature rise can be reduced.

また、負極電極2を挟んで、正極電極1側のスイッチング素子IGBTと負極電極2側の還流用ダイオードFWDとが、また、正極電極1側の還流用ダイオードFWDと負極電極2側のスイッチング素子IGBTとが、反対側の対称な位置に対向するように配置されることにより、第2、第3の実施形態における図2、図3の半導体装置10A,10Bと同様、出力電極3を流れる電流の電流経路は、IGBT11,15がON時に、正極電極1からIGBT11,15を介して出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して流れる場合と、IGBT11,15がOFF時に、負極電極2からFWD14,18を介して出力電極3の出力電極端子31に接続された誘導負荷に対して流れる場合と、の両者の出力電極3の電流経路は、FWD14,18の裏面電極(カソード電極)から負極電極2の背面を通過して出力電極3側へ流れ出す部分を除いて、ほとんどの部分で、近接し、かつ、平行に流れるようになるので、寄生インダクタンスをさらに低減する効果も得ることができる。   Further, the switching element IGBT on the positive electrode 1 side and the reflux diode FWD on the negative electrode 2 side are sandwiched between the negative electrode 2 and the switching diode IGBT on the positive electrode 1 side and the switching diode IGBT on the negative electrode 2 side. Are arranged so as to be opposed to symmetrical positions on the opposite side, so that the current flowing through the output electrode 3 is the same as in the semiconductor devices 10A and 10B of FIGS. 2 and 3 in the second and third embodiments. The current paths flow when the IGBTs 11 and 15 are turned on and flow from the positive electrode 1 to the inductive load connected to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 via the IGBTs 11 and 15 and when the IGBTs 11 and 15 are turned off. The current flow of both output electrodes 3 from the electrode 2 to the inductive load connected to the output electrode terminal 31 of the output electrode 3 via the FWDs 14 and 18 Since, in most parts, except for the part that flows from the back electrodes (cathode electrodes) of the FWDs 14 and 18 to the output electrode 3 side through the back surface of the negative electrode 2, it flows in close proximity and in parallel. Further, the effect of further reducing the parasitic inductance can be obtained.

つまり、図4の半導体装置10Cにおいては、第1、第3の還流用ダイオードFWD12,16がそれぞれ逆並列接続された第1、第3のスイッチング素子IGBT11,15および第2、第4の還流用ダイオードFWD14,18がそれぞれ逆並列接続された第2、第4のスイッチング素子IGBT13,17のように、複数の半導体素子が、正極電極1と負極電極2との間に並列接続された構成からなっている場合、正極電極1上に配置する第1、第3のスイッチング素子IGBT11,15と前記第1、第3の還流用ダイオードFWD12,16とを交互に配置し、出力電極3上に配置する第2、第4のスイッチング素子IGBT13,17と第2、第4の還流用ダイオードFWD14,18とを交互に配置する構成としている。   In other words, in the semiconductor device 10C of FIG. 4, the first and third switching elements IGBT11 and 15 and the second and fourth freewheeling elements in which the first and third freewheeling diodes FWD12 and 16 are connected in reverse parallel, respectively. A plurality of semiconductor elements are connected in parallel between the positive electrode 1 and the negative electrode 2 like the second and fourth switching elements IGBTs 13 and 17 in which the diodes FWD 14 and 18 are connected in antiparallel. In this case, the first and third switching elements IGBTs 11 and 15 arranged on the positive electrode 1 and the first and third free-wheeling diodes FWD 12 and 16 are arranged alternately and arranged on the output electrode 3. The second and fourth switching elements IGBTs 13 and 17 and the second and fourth freewheeling diodes FWD14 and 18 are alternately arranged.

この結果、還流用ダイオードFWDに比べて発熱量が大きいスイッチング素子IGBTの間に、発熱量が比較的小さい還流用ダイオードFWDを挟んで配置することになり、発熱量が大きいスイッチング素子IGBT同士を離して配置することにより、熱干渉を抑えることができ、温度上昇を低く抑えることができる。   As a result, the recirculation diode FWD having a relatively small amount of heat generation is interposed between the switching elements IGBT having a large amount of heat generation compared to the freewheeling diode FWD, and the switching elements IGBT having a large amount of heat generation are separated from each other. By disposing, the thermal interference can be suppressed and the temperature rise can be suppressed low.

また、第1、第3のスイッチング素子IGBT11,15、第2、第4のスイッチング素子IGBT13,17のように、正極電極1、負極電極2のそれぞれに、複数のスイッチング素子IGBTを搭載する場合、隣り合うスイッチング素子IGBTの信号端子(例えば、ゲート電極等を引き出す端子)の位置を互いに噛み合わせるように配置することによって、信号端子の位置を一列に配置することができ、半導体装置10Cの小型化を図ることもできる。   When a plurality of switching elements IGBT are mounted on each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 as in the first and third switching elements IGBTs 11 and 15 and the second and fourth switching elements IGBTs 13 and 17, By arranging so that the positions of signal terminals (for example, terminals for pulling out gate electrodes and the like) of adjacent switching elements IGBTs mesh with each other, the positions of the signal terminals can be arranged in a line, and the semiconductor device 10C can be downsized. Can also be planned.

さらには、第3の実施形態における図3の半導体装置10Bの場合と同様に、出力電極3の正極電極1側に面する側部に、出力電極段差部を備える構造とし、該出力電極段差部を正極電極1の一部の上側の近傍の位置に延在させるように配置し、該出力電極段差部と正極電極1の一部とを重ね合わせた構造とすることによって、冷却器の小型化、簡略化を図ることができるとともに、第3の実施形態における図3の半導体装置10Bの場合と同様、さらに、次のような効果も合わせて得られる。   Further, as in the case of the semiconductor device 10B of FIG. 3 in the third embodiment, the output electrode 3 has a structure including an output electrode step on the side facing the positive electrode 1 side, and the output electrode step Is made to extend to a position in the vicinity of the upper side of a part of the positive electrode 1, and the output electrode stepped part and a part of the positive electrode 1 are overlapped to reduce the size of the cooler. In addition to simplification, the following effects can also be obtained as in the case of the semiconductor device 10B of FIG. 3 in the third embodiment.

すなわち、冷却器の小型化・簡素化を可能とするとともに、正極電極1側の第1、第3のスイッチング素子IGBT11,15、負極電極2側の第2、第4のスイッチング素子IGBT13,17それぞれに流れ込む電流と流れ出す電流との電流経路を、さらには、正極電極1側の第1、第3の還流用ダイオードFWD12,16、負極電極2側の第2、第4の還流用ダイオードFWD14,18それぞれに流れ込む電流と流れ出す電流との電流経路を、半導体装置10Cの上方向から見た投影面上で互いに重ね合わせて、同一タイミングで逆向きに流れる電流経路を近傍に配置することができるので、さらには、スイッチング動作時により変化する電流経路も、第3の実施形態における半導体装置10Bと同様に、第1、第2の実施形態における半導体装置10,10Aよりも、さらに近傍の位置に配置することができるので、より効果的に、寄生インダクタンスの低減を行うことができ、その結果、サージ電圧の発生をより低く抑えることができ、もって、装置の小型化、低コスト化をより効果的に実現することができる。   That is, the cooler can be reduced in size and simplified, and the first and third switching elements IGBT11 and 15 on the positive electrode 1 side, and the second and fourth switching elements IGBT13 and 17 on the negative electrode 2 side, respectively. The current path of the current flowing into and out of the current further flows through the first and third return diodes FWD12 and 16 on the positive electrode 1 side, and the second and fourth return diodes FWD14 and 18 on the negative electrode 2 side. Since the current paths of the current flowing into and flowing out from each other can be superimposed on the projection plane viewed from above the semiconductor device 10C, the current paths flowing in the opposite direction at the same timing can be arranged in the vicinity. Furthermore, the current path that changes depending on the switching operation is also the same as that of the semiconductor device 10B in the third embodiment in the first and second embodiments. As a result, the parasitic inductance can be more effectively reduced, and as a result, the generation of surge voltage can be suppressed to a lower level. Therefore, it is possible to more effectively realize downsizing and cost reduction of the apparatus.

(その他の実施形態)
前述した第1〜第3の実施形態においては、電力変換装置に適用するスイッチ回路として、1組のスイッチ回路のみを切り出して半導体装置として形成する場合について説明したが、本発明は、かかる場合のみに限るものではなく、第4の実施形態に示すように、複数のスイッチ回路を1つの半導体装置に集積して構成するようにしても良く、例えば、3相の交流電力を出力する3相インバータ装置を構成するような場合、3相分の3組のスイッチ回路を一体とした半導体装置を形成することができる。
(Other embodiments)
In the first to third embodiments described above, a case has been described in which only one set of switch circuits is cut out and formed as a semiconductor device as the switch circuit applied to the power conversion device. However, the present invention is only in such a case. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the fourth embodiment, a plurality of switch circuits may be integrated in a single semiconductor device. For example, a three-phase inverter that outputs three-phase AC power When configuring the device, a semiconductor device in which three sets of switch circuits for three phases are integrated can be formed.

このように、3相分の3組のスイッチ回路を一体構造とした半導体装置を構成する場合には、本発明による半導体装置は、第4の実施形態において説明したように、発熱量が大きいスイッチング素子IGBT同士が隣接しないように、スイッチング素子IGBTと発熱量が比較的小さい還流用ダイオードFWDとを互い違いに配置するようにして、温度上昇を防ぐことができ、あるいは、隣り合うスイッチング素子IGBTの信号端子(例えば、ゲート電極、チップ上に配置するセンサ電極等を引き出す端子)の位置を互いに噛み合わせるように配置することによって、一列に配置することができ、半導体装置の小型化を図ることができる。   As described above, when a semiconductor device in which three sets of switch circuits for three phases are integrated is configured, the semiconductor device according to the present invention is a switching circuit that generates a large amount of heat as described in the fourth embodiment. The switching elements IGBTs and the free-wheeling diodes FWD having a relatively small amount of heat generation are alternately arranged so that the element IGBTs are not adjacent to each other, so that the temperature rise can be prevented, or the signals of the adjacent switching elements IGBTs By arranging the terminals (for example, terminals for pulling out a gate electrode, a sensor electrode or the like arranged on the chip) so as to mesh with each other, the terminals can be arranged in a line, and the semiconductor device can be downsized. .

なお、前述した第1〜第3の実施形態に示すような1組のスイッチ回路からなる半導体装置を3組並列接続することによって、3相のインバータ回路を形成することももちろん可能である。   Of course, it is also possible to form a three-phase inverter circuit by connecting in parallel three sets of semiconductor devices including a set of switch circuits as shown in the first to third embodiments.

また、前述した各実施形態においては、スイッチング素子としてIGBTを、また、還流用ダイオードとしてPN接合型ダイオードを、用いる場合について説明したが、本発明はかかる半導体素子のみを限るものではない。前述したように、例えば、スイッチング素子として、パワー用MOSFETを用いるようにしても良い。また、還流用ダイオードとしては、PN接合型ダイオードまたはPIN型ダイオードまたはショットキー型ダイオードの1ないし複数の組み合わせ(例えば、1個のみならず複数個のPN接合型ダイオードを並列接続した形態や、1ないし複数個のPIN型ダイオードを並列接続した形態や、あるいは、1ないし複数個のPN接合型ダイオードとショットキー型ダイオードとを並列接続した形態など)を用いるようにしても良い。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where an IGBT is used as a switching element and a PN junction type diode is used as a reflux diode has been described. However, the present invention is not limited to such a semiconductor element. As described above, for example, a power MOSFET may be used as the switching element. As the freewheeling diode, one or more combinations of PN junction diodes, PIN diodes or Schottky diodes (for example, not only one but also a plurality of PN junction diodes connected in parallel, Alternatively, a configuration in which a plurality of PIN diodes are connected in parallel or a configuration in which one or a plurality of PN junction diodes and a Schottky diode are connected in parallel may be used.

本発明に係る半導体装置の構成に関する第1の実施形態を示す配置図である。1 is a layout view showing a first embodiment relating to a configuration of a semiconductor device according to the present invention; 本発明に係る半導体装置の構成に関する第2の実施形態を示す配置図である。FIG. 6 is a layout diagram illustrating a second embodiment regarding the configuration of a semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の構成に関する第3の実施形態を示す配置図である。FIG. 6 is a layout diagram illustrating a third embodiment relating to the configuration of a semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の構成に関する第4の実施形態を示す配置図である。FIG. 7 is a layout diagram illustrating a fourth embodiment regarding the configuration of a semiconductor device according to the present invention. インバータ回路における1相分のスイッチ回路を構成する場合の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a circuit structure in the case of comprising the switch circuit for 1 phase in an inverter circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1…正極電極、2…負極電極、3…出力電極、10…半導体装置、10A…半導体装置、10B…半導体装置、10C…半導体装置、11…IGBT、12…FWD(還流用ダイオード)、13…IGBT、14…FWD(還流用ダイオード)、15…IGBT、16…FWD(還流用ダイオード)、17…IGBT、18…FWD(還流用ダイオード)、31…出力電極端子、32…出力電極段差部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode, 2 ... Negative electrode, 3 ... Output electrode, 10 ... Semiconductor device, 10A ... Semiconductor device, 10B ... Semiconductor device, 11C ... Semiconductor device, 11 ... IGBT, 12 ... FWD (reflux diode), 13 ... IGBT, 14... FWD (refluxing diode), 15... IGBT, 16... FWD (refluxing diode), 17... IGBT, 18 ... FWD (refluxing diode), 31.

Claims (8)

正極電極と負極電極との間に、第1の還流用ダイオードを逆並列接続した第1のスイッチング素子と、第2の還流用ダイオードを逆並列接続した第2のスイッチング素子とを直列に接続し、前記第1、第2のスイッチング素子の接続点から、出力電力を負荷接続用の出力電極へ出力する半導体装置において、前記正極電極と前記出力電極とを隣接させた状態で配置し、かつ、前記負極電極を前記出力電極の上側の近傍の位置に配置し、かつ、前記正極電極、前記負極電極それぞれの外部接続端子に接続する接続部を、前記出力電極の外部接続端子に接続する接続部と対向する反対側の位置にそれぞれ平行に隣接させて配置した構造とし、前記正極電極側に接続される前記第1のスイッチング素子および前記第1の還流用ダイオードを前記正極電極上に配置し、一方、前記負極電極側に接続される前記第2のスイッチング素子および前記第2の還流用ダイオードを、前記第1のスイッチング素子および前記第1の還流用ダイオードと前記負極電極を挟んで反対側の位置になる前記出力電極上に配置することを特徴とする半導体装置。   Between the positive electrode and the negative electrode, a first switching element in which a first reflux diode is connected in antiparallel and a second switching element in which a second reflux diode is connected in antiparallel are connected in series. In a semiconductor device that outputs output power from a connection point of the first and second switching elements to an output electrode for load connection, the positive electrode and the output electrode are arranged adjacent to each other, and A connecting portion for connecting the negative electrode to a position near the upper side of the output electrode, and connecting the positive electrode and the external connecting terminal of each of the negative electrodes to the external connecting terminal of the output electrode The first switching element and the first free-wheeling diode connected to the positive electrode side are connected to the positive electrode side, respectively. On the other hand, the second switching element and the second return diode connected to the negative electrode side are connected to the first switching element, the first return diode and the negative electrode. A semiconductor device, wherein the semiconductor device is disposed on the output electrode at a position opposite to the sandwiched portion. 請求項1に記載の半導体装置において、前記負極電極に接続される前記第2のスイッチング素子を、前記第1のスイッチング素子と前記負極電極を挟んで対称な位置の前記出力電極上に配置し、前記第2の還流用ダイオードを、前記第1の還流用ダイオードと前記負極電極を挟んで対称な位置の前記出力電極上に配置することを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second switching element connected to the negative electrode is disposed on the output electrode at a symmetrical position across the first switching element and the negative electrode, 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second return diode is disposed on the output electrode at a symmetrical position with the first return diode and the negative electrode interposed therebetween. 請求項1に記載の半導体装置において、前記負極電極に接続される前記第2のスイッチング素子を、前記第1の還流用ダイオードと前記負極電極を挟んで対称な位置の前記出力電極上に配置し、前記第2の還流用ダイオードを、前記第1のスイッチング素子と前記負極電極を挟んで対称な位置の前記出力電極上に配置することを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second switching element connected to the negative electrode is disposed on the output electrode at a symmetrical position with the first reflux diode and the negative electrode interposed therebetween. The semiconductor device is characterized in that the second reflux diode is disposed on the output electrode at a symmetrical position with the first switching element and the negative electrode interposed therebetween. 請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置において、前記正極電極に隣接させて配置した前記出力電極のうち、前記正極電極側に面する側部に、前記正極電極の上側の近傍の位置に延在する出力電極段差部を備え、前記負極電極を前記出力電極段差部の上側の近傍の位置に配置した構造とするとともに、前記正極電極、前記負極電極それぞれの外部接続端子に接続する接続部を、前記出力電極段差部を挟んで前記正極電極、前記負極電極が上下に重なり合った位置に配置することを特徴とする半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein, among the output electrodes arranged adjacent to the positive electrode, a position in the vicinity of the upper side of the positive electrode on a side portion facing the positive electrode side. 5. The output electrode stepped portion extending to the output electrode, and the negative electrode is disposed at a position near the upper side of the output electrode stepped portion, and connected to the external connection terminal of each of the positive electrode and the negative electrode The semiconductor device, wherein the positive electrode and the negative electrode overlap each other with the output electrode stepped portion interposed therebetween. 請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置において、前記正極電極上に配置する前記第1のスイッチング素子と前記第1の還流用ダイオードとを、前記出力電極と隣接する側部に沿って、該側部の近傍に配置し、前記出力電極上に配置する前記第2のスイッチング素子と前記第2の還流用ダイオードとを、前記負極電極の側部のうち前記正極電極の反対側の側部に沿って、該側部の近傍に位置して、かつ、前記第1のスイッチング素子と前記第1の還流用ダイオードとは前記負極電極を挟んで反対側の前記出力電極上の位置に配置することを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first switching element disposed on the positive electrode and the first reflux diode are disposed along a side portion adjacent to the output electrode. 6. The second switching element and the second reflux diode arranged in the vicinity of the side part and on the output electrode are arranged on the side of the negative electrode opposite to the positive electrode. The first switching element and the first return diode are positioned at positions on the opposite side of the output electrode across the negative electrode, along the portion, in the vicinity of the side portion A semiconductor device comprising: 請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置において、前記第1の還流用ダイオードが逆並列接続された前記第1のスイッチング素子および前記第2の還流用ダイオードが逆並列接続された前記第2のスイッチング素子が、複数、前記正極電極と前記負極電極との間に並列接続された構成からなっている場合、前記正極電極上に配置する複数の前記第1のスイッチング素子と複数の前記第1の還流用ダイオードとを交互に配置し、かつ、前記出力電極上に配置する複数の前記第2のスイッチング素子と複数の前記第2の還流用ダイオードとを交互に配置することを特徴とする半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first switching element to which the first return diode is connected in antiparallel and the second switching diode to which the second return diode is connected in antiparallel. When the two switching elements are configured to be connected in parallel between the positive electrode and the negative electrode, a plurality of the first switching elements and a plurality of the first switching elements arranged on the positive electrode One reflux diode is alternately arranged, and the plurality of second switching elements and the plurality of second reflux diodes arranged on the output electrode are alternately arranged. Semiconductor device. 請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置において、前記第1、第2のスイッチング素子が、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)またはMOSFETからなることを特徴とする半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second switching elements are made of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET. 請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体装置において、前記第1、第2の還流用ダイオードが、PN接合型ダイオードまたはPIN型ダイオードまたはショットキー型ダイオードのうち、いずれか1つあるいは複数の組み合わせからなることを特徴とする半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second free-wheeling diodes are one or more of a PN junction diode, a PIN diode, and a Schottky diode. A semiconductor device comprising a combination.
JP2007153058A 2007-06-08 2007-06-08 Semiconductor device Pending JP2008306872A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007153058A JP2008306872A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007153058A JP2008306872A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008306872A true JP2008306872A (en) 2008-12-18

Family

ID=40235072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007153058A Pending JP2008306872A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008306872A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012015418A (en) * 2010-07-02 2012-01-19 Honda Motor Co Ltd Semiconductor device
WO2016084241A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 日産自動車株式会社 Half-bridge power semiconductor module and method for manufacturing same
WO2016129097A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社日産アーク Half-bridge power semiconductor module, and method for manufacturing same
DE102016122772A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Denso Corporation Electric power conversion device
US10522517B2 (en) 2014-07-03 2019-12-31 Nissan Motor Co., Ltd. Half-bridge power semiconductor module and manufacturing method therefor

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012015418A (en) * 2010-07-02 2012-01-19 Honda Motor Co Ltd Semiconductor device
US10522517B2 (en) 2014-07-03 2019-12-31 Nissan Motor Co., Ltd. Half-bridge power semiconductor module and manufacturing method therefor
WO2016084241A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 日産自動車株式会社 Half-bridge power semiconductor module and method for manufacturing same
JPWO2016084241A1 (en) * 2014-11-28 2017-10-26 日産自動車株式会社 Half-bridge power semiconductor module and manufacturing method thereof
US10756057B2 (en) 2014-11-28 2020-08-25 Nissan Motor Co., Ltd. Half-bridge power semiconductor module and method of manufacturing same
WO2016129097A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社日産アーク Half-bridge power semiconductor module, and method for manufacturing same
CN107210290A (en) * 2015-02-13 2017-09-26 株式会社日产Arc Semibridge system power semiconductor modular and its manufacture method
CN107210290B (en) * 2015-02-13 2019-07-30 株式会社日产Arc Semibridge system power semiconductor modular and its manufacturing method
US10396057B2 (en) 2015-02-13 2019-08-27 Nissan Arc, Ltd. Half-bridge power semiconductor module and method for manufacturing same
DE102016122772A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Denso Corporation Electric power conversion device
US10103641B2 (en) 2015-11-27 2018-10-16 Denso Corporation Power converter with parasitic inductance reduced by counter conductor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8461623B2 (en) Power semiconductor module
US10715053B2 (en) Power conversion apparatus in which an inductance of a last off closed circuit is smaller than an inductance of a non-last off closed circuit
JP6394489B2 (en) Semiconductor device
CN103782380B (en) semiconductor module
US9116532B2 (en) Power semiconductor device module
JP6160780B2 (en) 3-level power converter
CN107851637B (en) Power semiconductor module
JP6836201B2 (en) Power converter
JP6591556B2 (en) Power converter
JP2019029457A (en) Semiconductor module
JP2015135895A (en) semiconductor module
US20180145513A1 (en) Semiconductor device
JP2014036509A (en) Three-level power conversion device
US10027094B2 (en) Power module, power converter and drive arrangement with a power module
JP2018074089A (en) Semiconductor device
JP2008306872A (en) Semiconductor device
JP2022050887A (en) Semiconductor device
JP2005236108A (en) Semiconductor device
JP2007325387A (en) Power conversion device
JP2019067813A (en) Semiconductor module
JP4664104B2 (en) Power converter
CN113707625A (en) Power semiconductor module
WO2019150870A1 (en) Semiconductor module
JP2013240151A (en) Power conversion device
JP2015186438A (en) semiconductor device