JP2009099638A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱性の半導体素子を含む半導体装置に係り、放熱性、搭載性、高密度性、並びに耐久性に優れた半導体装置の構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device including an exothermic semiconductor element, and relates to a structure of a semiconductor device excellent in heat dissipation, mountability, high density, and durability.
自動車等の車両には、半導体素子のスイッチング機能を利用して、燃料噴射制御、点火制御、モータ制御、油圧制御、電力分配制御等の様々な制御を行う半導体装置が種々と搭載されている。
近年、これらの半導体装置の更なる高機能化、高速応答化を図るべく、半導体素子には高い信頼性とともに更なる高電力化、高周波化、小型化等が要求されている。
この為、これらの半導体素子としては、パワーMOSFET(金属酸化膜型電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、BSIT(バイポーラモード静電誘導トランジスタ)等のパワーデバイスが用いられている。
このようなパワーデバイスの多くは、作動に伴って発熱し、制御回路の性能や信頼性に影響を与える虞があることから、これらの発熱性の半導体素子を含む半導体装置には種々と放熱対策が講じられている。
A variety of semiconductor devices that perform various controls such as fuel injection control, ignition control, motor control, hydraulic pressure control, and power distribution control by using a switching function of a semiconductor element are mounted on vehicles such as automobiles.
In recent years, semiconductor devices are required to have higher reliability, higher power, higher frequency, smaller size, and the like in order to achieve higher functionality and faster response of these semiconductor devices.
For this reason, as these semiconductor elements, power devices such as power MOSFET (metal oxide field effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), BSIT (bipolar mode electrostatic induction transistor) are used.
Many of these power devices generate heat during operation and may affect the performance and reliability of the control circuit. Therefore, various semiconductor devices including these heat generating semiconductor elements have various heat dissipation measures. Has been taken.
例えば、特許文献1には、発熱性の電子部品を含む各種電子部品が実装されるプリント板と、該プリント板の電子部品実装面に対し熱伝導性の良好な絶縁物を介して接するバスバーとを具備することを特徴とする電子部品の実装構造が開示されている。
又、特許文献2には、バスバー基板と、その電流回路の電流を制御するFETと、このFETの作動を制御する電子回路基板とを備え、上記FETを両基板の間に配設した電気接続箱が開示されている。
又、特許文献3には、放熱部が設けてある箱本体に回路基板を前記放熱部に載置して収容する基板収容箱において、前記放熱部に載置してある第1回路基板と、該第1回路基板に対して平行的に前記箱本体の周壁から突設しており、貫通ネジ穴が形成してある載置部と、該載置部に載置してあり、前記貫通ネジ穴と連通する貫通穴が形成してある第2回路基板と、前記貫通穴を挿通して前記貫通ネジ穴との螺結により前記第2回路基板を前記載置部に固定した状態で、先端部が前記第1回路基板を前記放熱部へ押圧する押圧ネジとを備えることを特徴とする基板収容箱が開示されている。
For example,
Further,
Further, in Patent Document 3, in a substrate housing box that houses a circuit board placed on the heat radiating portion and accommodated in a box body provided with a heat radiating portion, a first circuit board placed on the heat radiating portion; A mounting portion projecting from the peripheral wall of the box body in parallel to the first circuit board, and having a through screw hole formed thereon; and being placed on the mounting portion, the through screw In a state where the second circuit board having a through hole communicating with the hole and the second circuit board fixed to the mounting portion by being screwed with the through screw hole through the through hole, A board housing box is disclosed, wherein the board comprises a pressing screw that presses the first circuit board against the heat radiating section.
ところで、近年、ディーゼルエンジンの暖気を行うグロープラグにおいて、始動時における高速昇温を図る為に低抵抗化が進んでおり、又、燃費向上、燃焼排気エミッションの低減等の要求から、PWM(パルス幅変調)制御等により、始動時のみならず常時グロープラグへの通電が行われるようになっている。
この為グロープラグの制御を行うGCU(グロープラグコントローラ)では、数十Aの大電流を流す必要があり、スイッチング素子としてパワーMOSFETが搭載され、安定した大電流の入出力と高い放熱性とを兼ね備えたGCUの構造が望まれている。
By the way, in recent years, in a glow plug for warming up a diesel engine, the resistance has been lowered in order to increase the temperature at a high speed at the time of start-up. By means of (width modulation) control, the glow plug is always energized as well as at the start.
For this reason, a GCU (glow plug controller) that controls a glow plug needs to pass a large current of several tens of A. A power MOSFET is mounted as a switching element, and stable input / output of a large current and high heat dissipation are achieved. A combined GCU structure is desired.
例えば、図7(a)、(b)に示すような従来のGCU10xは、パワーMOSFET200xと、図略のECUからの信号に従ってパワーMOSFET200xの開閉を制御して図略のグロープラグへの通電を制御する集積回路150xを含む制御回路基板100xと、これらを収納する樹脂製の筐体500xとによって構成されている。
GCU10xでは、発熱性のパワーMOSFET200xと制御回路基板100xとを分離することにより、パワーMOSFET200xからの熱による集積回路150xへの影響を少なくしている。又、金属製のバスバー300xにパワーMOSFET200xを実装して、パワーMOSFET200xの裏面に設けられたドレイン端子211と接続することにより、バスバー300xを、パワーMOSFET200xへの大電流の供給を行う導通回路として利用すると共に、放熱板として利用している。更に、バスバー300xには、絶縁性の接着層410xを介して、ヒートシンク400xが配設され、更なる放熱性の向上を図っている。
In the
ところが、GCU10xにおいて、制御回路基板100xは、樹脂製の筐体500xにネジ170xによりネジ止め固定されており、バスバー300xに実装されたパワーMOSFET200xのドレイン端子210x、ソース端子220x、ゲート端子230xは、制御回路基板100xと接続されている。
However, in the
一般的に、ドレイン端子210x、ソース端子220x、ゲート端子230xには、銅又は銅を含む合金が使用され、そのTEC(線熱膨張係数)は、材質によって多少の差はあるが、16〜20ppm程度であり、制御回路基板に用いられるガラスエポキシ樹脂やポリアミド等からなる基板と銅との積層板のTECは20ppm以下で、銅と略同等である。
一方、筐体500xには、成形上の利便性等により、PPS(ポリフェニルサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性樹脂が用いられている。そのTECは、50〜60ppm程度であり、銅に比べて大きい。
In general, the
On the other hand, a thermoplastic resin such as PPS (polyphenyl sulfide), PBT (polybutylene terephthalate), or the like is used for the
このため、ドレイン端子210x、ソース端子220x、ゲート端子230xのTECと、筐体500xのTECとの差により、パワーMOSFET200xの冷熱により発生する各端子210x、220x、230xの伸縮と筐体500xの伸縮とに差が生じる。これにより各端子210x、220x、230xには、大きな冷熱ストレスが生じ、制御回路基板100xと各端子210x、220x、230xとの接続部においてハンダ付けした部位の剥離を招いたり、各端子210x、220x、230xそのものが金属疲労を起こして断線したりする等、GCU10xの信頼性を損なう虞がある。
Therefore, due to the difference between the TEC of the
そこで、本発明は上記実情に鑑み、特許文献1〜3にあるような従来技術では、解決できない新規な課題として、発熱性の半導体素子と該半導体素子を制御する制御回路部とを放熱性の向上を図るべく離隔した状態で載置して、導通線によって半導体素子と制御回路部とを接続した半導体装置において、該導電線への冷熱ストレスを解消し、優れた放熱性を具備すると共に、優れた耐久性を具備する半導体装置の提供を目的とするものである。
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has a new problem that cannot be solved by the conventional techniques such as those disclosed in
請求項1の発明では、少なくとも、発熱性の半導体素子と、該半導体素子をその表面に実装する金属製のバスバーと、上記半導体素子の作動を制御する集積回路を有する回路基板とを具備する半導体装置において、上記回路基板と上記バスバーの実装面とが略平行になるように配設し、上記半導体素子と上記回路基板とを接続する導通線の線熱膨張係数と、上記バスバーの線熱膨張係数と、上記回路基板の線膨張係数とを略同一とし、上記バスバーの実装面の複数箇所に、該実装面に対して略垂直方向に伸びる支持部を延設して、上記回路基板を該支持部によって支持固定する。
In the invention of
請求項1の発明によれば、上記半導体素子の発熱と冷却とが繰り返されても、上記支持部と上記導通線の線熱膨張係数が略同一であるので、上記支持部の軸方向の伸縮が常に一致し、上記導通線に対して上下方向の冷熱ストレスが生じ難い。又、上記バスバーの実装面と上記導通線と上記回路基板との線熱膨張係数が略同一であるので、上記バスバーの実装面に対して水平方向の伸縮も常に一致し、上記導通線に対して水平方向の冷熱ストレスも生じ難い。従って、回路基板と半導体素子とを階層構造に配設して、集積回路への半導体素子の発熱の影響を少なくして、動作安定性の向上を図った半導体装置の耐久性が更に向上する。 According to the first aspect of the present invention, even if heat generation and cooling of the semiconductor element are repeated, the linear thermal expansion coefficients of the support portion and the conducting wire are substantially the same, and therefore the axial expansion and contraction of the support portion. Are always consistent, and it is difficult for the thermal stress in the vertical direction to occur with respect to the conductive line. In addition, since the coefficient of linear thermal expansion of the mounting surface of the bus bar, the conductive wire, and the circuit board is substantially the same, the horizontal expansion and contraction with respect to the mounting surface of the bus bar always coincides with each other. Therefore, horizontal heat stress is also unlikely to occur. Therefore, the durability of the semiconductor device in which the circuit board and the semiconductor element are arranged in a hierarchical structure to reduce the influence of the heat generation of the semiconductor element on the integrated circuit and the operational stability is improved further improves.
請求項2の発明では、上記半導体素子と上記バスバーと上記回路基板とを内部に収納する絶縁性樹脂からなる筐体を具備し、上記回路基板を上記筐体の内周壁から離隔して保持する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a casing made of an insulating resin that accommodates the semiconductor element, the bus bar, and the circuit board therein, and the circuit board is held away from the inner peripheral wall of the casing. .
請求項2の発明によれば、上記半導体素子と上記回路基板とが上記筐体の熱収縮に伴う冷熱ストレスを全く受けることがないので、半導体装置の耐久性が更に向上する。
According to the invention of
具体的には、請求項3の発明の様に、上記バスバーは、銅、銅−亜鉛合金、銅−錫合金、銅−ニッケル合金、銅−亜鉛−ニッケル合金のいずれかの金属材料を用いて形成するのが望ましい。 Specifically, as in the invention of claim 3, the bus bar is made of any metal material of copper, copper-zinc alloy, copper-tin alloy, copper-nickel alloy, copper-zinc-nickel alloy. It is desirable to form.
請求項3の発明によれば、上記導通線と上記バスバーと上記回路基板との線熱膨張係数を略同一にできる。加えて、これらの金属材料は、熱伝導率も高く、放熱性に優れているので、上記半導体素子を速やかに冷却できる。更に、これらの金属材料は、抵抗値が低く、上記半導体素子への大電流の供給が容易である。従って、半導体装置の耐久性と安定性とが更に向上する。 According to invention of Claim 3, the linear thermal expansion coefficient of the said conducting wire, the said bus-bar, and the said circuit board can be made substantially the same. In addition, since these metal materials have high thermal conductivity and excellent heat dissipation, the semiconductor element can be quickly cooled. Further, these metal materials have a low resistance value and can easily supply a large current to the semiconductor element. Therefore, the durability and stability of the semiconductor device are further improved.
請求項4の発明では、複数の上記半導体素子を上記バスバーに実装し、上記バスバーと複数の上記半導体素子とを導通せしめる。 In a fourth aspect of the invention, the plurality of semiconductor elements are mounted on the bus bar, and the bus bar and the plurality of semiconductor elements are made conductive.
請求項4の発明によれば、複数の上記半導体素子へバスバーから共通の電位を供給できる。バスバーは、基板上での回路形成に比較して遙に抵抗値を低くできるので、上記半導体素子への大電流の供給が容易である。従って、半導体装置の耐久性と安定性とが更に向上する。又、複数の半導体素子を一つのバスバーに実装することにより効率的に放熱できるので、集積密度を上げ、半導体装置の更なる小型化を図ることもできる。 According to the invention of claim 4, a common potential can be supplied from the bus bar to the plurality of semiconductor elements. Since the bus bar can have a resistance value much lower than that of circuit formation on the substrate, it is easy to supply a large current to the semiconductor element. Therefore, the durability and stability of the semiconductor device are further improved. Further, since a plurality of semiconductor elements can be efficiently radiated by mounting them on one bus bar, the integration density can be increased and the semiconductor device can be further miniaturized.
請求項5の発明では、上記バスバーの実装面に対向する面側に、電気絶縁性の接着剤を介して、高熱伝導率を有する材料からなるヒートシンクを配設する。 In a fifth aspect of the present invention, a heat sink made of a material having a high thermal conductivity is disposed on the surface side facing the mounting surface of the bus bar via an electrically insulating adhesive.
請求項5の発明によれば、上記半導体素子から放出された熱が上記バスバーを介して上記ヒートシンクに放出され、上記半導体素子が速やかに冷却されるので、半導体装置の更なる耐久性の向上並びに動作の安定化を図ることができる。 According to the invention of claim 5, the heat released from the semiconductor element is released to the heat sink through the bus bar, and the semiconductor element is quickly cooled. The operation can be stabilized.
請求項6の発明では、内燃機関の気筒毎に設けられたグロープラグへの通電を上記半導体素子のスイッチングによって制御するグロープラグ制御装置に、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体装置を適用する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a glow plug control device for controlling energization to a glow plug provided for each cylinder of an internal combustion engine by switching the semiconductor element, and the semiconductor according to any one of the first to fifth aspects. Apply the device.
請求項6の発明によれば、半導体素子の導通線への冷熱ストレスが生じがたく、耐久性に優れたグロープラグ制御装置が実現できる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to realize a glow plug control device that is less susceptible to thermal stress on the conductive wire of the semiconductor element and has excellent durability.
図1を参照して本発明の第1の実施形態として半導体装置10について説明する。バスバー300は、例えば銅、銅とニッケルとの合金等の金属材料によって平板上に形成されている。その表面には、動作時のオン電流によって発熱する発熱性の半導体素子200が実装されている。
回路基板100は、ガラスエポキシ樹脂等の基板に半導体素子200を制御する集積回路150や抵抗、コンデンサ、コイル等の受動部品が実装され、入出力回路等が形成されている。
バスバー300の外周縁の複数箇所が支持部310、320として実装面に対して略垂直方向に伸びる略柱状に延設されている。バスバー300の実装面と回路基板100とは、略並行に配設されており、支持部310、320によって、回路基板100がバスバー300と階層状態となるように支持固定されている。
半導体素子200は、回路基板100に形成された回路と導通線210によって導通状態となっている。
A
The
A plurality of locations on the outer peripheral edge of the
The
バスバー300、支持部310、320及び導通線210に用いられている銅及び銅合金のTECは、16〜20ppm程度であり、回路基板100に用いられるガラスエポキシ樹脂のTECは20ppm以下である。
従って、半導体素子200の発熱と冷却とが繰り返されても、支持部310、320と導通線210のTECが略同一であるので、支持部310、320の軸方向の伸縮が常に一致し、導通線210に対して上下方向の冷熱ストレスが生じ難い。
又、バスバー300の実装面と導通線210と回路基板との線熱膨張係数が略同一であるので、バスバー300の実装面に対して水平方向の伸縮も常に一致し、導通線210に対して水平方向の冷熱ストレスも生じ難い。
従って、回路基板100と半導体素子200とを階層構造に配設して、集積回路150への半導体素子200の発熱の影響を少なくして、動作安定性の向上を図った半導体装置10の耐久性が向上する。
The TEC of copper and copper alloy used for the
Therefore, even if heat generation and cooling of the
Further, since the linear thermal expansion coefficients of the mounting surface of the
Therefore, the durability of the
バスバー300と支持部310、320とは、銅、銅と亜鉛との合金、銅と錫との合金、銅とニッケルとの合金、銅と亜鉛とニッケルとの合金のいずれかの金属材料を用いて形成するのが好ましい。
回路基板100は、ガラスエポキシ樹脂と銅とを積層したものやポリアミドと銅とを積層したものなどを用いるのが望ましい。
特に、半導体素子200として、パワーMOSFET(金属酸化膜型電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、BSIT(バイポーラモード静電誘導トランジスタ)等の大電流を制御するパワーデバイスを用いた場合に、本発明の効果が大きい。
又、本実施形態においては、バスバー300の実装面と支持部310、320とが一体的に形成された例を示したが、必ずしも両者は一体である必要はなく、バスバー300と導通線210と複数の支持部310、320とが略同一の線熱膨張係数を有する材料を用いて形成されていれば、支持部310、320がバスバー300と別部材で形成されていても本発明の効果を発揮できる。
The
As the
In particular, when a power device that controls a large current, such as a power MOSFET (metal oxide field effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), or BSIT (bipolar mode electrostatic induction transistor), is used as the
Further, in the present embodiment, an example in which the mounting surface of the
図2を参照して、本発明の第2の実施形態における半導体装置としてGCU10(グロープラグ制御ユニット)について詳述する。
図2は、GCU10の要部の構成概要を示す分解斜視図である。
回路基板100には、後述する回路が形成され、集積回路150、シャント抵抗140等が実装されている。
電源コネクタ部110には、電源端子111がインサート成形され、出力コネクタ部120には、出力端子121がインサート成形され、入力コネクタ部130には、入力端子131がインサート成形されている。
回路基板100には、電源端子挿入孔112、出力端子挿入孔122、入力端子挿入孔132が穿設されている。
電源端子111、出力端子121、入力端子131は、それぞれ電源端子挿入孔112、出力端子挿入孔122、入力端子挿入孔132に挿入され、回路基板100に形成された回路にハンダ付け等により導通接続されている。
With reference to FIG. 2, a GCU 10 (glow plug control unit) will be described in detail as a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration outline of a main part of the
A circuit described later is formed on the
A
The
The
平板状のバスバー300の表面には、半導体素子としてパワーMOSFET200が、複数個実装され、ハンダ箔240によって固着され、バスバー300とパワーMOSFET200の下面に放熱板を兼ねて設けられている下面ドレイン端子211と導通している。尚、本実施形態においては、パワーMOSFET200が4個載置された例を示したが、搭載する半導体素子の数を限定するものではなく適宜変更可能である。
パワーMOSFET200と回路基板100とを接続する導通線として、ドレイン端子210、ソース端子220、ゲート端子230が、パワーMOSFET200から垂直方向に伸びて、回路基板100に穿設されたドレイン端子挿入孔211、ソース端子挿入孔221、ゲート端子挿入孔231に挿入され、回路基板100の表面に形成された回路と接続されている。パワーMOSFET200は、ネジ250を用いてバスバー300にネジ止めしても良い。
A plurality of
A
バスバー300の角部の3箇所にバスバー300の実装面に対して略垂直方向に板状に伸びる支持部310、320、330が形成されている。
回路基板100には、支持部挿入孔321、331が穿設されており、支持部310は、電源端子挿入孔112に電源端子111と共に挿入され、支持部320、330は支持部挿入孔321、331に挿入され、回路基板100をバスバー300の実装面に対して略行の階層状態となるように支持固定している。
従って、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、導通線として回路基板100とパワーMOSFET200とを導通接続するドレイン端子210、ソース端子220、ゲート端子230に働く冷熱ストレスを緩和することができる。
The
Therefore, also in the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the thermal stress acting on the
更に、バスバー300の角部の3箇所に設けられた支持部310、320、330のて3箇所で支持することにより、回路基板100に反りなどがあっても、回路基板100を安定して支持固定できる。
又、3点支持とすることにより、回路基板100とバスバー300とのそれぞれの角部の内一箇所が拘束されていないので、回路基板100、バスバー300とも、熱収縮による歪を逃がすことができ、ドレイン端子210、ソース端子220、ゲート端子230に働く冷熱ストレスを更に緩和することができる。。
Further, by supporting the
In addition, by supporting three points, one of the corners of the
加えて、支持部310の形成されている外周辺と支持部320、330の形成されている外周辺とは、互いに直交している。この為、支持部310と支持部320、330とが互いに剛性を補強し相い、振動等の外力に対する支持剛性が高められている。従って、GCU10の耐久性が更に向上している。
In addition, the outer periphery where the
支持部310は、電源端子111と電気的に接続状態となっており、複数のパワーMOSFET200に共通の電源電位を供給可能となっている。
The
バスバー300の実装面と対向する下面側には、熱伝導性が良く電気絶縁性の接着剤410を介してヒートシンク400が接着されている。ヒートシンク400は、アルミニウム等の高い熱伝導率を有した金属材料等を用いて形成され、パワーMOSFET200からの放熱性を向上させている。
A
バスバー300は、回路基板100上での回路形成に比較して遙に抵抗値を低くできるので、パワーMOSFET200への大電流の供給が容易である。
又、電源入力回路をバスバー300によって形成することによって、回路基板100に電源入力回路を形成する必要がないので出力用回路の占有面積を多く取る事ができ、大電流を流しやすくなる。従って、GCU10の耐久性と安定性との更なる向上が期待できる。更に、複数のパワーMOSFET200を一つのバスバー300に実装することにより、効率的に放熱できるので、集積密度を上げ、GCU10の小型化を図ることも期待できる。
Since the
In addition, since the power input circuit is formed by the
図3は、GCU10の組付け状態での詳細を示し、(a)は、平面模式図、(b)は断面図である。尚、本図に示した回路基板100の回路パターンは模式的なもので、実際の回路を限定するものではない。
パワーMOSFET200を実装したバスバー300と集積回路150を含む回路基板100とは、絶縁性樹脂からなる筐体500に収納されている。又、筐体500の下端部において、ヒートシンク400に固定してある。
回路基板100の外周縁と筐体500の内周壁との間には間隙が設けられており、回路基板100は筐体500の熱収縮の影響を受けない。
3 shows details of the assembled state of the
The
A gap is provided between the outer peripheral edge of the
電源端子111とバスバー300の支持部310とは、回路基板100の電源端子挿入孔112に挿入され、回路基板100の表面に形成された電極パターン113と接続されている。
出力端子121は、回路基板100の出力端子122に挿入され、回路基板100の表面に形成された回路パターン123の一端に接続けされ、回路パターン123の他端には、所定の抵抗値を有するシャント抵抗140の一端が接続されている
更にシャント抵抗140の他端は、パワーMOSFET200のソース端子220と回路パターン222を介して接続されている。
シャント抵抗140の上流側には回路141が形成され、下流側には回路142が形成され、それぞれ集積回路150の入出力端子151の内、所定の位置に接続され、シャント抵抗140の電圧降下を測定して、ソース端子220から出力される電流値が測定可能となっている。
The
The
A
パワーMOSFET200のドレイン端子210は、下面ドレイン端子211とパワーMOSFET200の内部で接続されている。
ドレイン端子210は、回路基板100に穿設されたドレイン端子挿入孔211に挿入され、更に回路基板100の表面に形成された回路パターン212の一端に接続され、回路パターン212の他端は集積回路150の入出力端子151の内、所定の端子に接続され、ドレイン端子210に供給される電源電圧を測定可能となっている。
入力端子131は、回路基板100に穿設された入力端子挿入孔132に挿入され、回路パターン133の一端に接続され、回路パターン133の他端は集積回路150の入出力端子151の内、所定の端子に接続され、外部に設けられた図略のECUからの信号を集積回路150に入力している。
The
The
The
本発明の第2の実施形態におけるGCU10を用いたグロープラグ通電制御装置1を図4に等価回路で示す。
図略の内燃機関は、複数の気筒によって構成されており、気筒毎にグロープラグ70が設けられている。電源90からグロープラグ70への通電をパワーMOSFET200のスイッチングによって制御している。尚、気筒の数は、適宜変更可能であるので図中にはnで示してある。
パワーMOSFET200は、ECU80からの通電指令に従って集積回路150によってオンオフ制御されている。
グロープラグ70への通電は、内燃機関の燃焼状況に応じて、集積回路150によってPWM(パルス幅変調)制御がなされている。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the glow plug
The internal combustion engine (not shown) includes a plurality of cylinders, and a
The
The energization of the
図5を参照して、本発明の効果を説明する。本図(a)は、実施例1として、本発明の第2の実施形態におけるGCU10の断面図、本図(b)は、比較例1として、従来構造のGCU10xの断面図である。
本図(a)に示すように、パワーMOSFET200の発熱と冷却とが繰り返されても、支持部310、320、330と導通線210、220、230のTECが略同一であるので、支持部310、320、330の軸方向の伸縮が常に一致し、導通線210、220、230に対して上下方向の冷熱ストレスが生じ難い。
又、バスバー300の実装面と導通線210、220、230と回路基板100とのTECが略同一であるので、バスバー300の実装面に対して水平方向の伸縮も常に一致し、導通線210、220、230に対して水平方向の冷熱ストレスも生じ難い。
更に、回路基板100とパワーMOSFET200とは、筐体500及び筐体蓋510から離隔しているので、筐体500及び筐体蓋510の熱収縮に伴う冷熱ストレスを全く受けることがない。
従って、回路基板100とパワーMOSFET200とを階層構造に配設して、集積回路150へのパワーMOSFET200の発熱の影響を少なくして、動作安定性の向上を図ったGCU10の耐久性の向上が期待できる。
The effect of the present invention will be described with reference to FIG. This figure (a) is sectional drawing of GCU10 in the 2nd Embodiment of this invention as Example 1, and this figure (b) is sectional drawing of GCU10x of the conventional structure as Comparative Example 1. FIG.
As shown in FIG. 5A, even if heat generation and cooling of the
Further, since the TEC of the mounting surface of the
Furthermore, since the
Accordingly, the
一方、本図(b)に示すように、従来構造のGCU10xでは、回路基板100xが筐体500xにネジ170xによって固定されている。
従って、筐体500x及び筐体蓋510xのTECと回路基板100xとのTECとの差が大きいので、筐体500x及び筐体蓋510xの熱収縮によって回路基板100xが引っ張られ、導通線210x、220x、230xに大きな冷熱ストレスが働き、導通線210x、220x、230xの破断や、ハンダ部の剥離を招く虞があった。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the
Accordingly, since the difference between the TEC of the
図6(a)、(b)、(c)、(d)に、本発明の要部であるバスバーの形状例を示す。上記実施形態においては、バスバー300の支持部310、320、330を角部に設けた例を示したが、(a)に示すバスバー300aのように支持部310a、320a、330aの位置は適宜変更可能である。又、(b)に示すバスバー300bのように、支持部310b、320bを断面略L字形の屈曲形状に形成して支持剛性を高めても良い。更に、上記実施形態では、バスバー300は矩形に設けた例を示したが、(c)に示すバスバー300cのように、使用形態に応じて異形に設けても良い。又、上記実施形態では、支持部310、320、330は、バスバー300の外周縁の複数箇所を外側に向かって伸びる帯状に延設して、これを垂直に引き起こして形成したが、(d)に示すバスバー300dのように、平板状のバスバー300dの支持部310d、320d、330dをプレス加工等により垂直方向に有低円柱状に突設するように圧延しても良い。
又、バスバー300と回路基板100との接続は、上記実施形態では、回路基板100に穿設した挿入孔112、321、331に支持部310、320、330の先端を挿入したが、支持部310、320、330の先端に屈曲部を設けて、該屈曲部にネジ孔を設けて、回路基板100をネジ止めする構造としても良い。
FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D show examples of the shape of the bus bar, which is the main part of the present invention. In the above embodiment, the example in which the
In the above embodiment, the
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、半導体装置の用途、機能に応じて、使用する半導体素子、集積回路の機能、形状等は適宜変更可能であり、例えば、半導体素子のスイッチング機能を利用して、燃料噴射制御、点火制御、モータ制御、油圧制御、電力分配制御等の様々な制御を行う半導体装置への適用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the semiconductor element to be used, the function, shape, etc. of the integrated circuit can be appropriately changed according to the use and function of the semiconductor device without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention can be applied to a semiconductor device that performs various controls such as fuel injection control, ignition control, motor control, hydraulic pressure control, and power distribution control using a switching function of a semiconductor element.
10 半導体装置
100 回路基板
150 集積回路
200 半導体素子
210 導通線
300 バスバー
310、320支持部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記回路基板と上記バスバーの実装面とが略平行になるように配設し、
上記半導体素子と上記回路基板とを接続する導通線の線熱膨張係数と、上記バスバーの線熱膨張係数と、上記回路基板の線膨張係数とを略同一とし、
上記バスバーの実装面の複数箇所に、該実装面に対して略垂直方向に伸びる支持部を延設して、上記回路基板を該支持部によって支持固定することを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device comprising at least a heat-generating semiconductor element, a metal bus bar for mounting the semiconductor element on a surface thereof, and a circuit board having an integrated circuit for controlling the operation of the semiconductor element,
Arranged so that the circuit board and the mounting surface of the bus bar are substantially parallel,
The linear thermal expansion coefficient of the conducting wire connecting the semiconductor element and the circuit board, the linear thermal expansion coefficient of the bus bar, and the linear expansion coefficient of the circuit board are substantially the same,
A semiconductor device comprising: a plurality of support portions extending in a direction substantially perpendicular to the mounting surface at a plurality of locations on the mounting surface of the bus bar, and the circuit board being supported and fixed by the supporting portion.
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