JP2010073704A - 半導体回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電流が流れる回路を備えた半導体回路装置において、配線回路からの発熱を抑え、高電流化と高信頼化が可能な半導体回路装置を提供することである。
【解決手段】金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部が互いに略平行に近接配置されているものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の周波数を有する交番電流を制御する半導体回路装置に関するものであり、特に、高周波電流が流れる回路の通電抵抗が低い半導体回路装置に関するものである。

高周波電流が流れる回路を有する半導体回路装置としては、例えば、電源電圧を昇圧あるいは降圧したりする半導体回路装置、または、直流を交流に変換したりあるいは交流を直流に変換する半導体回路装置が挙げられる。これらの半導体回路装置では、その回路にスイッチング素子による半導体スイッチが設けられており、半導体スイッチのオンオフ動作が繰り返されている。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータのような昇圧回路は、スイッチング素子を有するインバータ回路で直流を比較的高い周波数の交番電流とした後、トランスを介して電圧を昇圧し、さらにスイッチング素子による整流回路を通して直流に変換している。
このような半導体回路装置において、高周波電流が流れる回路の導体は、表皮効果により、その表皮近傍しか電流が流れない。このことは、導体の電気抵抗を大きくし、導体での発熱を増大させることとなるので、半導体回路装置の損失が大きくなり、その効率を大きく損ねることとなる。

このような問題を解決する、高周波電流が流れる配線導体を備えたプリント配線板として、絶縁基板の表面に形成された配線導体本体の表面に、この配線導体本体に流れる高周波電流の方向に沿って追加の導体を、接触させて形成したプリント配線板が開示されている。このプリント配線板は、配線導体を配線導体本体と追加の導体とで形成することにより、配線導体の表面積を増大させて、高周波電流に対する電気抵抗を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

また、上記のスイッチング素子を備えた半導体回路装置では、電力が大きくなるにしたがって配線部の発熱が増大するので、この熱を効率的に放散させて、配線部を冷却する必要がある。そのため、配線基板には、図１２の部分断面模式図に示すような、アルミニウムあるいは銅等といった伝熱性の良い金属基体７７の上に樹脂あるいはセラミックスからなる絶縁層７８を形成し、その上に電流が流れる配線導体７０を形成した絶縁基板７０１が用いられる。

特開２０００−１２４５６１号公報（第３頁、第１図）

絶縁基板の表面に形成された配線導体本体の表面に、配線導体本体に流れる高周波電流の方向に沿って追加の導体を、接触させて形成したプリント配線板では、配線導体の表面積は増加するが、その増加分は追加の導体の両側面部のみであり、配線導体の表面積の増加効果が乏しく、高周波電流を流した時の通電抵抗がなお大きく、プリント配線板の配線部の発熱を抑制することができず、半導体回路装置の高電流化、高効率化ができないとの問題があった。

また、図１２に示すような、金属基体７７を備えた冷却性に優れた絶縁基板７０１では、金属基体７７と配線導体７０とが絶縁層７８を介して対向している。そして、配線導体７０に高周波電流を流すと配線導体７０の表皮近傍にのみ電流が流れるが、配線導体７０の金属基体７７と対向する面に生じる表皮近傍通電路（底面表皮近傍通電路と記す）７０ｎに流れる電流により、金属基体７７に生じる渦電流発生部７８に、渦電流が流れ、この渦電流により発熱が生じるとの問題があった。
それと、配線導体７０の表皮近傍に流れる電流は、配線導体７０と金属基体７７との間の近接効果により、底面表皮近傍通電路７０ｎに偏って流れるため、通電抵抗が大きくなり、配線部での発熱が増大するとの問題もあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、スイッチング素子により発生させた交番電流が流れる回路を有する半導体回路装置等、高周波電流が流れる回路を備えた半導体回路装置において、配線回路からの発熱を抑え、高電流化と高信頼化が可能な半導体回路装置を提供することである。

本発明に係わる第１の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されているものである。

また、本発明に係わる第２の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられた高周波電流が通電される配線導体と、配線導体の通電方向と平行な面に、近接して略平行に並んで設けられた導電部材とで形成される回路基板を備えたものである。

本発明に係わる第１の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されているものであり、高周波電流が流れる出力側配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さいので、回路基板からの発熱が抑制でき、大電流化と高信頼化が実現できる。

また、本発明に係わる第２の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられた高周波電流が通電される配線導体と、配線導体の通電方向と平行な面に、近接して略平行に並んで設けられた導電部材とで形成される回路基板を備えたものであり、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さいので、回路基板からの発熱が抑制でき、大電流化と高信頼化が実現できる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の回路図である。
図１において、本実施の形態の半導体回路装置１００の回路は、図中の点線部であり、電源３から供給される直流電力をスイッチング素子１の駆動により、交流に変換して出力端子１ａに出力する回路である。
スイッチング素子１は、図示していない制御部から、ゲート端子１ｂに駆動するための電圧もしくは電流が印加された場合にスイッチがオンとなり、電流を流す。また、電源３と並列にあるコンデンサ４はスイッチング素子１との間のインダクタンスを、電源３からのインダクタンスに比べて非常に小さくしており、スイッチング素子１がオンになった場合の電流を瞬時に供給できるために設けられている。
半導体回路装置１００と電源３とはハーネス５で接続されており、例えば、ハーネス５は半導体回路装置１００側に設けられた端子台６に固定される。また、端子台６からコンデンサ４およびスイッチング素子１までの間、あるいは、スイッチング素子１同士は、半導体回路装置１００内に設けられたバスバーや回路基板上の配線で、電気的に繋がっている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置におけるスイッチング素子を搭載した回路基板の一実施例を示す斜視模式図である。
図２に示すように、本実施の形態の半導体回路装置１００における回路基板１０１は、金属基体７と、この金属基体７の表面に設けられた樹脂からなる絶縁層８と、この絶縁層８における金属基体７との接合面に対向する面（絶縁層の表面と記す）に設けられた配線導体１０とで形成されている。
また、配線導体１０は、直流をスイッチング素子１に供給する入力側配線導体１２と、スイッチング素子１からの交流が出力される出力側配線導体１３と、制御部からの信号をスイッチング素子１のゲート端子１ｂに通電する制御側配線導体１４とを備えている。そして、出力側配線導体１３はコの字型の形状であり、隣り合う出力側配線導体１３の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されている。
また、回路基板１０１の所定の位置には、スイッチング素子１が、例えばはんだ付け等の接合方法により、搭載されている。
スイッチング素子１はモールド樹脂でパッケージングされており、モールド樹脂パッケージの側面から突出したリード端子１１が対応する配線導体と接合している。図示していないが、モールド樹脂パッケージ裏面に設けられた電極と対応する配線導体との接合であっても良い。

図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の効果を説明するために用いられたモデル回路基板の断面模式図である。このモデル回路基板の断面は、配線導体の通電方向に対して垂直な断面である。
図３に示すように、モデル回路基板１０２は、金属基体７と、その表面に設けられた樹脂絶縁層８と、絶縁層８の表面に設けられた幅と厚さとがともに１０ｍｍである、第１の配線導体１０ａと第２の配線導体１０ｂと、第１の配線導体１０ａの壁面と第２の配線導体１０ｂの壁面との間隙に充填された絶縁部材１５とを備えている。このモデル回路基板１０２では、第１の配線導体１０ａと第２の配線導体１０ｂとに位相の異なる交流を、各配線導体の断面に対する垂直方向に通電できる。

図３に示すモデル回路基板１０２において、絶縁部材１５を介して接する第１の配線導体１０ａの壁面と第２の配線導体１０ｂの壁面との距離（配線導体間距離と記す）Ｄを変えて、配線導体に６０ｋＨｚの位相の異なる交流を流した場合の配線導体の通電抵抗を求め、図４に示した。図４のグラフにおいて、横軸は配線導体間距離Ｄであり、縦軸は通電抵抗である。図４に示すように、配線導体間距離Ｄが特定の値Ｘより小さくなると、配線導体間距離Ｄの減少とともに、通電抵抗が低下することを見出した。
これは、対向した配線導体に位相の異なる交流を流した場合、配線導体同士が対向する面に生じる表皮近傍通電路１０ｍの面積が増加し、近接効果によって電流を多く流せるようになるためである。
図３に示したモデル回路基板１０２では、第１の配線導体１０ａの壁面と第２の配線導体１０ｂの壁面との間隙に絶縁部材１５が充填されている。図示していないが、所定の動作電圧に基づく必要な沿面距離と絶縁距離とが確保できれば、絶縁部材１５を設けることなく、配線部材同士を近接させることで、通電抵抗を低下させることができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。ここで示した回路基板の断面は、出力側配線導体部における通電方向に対して垂直な断面である。
図５に示すように、本実施の形態の回路基板１０１では、金属基体７に設けられた絶縁層８の表面に、通電方向に対して垂直な断面がコの字形状の、第１の出力側配線導体１３ａと第２の出力側配線導体１３ｂと第３の出力側配線導体１３ｃとが、並列に設けられている。
そして、第１の出力側配線導体１３ａの一方側の側壁部（第１の一方側側壁部と記す）１３ａｂと、これに隣り合う第２の出力側配線導体１３ｂの一方側の側壁部（第２の一方側側壁部と記す）１３ｂａとが、略平行に近接しており、第３の出力側配線導体１３ｃの一方側の側壁部（第３の一方側側壁部と記す）１３ｃｂと、これに隣り合う第２の出力側配線導体１３ｂの他方側の側壁部（第２の他方側側壁部と記す）１３ｂｃとが、略平行に近接している。

本実施の形態の半導体回路装置１００は、回路基板１０１が、このような構造であるので、第１の出力側配線導体１３ａと第２の出力側配線導体１３ｂと第３の出力側配線導体１３ｃとに、位相の異なる高周波電流が流れると、第１の一方側側壁部１３ａｂと、第２の一方側の側壁部１３ｂａと、第２の他方側の側壁部１３ｂｃと、第３の一方側側壁部１３ｃｂとでは、配線導体同士の近接効果により、他の出力側配線導体と対向する面側に生じる表皮近傍通電路（側面表皮近傍通電路と記す）１３ｍの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
また、本実施の形態の半導体回路装置１００の回路基板１０１は、第１の出力側配線導体１３ａの底部（第１の底部と記す）１３ａｄと第２の出力側配線導体１３ｂの底部（第２の底部と記す）１３ｂｄと第３の出力側配線導体１３ｃの底部（第３の底部と記す）１３ｃｄとが、金属基体７と絶縁層８を介して対向しているので、近接効果により、金属基体７と対向する面側に表皮近傍通電路（底面表皮近傍通電路と記す）１３ｎを生じる。しかし、各出力側配線導体の側壁部１３ａｂ、１３ｂａ、１３ｂｃ、１３ｃｂにおける側面表皮近傍通電路１３ｍの面積が増加し、この部分に多く電流が流れるので、底面表皮近傍通電路１３ｎに流れる電流が低減され、この電流によって金属基体７の渦電流発生部１３ｆに生じる渦電流を少なくできる。

本実施の形態の半導体回路装置１００は、高周波電流が流れる出力側配線導体１３の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体７に生じる渦電流が小さく、回路基板１０１からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態の半導体回路装置１００では、隣り合う出力側配線導体間は空隙となっているが、図６に示す回路基板１０１ａのように、隣り合う出力側配線導体間に絶縁部材１６を設けても良い。図６では出力側配線導体の側壁の頂部も絶縁部材１６覆っており、隣り合う出力側配線導体間の距離が近くても、十分な沿面絶縁距離を保持できる。しかし、半導体回路装置１００の電圧が特に高くなければ、絶縁部材１６が出力側配線導体の側壁の頂部を覆っていなくても良い。
また、隣り合う出力側配線導体間に絶縁部材を充填すると、隣り合う出力側配線導体間への異物の進入を防止でき、出力側配線導同士を近づけた場合の絶縁信頼性が向上する。
また、出力側配線導体の断面形状が矩形状であっても、側壁を近接して隣り合うように配置すれば同様の効果を奏するが、本実施の形態の半導体回路装置１００では、出力側配線導体１３の断面形状がコの字形状であるので、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除されており、回路基板の軽量化も図ることができる。
本実施の形態では、絶縁層８に樹脂を用いたが、これに限定されずセラミックスであっても良い。

本実施の形態の半導体回路装置では、スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴを用いた場合に、効果が顕著である。ＭＯＳＦＥＴは、高周波動作が可能な素子であるが、高周波動作させると渦電流損失が大きくなり、本来の機能を発揮させることができない。しかし、本実施の形態にあるように、渦電流を低減できる構造であれば、ＭＯＳＦＥＴの高周波低損失の機能を十分に引き出した、効率の高い半導体回路装置を実現できる。
また、本実施の形態の半導体回路装置は、周波数が数十ｋＨｚを超えるような周波数領域の高周波電流に対して効果が大きいので、スイッチング素子に、従来のＳｉ素子より高周波動作が可能なＳｉＣ素子を用いた場合に、特に優れた効果を有する。すなわち、ＳｉＣを用いた高周波動作の半導体回路装置では、配線導体が設けられた回路部分で渦電流損失が大きくなるが、本実施の形態の半導体回路装置では、この渦電流損失を低減できるので、ＳｉＣ素子の高周波低損失の機能を十分に引き出した、効率の高い半導体回路装置が実現できる。
また、本実施の形態の半導体回路装置が有する効果は、図１に示す回路のものに限定されるものではなく、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等、スイッチング素子によって周波数が高い交番電流を扱う回路を有するものであれば良い。
また、他の実施の形態の半導体回路装置において、スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ素子を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。
図７に示すように、本実施の形態の半導体回路装置に用いられる回路基板２０１は、実施の形態１の各出力配線導体１３と絶縁部材１６とが、金属基体７と金属基体７の表面に設けられた絶縁層８と絶縁層８の表面に設けられた金属パターン２０ａ、２０ｂ、２０ｃとからなる配線基板２０に設けられている以外、実施の形態１の半導体回路装置と同様である。各出力配線導体１３は対応する金属パターン２０ａ、２０ｂ、２０ｃにはんだ付、接着などの方法で接合されている。
本実施の形態においても、隣り合う出力側配線導体間が空隙であっても良い。
本実施の形態の半導体回路装置は、実施の形態１の半導体回路装置と同様な効果を有するとともに、回路基板の製造コストが安価になる。本実施の形態において、絶縁層８に用いられる部材としては、樹脂やセラミックスが挙げられる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図８に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板３０１は、金属基体７と、その表面に設けられた絶縁層８と、絶縁層８の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に対して垂直な断面がＬ字型である第１のＬ字型配線導体３０ａおよび第２のＬ字型配線導体３０ｂと、第１のＬ字型配線導体３０ａの側壁部３０ａｂと第２のＬ字型配線導体３０ｂの側壁部３０ｂａとの間隙に充填された絶縁部材３６とを備えている。そして、第１のＬ字型配線導体３０ａと第２のＬ字型配線導体３０ｂとに、位相が異なる高周波電流を通電できる。

本実施の形態では、第１のＬ字型配線導体３０ａの側壁部３０ａｂと第２のＬ字型配線導体３０ｂの側壁部３０ｂａとが、絶縁部材３６を介して接して設けられているので、近接効果により、側壁部３０ａｂと側壁部３０ｂａとの、他のＬ字型配線導体と対向する各面側に生じる側面表皮近傍通電路３０ｍの面積が増加し、配線導体の通電抵抗が低下する。
また、側面表皮近傍通電路３０ｍに流れる電流が増加するので、第１のＬ字型配線導体３０ａの底部３０ａｄと第２のＬ字型配線導体３０ｂの底部３０ｂｄとの、金属基体７と対向する各面に生じる底面表皮近傍通電路３０ｎの面積が小さくなり、各Ｌ字型配線導体の底部３０ａｄ、３０ｂｄとに流れる電流が小さくなる。このことにより、金属基体７の渦電流発生部３０ｆに発生する渦電流も小さくなる。

本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
また、本実施の形態では、配線導体が、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除された形状であるので、回路基板の軽量化を図ることができる。
本実施の形態では、配線導体の断面をＬ字型にしたが、他の配線導体と隣接できる側壁部を有し、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除された断面形状であれば、断面がＬ字型の配線導体に限定されない。例えば、断面が中空状の配線導体等であっても良い。

また、本実施の形態における回路基板３０１では、第１のＬ字型配線導体３０ａの側壁部３０ａｂと第２のＬ字型配線導体３０ｂの側壁部３０ｂａとの間隙に絶縁部材３６が充填されているが、絶縁部材３６を用いずに、第１のＬ字型配線導体３０ａの側壁部３０ａｂと第２のＬ字型配線導体３０ｂの側壁部３０ｂａとの間が空隙であっても良い。
また、第２のＬ字型配線導体を、配線回路から独立させて、高周波電流が流れない導電部材としても良い。
本実施の形態では、配線導体は、絶縁層の表面に設けられているが、金属基体と金属基体の表面に設けられた絶縁層と絶縁層の表面に設けられた金属パターンとからなる配線基板における金属パターンの上にはんだ付などの方法で接合されていても良い。この場合、絶縁層の材質としては、樹脂やセラミックスが挙げられ、回路基板の製造コストが安価になる。このような構成はこの後に記す実施の形態４から実施の形態６の半導体回路装置にも適用でき、同様な効果が得られる。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図９に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板４０１は、金属基体７と、その表面に設けられた絶縁層８と、絶縁層８の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に対して垂直な断面が矩形状である配線導体４０と、配線導体４０の絶縁層８に接合した面に対向する面（配線導体の上面と記す）に絶縁部材４６を介して設けられた導電部材４７を備えている。この導電部材４７は配線回路として用いられ、配線導体４０と位相の異なる高周波電流を流すことができる。
配線導体部は、配線導体４０を絶縁層８に接合し搭載した後、配線導体４０に、絶縁部材４６を介して導電部材４７を接合して形成する。あるいは、あらかじめ絶縁部材４６を介して導電部材４７が設けられた配線導体４０を、絶縁層８に接合し搭載して形成する。
本実施の形態では、配線導体４０の上面が導電部材４７と近接しているので、配線導体４０の上面に生じる上面表皮近傍通電路４０ｋの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
また、導電部材４７の底面に生じる底面表皮近傍通電路４７ｎの面積も増加し、導電部材４７の通電抵抗も低下する。

また、配線導体４０の絶縁層８との接合面（配線導体の底面と記す）は金属基体７に近接しているので、この部分に底面表皮近傍通電路４０ｎが発生する。しかし、近接効果により、上面表皮近傍通電路４０ｋに流れる電流が大きいので、底面表皮近傍通電路４０ｎに流れる電流が小さくなり、金属基体７の渦電流発生部４０ｆに発生する渦電流も小さくなる。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態では、導電部材４７に配線導体４０と位相の異なる高周波電流を流せる構造となっており、導電部材４７は配線導体となっているが、導電部材４７が配線回路から独立していても良い。導電部材４７が配線回路である時より効果は小さいが、この場合でも、近接効果により上面表皮近傍通電路４０ｋの面積が増加し、通電抵抗が低下する。

実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図１０に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板５０１は、金属基体７と、その表面に設けられた絶縁層８と、絶縁層８の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に垂直な断面が矩形状である配線導体５０と、配線導体５０の側面および上面を覆って設けられた絶縁部材５６と、この絶縁部材５６の表面に設けられた導電部材５７とを備えている。この導電部材５７は配線回路として用いられ、配線導体５０と位相の異なる高周波電流を流すことができる。
本実施の形態では、配線導体５０の上面および両側面が導電部材５７と近接しているので、配線導体５０の、上面に生じる上面表皮近傍通電路５０ｋの面積と、両側面に生じる側面表皮近傍通電路５０ｍの面積が増加し、配線導体５０の通電抵抗が低下する。
また、導電部材５７の内面に生じる内面表皮近傍通電路５０ｉの面積も増加し、導電部材５７の通電抵抗も低下する。

また、配線導体５０の底面は金属基体７に近接しているので、この部分に底面表皮近傍通電路５０ｎが発生する。しかし、近接効果により、上面および側面表皮近傍通電路５０ｋ、５０ｍに流れる電流が大きいので、底面表皮近傍通電路５０ｎに流れる電流が小さくなり、金属基体７の渦電流発生部５０ｆに発生する渦電流も小さくなる。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態では、導電部材５７に配線導体５０と位相の異なる高周波電流を流せる構造となっており、導電部材５７は配線導体となっているが、導電部材５７が配線回路から独立していても良い。導電部材５７が配線回路である時より効果は小さいが、この場合でも、近接効果により上面および側面表皮近傍通電路５０ｋ、５０ｍの面積が増加し、通電抵抗が低下する。

実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図１１に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板６０１は、金属基体７と、その表面に設けられた絶縁層８と、絶縁層８の表面に設けられた複数の薄板状の配線導体６０と、薄板状の配線導体６０間に設けられた絶縁部材６６とを備えている。
本実施の形態では、第１の薄板状の配線導体６０ａの平面部と第２の薄板状の配線導体６０ｂの平面部との間、および、第２の薄板状の配線導体６０ｂの平面部と第３の薄板状の配線導体６０ｃの平面部との間に絶縁部材６６が設けられている。各薄板状の配線導体６０ａ、６０ｂ、６０ｃには、位相の異なる高周波電流を流すことができる。
本実施の形態では、各薄板状の配線導体６０ａ、６０ｂ、６０ｃの絶縁層８を介して金属基体７と対向する部分（配線導体の底面部と記す）の幅Ｗに比べて、その高さＨが十分に大きいので、近接効果により、各薄板状の配線導体の平面部における、隣り合わせの薄板状の配線導体と対向する面に生じる表皮近傍通電路の面積が、特に大きくなり、通電抵抗を低減させる効果が高い。
また、各薄板状の配線導体６０ａ、６０ｂ、６０ｃの底面部の幅Ｗが小さいので、金属基体７に発生する渦電流も小さい。

本実施の形態では、第１から第３の３本の配線導体と２枚の絶縁部材６６を備えているが、第１の薄板状の配線導体６０ａと第２の薄板状の配線導体６０ｂと、これら薄板状の配線導体との間に設けた絶縁部材６６との構成でも良い。
また、本実施の形態では、位相の異なる高周波電流を流す第１から第３の３本の配線導体を備えているが、そのいずれかを、配線回路から独立させて、高周波電流が流れない導電部材としても良い。
薄板状の配線導体６０と絶縁部材６６とのサンドイッチ構造体は、板状あるいは箔状の配線導体と絶縁部材とを積層して、加圧プレスで一体化したり、各層を接着したりして製造する。また、板状あるいは箔状の配線導体を絶縁部材面に、あらかじめ形成したものを、積層接着して製造しても良い。また、絶縁部材面にめっきなどの膜形成工程で膜状の配線導体を形成したものを積層接着して製造しても良い。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が特に大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。

本発明に係る半導体回路装置は、高周波電流が流れる回路からの発熱を抑えることができるので、高電流化と高信頼化が要求される電機機器に有効に利用できる。

本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置におけるスイッチング素子を搭載した回路基板の一実施例を示す斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の効果を説明するために用いられたモデル回路基板の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の効果を説明するために用いられたモデル回路基板における配線導体間距離と通電抵抗との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体回路装置の回路基板における絶縁部材が設けられた出力側配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。 従来の半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。

符号の説明

１ スイッチング素子、１ａ 出力端子、１ｂ ゲート端子、３ 電源、
４ コンデンサ、５ ハーネス、６ 端子台、７，７７ 金属基体、８，７８ 絶縁層、
１０，４０，５０，６０，７０ 配線導体、１０ａ 第１の配線導体、
１０ｂ 第２の配線導体、１０ｍ 表皮近傍通電路、１１ リード端子、
１２ 入力側配線導体、１３ 出力側配線導体、１４ 制御側配線導体、
１３ａ 第１の出力側配線導体、１３ｂ 第２の出力側配線導体、
１３ｃ 第３の出力側配線導体、１３ａｂ 第１の一方側側壁部、
１３ｂａ 第２の一方側側壁部、１３ｂｃ 第２の他方側側壁部、
１３ｃｂ 第３の一方側側壁部、１３ａｄ 第１の底部、１３ｂｄ 第２の底部、
１３ｃｄ 第３の底部、１３ｆ，３０ｆ，４０ｆ，５０ｆ，７０ｆ 渦電流発生部、
１３ｎ，３０ｎ，４０ｎ，４７ｎ，５０ｎ，７０ｎ 底面表皮近傍通電路、
１３ｍ，３０ｍ，５０ｍ 側面表皮近傍通電路、
１５，１６，３６，４６，５６，６６ 絶縁部材、２０ 配線基板、
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 金属パターン、３０ａ 第１のＬ字型配線導体、
３０ｂ 第２のＬ字型配線導体、３０ａｂ 第１のＬ字型配線導体の側壁部、
３０ｂａ 第２のＬ字型配線導体の側壁部、３０ａｄ 第１のＬ字型配線導体の底部、
３０ｂｄ 第２のＬ字型配線導体の底部、４０ｋ，５０ｋ 上面表皮近傍通電路、
４７，５７ 導電部材、５０ｉ 内面表皮近傍通電路、
６０ａ 第１の薄板状の配線導体、６０ｂ 第２の薄板状の配線導体、
６０ｃ 第３の薄板状の配線導体、
１０１，１０１ａ，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ 回路基板、
１００ 半導体回路装置、１０２ モデル回路基板、７０１ 絶縁基板。

Claims (11)

1. 金属基体と、上記金属基体の表面に設けられた絶縁層と、上記絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、上記配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、上記複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されている半導体回路装置。
2. 隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が、絶縁部材を介して接していることを特徴とする請求項１に記載の半導体回路装置。
3. 出力側配線導体の断面がコの字形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体回路装置。
4. 配線導体が、金属基体と上記金属基体の表面に設けられた絶縁層と上記絶縁層の表面に設けられた金属パターンとからなる配線基板の上記金属パターンに、接合されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体回路装置。
5. 金属基体と、上記金属基体の表面に設けられた絶縁層と、上記絶縁層の表面に設けられた高周波電流が通電される配線導体と、上記配線導体の通電方向と平行な面に、近接して略平行に並んで設けられた導電部材とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置。
6. 配線導体と導電部材とが、側壁部と底部とを有し、且つ通電方向に対して垂直な断面がＬ字型であり、上記配線導体の側壁部と上記導電部材の側壁部とが、近接して略平行に並んでいることを特徴とする請求項５に記載の半導体回路装置。
7. 配線導体と導電部材とが絶縁部材を介して接していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体回路装置。
8. 配線導体の通電方向に対して垂直な断面が矩形状であり、上記配線導体の上面に、導電部材が絶縁部材を介して接して設けられたことを特徴とする請求項５に記載の半導体回路装置。
9. 配線導体の通電方向に対して垂直な断面が矩形状であり、上記配線導体の側面と上面とに、導電部材が絶縁部材を介して接して設けられたことを特徴とする請求項５に記載の半導体回路装置。
10. 配線導体と導電部材とが薄板状であり、上記配線導体の平面部と上記導電部材の平面部とが絶縁部材を介して接して設けられ、上記配線導体の底面部と上記導電部材の底面部とが絶縁層に接合していることを特徴とする請求項５に記載の半導体回路装置。
11. 導電部材が、配線導体と位相が異なる高周波電流を流すことができる配線導体であることを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体回路装置。

Images