JP2013182964A - Semiconductor device - Google Patents

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章裕 柳瀬
Manabu Kurokawa
学 黒川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can perform at least one of improving a degree of freedom of layout and reducing noise.SOLUTION: A semiconductor device 16 comprises an insulation member 70 which is disposed between either one of a positive electrode terminal 60 or a negative electrode terminal 62 to which a first switching element 34 is connected, and a heat sink 80. The insulation member 70 comprises: a first region 90 which is made by adding a first additive to a base material 120; and a second region 92 which is made by adding a second additive to the base material 120. The first region 90 has an overlap with the first switching element 34 in a lamination direction of the insulation member 70 and the first switching element 34. A thermal conductivity of the first additive is more than that of the second additive. A dielectric constant of the second additive is more than that of the first additive.

Description

この発明は、半導体装置に関する。より詳細には、この発明は、複数のスイッチング素子を直列に接続した1つ又は複数の直列回路を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a semiconductor device including one or more series circuits in which a plurality of switching elements are connected in series.

複数のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を備える半導体装置が開発されている。このような半導体装置として、例えば、インバータ、コンバータ、NAND型フラッシュメモリが存在する(例えば、特許文献1)。   A semiconductor device having a series circuit in which a plurality of switching elements are connected in series has been developed. Examples of such a semiconductor device include an inverter, a converter, and a NAND flash memory (for example, Patent Document 1).

特許文献1では、コモンモード電流を抑制することによって伝導ノイズ及び放射ノイズを小さくすることができる電力変換装置のインバータモジュールを提供することが目的とされている(要約、[0010])。この目的を達成するため、特許文献1では、スイッチング素子と逆並列ダイオードとを1アームとして上下に2アーム5、6を直列に接続した1相分(又は多相分)のスイッチングアーム直列回路を1つのパッケージに含み、このパッケージの外側に冷却用の銅ベース1が配置されてなる電力変換装置のインバータモジュール25aにおいて、スイッチングアーム直列回路の下アーム6が実装される銅パターン4の面積を、上アーム5が実装される銅パターン3の面積より小さくする(要約)。   Patent Document 1 aims to provide an inverter module of a power conversion device that can reduce conduction noise and radiation noise by suppressing common mode current (summary, [0010]). In order to achieve this object, Patent Document 1 discloses a switching arm series circuit for one phase (or multiple phases) in which a switching element and an antiparallel diode are used as one arm and two arms 5 and 6 are connected in series up and down. In the inverter module 25a of the power conversion device that is included in one package and the cooling copper base 1 is disposed outside the package, the area of the copper pattern 4 on which the lower arm 6 of the switching arm series circuit is mounted is The area is smaller than the area of the copper pattern 3 on which the upper arm 5 is mounted (summary).

特開2007−181351号公報JP 2007-181351 A

上記のように、特許文献1では、下アーム6が実装される銅パターン4の面積を、上アーム5が実装される銅パターン3の面積より小さくすることでコモンモード電流を抑制することによって伝導ノイズ及び放射ノイズを小さくすることを企図している。しかしながら、特許文献1の構成では、面積(すなわち、レイアウト)の自由度が低下するおそれがあると共に、ノイズを低減する方法には更なる改善の余地がある。   As described above, in Patent Document 1, conduction is achieved by suppressing the common mode current by making the area of the copper pattern 4 on which the lower arm 6 is mounted smaller than the area of the copper pattern 3 on which the upper arm 5 is mounted. It is intended to reduce noise and radiated noise. However, in the configuration of Patent Document 1, there is a possibility that the degree of freedom in area (that is, layout) may be reduced, and there is room for further improvement in the method for reducing noise.

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、レイアウトの自由度の向上及びノイズの低減の少なくとも一方が可能な半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of at least one of improving the degree of freedom of layout and reducing noise.

この発明に係る半導体装置は、正極端子及び負極端子の間において第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を直列に接続した1つ又は複数の直列回路を備えるものであって、前記第1スイッチング素子は前記正極端子又は前記負極端子に接合され、前記半導体装置は、前記正極端子又は前記負極端子のうち前記第1スイッチング素子が接合された端子とヒートシンクとの間に配置された絶縁部材を備え、前記絶縁部材は、所定の母材に第1添加剤が添加された第1領域と、前記母材に第2添加剤が添加された第2領域とを備え、前記第1領域は、前記絶縁部材と前記第1スイッチング素子の積層方向において前記第1スイッチング素子に重なり、前記第1添加剤の熱伝導率は、前記第2添加剤の熱伝導率よりも大きく、前記第2添加剤の誘電率は、前記第1添加剤の誘電率よりも大きいことを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention includes one or a plurality of series circuits in which a first switching element and a second switching element are connected in series between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and the first switching element is The semiconductor device is joined to the positive terminal or the negative terminal, and the semiconductor device includes an insulating member disposed between a terminal of the positive terminal or the negative terminal to which the first switching element is joined and a heat sink, The insulating member includes a first region in which a first additive is added to a predetermined base material, and a second region in which a second additive is added to the base material, and the first region includes the insulating member. And the first switching element in the stacking direction of the first switching element, the thermal conductivity of the first additive is greater than the thermal conductivity of the second additive, the second addition The dielectric constant of, and greater than the dielectric constant of the first additive.

この発明によれば、レイアウトの自由度の向上又は放射ノイズの抑制を実現すると共に、第1スイッチング素子の放熱性を向上することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the flexibility of layout or suppress radiation noise and improve the heat dissipation of the first switching element.

すなわち、この発明によれば、積層方向において第1スイッチング素子と重なる第1領域よりも第2領域の誘電率を大きくする。このため、例えば、絶縁部材を所定の母材に第1添加剤を添加したもののみからなる構成と比べて、正極端子又は負極端子における浮遊容量を大きくすることが可能となる。   That is, according to the present invention, the dielectric constant of the second region is made larger than that of the first region overlapping the first switching element in the stacking direction. For this reason, for example, it is possible to increase the stray capacitance at the positive electrode terminal or the negative electrode terminal as compared with a configuration in which the insulating member is formed only by adding the first additive to a predetermined base material.

従って、例えば、第1スイッチング素子が正極端子に接合されている場合、出力端子の面積を正極端子の面積よりも小さくしなくても、正極端子における浮遊容量を大きくすることが可能となる。或いは、出力端子の面積を正極端子の面積よりも小さくする代わりに、正極端子とグラウンドとの間を一定距離以上としなくても、正極端子における浮遊容量を大きくすることが可能となる。よって、レイアウトの自由度を向上することができる。   Therefore, for example, when the first switching element is joined to the positive terminal, the stray capacitance at the positive terminal can be increased without making the area of the output terminal smaller than the area of the positive terminal. Alternatively, instead of making the area of the output terminal smaller than the area of the positive terminal, the stray capacitance at the positive terminal can be increased without setting a certain distance or more between the positive terminal and the ground. Therefore, the degree of freedom in layout can be improved.

また、上記のように正極端子又は負極端子における浮遊容量を大きくすることで、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との中点における浮遊容量が充電される際に、正極端子又は負極端子における浮遊容量の電荷が充電されることとなる。このため、中点における浮遊容量に起因するコモンモード電流が流れる経路が短縮され、放射ノイズを抑制することが可能となる。   Further, by increasing the stray capacitance at the positive electrode terminal or the negative electrode terminal as described above, when the stray capacitance at the midpoint between the first switching element and the second switching element is charged, the stray capacitance at the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is charged. The charge of the capacity is charged. For this reason, the path through which the common mode current due to the stray capacitance at the midpoint flows is shortened, and radiation noise can be suppressed.

さらに、この発明によれば、積層方向において第1スイッチング素子と重なる第1領域の熱伝導率を第2領域の熱伝導率よりも大きくする。このため、例えば、絶縁部材を所定の母材に第2添加剤を添加したもののみからなる構成と比べて、第1スイッチング素子で発生した熱を放出し易くすることが可能となる。従って、第1スイッチング素子の放熱性を向上することができる。   Furthermore, according to the present invention, the thermal conductivity of the first region overlapping the first switching element in the stacking direction is made larger than the thermal conductivity of the second region. For this reason, for example, it is possible to easily release the heat generated in the first switching element, as compared with a configuration in which the insulating member is formed only by adding a second additive to a predetermined base material. Therefore, the heat dissipation of the first switching element can be improved.

この発明に係る半導体装置は、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を直列に接続した1つ又は複数の直列回路と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の間の出力端子とを備えるものであって、前記第2スイッチング素子は前記出力端子に接合され、前記半導体装置は、前記出力端子とヒートシンクとの間に配置された第2絶縁部材を備え、前記第2絶縁部材は、所定の母材に第3添加剤が添加された第3領域と、前記母材に第4添加剤が添加された第4領域とを備え、前記第3領域は、前記第2絶縁部材と前記第2スイッチング素子の積層方向において前記第2スイッチング素子に重なり、前記第3添加剤の熱伝導率は、前記第4添加剤の熱伝導率よりも大きく、前記第4添加剤の誘電率は、前記第3添加剤の誘電率よりも小さいことを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes one or more series circuits in which a first switching element and a second switching element are connected in series, and an output terminal between the first switching element and the second switching element. The second switching element is joined to the output terminal, and the semiconductor device includes a second insulating member disposed between the output terminal and a heat sink, and the second insulating member is a predetermined member. A third region in which a third additive is added to the base material, and a fourth region in which a fourth additive is added to the base material, wherein the third region includes the second insulating member and the second region. The second switching element overlaps the second switching element in the stacking direction of the two switching elements, the thermal conductivity of the third additive is larger than the thermal conductivity of the fourth additive, and the dielectric constant of the fourth additive is Third addition Wherein the smaller than the dielectric constant.

この発明によれば、レイアウトの自由度の向上並びに伝導ノイズ及び放射ノイズの抑制を実現すると共に、第2スイッチング素子の放熱性を向上することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the degree of freedom of layout and suppress conduction noise and radiation noise, and improve the heat dissipation of the second switching element.

すなわち、この発明によれば、積層方向において第2スイッチング素子と重なる第3領域よりも第4領域の誘電率を小さくする。このため、例えば、第2絶縁部材を所定の母材に第3添加剤を添加したもののみからなる構成と比べて、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との中点における浮遊容量を小さくすることが可能となる。   That is, according to the present invention, the dielectric constant of the fourth region is made smaller than that of the third region overlapping the second switching element in the stacking direction. For this reason, for example, the stray capacitance at the midpoint between the first switching element and the second switching element is reduced as compared with a configuration in which the second insulating member is formed only by adding a third additive to a predetermined base material. It becomes possible.

従って、例えば、出力端子の面積を正極端子の面積よりも小さくすることをしなくても、前記中点における浮遊容量を小さくすることが可能となる。或いは、出力端子の面積を正極端子の面積よりも小さくする代わりに、出力端子とグラウンドとの間を一定距離以上としなくても、前記中点における浮遊容量を小さくすることが可能となる。これにより、出力端子からグラウンドに流れるコモンモード電流を抑制することができる。よって、レイアウトの自由度を向上すると共に、伝導ノイズ及び放射ノイズを抑制することができる。   Therefore, for example, it is possible to reduce the stray capacitance at the midpoint without making the area of the output terminal smaller than the area of the positive terminal. Alternatively, instead of making the area of the output terminal smaller than the area of the positive terminal, the stray capacitance at the midpoint can be reduced without setting the distance between the output terminal and the ground to be a certain distance or longer. Thereby, the common mode current flowing from the output terminal to the ground can be suppressed. Therefore, the degree of freedom in layout can be improved and conduction noise and radiation noise can be suppressed.

また、この発明によれば、積層方向において第2スイッチング素子と重なる第3領域の熱伝導率を第4領域の熱伝導率よりも大きくする。このため、例えば、第2絶縁部材を所定の母材に第4添加剤を添加したもののみからなる構成と比べて、第2スイッチング素子で発生した熱を放出し易くすることが可能となる。従って、第2スイッチング素子の放熱性を向上することができる。   According to the present invention, the thermal conductivity of the third region overlapping the second switching element in the stacking direction is made larger than the thermal conductivity of the fourth region. For this reason, for example, compared with the structure which consists only of what added the 4th additive to the predetermined | prescribed base material for the 2nd insulating member, it becomes possible to discharge | release the heat | fever which generate | occur | produced with the 2nd switching element easily. Therefore, the heat dissipation of the second switching element can be improved.

前記第1スイッチング素子は、前記絶縁部材との積層方向において前記第1領域の内側に配置され、前記第1領域は、前記第1スイッチング素子が接合された端子と前記絶縁部材の積層方向において、当該端子の内側に配置され、前記第1領域の外側に前記第2領域が配置されてもよい。   The first switching element is disposed inside the first region in the stacking direction with the insulating member, and the first region is in the stacking direction of the terminal to which the first switching element is bonded and the insulating member. The second region may be disposed inside the terminal and outside the first region.

これにより、第1スイッチング素子が端子に接合する接合面全体から、比較的熱伝導率の大きな第1領域へ放熱することができることとなる。このため、第1スイッチング素子の放熱性をさらに効果的に向上することが可能となる。   As a result, heat can be radiated from the entire joint surface where the first switching element is joined to the terminal to the first region having a relatively high thermal conductivity. For this reason, it becomes possible to improve the heat dissipation of a 1st switching element more effectively.

さらに、第1領域が、第1スイッチング素子が接合された端子の内側に配置されていることにより、第1スイッチング素子が接合された端子と絶縁部材の積層方向において、当該端子とヒートシンクとの間に第2領域が配置される。このため、当該端子における浮遊容量を大きくすることが可能となる。従って、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との中点における浮遊容量が充電される際に、当該端子における浮遊容量の電荷が充電されることとなる。このため、中点における浮遊容量に起因するコモンモード電流が流れる経路が短縮され、放射ノイズを抑制することが可能となる。   Furthermore, since the first region is arranged inside the terminal to which the first switching element is bonded, the terminal and the heat sink are arranged between the terminal to which the first switching element is bonded and the insulating member in the stacking direction. The second area is arranged in the area. For this reason, the stray capacitance at the terminal can be increased. Therefore, when the stray capacitance at the midpoint between the first switching element and the second switching element is charged, the charge of the stray capacitance at the terminal is charged. For this reason, the path through which the common mode current due to the stray capacitance at the midpoint flows is shortened, and radiation noise can be suppressed.

前記第2スイッチング素子は、前記第2絶縁部材との積層方向において前記第3領域の内側に配置され、前記第3領域は、前記第2絶縁部材と前記出力端子の積層方向において前記出力端子の内側に配置され、前記第3領域の外側に前記第4領域が配置されてもよい。   The second switching element is disposed inside the third region in the stacking direction with the second insulating member, and the third region is connected to the output terminal in the stacking direction of the second insulating member and the output terminal. The fourth region may be disposed inside and the fourth region may be disposed outside the third region.

これにより、第2スイッチング素子が出力端子に接合する接合面全体から、比較的熱伝導率の大きな第3領域へ放熱することができることとなる。このため、第2スイッチング素子の放熱性をさらに効果的に向上することが可能となる。   As a result, heat can be radiated from the entire joint surface where the second switching element is joined to the output terminal to the third region having a relatively high thermal conductivity. For this reason, it is possible to further effectively improve the heat dissipation of the second switching element.

さらに、第3領域が、第2スイッチング素子が接合された出力端子の内側に配置されていることにより、第2絶縁部材と出力端子の積層方向において、出力端子とヒートシンクとの間に第4領域が配置される。このため、出力端子における浮遊容量を小さくすることが可能となる。従って、出力端子からグラウンドへ流れるコモンモード電流を抑制することができる。   Furthermore, since the third region is disposed inside the output terminal to which the second switching element is joined, the fourth region is provided between the output terminal and the heat sink in the stacking direction of the second insulating member and the output terminal. Is placed. For this reason, it is possible to reduce the stray capacitance at the output terminal. Therefore, the common mode current flowing from the output terminal to the ground can be suppressed.

この発明によれば、レイアウトの自由度の向上又は放射ノイズの抑制を実現すると共に、第1スイッチング素子又は第2スイッチング素子の放熱性を向上することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the degree of freedom of layout or suppress radiation noise and improve the heat dissipation of the first switching element or the second switching element.

この発明の一実施形態に係る半導体装置としてのインバータを搭載した駆動システムの回路図である。It is a circuit diagram of the drive system carrying the inverter as a semiconductor device concerning one embodiment of this invention. 前記インバータに含まれる1つのアーム直列回路の一部及びその周辺の簡略的な外観構成図である。It is a simple external appearance block diagram of a part of one arm series circuit included in the inverter and its periphery. 図2のIII−III線における断面図である。It is sectional drawing in the III-III line of FIG. 図4Aは、スイッチング素子の第1の面を簡略的に示す外観構成図であり、図4Bは、スイッチング素子の第2の面を簡略的に示す外観構成図である。FIG. 4A is an external configuration diagram schematically illustrating a first surface of the switching element, and FIG. 4B is an external configuration diagram schematically illustrating a second surface of the switching element. 1つの前記アーム直列回路に着目して複数の地点での浮遊容量を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the stray capacitance in several points paying attention to one said arm series circuit. 第1〜第3絶縁基板を製造する際の様子の一部を簡略的に示す図である。It is a figure which shows a part of the mode at the time of manufacturing a 1st-3rd insulated substrate simply. 上スイッチング素子の放熱が、前記第1絶縁基板の第1領域を介して盛んに行われる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the heat dissipation of an upper switching element is actively performed through the 1st area | region of a said 1st insulating substrate. 前記上スイッチング素子、正極電極及び前記第1絶縁基板(第1領域及び第2領域)の積層方向における位置関係並びに下スイッチング素子、出力端子及び前記第3絶縁基板(第3領域及び第4領域)の積層方向における位置関係を示す図である。The positional relationship in the stacking direction of the upper switching element, the positive electrode and the first insulating substrate (first region and second region), the lower switching element, the output terminal, and the third insulating substrate (third region and fourth region) It is a figure which shows the positional relationship in the lamination direction. 第1変形例に係る半導体装置としてのインバータを搭載した回路の回路図である。It is a circuit diagram of the circuit carrying the inverter as a semiconductor device concerning the 1st modification. 第2変形例に係る半導体装置としてのインバータに含まれる1つのアーム直列回路の一部及びその周辺の簡略的な外観構成図である。It is a simple external appearance block diagram of a part of one arm series circuit included in an inverter as a semiconductor device according to a second modification and its periphery.

I.一実施形態
A.構成の説明
1.駆動システム10の構成
(1−1.全体構成)
図1は、この発明の一実施形態に係る半導体装置としてのインバータ16を搭載した駆動システム10の回路構成図である。
I. Embodiment A. 1. Description of configuration Configuration of drive system 10 (1-1. Overall configuration)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a drive system 10 equipped with an inverter 16 as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、駆動システム10は、インバータ16に加え、モータ12と、直流電源14(以下「電源14」ともいう。)と、コンデンサ18と、電子制御装置20(以下「ECU20」という。)とを有する。   As shown in FIG. 1, in addition to the inverter 16, the drive system 10 includes a motor 12, a DC power supply 14 (hereinafter also referred to as “power supply 14”), a capacitor 18, and an electronic control device 20 (hereinafter referred to as “ECU 20”). .)

(1−2.モータ12)
モータ12は、3相交流ブラシレス式であり、ECU20に制御されるインバータ16を介して電源14から電力が供給される。そして、当該電力に応じた駆動力を生成する。モータ12は、例えば、車両の走行モータ又は電動パワーステアリング装置のアシスト力生成用のモータに用いることができる。或いは、後述するような別の用途に用いることも可能である。
(1-2. Motor 12)
The motor 12 is a three-phase AC brushless type, and power is supplied from a power source 14 via an inverter 16 controlled by the ECU 20. And the driving force according to the said electric power is produced | generated. The motor 12 can be used, for example, as a driving motor for a vehicle or an assist power generation motor for an electric power steering apparatus. Alternatively, it can be used for other purposes as described later.

(1−3.直流電源14)
直流電源14は、駆動システム10の用途に応じて適宜選択されるものであり、一次電池又は二次電池のいずれともすることができる。例えば、モータ12が比較的高出力を要する用途で用いられる場合(例えば、車両の走行用モータとして用いられる場合)、電源14は、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池又はキャパシタ等の蓄電装置(エネルギストレージ)とすることができる。また、モータ12が比較的低出力を要する用途で用いられる場合(例えば、車両の電動パワーステアリング装置として用いられる場合)、電源14は、鉛蓄電池等の蓄電装置とすることができる。
(1-3. DC power supply 14)
The DC power source 14 is appropriately selected according to the application of the drive system 10 and can be either a primary battery or a secondary battery. For example, when the motor 12 is used in an application that requires a relatively high output (for example, when used as a vehicle driving motor), the power source 14 is a power storage such as a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or a capacitor. It can be a device (energy storage). Further, when the motor 12 is used in an application requiring a relatively low output (for example, when used as an electric power steering device for a vehicle), the power source 14 can be a power storage device such as a lead storage battery.

(1−4.インバータ16)
インバータ16は、3相ブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、電源14からの直流を3相の交流に変換してモータ12に供給する。
(1-4. Inverter 16)
The inverter 16 has a three-phase bridge type configuration, performs DC / AC conversion, converts DC from the power supply 14 into three-phase AC, and supplies the AC to the motor 12.

図1に示すように、インバータ16は、3相のアーム直列回路30u、30v、30wを有する。U相のアーム直列回路30uは、スイッチング素子34u(以下「上SW素子34u」という。)及び逆並列ダイオード36u(以下「上ダイオード36u」)を有する上アーム32uと、スイッチング素子40u(以下「下SW素子40u」という。)及び逆並列ダイオード42u(以下「下ダイオード42u」という。)とを有する下アーム38uとで構成される。   As shown in FIG. 1, the inverter 16 includes three-phase arm series circuits 30u, 30v, and 30w. The U-phase arm series circuit 30u includes an upper arm 32u having a switching element 34u (hereinafter referred to as "upper SW element 34u") and an anti-parallel diode 36u (hereinafter referred to as "upper diode 36u"), and a switching element 40u (hereinafter referred to as "lower"). SW arm 40u ") and a lower arm 38u having an anti-parallel diode 42u (hereinafter referred to as" lower diode 42u ").

同様に、V相のアーム直列回路30vは、上スイッチング素子34v(以下「上SW素子34v」という。)及び逆並列ダイオード36v(以下「上ダイオード36v」という。)を有する上アーム32vと、下スイッチング素子40v(以下「下SW素子40v」という。)及び逆並列ダイオード42v(以下「下ダイオード42v」という。)を有する下アーム38vとで構成される。W相のアーム直列回路30wは、上スイッチング素子34w(以下「上SW素子34w」という。)と逆並列ダイオード36w(以下「上ダイオード36w」という。)を有する上アーム32wと、下スイッチング素子40w(以下「下SW素子40w」という。)と逆並列ダイオード42w(以下「下ダイオード42w」という。)を有する下アーム38wとで構成される。   Similarly, the V-phase arm series circuit 30v includes an upper switching element 34v (hereinafter referred to as “upper SW element 34v”) and an anti-parallel diode 36v (hereinafter referred to as “upper diode 36v”), and a lower arm 32v. The lower arm 38v includes a switching element 40v (hereinafter referred to as “lower SW element 40v”) and an antiparallel diode 42v (hereinafter referred to as “lower diode 42v”). The W-phase arm series circuit 30w includes an upper arm 32w having an upper switching element 34w (hereinafter referred to as “upper SW element 34w”) and an anti-parallel diode 36w (hereinafter referred to as “upper diode 36w”), and a lower switching element 40w. (Hereinafter referred to as “lower SW element 40w”) and a lower arm 38w having an anti-parallel diode 42w (hereinafter referred to as “lower diode 42w”).

上SW素子34u、34v、34wと下SW素子40u、40v、40wは、例えば、1つ又は複数のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等のスイッチング素子から構成することができる。同様に、上ダイオード36u、36v、36w及び下ダイオード42u、42v、42wはそれぞれ1つ又は複数のダイオードから構成することができる。   The upper SW elements 34u, 34v, 34w and the lower SW elements 40u, 40v, 40w are, for example, switching elements such as one or a plurality of MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) or insulated gate bipolar transistors (IGBTs). It can consist of Similarly, the upper diodes 36u, 36v, 36w and the lower diodes 42u, 42v, 42w can each be composed of one or more diodes.

なお、以下では、各アーム直列回路30u、30v、30wをアーム直列回路30と総称し、各上アーム32u、32v、32wを上アーム32と総称し、各下アーム38u、38v、38wを下アーム38と総称し、各上SW素子34u、34v、34wを上SW素子34と総称し、各下SW素子40u、40v、40wを下SW素子40と総称し、各上ダイオード36u、36v、36wを上ダイオード36と総称し、各下ダイオード42u、42v、42wを下ダイオード42と総称する。   In the following, each arm series circuit 30u, 30v, 30w is generically referred to as an arm series circuit 30, each upper arm 32u, 32v, 32w is generically referred to as an upper arm 32, and each lower arm 38u, 38v, 38w is designated as a lower arm. 38, the upper SW elements 34u, 34v, 34w are collectively referred to as the upper SW element 34, the lower SW elements 40u, 40v, 40w are collectively referred to as the lower SW element 40, and the upper diodes 36u, 36v, 36w The lower diodes 42u, 42v, and 42w are collectively referred to as the lower diode 42.

各アーム直列回路30において、上アーム32u、32v、32wと下アーム38u、38v、38wの中点44u、44v、44wは、モータ12の巻線46u、46v、46wに連結されている。以下では、中点44u、44v、44wを中点44と総称し、巻線46u、46v、46wを巻線46と総称する。   In each arm series circuit 30, midpoints 44 u, 44 v, 44 w of the upper arms 32 u, 32 v, 32 w and the lower arms 38 u, 38 v, 38 w are connected to the windings 46 u, 46 v, 46 w of the motor 12. Hereinafter, the middle points 44u, 44v, and 44w are collectively referred to as the middle point 44, and the windings 46u, 46v, and 46w are collectively referred to as the winding 46.

各上SW素子34及び各下SW素子40は、ECU20からの駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLにより駆動される。   Each upper SW element 34 and each lower SW element 40 are driven by drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL from the ECU 20.

(1−5.ECU20)
ECU20は、図示しない各種センサからの出力値に基づき、モータ12の出力を制御する。ECU20は、ハードウェアの構成として、入出力部、演算部及び記憶部(いずれも図示せず)を有する。
(1-5.ECU 20)
The ECU 20 controls the output of the motor 12 based on output values from various sensors (not shown). The ECU 20 has an input / output unit, a calculation unit, and a storage unit (all not shown) as a hardware configuration.

2.インバータ16の詳細
(2−1.全体構成)
図2は、1つのアーム直列回路30の一部及びその周辺の簡略的な外観斜視図である。図3は、図2のIII−III線における断面図である。本実施形態では、図2及び図3に示すアーム直列回路30を3組並列に配置することによりインバータ16を構成する(図1参照)。なお、図2及び図3において、「P」は正極側を示し、「N」は負極側を示し、「OUT」は出力側を示す。
2. Details of inverter 16 (2-1. Overall configuration)
FIG. 2 is a simplified external perspective view of a part of one arm series circuit 30 and its periphery. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. In the present embodiment, the inverter 16 is configured by arranging three sets of arm series circuits 30 shown in FIGS. 2 and 3 in parallel (see FIG. 1). 2 and 3, “P” indicates the positive electrode side, “N” indicates the negative electrode side, and “OUT” indicates the output side.

図2及び図3では、アーム直列回路30の上SW素子34及び下SW素子40を示している一方、上ダイオード36及び下ダイオード42については図示を省略している。   2 and 3 show the upper SW element 34 and the lower SW element 40 of the arm series circuit 30, while the upper diode 36 and the lower diode 42 are not shown.

本実施形態において、上SW素子34と下SW素子40には、同一の仕様のスイッチング素子(例えば、MOSFET又はIGBT)が用いられる。また、図4A及び図4Bに示すように、本実施形態の上SW素子34と下SW素子40は、第1の面50(ドレイン面)に正極電極52が形成され、第1の面50と反対側の第2の面54(ソース面)に負極電極56及びゲート電極58(制御電極)が形成される。なお、図4A中の「P」は正極側を示し、図4B中の「N」は負極側を示す。   In the present embodiment, switching elements (for example, MOSFETs or IGBTs) having the same specifications are used for the upper SW element 34 and the lower SW element 40. 4A and 4B, the upper SW element 34 and the lower SW element 40 of this embodiment have a positive electrode 52 formed on the first surface 50 (drain surface), and the first surface 50 A negative electrode 56 and a gate electrode 58 (control electrode) are formed on the second surface 54 (source surface) on the opposite side. In FIG. 4A, “P” indicates the positive electrode side, and “N” in FIG. 4B indicates the negative electrode side.

以下では、上SW素子34と下SW素子40の構成要素を区別するため、上SW素子34の正極電極52、負極電極56、ゲート電極58を、上正極電極52up、上負極電極56up、上ゲート電極58upと呼び、下SW素子40の正極電極52、負極電極56、ゲート電極58を、下正極電極52low、下負極電極56low、下ゲート電極58lowと呼ぶ。なお、図2及び図3では、正極電極52、負極電極56、ゲート電極58の図示を省略している。   Hereinafter, in order to distinguish the constituent elements of the upper SW element 34 and the lower SW element 40, the positive electrode 52, the negative electrode 56, and the gate electrode 58 of the upper SW element 34 are replaced with the upper positive electrode 52 up, the upper negative electrode 56 up, and the upper gate. The positive electrode 52, the negative electrode 56, and the gate electrode 58 of the lower SW element 40 are referred to as a lower positive electrode 52low, a lower negative electrode 56low, and a lower gate electrode 58low. 2 and 3, illustration of the positive electrode 52, the negative electrode 56, and the gate electrode 58 is omitted.

図2及び図3に示すように、上SW素子34と下SW素子40の周囲には、インバータ16の正極端子60、負極端子62及び出力端子64が配置されている。正極端子60は、第1絶縁基板70上に形成されている。負極端子62は、第2絶縁基板72上に形成されている。出力端子64は、第3絶縁基板74上に形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the positive terminal 60, the negative terminal 62, and the output terminal 64 of the inverter 16 are disposed around the upper SW element 34 and the lower SW element 40. The positive terminal 60 is formed on the first insulating substrate 70. The negative terminal 62 is formed on the second insulating substrate 72. The output terminal 64 is formed on the third insulating substrate 74.

第1絶縁基板70は、正極端子60をヒートシンク80から絶縁するものであり、異なる材料からなる第1領域90と第2領域92(図3)を有する。第2絶縁基板72は、負極端子62をヒートシンク80から絶縁するものであり、全体として組成が同じである。第3絶縁基板74は、出力端子64をヒートシンク80から絶縁するものであり、異なる材料からなる第3領域94と第4領域96を有する。第1〜第4領域90、92、94、96の詳細は後述する。第1絶縁基板70、第2絶縁基板72及び第3絶縁基板74は、ヒートシンク80上に形成されている。ヒートシンク80は、インバータ16を冷却するものであり、グラウンドGND(基準電位)に接続されている。   The first insulating substrate 70 insulates the positive electrode terminal 60 from the heat sink 80, and has a first region 90 and a second region 92 (FIG. 3) made of different materials. The second insulating substrate 72 insulates the negative electrode terminal 62 from the heat sink 80 and has the same composition as a whole. The third insulating substrate 74 insulates the output terminal 64 from the heat sink 80 and has a third region 94 and a fourth region 96 made of different materials. Details of the first to fourth regions 90, 92, 94, 96 will be described later. The first insulating substrate 70, the second insulating substrate 72, and the third insulating substrate 74 are formed on the heat sink 80. The heat sink 80 cools the inverter 16 and is connected to the ground GND (reference potential).

正極端子60、負極端子62及び出力端子64は、板状の導電部材(例えば、銅板)である。正極端子60は、アーム直列回路30の正極側に接続され、負極端子62は、アーム直列回路30の負極側に接続され、出力端子64は、アーム直列回路30の出力側に接続される(図1参照)。   The positive terminal 60, the negative terminal 62, and the output terminal 64 are plate-shaped conductive members (for example, copper plates). The positive terminal 60 is connected to the positive side of the arm series circuit 30, the negative terminal 62 is connected to the negative side of the arm series circuit 30, and the output terminal 64 is connected to the output side of the arm series circuit 30 (see FIG. 1).

正極端子60は、DBC(Direct Bonding Copper)として第1絶縁基板70に直接形成されている。負極端子62は、DBCとして第2絶縁基板72に直接形成されている。出力端子64は、DBCとして第3絶縁基板74に直接形成されている。また、第1絶縁基板70、第2絶縁基板72及び第3絶縁基板74のうちヒートシンク80側の面には、銅製のベタパターン100、102、104(図3)がDBCとして形成されている。   The positive terminal 60 is directly formed on the first insulating substrate 70 as DBC (Direct Bonding Copper). The negative terminal 62 is directly formed on the second insulating substrate 72 as DBC. The output terminal 64 is directly formed on the third insulating substrate 74 as DBC. Further, on the surface of the first insulating substrate 70, the second insulating substrate 72, and the third insulating substrate 74 on the heat sink 80 side, solid copper patterns 100, 102, 104 (FIG. 3) are formed as DBC.

さらに、ベタパターン100、102、104とヒートシンク80の間には、半田、銅板及びサーマルグリス(いずれも図示せず)が配置されている。すなわち、ベタパターン100、102、104は、前記半田を介して前記銅板に接合され、前記銅板は前記サーマルグリスを介してヒートシンク80に支持されている。   Furthermore, solder, a copper plate, and thermal grease (all not shown) are disposed between the solid patterns 100, 102, 104 and the heat sink 80. That is, the solid patterns 100, 102, and 104 are joined to the copper plate via the solder, and the copper plate is supported by the heat sink 80 via the thermal grease.

(2−2.上アーム32)
各上SW素子34の正極電極52(上正極電極52up)は、半田(図示せず)を介してインバータ16の正極端子60に接合されている(図2及び図3参照)。これらの接合はろう付け等の接合方法であってもよい。本実施形態では、上正極電極52upと正極端子60の接合及び上ダイオード36の正極側と正極端子60の接合にワイヤボンディングやバスバー等の配線(配電部材)は用いられない。
(2-2. Upper arm 32)
The positive electrode 52 (upper positive electrode 52up) of each upper SW element 34 is joined to the positive terminal 60 of the inverter 16 via solder (not shown) (see FIGS. 2 and 3). These joining may be a joining method such as brazing. In the present embodiment, wiring (distribution member) such as wire bonding or a bus bar is not used for joining the upper positive electrode 52up and the positive terminal 60 and joining the positive side of the upper diode 36 and the positive terminal 60.

各上SW素子34の負極電極56は、ワイヤボンディング110を介してインバータ16の出力端子64に接続されている。   The negative electrode 56 of each upper SW element 34 is connected to the output terminal 64 of the inverter 16 through wire bonding 110.

(2−3.下アーム38)
各下SW素子40の正極電極52(下正極電極52low)は、半田(図示せず)を介してインバータ16の出力端子64に接合されている(図2及び図3参照)。これらの接合はろう付け等の接合方法であってもよい。本実施形態では、下正極電極52lowと出力端子64の接合にワイヤボンディングやバスバー等の配線(配線部材)は用いられない。
(2-3. Lower arm 38)
The positive electrode 52 (lower positive electrode 52low) of each lower SW element 40 is joined to the output terminal 64 of the inverter 16 via solder (not shown) (see FIGS. 2 and 3). These joining may be a joining method such as brazing. In the present embodiment, wiring (wiring member) such as wire bonding or a bus bar is not used for joining the lower positive electrode 52 low and the output terminal 64.

各下SW素子40の負極電極56(下負極電極56low)は、ワイヤボンディング112を介してインバータ16の負極端子62に接続されている。   The negative electrode 56 (lower negative electrode 56 low) of each lower SW element 40 is connected to the negative terminal 62 of the inverter 16 through the wire bonding 112.

B.浮遊容量
図5は、1つのアーム直列回路30に着目して複数の地点P1〜P3での浮遊容量C1〜C3を示す回路図である。以下では、地点P1〜P3における浮遊容量C1〜C3について説明する。
B. Floating Capacitance FIG. 5 is a circuit diagram showing stray capacitances C1 to C3 at a plurality of points P1 to P3 by focusing on one arm series circuit 30. Hereinafter, the stray capacitances C1 to C3 at the points P1 to P3 will be described.

アーム直列回路30を動作させると、地点P1〜P3とグラウンドGND(ヒートシンク80)間において、浮遊容量C1〜C3が発生する可能性がある。これらの浮遊容量C1〜C3が存在するため、上SW素子34及び下SW素子40のスイッチング時にノイズがグラウンドGND(ヒートシンク80)を介してコモン(電源14側又は他の機器側)に伝わり、伝導ノイズ及び放射ノイズが発生する可能性がある。特に、浮遊容量C2については、伝導ノイズ及び放射ノイズが発生する可能性が大きい(伝導ノイズ及び放射ノイズの発生の仕組みについては、例えば、特許文献1の段落[0008]、[0009]参照)。   When the arm series circuit 30 is operated, stray capacitances C1 to C3 may be generated between the points P1 to P3 and the ground GND (heat sink 80). Since these stray capacitances C1 to C3 exist, noise is transmitted to the common (power supply 14 side or other equipment side) via the ground GND (heat sink 80) when the upper SW element 34 and the lower SW element 40 are switched, and is conducted. Noise and radiation noise may occur. In particular, with regard to the stray capacitance C2, there is a high possibility that conduction noise and radiation noise are generated (see paragraphs [0008] and [0009] of Patent Document 1, for example, regarding the mechanism of generation of conduction noise and radiation noise).

一般に、キャパシタのインピーダンスXcは、次の式(1)により求められる。
Xc=1/(jωC) ・・・(1)
In general, the impedance Xc of the capacitor is obtained by the following equation (1).
Xc = 1 / (jωC) (1)

上記において、jは虚数単位、ωは角周波数[Hz]、Cは静電容量[F]である。   In the above, j is an imaginary unit, ω is an angular frequency [Hz], and C is a capacitance [F].

上記式(1)によれば、アーム直列回路30の場合、上SW素子34及び下SW素子40のスイッチング周波数[Hz]が高くなるほど浮遊容量C1〜C3に電流が流れ易くなるが、静電容量Cを小さくすることで浮遊容量C1〜C3に電流を流れ難くすることができる。特に、スイッチングにより電位変動が起こる地点P2(中点44を構成する出力端子64)とグラウンドGND(ヒートシンク80)との間の浮遊容量C2からコモン側へ流れるコモンモード電流Icomの影響が大きいため、浮遊容量C2のインピーダンスを大きくすることが重要である。   According to the above equation (1), in the case of the arm series circuit 30, the higher the switching frequency [Hz] of the upper SW element 34 and the lower SW element 40, the easier the current flows to the stray capacitances C1 to C3. By reducing C, it is possible to make it difficult for current to flow through the stray capacitances C1 to C3. In particular, since the influence of the common mode current Icom flowing from the stray capacitance C2 between the point P2 (the output terminal 64 constituting the middle point 44) where the potential fluctuation occurs due to switching and the ground GND (heat sink 80) to the common side is large, It is important to increase the impedance of the stray capacitance C2.

一方、浮遊容量C1、C3については、これらの値を大きくしておくと、浮遊容量C2が充電される際に、浮遊容量C1、C3の電荷が充電されることとなる。このため、浮遊容量C2に起因するコモンモード電流Icomが流れる経路が短縮され、放射ノイズを抑制することが可能となる。   On the other hand, if the values of the stray capacitances C1 and C3 are increased, the charges of the stray capacitances C1 and C3 are charged when the stray capacitance C2 is charged. For this reason, the path through which the common mode current Icom caused by the stray capacitance C2 flows is shortened, and radiation noise can be suppressed.

また、一般に、平行平板(極板)間の静電容量C[F]は、次の式(2)により表される。
C=ε0・ε・(S/d) ・・・(2)
In general, the capacitance C [F] between parallel flat plates (electrode plates) is expressed by the following equation (2).
C = ε0 · ε s · (S / d) (2)

上記式(2)において、ε0は、真空の誘電率[F/m]、εは、比誘電率、Sは、極板の面積[m]、dは、平行平板(極板)間の間隙[m]を示す。上記式(2)によれば、比誘電率εが大きくなるほど、静電容量Cは大きくなる。 In the above formula (2), ε0 is the dielectric constant [F / m] of vacuum, ε s is the relative dielectric constant, S is the area [m 2 ] of the electrode plate, and d is between the parallel plates (electrode plates). The gap [m] is shown. According to the above equation (2), the capacitance C increases as the relative dielectric constant ε s increases.

C.第1絶縁基板70、第2絶縁基板72及び第3絶縁基板74の材料
1.背景
上記のように、浮遊容量C2を小さくすることが好ましい一方、浮遊容量C1、C3は大きくする方が好ましい場合がある。また、上SW素子34及び下SW素子40は放熱素子であり、十分な冷却をすることが必要である。
C. Materials of the first insulating substrate 70, the second insulating substrate 72, and the third insulating substrate 74 Background As described above, while it is preferable to reduce the stray capacitance C2, it may be preferable to increase the stray capacitances C1 and C3. The upper SW element 34 and the lower SW element 40 are heat radiating elements and need to be sufficiently cooled.

そこで、本実施形態では、第1絶縁基板70、第2絶縁基板72及び第3絶縁基板74は、絶縁性を有する樹脂材料からなる母材120に、熱伝導性及び誘電率の少なくとも一方を調整するためのフィラー122(添加剤)を加え、ミキサ124等により混練した後、シート126を形成して用いる(図6参照)。そのような樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ビスマレイミドトリアジン(BTレジン)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる(例えば、特開平10−107448号公報、特開2011−100757号公報参照)。   Therefore, in the present embodiment, the first insulating substrate 70, the second insulating substrate 72, and the third insulating substrate 74 adjust at least one of thermal conductivity and dielectric constant to the base material 120 made of an insulating resin material. A filler 122 (additive) is added and kneaded by a mixer 124 or the like, and then a sheet 126 is formed and used (see FIG. 6). As such a resin material, for example, an epoxy resin, an imide resin, polyphenylene ether (PPE), bismaleimide triazine (BT resin), a fluororesin, a silicone resin, a phenol resin, or the like can be used (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10). -107448, JP, 2011-10077, A).

2.第1絶縁基板70
図2及び図3に示すように、第1絶縁基板70は、上SW素子34と積層している。このため、第1絶縁基板70は、上SW素子34の放熱を容易にすることが好ましい。また、第1絶縁基板70と一緒に積層している正極端子60では、浮遊容量C3(図5)が生じる。このため、第1絶縁基板70は、浮遊容量C3を大きくするために誘電率を大きくすることが好ましい。
2. First insulating substrate 70
As shown in FIGS. 2 and 3, the first insulating substrate 70 is stacked with the upper SW element 34. For this reason, it is preferable that the first insulating substrate 70 facilitates heat dissipation of the upper SW element 34. In addition, the stray capacitance C3 (FIG. 5) is generated at the positive electrode terminal 60 laminated together with the first insulating substrate 70. For this reason, it is preferable that the first insulating substrate 70 has a large dielectric constant in order to increase the stray capacitance C3.

そこで、第1絶縁基板70の第1領域90は、第2領域92よりも熱伝導率が大きい材料から構成する。これにより、上SW素子34で発生した熱は、高熱伝導率の第1領域90を介して放熱を活発に行うことが可能となる(図7参照)。また、第2領域92は、第1領域90よりも誘電率が大きい材料から構成する。これにより、浮遊容量C3を大きくし、放射ノイズを小さくすることが可能となる。   Therefore, the first region 90 of the first insulating substrate 70 is made of a material having a higher thermal conductivity than the second region 92. Thereby, the heat generated in the upper SW element 34 can be actively dissipated through the first region 90 having a high thermal conductivity (see FIG. 7). The second region 92 is made of a material having a dielectric constant larger than that of the first region 90. As a result, the stray capacitance C3 can be increased and the radiation noise can be reduced.

第1領域90は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、アルミナ(Al)等の単体又は複合体からなるフィラーを含む高熱伝導性コンポジット材料で構成する。そのような高熱伝導性コンポジット材料として、例えば、特開2011−100757号公報、宮田建治他、「世界最高レベルの熱伝導率を備える有機・無機複合材料の開発」、Polyfile、2010年2月、第47巻、第552号に記載のものを用いることができる。高熱伝導性コンポジット材料の熱伝導率は、例えば、10[W/mK]以上であること、及び比誘電率εは、例えば、7〜8であることが好ましい。 The first region 90 is made of, for example, a high thermal conductive composite material including a filler made of a single substance or a composite such as aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and alumina (Al 2 O 3 ). As such a high thermal conductive composite material, for example, JP 2011-10077A, Kenji Miyata et al., “Development of an organic / inorganic composite material having the world's highest thermal conductivity”, Polyfile, February 2010, 47 and 552 can be used. The thermal conductivity of the high thermal conductive composite material is preferably 10 [W / mK] or more, and the relative dielectric constant ε s is preferably 7 to 8, for example.

上記のような材料で第1領域90を構成する場合、第2領域92は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)等の単体又は混合体からなるフィラーを含む強誘電体コンポジット材料で構成する。そのような強誘電体コンポジット材料としては、例えば、特開2001−068803号公報、特開平06−172618号公報に記載のものを用いることができる。強誘電体コンポジット材料の熱伝導率は、例えば、5[W/mK]未満であること、及び比誘電率εは、例えば、20以上であることが好ましい。 In the case where the first region 90 is formed of the material as described above, the second region 92 is a strong material including a filler made of a simple substance or a mixture such as barium titanate (BaTiO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ). It is composed of a dielectric composite material. As such a ferroelectric composite material, for example, those described in JP 2001-068803 A and JP 06-172618 A can be used. The thermal conductivity of the ferroelectric composite material is preferably less than 5 [W / mK], for example, and the relative dielectric constant ε s is preferably 20 or more, for example.

3.第2絶縁基板72
本実施形態では、第2絶縁基板72は、上SW素子34又は下SW素子40のいずれとも積層していない。また、第2絶縁基板72と一緒に積層している負極端子62では、浮遊容量C1(図5)が生じる。このため、第2絶縁基板72は、浮遊容量C1を大きくするために誘電率を大きくすることが好ましい。
3. Second insulating substrate 72
In the present embodiment, the second insulating substrate 72 is not laminated with either the upper SW element 34 or the lower SW element 40. In addition, the stray capacitance C1 (FIG. 5) is generated in the negative electrode terminal 62 laminated together with the second insulating substrate 72. For this reason, it is preferable that the second insulating substrate 72 has a large dielectric constant in order to increase the stray capacitance C1.

そこで、第2絶縁基板72は、第1絶縁基板70の第2領域92と同様の強誘電体コンポジット材料から構成する。これにより、浮遊容量C1を大きくし、放射ノイズを小さくすることが可能となる。   Therefore, the second insulating substrate 72 is made of the same ferroelectric composite material as the second region 92 of the first insulating substrate 70. As a result, the stray capacitance C1 can be increased and radiation noise can be reduced.

4.第3絶縁基板74
第3絶縁基板74は、下SW素子40と積層している。このため、下SW素子40の放熱を容易にすることが好ましい。また、第3絶縁基板74と一緒に積層している出力端子64では、浮遊容量C2(図5)が生じる。このため、浮遊容量C2を小さくするために誘電率を小さくすることが好ましい。
4). Third insulating substrate 74
The third insulating substrate 74 is stacked with the lower SW element 40. For this reason, it is preferable to facilitate heat dissipation of the lower SW element 40. Further, the stray capacitance C2 (FIG. 5) is generated at the output terminal 64 laminated together with the third insulating substrate 74. For this reason, it is preferable to reduce the dielectric constant in order to reduce the stray capacitance C2.

そこで、第3絶縁基板74の第3領域94は、第4領域96よりも熱伝導率が大きい材料から構成する。これにより、上SW素子34(図7)と同様、下SW素子40で発生した熱は、高熱伝導率の第3領域94を介して放熱を活発に行うことが可能となる。また、第4領域96は、第3領域94よりも誘電率が小さい材料から構成する。これにより、浮遊容量C2を小さくし、コモンモード電流Icomを小さくすることが可能となる。   Therefore, the third region 94 of the third insulating substrate 74 is made of a material having a higher thermal conductivity than the fourth region 96. As a result, similarly to the upper SW element 34 (FIG. 7), the heat generated by the lower SW element 40 can be actively dissipated through the third region 94 having a high thermal conductivity. The fourth region 96 is made of a material having a smaller dielectric constant than that of the third region 94. As a result, the stray capacitance C2 can be reduced and the common mode current Icom can be reduced.

第3領域94は、例えば、第1領域90と同様の高熱伝導性コンポジット材料で構成する。上記のような材料で第3領域94を構成する場合、第4領域96は、例えば、シリカ(SiO)、窒化ホウ素(BN)等の単体又は混合体からなるフィラーを含む低誘電率コンポジット材料で構成する。そのような低誘電率コンポジット材料としては、例えば、特開平10−107448号公報、特開2005−159039号公報に記載のものを用いることができる。この場合、例えば、低誘電率コンポジット材料の熱伝導率は、例えば、3[W/mK]未満であること、及び比誘電率εは、5未満であることが好ましい。 The third region 94 is made of, for example, a high thermal conductive composite material similar to the first region 90. In the case where the third region 94 is formed of the material as described above, the fourth region 96 includes, for example, a low dielectric constant composite material including a filler made of a single substance or a mixture of silica (SiO 3 ), boron nitride (BN), or the like. Consists of. As such a low dielectric constant composite material, for example, those described in JP-A-10-107448 and JP-A-2005-159039 can be used. In this case, for example, the thermal conductivity of the low dielectric constant composite material is preferably less than 3 [W / mK], for example, and the relative dielectric constant ε s is preferably less than 5.

D.第1絶縁基板70と上SW素子34との位置関係及び第3絶縁基板74と下SW素子40との位置関係
図8は、上SW素子34、正極端子60及び第1絶縁基板70(第1領域90及び第2領域92)の積層方向における位置関係並びに下SW素子40、出力端子64及び第3絶縁基板74(第3領域94及び第4領域96)の積層方向における位置関係を示す図である。図8において、正極端子60と第2領域92の外縁は重なっていると共に、出力端子64と第4領域96の外縁は重なっている。
D. FIG. 8 shows the positional relationship between the first insulating substrate 70 and the upper SW element 34 and the positional relationship between the third insulating substrate 74 and the lower SW element 40. FIG. The region 90 and the second region 92) in the stacking direction, and the positional relationship in the stacking direction of the lower SW element 40, the output terminal 64 and the third insulating substrate 74 (third region 94 and fourth region 96). is there. In FIG. 8, the outer edges of the positive electrode terminal 60 and the second region 92 overlap, and the outer edges of the output terminal 64 and the fourth region 96 overlap.

図3及び図8に示すように、第1絶縁基板70の第1領域90は、積層方向(図3のZ方向)において上SW素子34と重なっている。より具体的には、第1領域90は、前記積層方向において上SW素子34全体を含み、上SW素子34よりも大きな範囲を占める。換言すると、上SW素子34は、第1領域90の内側に位置する。また、第1領域90は、前記積層方向において正極端子60の内側に位置し、第1領域90の四方を囲むように第2領域92が位置する。   As shown in FIGS. 3 and 8, the first region 90 of the first insulating substrate 70 overlaps the upper SW element 34 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3). More specifically, the first region 90 includes the entire upper SW element 34 in the stacking direction and occupies a larger range than the upper SW element 34. In other words, the upper SW element 34 is located inside the first region 90. Further, the first region 90 is located inside the positive electrode terminal 60 in the stacking direction, and the second region 92 is located so as to surround four sides of the first region 90.

同様に、第3絶縁基板74の第3領域94は、前記積層方向(図3のZ方向)において下SW素子40と重なっている。より具体的には、第3領域94は、前記積層方向において下SW素子40全体を含み、下SW素子40よりも大きな範囲を占める。換言すると、下SW素子40は、第3領域94の内側に位置する。また、第3領域94は、積層方向において出力端子64の内側に位置し、第3領域94の四方を囲むように第4領域96が位置する。   Similarly, the third region 94 of the third insulating substrate 74 overlaps the lower SW element 40 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3). More specifically, the third region 94 includes the entire lower SW element 40 in the stacking direction and occupies a larger range than the lower SW element 40. In other words, the lower SW element 40 is located inside the third region 94. The third region 94 is located inside the output terminal 64 in the stacking direction, and the fourth region 96 is located so as to surround the third region 94.

E.本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、第1絶縁基板70の構成により、レイアウトの自由度の向上又は放射ノイズの抑制を実現すると共に、上SW素子34の放熱性を向上することが可能となる。
E. Effects of the Embodiment As described above, according to the present embodiment, the configuration of the first insulating substrate 70 realizes an improvement in the degree of freedom of layout or suppression of radiation noise, and the heat dissipation of the upper SW element 34. It becomes possible to improve.

すなわち、本実施形態によれば、積層方向(図3のZ方向)において上SW素子34と重なる第1領域90よりも第2領域92の誘電率を大きくする。このため、例えば、第1絶縁基板70を第1領域90の組成物のみから構成する場合と比べて、正極端子60における浮遊容量C3(図5)を大きくすることが可能となる。   That is, according to the present embodiment, the dielectric constant of the second region 92 is made larger than that of the first region 90 overlapping the upper SW element 34 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3). Therefore, for example, the stray capacitance C3 (FIG. 5) at the positive electrode terminal 60 can be increased as compared with the case where the first insulating substrate 70 is composed only of the composition of the first region 90.

従って、例えば、出力端子64の面積を正極端子60の面積よりも小さくしなくても、正極端子60における浮遊容量C3を大きくすることが可能となる。或いは、出力端子64の面積を正極端子60の面積よりも小さくする代わりに、正極端子60とグラウンドとの間を一定距離以上としなくても、浮遊容量C3を大きくすることが可能となる。よって、レイアウトの自由度を向上することができる。   Therefore, for example, even if the area of the output terminal 64 is not made smaller than the area of the positive electrode terminal 60, the stray capacitance C3 in the positive electrode terminal 60 can be increased. Alternatively, instead of making the area of the output terminal 64 smaller than the area of the positive electrode terminal 60, the stray capacitance C3 can be increased without setting a certain distance or more between the positive electrode terminal 60 and the ground. Therefore, the degree of freedom in layout can be improved.

また、上記のように浮遊容量C3を大きくすることで、上SW素子34と下SW素子40との中点44(地点P2)における浮遊容量C2が充電される際に、正極端子60における浮遊容量C3の電荷が充電されることとなる。このため、中点44における浮遊容量C2に起因するコモンモード電流Icomが流れる経路が短縮され、放射ノイズを抑制することが可能となる。   Further, by increasing the stray capacitance C3 as described above, when the stray capacitance C2 at the midpoint 44 (point P2) between the upper SW element 34 and the lower SW element 40 is charged, the stray capacitance at the positive terminal 60 is increased. The charge of C3 is charged. For this reason, the path through which the common mode current Icom caused by the stray capacitance C2 at the midpoint 44 flows is shortened, and radiation noise can be suppressed.

さらに、本実施形態によれば、積層方向(図3のZ方向)において上SW素子34と重なる第1領域90の熱伝導率を第2領域92の熱伝導率よりも大きくする。このため、例えば、第1絶縁基板70を第2領域92の組成物のみから構成する場合と比べて、上SW素子34で発生した熱を放出し易くすることが可能となる。従って、上SW素子34の放熱性を向上することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the thermal conductivity of the first region 90 that overlaps the upper SW element 34 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3) is made larger than the thermal conductivity of the second region 92. For this reason, for example, it is possible to easily release the heat generated in the upper SW element 34 as compared with the case where the first insulating substrate 70 is configured only from the composition of the second region 92. Therefore, the heat dissipation of the upper SW element 34 can be improved.

また、本実施形態によれば、第3絶縁基板74の構成により、レイアウトの自由度の向上並びに伝導ノイズ及び放射ノイズの抑制を実現すると共に、下SW素子40の放熱性を向上することが可能となる。   In addition, according to the present embodiment, the configuration of the third insulating substrate 74 can improve the degree of freedom in layout, suppress conduction noise and radiation noise, and improve the heat dissipation of the lower SW element 40. It becomes.

すなわち、本実施形態によれば、積層方向(図3のZ方向)において下SW素子40と重なる第3領域94よりも第4領域96の誘電率を小さくする。このため、例えば、第3絶縁基板74を第3領域94の組成物のみから構成する場合と比べて、上SW素子34と下SW素子40との中点44(地点P2)における浮遊容量C2を小さくすることが可能となる。   That is, according to the present embodiment, the dielectric constant of the fourth region 96 is made smaller than that of the third region 94 overlapping the lower SW element 40 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3). Therefore, for example, the stray capacitance C2 at the midpoint 44 (point P2) between the upper SW element 34 and the lower SW element 40 is smaller than that in the case where the third insulating substrate 74 is composed only of the composition of the third region 94. It can be made smaller.

従って、例えば、出力端子64の面積を正極端子60の面積よりも小さくしなくても、浮遊容量C2を小さくすることが可能となる。或いは、出力端子64の面積を正極端子60の面積よりも小さくする代わりに、出力端子64とグラウンドとの間を一定距離以上としなくても、浮遊容量C2を小さくすることが可能となる。これにより、出力端子64からグラウンドに流れるコモンモード電流Icomを抑制することができる。よって、レイアウトの自由度を向上すると共に、伝導ノイズ及び放射ノイズを抑制することができる。   Therefore, for example, even if the area of the output terminal 64 is not made smaller than the area of the positive electrode terminal 60, the stray capacitance C2 can be reduced. Alternatively, instead of making the area of the output terminal 64 smaller than the area of the positive electrode terminal 60, the stray capacitance C2 can be reduced without making the distance between the output terminal 64 and the ground more than a certain distance. Thereby, the common mode current Icom flowing from the output terminal 64 to the ground can be suppressed. Therefore, the degree of freedom in layout can be improved and conduction noise and radiation noise can be suppressed.

また、本実施形態によれば、積層方向(図3のZ方向)において下SW素子40と重なる第3領域94の熱伝導率を第4領域96の熱伝導率よりも大きくする。このため、例えば、第3絶縁基板74を第4領域96の組成物のみから構成する場合と比べて、下SW素子40で発生した熱を放出し易くすることが可能となる。従って、下SW素子40の放熱性を向上することができる。   Further, according to the present embodiment, the thermal conductivity of the third region 94 that overlaps the lower SW element 40 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3) is made larger than the thermal conductivity of the fourth region 96. For this reason, for example, it is possible to easily release the heat generated in the lower SW element 40 as compared with the case where the third insulating substrate 74 is configured only from the composition of the fourth region 96. Therefore, the heat dissipation of the lower SW element 40 can be improved.

本実施形態において、積層方向(図3のZ方向)に見たとき、上SW素子34は、第1領域90の内側に配置され、第1領域90は、正極端子60の内側に配置されている。これにより、上SW素子34が正極端子60に接合する接合面全体から、比較的熱伝導率の大きな第1領域90へ放熱することができることとなる。このため、上SW素子34の放熱性をさらに効果的に向上することが可能となる。   In the present embodiment, when viewed in the stacking direction (the Z direction in FIG. 3), the upper SW element 34 is disposed inside the first region 90, and the first region 90 is disposed inside the positive electrode terminal 60. Yes. As a result, heat can be radiated from the entire bonding surface where the upper SW element 34 is bonded to the positive electrode terminal 60 to the first region 90 having a relatively high thermal conductivity. For this reason, it becomes possible to improve the heat dissipation of the upper SW element 34 more effectively.

さらに、第1領域90が、正極端子60の内側に配置されていることにより、積層方向(図3のZ方向)において、正極端子60とヒートシンク80との間に第2領域92が配置されることになる(図3参照)。このため、正極端子60における浮遊容量C3を大きくすることが可能となる。従って、上SW素子34と下SW素子40との中点44(地点P2)における浮遊容量C2が充電される際に、正極端子60における浮遊容量C3の電荷が充電されることとなる。このため、中点44における浮遊容量C2に起因するコモンモード電流Icomが流れる経路が短縮され、放射ノイズを抑制することが可能となる。   Further, since the first region 90 is disposed inside the positive electrode terminal 60, the second region 92 is disposed between the positive electrode terminal 60 and the heat sink 80 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3). (See FIG. 3). For this reason, the stray capacitance C3 at the positive electrode terminal 60 can be increased. Therefore, when the stray capacitance C2 at the midpoint 44 (point P2) between the upper SW element 34 and the lower SW element 40 is charged, the charge of the stray capacitance C3 at the positive electrode terminal 60 is charged. For this reason, the path through which the common mode current Icom caused by the stray capacitance C2 at the midpoint 44 flows is shortened, and radiation noise can be suppressed.

本実施形態において、積層方向(図3のZ方向)に見たとき、下SW素子40は、第3領域94の内側に配置され、第3領域94は、出力端子64の内側に配置されている(図8参照)。   In the present embodiment, when viewed in the stacking direction (Z direction in FIG. 3), the lower SW element 40 is disposed inside the third region 94, and the third region 94 is disposed inside the output terminal 64. (See FIG. 8).

これにより、下SW素子40が出力端子64に接合する接合面全体から、比較的熱伝導率の大きな第3領域94へ放熱することができることとなる。このため、下SW素子40の放熱性をさらに効果的に向上することが可能となる。   As a result, heat can be radiated from the entire joint surface where the lower SW element 40 is joined to the output terminal 64 to the third region 94 having a relatively high thermal conductivity. For this reason, it becomes possible to improve the heat dissipation of the lower SW element 40 more effectively.

さらに、第3領域94が、出力端子64の内側に配置されていることにより、積層方向において、出力端子64とヒートシンク80との間に第4領域96が配置されることになる(図3参照)。このため、出力端子64における浮遊容量C2を小さくすることが可能となる。従って、出力端子64からグラウンドへ流れるコモンモード電流Icomを抑制することができる。   Further, since the third region 94 is disposed inside the output terminal 64, the fourth region 96 is disposed between the output terminal 64 and the heat sink 80 in the stacking direction (see FIG. 3). ). For this reason, the stray capacitance C2 at the output terminal 64 can be reduced. Therefore, the common mode current Icom flowing from the output terminal 64 to the ground can be suppressed.

II.変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
II. Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification. For example, the following configuration can be adopted.

A.インバータ16及び駆動システム10
上記実施形態では、3相ブリッジ式のインバータ16を用いたが、スイッチング素子と逆並列ダイオードとを有する上アーム及び下アームを直列に接続した単相又は多相のアーム直列回路を備えるインバータであれば、これに限らない。例えば、図9に示すように、単相ブリッジ式のインバータ16aに適用することもできる。図9のインバータ16aは、直流電源14からの直流を交流に変換して巻線46a(負荷)及び抵抗130に供給する。
A. Inverter 16 and drive system 10
In the above embodiment, the three-phase bridge type inverter 16 is used. However, an inverter having a single-phase or multi-phase arm series circuit in which an upper arm and a lower arm having a switching element and an antiparallel diode are connected in series may be used. For example, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, it can be applied to a single-phase bridge inverter 16a. The inverter 16 a in FIG. 9 converts the direct current from the direct current power source 14 into alternating current and supplies the alternating current to the winding 46 a (load) and the resistor 130.

インバータ16aは、2つのアーム直列回路30a、30bを有する。アーム直列回路30aは、スイッチング素子34a(以下「上SW素子34a」という。)及び逆並列ダイオード36a(以下「上ダイオード36a」という。)を有する上アーム32aと、スイッチング素子40a(以下「下SW素子40a」という。)及び逆並列ダイオード42a(以下「下ダイオード42a」という。)とを有する下アーム38aとで構成される。同様に、アーム直列回路30bは、スイッチング素子34b(以下「上SW素子34b」という。)及び逆並列ダイオード36b(以下「上ダイオード36b」という。)を有する上アーム32bと、スイッチング素子40b(以下「下SW素子40b」という。)及び逆並列ダイオード42b(以下「下ダイオード42b」という。)とを有する下アーム38bとで構成される。   The inverter 16a has two arm series circuits 30a and 30b. The arm series circuit 30a includes an upper arm 32a having a switching element 34a (hereinafter referred to as “upper SW element 34a”) and an anti-parallel diode 36a (hereinafter referred to as “upper diode 36a”), and a switching element 40a (hereinafter referred to as “lower SW element”). Element 40a ") and a lower arm 38a having an antiparallel diode 42a (hereinafter referred to as" lower diode 42a "). Similarly, the arm series circuit 30b includes an upper arm 32b having a switching element 34b (hereinafter referred to as “upper SW element 34b”) and an anti-parallel diode 36b (hereinafter referred to as “upper diode 36b”), and a switching element 40b (hereinafter referred to as “upper SW element 34b”). And a lower arm 38b having an anti-parallel diode 42b (hereinafter referred to as "lower diode 42b").

インバータ16aにおいても、第1領域90及び第2領域92を有する第1絶縁基板70を上SW素子34a、34bに対応させて設け、第3領域94及び第4領域96を有する第3絶縁基板74を下SW素子40a、40bに対応させて設けることができる。これにより、レイアウトの自由度の向上又は伝導ノイズ及び放射ノイズの抑制を実現すると共に、上SW素子34及び下SW素子40の放熱性を向上することが可能となる。   Also in the inverter 16a, the first insulating substrate 70 having the first region 90 and the second region 92 is provided corresponding to the upper SW elements 34a and 34b, and the third insulating substrate 74 having the third region 94 and the fourth region 96 is provided. Can be provided corresponding to the lower SW elements 40a and 40b. Thereby, it is possible to improve the degree of freedom of layout or suppress conduction noise and radiation noise, and improve the heat dissipation of the upper SW element 34 and the lower SW element 40.

上記実施形態及び図9の変形例では、インバータ16、16aに本発明を適用した事例について説明したが、スイッチング素子と逆並列ダイオードとを有する上アーム及び下アームを直列に接続した単相又は多相のアーム直列回路を備える半導体装置であれば、これに限らない。例えば、昇降圧式且つチョッパ型のDC/DCコンバータ(例えば、特開2009−153343号公報の図1及び図9参照)に適用することもできる。   In the above embodiment and the modification of FIG. 9, the example in which the present invention is applied to the inverters 16 and 16a has been described. However, an upper arm and a lower arm each having a switching element and an antiparallel diode are connected in series. If it is a semiconductor device provided with a phase arm series circuit, it will not be restricted to this. For example, the present invention can be applied to a step-up / step-down and chopper type DC / DC converter (see, for example, FIG. 1 and FIG. 9 of JP 2009-153343 A).

上記実施形態では、図2及び図3の左側から順に、正極端子60、出力端子64及び負極端子62の順に配置したが、インバータ16における配置は、これに限らない。例えば、図10に示すような配置のインバータ16bに適用することもできる。図10のインバータ16bのアーム直列回路30cでは、図10の左から順に、出力端子64、正極端子60及び負極端子62の順に配置する。このような構成においても、第1絶縁基板70に第1領域90及び第2領域92を設け、第3絶縁基板74に第3領域94及び第4領域96を設けることで、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。   In the above embodiment, the positive terminal 60, the output terminal 64, and the negative terminal 62 are arranged in this order from the left side in FIGS. 2 and 3, but the arrangement in the inverter 16 is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the inverter 16b arranged as shown in FIG. In the arm series circuit 30c of the inverter 16b in FIG. 10, the output terminal 64, the positive terminal 60, and the negative terminal 62 are arranged in this order from the left in FIG. Even in such a configuration, the first region 90 and the second region 92 are provided on the first insulating substrate 70, and the third region 94 and the fourth region 96 are provided on the third insulating substrate 74. It becomes possible to obtain the effect.

或いは、上記実施形態及び図10の変形例では、正極端子60、負極端子62及び出力端子64のそれぞれは、共通のヒートシンク80上に配置したが、例えば、図3の上側と下側にヒートシンク80を1つずつ設け、正極端子60及び負極端子62は、上側のヒートシンク80に対応させて配置し、出力端子64は、下側のヒートシンク80に対応させて配置されてもよい。   Alternatively, in the above embodiment and the modification of FIG. 10, each of the positive electrode terminal 60, the negative electrode terminal 62, and the output terminal 64 is disposed on the common heat sink 80, but for example, the heat sink 80 on the upper side and the lower side in FIG. The positive terminal 60 and the negative terminal 62 may be disposed corresponding to the upper heat sink 80, and the output terminal 64 may be disposed corresponding to the lower heat sink 80.

或いは、複数のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を備える半導体装置であれば、逆並列ダイオードを有さないものであってもよい。例えば、NAND型のフラッシュメモリに適用することもできる。   Alternatively, as long as the semiconductor device includes a series circuit in which a plurality of switching elements are connected in series, an antiparallel diode may not be provided. For example, the present invention can be applied to a NAND flash memory.

上記実施形態では、駆動システム10のモータ12は、例えば、車両の駆動用又は電動パワーステアリング用のものとしたが、2つのスイッチング素子の中点において浮遊容量C2が発生する構成であれば、これに限らない。例えば、洗濯機、掃除機、エアコンディショナ、冷蔵庫、電磁調理器、交流(AC)サーボ、鉄道車両及びエレベータにおけるモータに用いるものであってもよい。   In the above embodiment, the motor 12 of the drive system 10 is, for example, for driving a vehicle or for electric power steering. However, if the stray capacitance C2 is generated at the midpoint between the two switching elements, Not limited to. For example, you may use for the motor in a washing machine, a vacuum cleaner, an air conditioner, a refrigerator, an electromagnetic cooker, an alternating current (AC) servo, a railway vehicle, and an elevator.

上記実施形態では、駆動システム10は、モータ12を駆動するものであったが、複数のスイッチング素子の中点において浮遊容量C2が発生する構成であれば、これに限らない。例えば、駆動システム10は、無停電電源装置、太陽光発電又は風力発電用のパワーコンディショナにおけるインバータ(例えば、特開2011−103497号公報の図4参照)に用いることも可能である。   In the above embodiment, the drive system 10 drives the motor 12, but the present invention is not limited to this as long as the stray capacitance C2 is generated at the midpoint of the plurality of switching elements. For example, the drive system 10 can also be used for an inverter in a power conditioner for an uninterruptible power supply, solar power generation or wind power generation (see, for example, FIG. 4 of JP 2011-103497 A).

B.ゲート電極58
上記実施形態では、上SW素子34及び下SW素子40では、ゲート電極58を負極電極56と同じ面(第2の面54)に形成したが(図4B)、ゲート電極58の位置はこれに限らない。
B. Gate electrode 58
In the above embodiment, in the upper SW element 34 and the lower SW element 40, the gate electrode 58 is formed on the same surface (second surface 54) as the negative electrode 56 (FIG. 4B). Not exclusively.

例えば、ゲート電極58を正極電極52と同じ面(第1の面50)に形成し、負極電極56と同じ面(第2の面54)にはゲート電極58を形成しない構成も可能である。この場合、上SW素子34の負極電極56を出力端子64に接合させ、下SW素子40の負極電極56を負極端子62に接合させることが好ましい。そして、この場合、上SW素子34とヒートシンク80の間に配置される第1絶縁基板70に、第3領域94(高熱伝導性コンポジット材料)及び第4領域96(低誘電率コンポジット材料)を形成し、下SW素子40とヒートシンク80の間に配置される第2絶縁基板72に、第1領域90(高熱伝導性コンポジット材料)及び第2領域92(強誘電体コンポジット材料)を形成し、第1絶縁基板70は、第2領域92と同様の組成で構成することができる。   For example, a configuration in which the gate electrode 58 is formed on the same surface (first surface 50) as the positive electrode 52 and the gate electrode 58 is not formed on the same surface (second surface 54) as the negative electrode 56 is possible. In this case, it is preferable that the negative electrode 56 of the upper SW element 34 is bonded to the output terminal 64 and the negative electrode 56 of the lower SW element 40 is bonded to the negative terminal 62. In this case, the third region 94 (high thermal conductivity composite material) and the fourth region 96 (low dielectric constant composite material) are formed on the first insulating substrate 70 disposed between the upper SW element 34 and the heat sink 80. The first region 90 (high thermal conductivity composite material) and the second region 92 (ferroelectric composite material) are formed on the second insulating substrate 72 disposed between the lower SW element 40 and the heat sink 80, and the second region 92 (ferroelectric composite material) is formed. The one insulating substrate 70 can be configured with the same composition as the second region 92.

そのような構成であっても、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。すなわち、レイアウトの自由度の向上又は伝導ノイズ及び放射ノイズの抑制を実現すると共に、上SW素子34及び下SW素子40の放熱性を向上することが可能となる。   Even if it is such a structure, there can exist an effect | action and effect similar to the said embodiment. That is, it is possible to improve the degree of freedom of layout or suppress conduction noise and radiation noise, and improve the heat dissipation of the upper SW element 34 and the lower SW element 40.

或いは、上SW素子34及び下SW素子40の一方を、図4A及び図4Bのような構成(ゲート電極58を負極電極56と同じ面に形成する構成)とし、他方を別の構成(ゲート電極58を正極電極52と同じ面に形成する構成)とすることもできる。この場合、上SW素子34を正極端子60に接合し且つ下SW素子40を負極端子62に接合する構成、又は、上SW素子34及び下SW素子40を出力端子64に接合する構成が可能となる。これらの構成についても、第1〜第4領域90、92、94、96を用いることができる。   Alternatively, one of the upper SW element 34 and the lower SW element 40 has a configuration as shown in FIGS. 4A and 4B (a configuration in which the gate electrode 58 is formed on the same surface as the negative electrode 56), and the other has a different configuration (a gate electrode). 58 may be formed on the same surface as the positive electrode 52). In this case, a configuration in which the upper SW element 34 is bonded to the positive terminal 60 and the lower SW element 40 is bonded to the negative terminal 62, or a configuration in which the upper SW element 34 and the lower SW element 40 are bonded to the output terminal 64 is possible. Become. Also in these configurations, the first to fourth regions 90, 92, 94, and 96 can be used.

C.第1絶縁基板70、第2絶縁基板72及び第3絶縁基板74
1.第1領域90及び第2領域92
上記実施形態では、第1領域90は、積層方向(図3のZ方向)において上SW素子34全体を含み、上SW素子34よりも大きな範囲を占め、第1領域90の周囲に第2領域92が配置されていた(図8参照)。しかしながら、第1領域90により上SW素子34の放熱性を向上し、第2領域92により正極端子60における浮遊容量C3を大きくするものであれば、これに限らない。
C. First insulating substrate 70, second insulating substrate 72, and third insulating substrate 74
1. First region 90 and second region 92
In the above-described embodiment, the first region 90 includes the entire upper SW element 34 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3), occupies a larger range than the upper SW element 34, and the second region around the first region 90. 92 was arranged (see FIG. 8). However, the first region 90 is not limited to this as long as the heat dissipation of the upper SW element 34 is improved and the stray capacitance C3 in the positive electrode terminal 60 is increased by the second region 92.

例えば、積層方向(図3のZ方向)において第1領域90が上SW素子34全体に含まれ(第1領域90の方が上SW素子34より小さく)、第1領域90の周囲に第2領域92が配置されてもよい。   For example, the first region 90 is included in the entire upper SW element 34 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3) (the first region 90 is smaller than the upper SW element 34), and the second region is formed around the first region 90. Region 92 may be disposed.

或いは、積層方向(図3のZ方向)において、第1領域90を構成する組成物と第2領域92を構成する組成物とを上SW素子34の中心から交互に配置することも可能である。   Alternatively, in the stacking direction (Z direction in FIG. 3), the composition constituting the first region 90 and the composition constituting the second region 92 can be alternately arranged from the center of the upper SW element 34. .

2.第3領域94及び第4領域96
上記実施形態では、第3領域94は、積層方向(図3のZ方向)において下SW素子40全体を含み、下SW素子40よりも大きな範囲を占め、第3領域94の周囲に第4領域96が配置されていた(図8参照)。しかしながら、第3領域94により下SW素子40の放熱性を向上し、第4領域96により出力端子64における浮遊容量C2を小さくするものであれば、これに限らない。
2. Third region 94 and fourth region 96
In the above embodiment, the third region 94 includes the entire lower SW element 40 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3), occupies a larger range than the lower SW element 40, and the fourth region around the third region 94. 96 was arranged (see FIG. 8). However, the third region 94 is not limited to this as long as the heat dissipation of the lower SW element 40 is improved and the stray capacitance C2 at the output terminal 64 is reduced by the fourth region 96.

例えば、積層方向(図3のZ方向)において第3領域94が下SW素子40全体に含まれ(第3領域94の方が下SW素子40より小さく)、第3領域94の周囲に第4領域96が配置されてもよい。   For example, the third region 94 is included in the entire lower SW element 40 in the stacking direction (Z direction in FIG. 3) (the third region 94 is smaller than the lower SW element 40), and the fourth region is formed around the third region 94. Region 96 may be disposed.

或いは、積層方向(図3のZ方向)において、第3領域94を構成する組成物と第4領域96を構成する組成物とを下SW素子40の中心から交互に配置することも可能である。   Alternatively, in the stacking direction (Z direction in FIG. 3), it is possible to alternately arrange the composition constituting the third region 94 and the composition constituting the fourth region 96 from the center of the lower SW element 40. .

3.その他
上記実施形態では、第1絶縁基板70に第1領域90及び第2領域92を設けると共に、第3絶縁基板74に第3領域94及び第4領域96を設けたが、第1領域90及び第2領域92の組合せ又は第3領域94及び第4領域96の組合せのいずれか一方のみ設けることも可能である。
3. Others In the above embodiment, the first region 90 and the second region 92 are provided on the first insulating substrate 70, and the third region 94 and the fourth region 96 are provided on the third insulating substrate 74. It is also possible to provide only one of the combination of the second region 92 or the combination of the third region 94 and the fourth region 96.

上記実施形態では、第1〜第4領域90、92、94、96の母材120を共通の材料から構成することを念頭に説明してきたが、第1〜第4領域90、92、94、96毎に母材120の材料を変えることも可能である。   In the above embodiment, the first to fourth regions 90, 92, 94, and 96 have been described with the base material 120 made of a common material in mind, but the first to fourth regions 90, 92, 94, It is also possible to change the material of the base material 120 every 96.

16、16a、16b…インバータ(半導体装置)
30、30a、30b、30c、30u、30v、30w…アーム直列回路(直列回路)
34…上スイッチング素子(第1スイッチング素子)
40…下スイッチング素子(第2スイッチング素子)
60…正極端子 62…負極端子
64…出力端子 70…第1絶縁基板(絶縁部材)
74…第3絶縁基板(第2絶縁部材) 80…ヒートシンク
90…第1領域 92…第2領域
94…第3領域 96…第4領域
120…母材
122…フィラー(第1〜第4添加剤)
16, 16a, 16b ... Inverter (semiconductor device)
30, 30a, 30b, 30c, 30u, 30v, 30w ... arm series circuit (series circuit)
34: Upper switching element (first switching element)
40. Lower switching element (second switching element)
60 ... Positive terminal 62 ... Negative terminal 64 ... Output terminal 70 ... First insulating substrate (insulating member)
74: third insulating substrate (second insulating member) 80 ... heat sink 90 ... first region 92 ... second region 94 ... third region 96 ... fourth region 120 ... base material 122 ... filler (first to fourth additives) )

Claims (5)

正極端子及び負極端子の間において第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を直列に接続した1つ又は複数の直列回路を備える半導体装置であって、
前記第1スイッチング素子は前記正極端子又は前記負極端子に接合され、
前記半導体装置は、前記正極端子又は前記負極端子のうち前記第1スイッチング素子が接合された端子とヒートシンクとの間に配置された絶縁部材を備え、
前記絶縁部材は、
所定の母材に第1添加剤が添加された第1領域と、
前記母材に第2添加剤が添加された第2領域と
を備え、
前記第1領域は、前記絶縁部材と前記第1スイッチング素子の積層方向において前記第1スイッチング素子に重なり、
前記第1添加剤の熱伝導率は、前記第2添加剤の熱伝導率よりも大きく、
前記第2添加剤の誘電率は、前記第1添加剤の誘電率よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising one or more series circuits in which a first switching element and a second switching element are connected in series between a positive terminal and a negative terminal,
The first switching element is bonded to the positive terminal or the negative terminal,
The semiconductor device includes an insulating member disposed between a heat sink and a terminal of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal to which the first switching element is bonded,
The insulating member is
A first region in which a first additive is added to a predetermined base material;
A second region in which a second additive is added to the base material,
The first region overlaps the first switching element in the stacking direction of the insulating member and the first switching element,
The thermal conductivity of the first additive is greater than the thermal conductivity of the second additive,
The semiconductor device, wherein a dielectric constant of the second additive is larger than a dielectric constant of the first additive.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の間に出力端子を備え、
前記第2スイッチング素子は前記出力端子に接合され、
前記半導体装置は、前記出力端子と前記ヒートシンクとの間に配置された第2絶縁部材を備え、
前記第2絶縁部材は、
所定の母材に第3添加剤が添加された第3領域と、
前記母材に第4添加剤が添加された第4領域と
を備え、
前記第3領域は、前記第2絶縁部材と前記第2スイッチング素子の積層方向において前記第2スイッチング素子に重なり、
前記第3添加剤の熱伝導率は、前記第4添加剤の熱伝導率よりも大きく、
前記第4添加剤の誘電率は、前記第3添加剤の誘電率よりも小さい
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
An output terminal is provided between the first switching element and the second switching element,
The second switching element is bonded to the output terminal;
The semiconductor device includes a second insulating member disposed between the output terminal and the heat sink,
The second insulating member is
A third region in which a third additive is added to a predetermined base material;
A fourth region in which a fourth additive is added to the base material,
The third region overlaps the second switching element in the stacking direction of the second insulating member and the second switching element,
The thermal conductivity of the third additive is greater than the thermal conductivity of the fourth additive,
The semiconductor device, wherein the dielectric constant of the fourth additive is smaller than the dielectric constant of the third additive.
請求項1又は2記載の半導体装置において、
前記第1スイッチング素子は、前記絶縁部材との積層方向において前記第1領域の内側に配置され、
前記第1領域は、前記第1スイッチング素子が接合された端子と前記絶縁部材の積層方向において、当該端子の内側に配置され、
前記第1領域の外側に前記第2領域が配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The first switching element is disposed inside the first region in the stacking direction with the insulating member,
The first region is disposed inside the terminal in the stacking direction of the terminal to which the first switching element is bonded and the insulating member,
The semiconductor device, wherein the second region is arranged outside the first region.
第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を直列に接続した1つ又は複数の直列回路と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の間の出力端子とを備える半導体装置であって、
前記第2スイッチング素子は前記出力端子に接合され、
前記半導体装置は、前記出力端子とヒートシンクとの間に配置された第2絶縁部材を備え、
前記第2絶縁部材は、
所定の母材に第3添加剤が添加された第3領域と、
前記母材に第4添加剤が添加された第4領域と
を備え、
前記第3領域は、前記第2絶縁部材と前記第2スイッチング素子の積層方向において前記第2スイッチング素子に重なり、
前記第3添加剤の熱伝導率は、前記第4添加剤の熱伝導率よりも大きく、
前記第4添加剤の誘電率は、前記第3添加剤の誘電率よりも小さい
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising one or more series circuits in which a first switching element and a second switching element are connected in series, and an output terminal between the first switching element and the second switching element,
The second switching element is bonded to the output terminal;
The semiconductor device includes a second insulating member disposed between the output terminal and a heat sink,
The second insulating member is
A third region in which a third additive is added to a predetermined base material;
A fourth region in which a fourth additive is added to the base material,
The third region overlaps the second switching element in the stacking direction of the second insulating member and the second switching element,
The thermal conductivity of the third additive is greater than the thermal conductivity of the fourth additive,
The semiconductor device, wherein the dielectric constant of the fourth additive is smaller than the dielectric constant of the third additive.
請求項2若しくは4又は請求項2に従属する請求項3記載の半導体装置において、
前記第2スイッチング素子は、前記第2絶縁部材との積層方向において前記第3領域の内側に配置され、
前記第3領域は、前記第2絶縁部材と前記出力端子の積層方向において前記出力端子の内側に配置され、
前記第3領域の外側に前記第4領域が配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2 or 4 or claim 3 dependent on claim 2.
The second switching element is disposed inside the third region in the stacking direction with the second insulating member,
The third region is disposed inside the output terminal in the stacking direction of the second insulating member and the output terminal,
The semiconductor device, wherein the fourth region is disposed outside the third region.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015104834A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 三菱電機株式会社 Power semiconductor device
WO2015133024A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 三菱電機株式会社 Power semiconductor device
JP2016058505A (en) * 2014-09-09 2016-04-21 日本インター株式会社 Power module and power unit

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015104834A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 三菱電機株式会社 Power semiconductor device
US9627302B2 (en) 2014-01-10 2017-04-18 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device
WO2015133024A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 三菱電機株式会社 Power semiconductor device
JPWO2015133024A1 (en) * 2014-03-06 2017-04-06 三菱電機株式会社 Power semiconductor device
US9646927B2 (en) 2014-03-06 2017-05-09 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device
EP3116023A4 (en) * 2014-03-06 2017-12-06 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device
JP2016058505A (en) * 2014-09-09 2016-04-21 日本インター株式会社 Power module and power unit

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