JP2013182964A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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).
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.
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
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
(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
(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
(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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
(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
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
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
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
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
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・εs・(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]、εsは、比誘電率、Sは、極板の面積[m2]、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εs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
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
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
As shown in FIGS. 2 and 3, the first insulating
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
第1領域90は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)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εsは、例えば、7〜8であることが好ましい。
The
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(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)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εsは、例えば、20以上であることが好ましい。
In the case where the
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
In the present embodiment, the second insulating
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
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
The third insulating
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
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(SiO3)、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εsは、5未満であることが好ましい。
The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
In the above embodiment, the three-phase
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
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
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
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
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
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
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
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。
In the above embodiment, in the
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
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
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
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.
1.
In the above-described embodiment, the
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
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
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.
In the above embodiment, the
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
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
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
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
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 ...
74: third insulating substrate (second insulating member) 80 ...
Claims (5)
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.
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.
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.
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.
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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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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