JP2015043645A

JP2015043645A - 半導体装置

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Publication number: JP2015043645A
Application number: JP2013174130A
Authority: JP
Inventors: 文洋岡▲崎▼; Fumihiro Okazaki
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: JP6041770B2

Abstract

【課題】大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる半導体装置を提供する。【解決手段】各並列フライホイールダイオードＦＷＤ１〜ＦＷＤ３における各フライホイールダイオードに対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３の分岐点Ａ１から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点Ｂ１に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整するインダクタンス調整部材１を電流経路上に設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、インバータやコンバータなどに用いられる半導体装置に関する。

バッテリ等の直流電源からモータを駆動する交流を得るために、大電流を高速スイッチングする半導体装置が用いられている。従来のこの種の半導体装置としては、特許文献１に記載された半導体装置が知られている。この半導体装置は、複数のスイッチ素子と複数のフライホイールダイオードとを並列に接続して構成した１アームの素子群を２個直列に接続して一相分の上下アームを構成している。

上アームの複数のスイッチ素子と下アームの複数のスイッチ素子とが、交互にオンオフすることによりインバータとして動作する。特許文献１では、インバータのフライホイールダイオードとして、複数のフライホイールダイオードが並列に接続されている（特許文献１の図１に示すダイオードチップ４０Ａ，４０Ｂ、ダイオードチップ４２Ａ，４２Ｂ）。

特許３６２９２２号公報

しかしながら、特許文献１では、例えば、下アームの複数のスイッチ素子がオンからオフになったときには、モータに流れ続けている電流が、上アームの複数のフライホイールダイオードに転流する。

この場合、複数のフライホイールダイオードが並列に接続されているので、各々のフライホイールダイオードを通って流れる電流は、その経路、即ち、導体パターンや配線等のインダクタンスの影響により流れ易さが異なるため、電流値にアンバランスが発生する。

特に、３つ以上のダイオードチップを並列に配置した場合、３つ以上のダイオードチップを対称に配置することができず、各ダイオードチップを通る各電流経路のインダクタンスが異なり、電流値にアンバランスが発生する。このため、フライホイールダイオードの電流定格を大きい電流値に合わせなければならなかった。その結果、フライホイールダイオードのコストが高くなっていた。

本発明の課題は、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる半導体装置を提供することにある。

本発明は、各並列フライホイールダイオードにおける各フライホイールダイオードに対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子の分岐点から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整するインダクタンス調整部材を電流経路に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、インダクタンス調整部材により、各並列フライホイールダイオードにおける各フライホイールダイオードに対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子の分岐点から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整される。従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。

本発明の半導体装置の各フライホイールダイオードに対する並列接続されたスイッチ素子の分岐点及び電源端子側の合流点の例を示す図である。本発明の半導体装置の各フライホイールダイオードに対する並列接続されたスイッチ素子の分岐点及び電源端子側の合流点の他の例を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例１を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例２を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例３を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例４を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例５を示す図である。本発明の半導体装置に設けられたインダクタンス調整部材の実施例６を示す図である。インダクタンスを調整する前の従来の半導体装置とインダクタンスを調整した実施例の半導体装置との比較結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の半導体装置について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の半導体装置は、各並列フライホイールダイオードにおける各フライホイールダイオードに対する並列接続されたスイッチ素子の分岐点から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整するインダクタンス調整部材を電流経路に設ける。

まず、複数のスイッチ素子と複数のフライホイールダイオードとを並列に接続して構成した１アームの素子群を２個直列に接続して一相分の上下アームを絶縁基板上に構成した場合、図１〜図２に示すような複数のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の配置と複数のダイオードＤ１〜Ｄ４の配置が考えられる。これらの部品配置により、各フライホイールダイオードに対する並列接続されたスイッチ素子の分岐点及び電源端子側合流点の位置が変わるので、以下、図１〜図２に示す例の分岐点及び電源端子側合流点を決定する。

（分岐点及び合流点）
図１（ａ）に示す例１では、直流正極端子Ｐと直流負極端子Ｎとの間に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ３との直列回路と、スイッチ素子Ｑ２とスイッチ素子Ｑ４との直列回路とが接続される。直流正極端子Ｐと出力端子Ｏ（中性点端子）との間には、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが並列に接続されている。出力端子Ｏと直流負極端子Ｎとの間には、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とが並列に接続されている。出力端子Ｏは、図示しないモータなどの負荷に接続される。

例１では、スイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、フライホイールダイオードＤ１、フライホイールダイオードＤ２の順番に配置されている。なお、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなる。

スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４がオンからオフすると、フライホイールダイオードＤ１の経路ＲＴ１と、フライホイールダイオードＤ２の経路ＲＴ２とに電流が流れる。電源端子側の合流点は、Ｂ１である。フライホイールダイオードＤ１に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の分岐点は、Ａ１である。フライホイールダイオードＤ２に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の分岐点は、Ａ１である。
図１（ｂ）に示す例２では、スイッチ素子Ｑ１、フライホイールダイオードＤ１、スイッチ素子Ｑ２、フライホイールダイオードＤ２の順番に配置されている。電源端子側の合流点は、Ｂ２である。フライホイールダイオードＤ１に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の分岐点は、Ａ２である。フライホイールダイオードＤ２に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の分岐点は、Ａ３である。
図１（ｃ）に示す例３では、フライホイールダイオードＤ１、スイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、フライホイールダイオードＤ２の順番に配置されている。電源端子側の合流点は、Ｂ３である。フライホイールダイオードＤ１に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ４である。フライホイールダイオードＤ２に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ５である。

図２（ａ）に示す例４では、スイッチ素子Ｑ３、スイッチ素子Ｑ４、フライホイールダイオードＤ３、フライホイールダイオードＤ４の順番に配置されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオンからオフすると、フライホイールダイオードＤ３の経路ＲＴ３と、フライホイールダイオードＤ４の経路ＲＴ４とに電流が流れる。電源端子側の合流点は、Ｂ４である。フライホイールダイオードＤ３に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ６である。フライホイールダイオードＤ４に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ６である。

図２（ｂ）に示す例では、スイッチ素子Ｑ３、フライホイールダイオードＤ３、スイッチ素子Ｑ４、フライホイールダイオードＤ４の順番に配置されている。電源端子側の合流点は、Ｂ５である。フライホイールダイオードＤ３に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ７である。フライホイールダイオードＤ４に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ８である。
図２（ｃ）に示す例では、フライホイールダイオードＤ３、スイッチ素子Ｑ３、スイッチ素子Ｑ３、フライホイールダイオードＤ４の順番に配置されている。電源端子側の合流点は、Ｂ６である。フライホイールダイオードＤ３に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ９である。フライホイールダイオードＤ３に対する反対側のアームの並列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の分岐点は、Ａ１０である。

（インダクタンス調整部材の例）
次に、各並列フライホイールダイオードにおける各フライホイールダイオードに対する並列接続されたスイッチ素子の分岐点から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整するインダクタンス調整部材の具体例を例示して説明する。

図３（ａ）に３つのスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３（Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）に３つのフライホイールダイオードＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３（ＦＷＤ４，ＦＷＤ５，ＦＷＤ６）が並列に配置されている場合の１相分の半導体装置の構成を示す。３つのフライホイールダイオードＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３（ＦＷＤ４，ＦＷＤ５，ＦＷＤ６）の電流経路にインダクタンス調整部材１が接続されている。

インダクタンス調整部材１は、あるフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスよりも残りのフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスが大きい場合には、残りのフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスを減らすように調整して、各電流経路のインダクタンスを同等に調整する。あるいは、インダクタンス調整部材１は、あるフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスよりも残りのフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスが大きい場合には、あるフライホイールダイオードの電流経路のインダクタンスを増やすように調整して、各電流経路のインダクタンスを同等に調整する。

以下の図３〜図８の例では、基板に３つのフライホイールダイオード（以下、ダイオードチップ）が並列に配置されている場合を説明する。ダイオードチップの並列数は、３個に限定されることなく、２個又は４個以上でも良い。また、図３〜図８では、直流正極端子Ｐを含む銅箔パターンからかなる導体パターンＰＴ１（第１の導体パターン）上に、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３が等間隔に並べて配置された場合を示している。３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３の各々の下面は、直流正極端子Ｐを含む導体パターンＰＴ１に接続されている。

なお、図示しないが、直流負極端子Ｎを含む導体パターン上に、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３が等間隔に並べて配置される場合についても図３〜図８に示す例と同様である。

（インダクタンス調整の実施例１）
図３（ｂ）に示すインダクタンス調整部材の実施例１では、導体パターンＰＴ１上に、３つのスイッチ素子チップＱ１，Ｑ２，Ｑ３が等間隔に並べて配置され、３つのスイッチ素子チップＱ１，Ｑ２，Ｑ３の各々の下面は、直流正極端子Ｐを含む導体パターンＰＴ１に接続されている。３つのスイッチ素子チップＱ１，Ｑ２，Ｑ３の各々の上面と出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２（第２の導体パターン）とには、それぞれワイヤーＷＲが接続されている。

３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３の各々の上面と出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２とには、ワイヤーＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３（本発明のインダクタンス調整部材）が接続されている。即ち、ワイヤーボンディングされている。ワイヤーＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３は、アルミニウム、銅などからなり、ワイヤーＷＲ２に対して、ワイヤーＷＲ１とワイヤーＷＲ３とが対称に配置され、ワイヤーＷＲ１とワイヤーＷＲ３とは、ワイヤーＷＲ２よりも長い。ワイヤーＷＲ１，ＷＲ３の本数は、ワイヤーＷＲ２の本数よりも多い。

ワイヤーの本数を増やすと、並列されたワイヤーのインダクタンスがより小さくなる。従って、ワイヤーＷＲ１，ＷＲ３のインダクタンスは、ワイヤーＷＲ２のインダクタンスよりも小さくなる。これにより、出力端子Ｏ−ワイヤーＷＲ１−ダイオードチップＦＷＤ１−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスと、出力端子Ｏ−ワイヤーＷＲ２−ダイオードチップＦＷＤ２−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスと、出力端子Ｏ−ワイヤーＷＲ３−ダイオードチップＦＷＤ３−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスとを同等に調整することができる。

従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。また、ワイヤーＷＲ１，ＷＲ３を用いているので、インダクタンスの調整が容易になる。

なお、実施例１では、ワイヤーＷＲ１，ＷＲ３の本数を変化させてインダクタンスを調整したが、例えば、直線状のワイヤーの長さを変化させることにより、インダクタンスを調整するようにしても良い。例えば、ワイヤーＷＲ２を曲線状に形成してインダクタンスを大きくすることにより各電流経路のインダクタンスを同等に調整することもできる。

（インダクタンス調整の実施例２）
以下、図４〜図８については、簡単のため、スイッチ素子チップＱ１〜Ｑ３の図示を省略した。図４に示すインダクタンス調整部材の実施例２では、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３にはそれぞれ同本数のワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ２，ＷＲ３ａが接続されている。ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａは、ワイヤーＷＲ２よりも長く、ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａのインダクタンスは、ワイヤーＷＲ２のインダクタンスよりも大きい。

このため、導体パターンＰＴ１上で且つ直流正極端子ＰとダイオードチップＦＷＤ２とを繋ぐ経路を除く領域に、直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ１に向かって貼付けて配置されたワイヤーＷＲ４と、直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ３に向かって貼付けて配置されたワイヤーＷＲ５とが設けられている。

導体パターンＰＴ１上にワイヤーＷＲ４とワイヤーＷＲ５が貼付けて配置されるので、直流正極端子Ｐ−ワイヤーＷＲ４−ダイオードチップＦＷＤ１の経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−ワイヤーＷＲ５−ダイオードチップＦＷＤ３の経路のインダクタンスとの各々のインダクタンスは、直流正極端子Ｐ−導体パターンＰＴ１−ダイオードチップＦＷＤ２の経路のインダクタンスよりも小さくなる。

従って、ワイヤーＷＲ４，ＷＲ５の本数を調整することにより、直流正極端子Ｐ−ワイヤーＷＲ４−ダイオードチップＦＷＤ１−ワイヤーＷＲ１ａ−出力端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−ワイヤーＷＲ５−ダイオードチップＦＷＤ３−ワイヤーＷＲ３ａ−出力端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−導体パターンＰＴ１−ダイオードチップＦＷＤ２−ワイヤーＷＲ２−出力端子Ｏの経路のインダクタンスとを同等に調整することができる。

従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。また、ワイヤーＷＲ４，ＷＲ５を用いているので、インダクタンスの調整が容易になる。

なお、実施例２では、ワイヤーＷＲ４，ＷＲ５の本数を変化させてインダクタンスを調整したが、例えば、直線状のワイヤーＷＲ４，ＷＲ５の長さを変化させることにより、インダクタンスを調整するようにしても、実施例２の効果と同様な効果が得られる。

（インダクタンス調整の実施例３）
図５に示すインダクタンス調整部材の実施例３では、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３にワイヤーＷＲ６，ＷＲ２，ＷＲ７が接続され、ワイヤーＷＲ６，ＷＲ７の本数は、同数であり、ワイヤーＷＲ２の本数よりも多い。ワイヤーＷＲ６，ＷＲ７は、ワイヤーＷＲ２よりも長く、ワイヤーＷＲ６，ＷＲ２，ＷＲ７の各々の接続点は、出力端子Ｏの合流点Ｍにおいて重ね合わされて、ワイヤーボンディングされている。

図５に示す構成によれば、ワイヤーＷＲ６，ＷＲ２，ＷＲ７の各々の接続点が重ね合わされているので、出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２上でインダクタンスを同じにすることができる。従って、インダクタンスの調整が容易になる。

なお、ダイオードチップＦＷＤの並列数が２個の場合には、図５に示す例と同様に、２個のダイオードチップＦＷＤを対称に配置し、各々のダイオードチップＦＷＤに各々のワイヤーの一端を接続し、各々のワイヤーの他端を出力端子Ｏの合流点Ｍにおいて重ね合わせることで、インダクタンスを同じにすることができる。従って、インダクタンスの調整が容易になる。

（インダクタンス調整の実施例４）
図６（ａ）に示すインダクタンス調整部材の実施例４では、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３に同本数のワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ２，ＷＲ３ａが接続されている。ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａは、ワイヤーＷＲ２よりも長く、ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａのインダクタンスは、ワイヤーＷＲ２のインダクタンスよりも大きい。

このため、導体パターンＰＴ１に、ダイオードチップＦＷＤ２と直流正極端子Ｐとの間で且つダイオードチップＦＷＤ２に近い側に矩形状の切欠部１１ａ，１１ｂが形成されている。この切欠部１１ａ，１１ｂにより、ダイオードチップＦＷＤ２と直流正極端子Ｐとの間のインダクタンスが増加して、ダイオードチップＦＷＤ２から直流正極端子Ｐへの電流が流れにくくなる。

従って、切欠部１１ａ，１１ｂにより、直流正極端子Ｐ−ダイオードチップＦＷＤ１−ワイヤーＷＲ１ａ−出力端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−ダイオードチップＦＷＤ３−ワイヤーＷＲ３ａ−出力端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−切欠部１１ａ，１１ｂ−ダイオードチップＦＷＤ２−ワイヤーＷＲ２−出力端子Ｏの経路のインダクタンスとを同等に調整することができる。

従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。また、切欠部１１ａ，１１ｂを形成しているので、インダクタンスの調整が容易になる。

なお、図６（ａ）に示す実施例４では、導体パターンＰＴ１上に矩形状の切欠部１１ａ，１１ｂを形成したが、図６（ｂ）に示す例では、導体パターンＰＴ１上に三角形状あるいは楔状の切欠部１２ａ，１２ｂを形成したものである。図６（ｂ）に示す例についても、図６（ａ）に示す例と同様に作用し、同様な効果が得られる。

また、実施例４では、導体パターンＰＴ１に、ダイオードチップＦＷＤ２と直流正極端子Ｐとの間で且つダイオードチップＦＷＤ２に近い側に切欠部１１ａ，１１ｂを形成したが、例えば、出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２上で且つダイオードチップＦＷＤ２に近い側に切欠部１１ａ，１１ｂを形成しても、インダクタンスを大きくしてインダクタンスを調整することもできる。

（インダクタンス調整の実施例５）
図７に示すインダクタンス調整部材の実施例５では、３つのダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３に同本数のワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ２，ＷＲ３ａが接続されている。ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａは、ワイヤーＷＲ２よりも長く、ワイヤーＷＲ１ａ，ＷＲ３ａのインダクタンスは、ワイヤーＷＲ２のインダクタンスよりも大きい。

このため、導体パターンＰＴ１の厚さよりも厚い導体パターンＰＴ３が、斜線部分で示すように直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ１を取り囲むように配置されるとともに直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ３を取り囲むように配置されている。導体パターンＰＴ１は、ダイオードチップＦＷＤ２を取り囲むように配置されている。

このような構成によれば、導体パターンＰＴ３は、導体パターンＰＴ１の厚さよりも厚いので、インダクタンスをより小さくすることができる。従って、直流正極端子Ｐ−導体パターンＰＴ３−ダイオードチップＦＷＤ１−ワイヤーＷＲ１ａ−直流負極端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−導体パターンＰＴ３−導体パターンＰＴ１−ダイオードチップＦＷＤ２−ワイヤーＷＲ２−直流負極端子Ｏの経路のインダクタンスと、直流正極端子Ｐ−導体パターンＰＴ３−ダイオードチップＦＷＤ３−ワイヤーＷＲ３ａ−直流負極端子Ｏの経路のインダクタンスとを同等に調整することができる。従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。また、インダクタンスの調整が容易になる。

また、実施例５では、導体パターンＰＴ３の厚さを変えて、インダクタンスを調整したが、例えば、導体パターンの幅、長さを変えることにより、インダクタンスを調整するようにしても良い。例えば、直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ１への経路の導体パターンの幅と、直流正極端子ＰからダイオードチップＦＷＤ３への経路の導体パターンの幅とを大きくすることにより、インダクタンスを小さくすることができる。

また、実施例５では、直流正極端子Ｐの導体パターンＰＴ３の厚さを厚くするようにしてインダクタンスを小さくしたが、これに代えて、出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２の内、ダイオードチップＦＷＤ１及びダイオードチップＦＷＤ３が接続される導体パターンの厚さを、ダイオードチップＦＷＤ１が接続される導体パターンの厚さよりも厚くすることにより、インダクタンスを小さくすることができる。

（インダクタンス調整の実施例６）
図８に示すインダクタンス調整部材の例６では、図３に示すワイヤーＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３に代えて、ビームリードＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３を用いている。ビームリードＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３の一端Ｔ１〜Ｔ３は、ダイオードチップＦＷＤ１，ＦＷＤ２，ＦＷＤ３に半田付けされ、ビームリードＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３の他端Ｔ４〜Ｔ６は、出力端子Ｏの導体パターンＰＴ２に半田付けされている。

ビームリードＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３の各々は、銅又は合金などの導体からなり、図８（ｂ）の側面図に示すように半田付けされるビームリード両端以外の部分に傾斜された突起部３が形成されている。

また、ビームリードＢＬ１，ＢＬ３の厚さは、ビームリードＢＬ２の厚さよりも厚い。このため、ビームリードＢＬ１，ＢＬ３のインダクタンスは、ビームリードＢＬ２のインダクタンスよりも小さい。

これにより、出力端子Ｏ−ビームリードＢＬ１−ダイオードチップＦＷＤ１−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスと、出力端子Ｏ−ビームリードＢＬ２−ダイオードチップＦＷＤ２−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスと、出力端子Ｏ−ビームリードＢＬ３−ダイオードチップＦＷＤ３−直流正極端子Ｐの経路のインダクタンスとを同等に調整することができる。

従って、大きな電流定格のフライホイールダイオードを使用することなく、転流時に各フライホイールダイオードに流れる電流の大きさを揃えることができる。また、インダクタンスの調整が容易になる。さらに、ワイヤーの場合には、複数本ワイヤーボンディングしなければならないが、ビームリードは、１個だけ半田付けすれば良いので、作業が簡単になる。

なお、実施例６では、ビームリードＢＬ１，ＢＬ３の厚さをビームリードＢＬ２の厚さよりも厚くしてインダクタンスを小さくしたが、例えば、ビームリードＢＬ１，ＢＬ３の断面積を、ビームリードＢＬ２の断面積よりも大きくしても、インダクタンスを小さくすることができる。あるいは、ビームリードの長さを変えることにより、インダクタンスを変えることもできる。

また、図４〜図７に示す実施例２〜５のワイヤーＷＲに代えて、図８に示すビームリードＢＬ１〜ＢＬ３を用いても良い。ビームリードＢＬ１〜ＢＬ３を用いることで、作業が簡単になる。また、図４〜図７に示す実施例２〜５のワイヤーＷＲに代えて、図８に示すビームリードＢＬ１〜ＢＬ３を用い、このビームリードＢＬ１〜ＢＬ３の厚さ、断面積、あるいは長さを変えることにより、インダクタンスを変えるようにすれば、図４〜図７に示す実施例２〜５の効果と図８に示す実施例６の効果とが得られる。

さらに、図３〜図８に示す実施例１〜６の２つ以上の実施例を組み合わせても良い。このようにすれば、インダクタンスの調整がさらに容易になる。

（インダクタンスの調整前後の電流バランスの比較結果）
図９は、インダクタンスを調整する前の従来の半導体装置とインダクタンスを調整した実施例の半導体装置との比較結果を示す図である。図９では、図９（ａ）に示す例、即ち図１（ｂ）に示す例について各電流経路の電流を測定した。

まず、図９（ｂ）に示す従来の半導体装置において、経路ＲＴ１は、分岐点Ａ２−インダクタンスＬ１５（５ｎＨ）−ダイオードＤ１−インダクタンスＬ１３（５ｎＨ）−合流点Ｂ２である。経路ＲＴ２は、分岐点Ａ３−インダクタンスＬ３（５ｎＨ）−インダクタンスＬ５（５ｎＨ）−ダイオードＤ２−インダクタンスＬ７（５ｎＨ）−インダクタンスＬ８（５ｎＨ）−インダクタンスＬ２（５ｎＨ）−合流点Ｂ２である。即ち、経路ＲＴ１の合計のインダクタンスは、１０ｎＨであり、経路ＲＴ２の合計のインダクタンスは、２５ｎＨである。このため、図９（ｃ）に示すように、経路ＲＴ１の電流と経路ＲＴ２の電流とにアンバランスが発生する。

これに対して、実施例の半導体装置においては、前述したインダクタンス調整部材１を設けて各経路のインダクタンスを調整している。図９（ｄ）に示す例では、経路の短い経路ＲＴ１のインダクタンスを増加するように調整している。この例は、図９（ｄ）に示すダイオードＤ１のカソードと合流点Ｂ２との間に、例えば、図６（ａ）に示す切欠部１１ａ，１１ｂを設け、図９（ｄ）に示すダイオードＤ１のアノードと分岐点Ａ２との間に、例えば、図６（ａ）に示すワイヤーＷＲ２を設け、ワイヤーＷＲ２の本数を減らすことでインダクタンスを増やし、切欠部１１ａ，１１ｂによりインダクタンスを増やすことができる。

図９（ｄ）に示す例では、経路ＲＴ１は、分岐点Ａ２−インダクタンスＬ１５（１０ｎＨ）−ダイオードＤ１−インダクタンスＬ１３（１５ｎＨ）−合流点Ｂ２である。即ち、インダクタンスＬ１５を１０ｎＨに増加させ、インダクタンスＬ１３を１５ｎＨに増加させ、経路ＲＴ１の合計のインダクタンスを２５ｎＨとすることで、経路ＲＴ２のインダクタンスと同等に調整している。従って、図９（ｅ）に示すように、経路ＲＴ１の電流と経路ＲＴ２との電流とを同等にすることができる。

なお、本発明の半導体装置は、上述した実施例１乃至実施例６の半導体装置に限定されるものでない。実施例１乃至実施例６の半導体装置では、上下アームの１相分の構成について説明したが、本発明は、例えば、上下アームの１相分の構成を３相分備えて構成される３相交流インバータに適用することもできる。また、本発明の半導体装置は、インバータやコンバータなどにも適用可能である。

Ｑ１〜Ｑ４スイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ４フライホイールダイオード
ＦＷＤ１〜ＦＷＤ３ダイオードチップ
ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３導体パターン
ＷＲ１〜ＷＲ７ワイヤー
ＢＬ１〜ＢＬ３ビームリード
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ切欠部
Ｐ直流正極端子
Ｏ出力端子
Ｎ直流負極端子
Ｔ１〜Ｔ６端子
１インダクタンス調整部材
３突起部

Claims

複数のスイッチ素子（Ｑ１〜Ｑ３）と複数のフライホイールダイオード（ＦＷＤ１〜ＦＷＤ３）とを並列に接続して構成した１アームの素子群を２個直列に接続して一相分の上下アームを構成した半導体装置において、
各並列フライホイールダイオード（ＦＷＤ１〜ＦＷＤ３）における各フライホイールダイオードに対する反対側のアームの並列接続された前記スイッチ素子（Ｑ１〜Ｑ３）の分岐点から、各フライホイールダイオードを通り電源端子側合流点に至るそれぞれの電流経路のインダクタンスを同等になるように調整するインダクタンス調整部材（１）を前記電流経路上に設けたことを特徴とする半導体装置。
請求項１記載の半導体装置において、
前記上下アームの各々は、
前記電源端子用の第１の導体パターン（ＰＴ１）と、
出力端子用の第２の導体パターン（ＰＴ２）と、
一端が前記第１の導体パターンに接続され、他端が前記第２の導体パターンに接続され、前記複数のフライホイールダイオード（ＦＷＤ１〜ＦＷＤ３）を備えた複数のダイオードチップと、
一端が前記第１の導体パターンに接続され、他端が前記第２の導体パターンに接続され、前記複数のスイッチ素子（Ｑ１〜Ｑ３）を備えた複数のスイッチ素子チップとを備え、
前記インダクタンス調整部材（１）は、前記第１の導体パターンと前記複数のダイオードチップの一端との間及び前記第２の導体パターンと前記複数のダイオードチップの他端との間の少なくとも一方に配置されることを特徴とする半導体装置。
請求項１又は請求項２記載の半導体装置において、
前記インダクタンス調整部材（１）は、前記電流経路上において配置されたワイヤー（ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３）の本数、長さの少なくとも一方を変えることによりインダクタンスを調整することを特徴とする半導体装置。
請求項２又は請求項３記載の半導体装置において、
前記インダクタンス調整部材（１）は、前記第１の導体パターン（ＰＴ１）及び前記第２の導体パターン（ＰＴ２）の少なくとも一方の導体パターンの厚さ、幅、長さの少なくとも１つを変えることによりインダクタンスを調整することを特徴とする半導体装置。
請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載の半導体装置において、
前記インダクタンス調整部材（１）は、前記第１の導体パターン（ＰＴ１）及び前記第２の導体パターン（ＰＴ２）の少なくとも一方の導体パターンに切欠部（１１ａ，１１ｂ）が形成され、前記少なくとも一方の導体パターンの幅を変えることを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の半導体装置において、
前記インダクタンス調整部材（１）は、前記電流経路上において配置されたビームリード（ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３）の厚さ、断面積、長さの少なくとも１つを変えることによりインダクタンスを調整することを特徴とする半導体装置。