JP2015186438A - semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相インバータの3つの上下アームを構成する6つの半導体チップと、直流電源に接続される対をなす導体としての正極導体及び負極導体と、を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including six semiconductor chips constituting three upper and lower arms of a three-phase inverter and a positive conductor and a negative conductor as a pair of conductors connected to a DC power source.
従来、三相インバータの3つの上下アームを構成する6つの半導体チップと、直流電源に接続される対をなす導体としての正極導体及び負極導体と、を備える半導体装置として、特許文献1に記載のものが知られている。
Conventionally, as a semiconductor device including six semiconductor chips constituting three upper and lower arms of a three-phase inverter and a positive conductor and a negative conductor as a pair of conductors connected to a DC power source, it is described in
特許文献1に記載の半導体装置では、正極導体が、2つの正極端子(正極直流端子)と、正極端子同士、及び、上アーム側の半導体チップが実装された基板と正極端子とを連結する正極連結部(正極側板状導体)と、を有している。一方、負極導体が、2つの負極端子(負極直流端子)と、負極端子同士、及び、下アーム側の半導体チップが実装された基板と負極端子とを連結する負極連結部(負極側板状導体)と、を有している。
In the semiconductor device described in
このように半導体装置は、正極端子と負極端子からなる電源端子対を2つ有しており、これら端子は、半導体チップの厚み方向に直交する第1方向において、負極端子、正極端子、負極端子、正極端子の順に配置されている。 Thus, the semiconductor device has two power supply terminal pairs including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and these terminals are in the first direction orthogonal to the thickness direction of the semiconductor chip, the negative electrode terminal, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal. The positive terminals are arranged in this order.
上記したように、特許文献1に記載の半導体装置は、電源端子対を2つ有するため、電源端子対を1つのみ有する構成に較べて、正極導体及び負極導体のインダクタンスを低減することができる。
As described above, since the semiconductor device described in
また、特許文献1では、正極連結部と負極連結部が、絶縁シートを介して積層構造部を形成している。これにより、インダクタンスをさらに低減することができる。
Moreover, in
しかしながら、正極連結部及び負極連結部は、その板厚方向を、半導体チップの厚み方向及び第1方向の両方向に直交する第2方向として、配置されている。正極連結部及び負極連結部は、大電流が流れる部分であり、その幅は板厚に対して十分に長い。すなわち、厚み方向において、半導体チップよりも正極連結部及び負極連結部のほうが十分に長い。 However, the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion are arranged with the plate thickness direction as a second direction orthogonal to both the thickness direction of the semiconductor chip and the first direction. The positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion are portions through which a large current flows, and the width thereof is sufficiently long with respect to the plate thickness. That is, in the thickness direction, the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion are sufficiently longer than the semiconductor chip.
このように、厚み方向において正極連結部及び負極連結部の長さが長いため、6つの半導体チップがモールド樹脂部によって封止されるとともに、各半導体チップの両面側にヒートシンクがそれぞれ配置され、各ヒートシンクの放熱面がモールド樹脂部から露出された両面放熱構造の半導体装置に適用しようとすると、半導体チップから放熱面までの距離が長くなってしまう。これにより、熱抵抗が増加し、放熱性が低下する虞がある。 As described above, since the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion are long in the thickness direction, the six semiconductor chips are sealed by the mold resin portion, and the heat sinks are disposed on both sides of each semiconductor chip, When applying to a semiconductor device having a double-sided heat dissipation structure in which the heat dissipation surface of the heat sink is exposed from the mold resin portion, the distance from the semiconductor chip to the heat dissipation surface becomes long. Thereby, there exists a possibility that thermal resistance may increase and heat dissipation may fall.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、三相インバータの3つの上下アームを構成する6つの半導体チップと、直流電源に接続される対をなす導体としての正極導体及び負極導体と、を備える半導体装置において、正極導体及び負極導体のインダクタンスを低減するとともに、放熱性を向上することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a semiconductor comprising six semiconductor chips constituting the three upper and lower arms of a three-phase inverter, and a positive conductor and a negative conductor as a pair of conductors connected to a DC power source. An object of the device is to reduce the inductance of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor and to improve heat dissipation.
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.
開示された発明のひとつは、互いに厚み方向を同じ方向として配置され、厚み方向の両面に主電極を有するとともに両面の一方に制御電極を有し、三相インバータの3つの上下アームを構成する6つの半導体チップ(20〜25)と、厚み方向において一面(100a)及び該一面と反対の裏面(100b)を有し、各半導体チップを一体的に封止するモールド樹脂部(100)と、直流電源に接続される対をなす導体としての正極導体(30)及び負極導体(40)と、上アーム側の各半導体チップの負極側の主電極にそれぞれ電気的に接続され、主電極との接続面と反対の放熱面がモールド樹脂部の裏面から露出される各相の第1出力ヒートシンク(52a,62a,72a)と、下アーム側の各半導体チップの正極側の主電極にそれぞれ電気的に接続され、主電極との接続面と反対の放熱面がモールド樹脂部の一面から露出される各相の第2出力ヒートシンク(52b,62b,72b)と、を備える。正極導体は、上アーム側の各半導体チップが同一面上に配置されるとともに該半導体チップの正極側の主電極が電気的に接続され、半導体チップ搭載面と反対の放熱面がモールド樹脂部の一面から露出される正極ヒートシンク(32)と、直流電源の正極側に接続され、モールド樹脂部の側面(100c)から突出する正極端子(31)と、を有する。負極導体は、下アーム側の各半導体チップが同一面上に配置されるとともに該半導体チップの負極側の主電極が電気的に接続され、半導体チップ搭載面と反対の放熱面がモールド樹脂部の裏面から露出される負極ヒートシンク(42)と、直流電源の負極側に接続され、正極端子と同じ側面から突出する負極端子(41)と、を有する。 One of the disclosed inventions is arranged with the same thickness direction as each other, has a main electrode on both sides in the thickness direction and a control electrode on one of both sides, and constitutes three upper and lower arms of a three-phase inverter. A mold resin portion (100) having one semiconductor chip (20 to 25), one surface (100a) in the thickness direction and a back surface (100b) opposite to the one surface, and integrally sealing each semiconductor chip; A positive electrode conductor (30) and a negative electrode conductor (40) as a pair of conductors connected to a power source are electrically connected to the main electrode on the negative electrode side of each semiconductor chip on the upper arm side, and are connected to the main electrode. The first heat sink (52a, 62a, 72a) of each phase where the heat radiation surface opposite to the surface is exposed from the back surface of the mold resin portion, and the main electrode on the positive electrode side of each semiconductor chip on the lower arm side, respectively. Are electrically connected, comprising the phases of the second output heat sink radiating surface opposite to the connection surface of the main electrode is exposed from one surface of the mold resin portion (52 b, 62b, 72b), the. In the positive electrode conductor, each semiconductor chip on the upper arm side is arranged on the same surface and the main electrode on the positive electrode side of the semiconductor chip is electrically connected, and the heat radiation surface opposite to the semiconductor chip mounting surface is the mold resin portion. A positive heat sink (32) exposed from one surface and a positive electrode terminal (31) connected to the positive electrode side of the DC power supply and projecting from the side surface (100c) of the mold resin portion. In the negative electrode conductor, each semiconductor chip on the lower arm side is arranged on the same surface, and the main electrode on the negative electrode side of the semiconductor chip is electrically connected, and the heat radiation surface opposite to the semiconductor chip mounting surface is the mold resin portion. The negative electrode heat sink (42) exposed from the back surface and the negative electrode terminal (41) connected to the negative electrode side of the DC power supply and projecting from the same side surface as the positive electrode terminal are included.
正極端子と負極端子とが、厚み方向に直交する第1方向において隣りあって配置されて電源端子対をなすとともに、該電源端子対を2つ有する。正極導体は、正極ヒートシンクと正極端子とを電気的に連結するとともに正極端子同士を電気的に連結する正極連結部(33)を有し、負極導体は、負極ヒートシンクと負極端子とを電気的に連結するとともに負極端子同士を電気的に連結する負極連結部(43)を有する。そして、正極連結部及び負極連結部の少なくとも一方が、他方の導体との間にモールド樹脂部を介した積層構造を形成し、該積層構造を形成する連結部の板厚方向が厚み方向とされることを特徴とする。 The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged adjacent to each other in a first direction orthogonal to the thickness direction to form a power supply terminal pair, and the power supply terminal pair has two. The positive electrode conductor has a positive electrode connection part (33) that electrically connects the positive electrode heat sink and the positive electrode terminal and electrically connects the positive electrode terminals to each other, and the negative electrode conductor electrically connects the negative electrode heat sink and the negative electrode terminal. It has a negative electrode connection part (43) which connects and electrically connects negative electrode terminals. Then, at least one of the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion forms a laminated structure with a mold resin portion between the other conductor, and the thickness direction is the thickness direction of the connecting portion forming the laminated structure. It is characterized by that.
これによれば、正極端子と負極端子が隣り合って配置されてなる電源端子対を2つ有する。換言すれば、直流電源から半導体チップへの電流経路を2つ有する。したがって、正極導体及び負極導体のインダクタンスを低減することができる。さらに、正極連結部及び負極連結部の少なくとも一方が、他方の導体との間にモールド樹脂部を介した積層構造を形成するため、これによっても、正極導体及び負極導体のインダクタンスを低減することができる。 According to this, there are two power supply terminal pairs in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged adjacent to each other. In other words, it has two current paths from the DC power supply to the semiconductor chip. Therefore, the inductance of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor can be reduced. Further, since at least one of the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion forms a laminated structure with the other conductor through the mold resin portion, this also reduces the inductance of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor. it can.
また、正極導体及び負極導体の少なくとも一方の連結部と、他の導体との間にモールド樹脂部を介して形成される積層構造において、連結部の板厚方向が厚み方向とされる。これにより、連結部の幅方向が厚み方向とされる構成に較べて、半導体チップから放熱面までの距離を短くすることができる。したがって、熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。 Moreover, in the laminated structure formed through the molding resin part between at least one connection part of a positive electrode conductor and a negative electrode conductor, and another conductor, the plate | board thickness direction of a connection part is made into the thickness direction. Thereby, compared with the structure by which the width direction of a connection part is made into the thickness direction, the distance from a semiconductor chip to a thermal radiation surface can be shortened. Therefore, thermal resistance can be reduced and heat dissipation can be improved.
開示された他の発明のひとつは、2つの電源端子対が、第1方向において離れて配置され、正極ヒートシンク及び負極ヒートシンクは、それぞれ第1方向を長手方向とするとともに、厚み方向及び第1方向の両方向に直交する第2方向において並んで配置されている。第2方向において、電源端子対は、モールド樹脂部の側面から突出しており、正極ヒートシンク及び負極ヒートシンクのうち、第2方向において側面に近い一方(30)は、各半導体チップが第1方向に並んで配置された中央領域(34)と、該中央領域の両端側において中央領域から第1方向に延設された延設領域(35)と、を有している。そして、側面に遠い側のヒートシンク(40)と対応する端子とを連結する連結部として、一端側の延設領域を跨いで2つの端子の一方に連結された第1連結部(43a)と、他端側の延設領域を跨いで2つの端子の他方に連結された第2連結部(43b)と、を有し、第1連結部及び第2連結部と側面に近いヒートシンクとの間に、積層構造がそれぞれ形成されていることを特徴とする。 In another disclosed invention, two power supply terminal pairs are arranged apart from each other in the first direction, and the positive electrode heat sink and the negative electrode heat sink each have a first direction as a longitudinal direction, a thickness direction, and a first direction. Are arranged side by side in a second direction orthogonal to the two directions. In the second direction, the power supply terminal pair protrudes from the side surface of the mold resin portion, and one of the positive electrode heat sink and the negative electrode heat sink that is close to the side surface in the second direction (30) has the semiconductor chips aligned in the first direction. And the extended region (35) extended in the first direction from the central region on both ends of the central region. And as a connection part which connects the heat sink (40) on the side far from the side and the corresponding terminal, the first connection part (43a) connected to one of the two terminals across the extended region on one end side, A second connecting portion (43b) connected to the other of the two terminals across the extension region on the other end side, and between the first connecting portion and the second connecting portion and the heat sink near the side surface The laminated structure is formed respectively.
これによれば、電源端子対に近い側のヒートシンクが第1方向に延設され、他方のヒートシンクと対応する2つの端子とを連結する第1連結部及び第2連結部が、それぞれ延設領域を跨ぐように配置されている。これによれば、ヒートシンクと該ヒートシンクを跨ぐ連結部とにより、積層構造が形成される。したがって、半導体チップを上アーム側と下アーム側とに分けて二列配置する構成において、正極連結部及び負極連結部のインダクタンスを低減することができる。 According to this, the heat sink on the side close to the pair of power supply terminals extends in the first direction, and the first connecting portion and the second connecting portion that connect the other heat sink and the corresponding two terminals are respectively extended regions. It is arranged to straddle. According to this, a laminated structure is formed by the heat sink and the connecting portion straddling the heat sink. Therefore, in the configuration in which the semiconductor chips are arranged in two rows on the upper arm side and the lower arm side, the inductance of the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion can be reduced.
また、ヒートシンクの延設領域を第1連結部及び第2連結部が跨ぐため、側面から遠い側のヒートシンクと対応する端子とを連結しつつ、各相の第1出力ヒートシンク及び第2出力ヒートシンクの放熱面をモールド樹脂部から容易に露出させることができる。このように、中央領域を跨ぐのではなく、言うなればデッドスペースを跨ぐため、インダクタンスを低減しつつ放熱性を向上することができる。 In addition, since the first connecting portion and the second connecting portion straddle the extended region of the heat sink, the first output heat sink and the second output heat sink of each phase are connected while connecting the heat sink far from the side surface and the corresponding terminal. The heat radiating surface can be easily exposed from the mold resin portion. Thus, since it does not straddle the central region, in other words, it straddles the dead space, so that heat dissipation can be improved while reducing inductance.
開示された他の発明のひとつは、第1方向において、2つの電源端子対は互いに離れて配置され、厚み方向及び第1方向の両方向に直交する第2方向において、電源端子対は、モールド樹脂部の一方の側面から突出している。正極ヒートシンク及び負極ヒートシンクは、第1方向においてそれぞれ複数に分割されるとともに互いに並んで配置され、且つ、第1方向において、第1出力ヒートシンク及び第2出力ヒートシンクと対向する対向領域(36,44)と、該対向領域から電源端子対側に延設された延設領域(37,45)と、をそれぞれ有する。正極連結部は、第1方向に延設され、複数に分割された正極ヒートシンクを延設領域において連結する第1正極連結部(33c)を有し、負極連結部は、第1方向に延設され、複数に分割された負極ヒートシンクを延設領域において連結する第1負極連結部(43c)を有する。そして、第1正極連結部及び第1負極連結部により、積層構造が形成されていることを特徴とする。 One of the other inventions disclosed is that, in the first direction, two power supply terminal pairs are arranged apart from each other, and in the second direction orthogonal to both the thickness direction and the first direction, the power supply terminal pair is molded resin. It protrudes from one side of the part. The positive heat sink and the negative heat sink are each divided into a plurality of parts in the first direction and arranged side by side, and opposed to the first output heat sink and the second output heat sink in the first direction (36, 44). And extending regions (37, 45) extending from the facing region to the power supply terminal pair side. The positive electrode connecting portion has a first positive electrode connecting portion (33c) that extends in the first direction and connects the divided positive heat sinks in the extending region, and the negative electrode connecting portion extends in the first direction. And having a first negative electrode connecting portion (43c) for connecting the divided negative heat sinks in the extending region. And the laminated structure is formed by the 1st positive electrode connection part and the 1st negative electrode connection part, It is characterized by the above-mentioned.
これによれば、各ヒートシンクが第1方向において複数に分割されるとともに、第2方向において電極電子対側に延設されている。また、複数に分割された正極ヒートシンクが、第1正極連結部により延設領域において連結され、複数に分割された負極ヒートシンクが、第1負極連結部により延設領域において連結されている。そして、第1正極連結部及び第1負極連結部により、積層構造が形成されている。したがって、半導体チップを一列配置する構成において、正極連結部及び負極連結部のインダクタンスを低減することができる。 According to this, each heat sink is divided into a plurality in the first direction, and extends toward the electrode electron pair side in the second direction. The divided positive heat sink is connected in the extended region by the first positive electrode connecting portion, and the negative heat sink divided in plural is connected in the extended region by the first negative electrode connecting portion. A laminated structure is formed by the first positive electrode connecting portion and the first negative electrode connecting portion. Therefore, in the configuration in which the semiconductor chips are arranged in a row, the inductance of the positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion can be reduced.
また、第1正極連結部は、複数に分割された正極ヒートシンクを延設領域で連結し、第1負極連結部は、複数に分割された負極ヒートシンクを延設領域で連結する。したがって、連結部によって、各ヒートシンクを対応する端子に連結しつつ、各相の第1出力ヒートシンク及び第2出力ヒートシンクの放熱面をモールド樹脂部から容易に露出させることができる。このように、対向領域で連結するのではなく、言うなればデッドスペースで連結するため、インダクタンスを低減しつつ放熱性を向上することができる。 In addition, the first positive electrode connection portion connects the positive heat sinks divided into a plurality in the extension region, and the first negative electrode connection portion connects the negative heat sinks divided in a plurality in the extension region. Therefore, the heat radiating surfaces of the first output heat sink and the second output heat sink of each phase can be easily exposed from the mold resin portion while connecting each heat sink to the corresponding terminal by the connecting portion. Thus, since it connects not in an opposing area | region but in other words in a dead space, heat dissipation can be improved, reducing an inductance.
開示された他の発明のひとつは、第1方向において、2つの電源端子対の一方における正極端子及び負極端子と、電源端子対の他方における正極端子及び負極端子とが、ミラー反転した配置関係とされていることを特徴とする。 One of the other disclosed inventions is an arrangement relationship in which the positive terminal and the negative terminal in one of the two power terminal pairs and the positive terminal and the negative terminal in the other of the power terminal pair are mirror-reversed in the first direction. It is characterized by being.
両面放熱構造の半導体装置は、多段冷却器による両面放熱が可能である。この場合、冷却器の両側に半導体装置がそれぞれ配置される。本発明によれば、両側に配置される半導体装置の向きが互いに同じでも、互いに反転した向きの場合でも、正極端子同士、負極端子同士が重なる。したがって、半導体装置が、冷却器、コンデンサなどとともにインバータアセンブリを構成する際に、配置自由度を向上することができる。 A semiconductor device having a double-sided heat dissipation structure can perform double-sided heat dissipation by a multistage cooler. In this case, semiconductor devices are respectively arranged on both sides of the cooler. According to the present invention, the positive terminals and the negative terminals overlap each other even when the semiconductor devices arranged on both sides are in the same direction or in the opposite directions. Therefore, when a semiconductor device constitutes an inverter assembly together with a cooler, a capacitor, etc., the degree of freedom of arrangement can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、半導体チップの厚み方向をZ方向と示す。また、Z方向に直交し、制御端子の延設方向をY方向と示す。また、Y方向及びZ方向の両方向に直交する方向をX方向と示す。また、平面形状とは、特に断わりのない限り、X方向及びY方向により規定される面に沿う形状を示す。X方向が特許請求の範囲に記載の第1方向に相当し、Y方向が第2方向に相当する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is provided to the part which is mutually the same or equivalent in each figure below. Further, the thickness direction of the semiconductor chip is indicated as the Z direction. Moreover, it is orthogonal to a Z direction and the extending direction of a control terminal is shown as a Y direction. A direction orthogonal to both the Y direction and the Z direction is referred to as an X direction. Further, the planar shape indicates a shape along a plane defined by the X direction and the Y direction unless otherwise specified. The X direction corresponds to the first direction described in the claims, and the Y direction corresponds to the second direction.
(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、本実施形態に係る半導体装置10の回路構成について説明する。
(First embodiment)
First, the circuit configuration of the
図1に示すように、半導体装置10は、負荷としてのモータ200を駆動するために、直流電源201の正極(高電位側)と負極(低電位側)との間に接続された上下アームを三相分有している。このように、半導体装置10は三相インバータとして構成されており、直流電力を三相交流に変換し、モータ200に出力する。このような半導体装置10は、たとえば、電気自動車やハイブリッド車に搭載される。なお、図1に示す符号202は、平滑用のコンデンサである。
As shown in FIG. 1, the
各アームを構成する半導体チップは、IGBTやMOSFETなどのパワー系スイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列に接続されたFWD素子とを有している。なお、パワー系スイッチング素子とFWD素子とを別チップとすることもできる。本実施形態では、半導体装置10が、スイッチング素子としてnチャネル型のIGBT素子を採用した6つの半導体チップ20〜25を備えている。そして、半導体チップ20を上アーム側、半導体チップ21を下アーム側として、U相の上下アームが構成されている。同じく、半導体チップ22を上アーム側、半導体チップ23を下アーム側として、V相の上下アームが構成されている。半導体チップ24を上アーム側、半導体チップ25を下アーム側として、W相の上下アームが構成されている。
The semiconductor chip constituting each arm has a power switching element such as an IGBT or a MOSFET and an FWD element connected in antiparallel to the switching element. Note that the power system switching element and the FWD element may be formed as separate chips. In the present embodiment, the
半導体装置10は、直流電源201に接続される対をなす導体(配線部)として、正極導体30と、負極導体40と、を備えている。また、半導体装置10は、モータ200への出力線(出力用配線)として、出力導体50,60,70を備えている。正極導体30は、外部接続用の正極端子31を有しており、正極端子31を介して直流電源201の正極側に接続される。また、正極導体30は、上アーム側の半導体チップ20,22,24に形成されたIGBT素子のコレクタ電極に、電気的に接続されている。一方、負極導体40は、外部接続用の端子として負極端子41を有しており、負極端子41を介して直流電源201の負極側に接続される。また、負極導体40は、下アーム側の半導体チップ21,23,25に形成されたIGBT素子のエミッタ電極に、電気的に接続されている。
The
出力導体50は、半導体チップ20に形成されたIGBT素子のエミッタ電極及び半導体チップ21に形成されたIGBT素子のコレクタ電極に、電気的に接続されている。そして、外部接続用の出力端子51を介して、モータ200のU相線に接続される。同じく、出力導体60は、半導体チップ22に形成されたIGBT素子のエミッタ電極及び半導体チップ23に形成されたIGBT素子のコレクタ電極に、電気的に接続されている。そして、外部接続用の出力端子61を介して、モータ200のV相線に接続される。出力導体70は、半導体チップ24に形成されたIGBT素子のエミッタ電極及び半導体チップ25に形成されたIGBT素子のコレクタ電極に、電気的に接続されている。そして、外部接続用の出力端子71を介して、モータ200のW相線に接続される。なお、半導体チップ20〜25のコレクタ電極及びエミッタ電極が特許請求の範囲に記載の主電極に相当する。
The
さらに、半導体装置10は、制御端子80〜85と、ドライバIC90〜95と、を備えている。制御端子80〜85は、図示されないマイコンからのデジタル信号を、対応するドライバIC80〜85に伝達する。また、ドライバIC80〜85にて処理されたデジタル信号を、上記マイコンなどに出力する。制御端子80はドライバIC90に接続され、制御端子81はドライバIC91に接続されている。同じく、制御端子82はドライバIC92に接続され、制御端子83はドライバIC93に接続されている。制御端子84はドライバIC94に接続され、制御端子85はドライバIC95に接続されている。
Furthermore, the
ドライバIC90〜95は、半導体チップに、対応する半導体チップ20〜25に形成された素子の駆動を制御するためのドライブ回路が形成されてなる。このドライバIC90〜95は、たとえば、図示しないマイコンから入力される制御信号(デジタル信号)に基づいて、ゲート駆動信号などのアナログ信号を生成し、半導体チップ20〜25に出力する。なお、ドライバIC90が半導体チップ20に対応し、ドライバIC91が半導体チップ21に対応する。同じく、ドライバIC92が半導体チップ22に対応し、ドライバIC93が半導体チップ23に対応する。ドライバIC94が半導体チップ24に対応し、ドライバIC95が半導体チップ25に対応する。
The
次に、図2〜図8に基づき、上記した半導体装置10の構造について説明する。
Next, the structure of the
図2,図3,図6,及び図7に示すように、半導体装置10は、半導体チップ20〜25を一体的に封止するモールド樹脂部100を備えている。このように、三相インバータを構成する6つの半導体チップ20〜25がモールド樹脂部100によって封止された6in1パッケージとなっている。
As shown in FIGS. 2, 3, 6, and 7, the
モールド樹脂部100は、たとえば、エポキシ樹脂を用いたトランスファモールド法により形成されている。モールド樹脂部100は、平面略矩形状をなしており、Z方向における一面100aと、該一面100aと反対の裏面100bとがほぼ平坦となっている。そして、これらの面100a,100bから、後述するヒートシンク32,42,52a,52b,62a,62b,72a,72bの放熱面が露出されている。
The
一面100a及び裏面100bには、上記した放熱面を被覆するように、絶縁シート101がそれぞれ貼り付けられている。この絶縁シート101は、Z方向において半導体装置10の両側に冷却器が配置され、半導体装置10から両面放熱がなされる構成において、半導体装置10と冷却器との間を電気的に分離する。
The insulating
モールド樹脂部100において、一面100a及び裏面100bを繋ぐ側面100cからは、上記した正極導体30及び負極導体40が突出し、側面100c側に正極端子31及び負極端子41が配置されている。本実施形態では、正極端子31として2本の正極端子31a,31bを有し、負極端子41として2本の負極端子41a,41bを有している。そして、X方向において、正極端子31aと負極端子41aが対をなすように隣りあって配置され、正極端子31bと負極端子41bが対をなすように隣りあって配置されている。すなわち、2つの電源端子対を有している。
In the
側面100cからは、上記した正極端子31及び負極端子41に加えて、上アーム側の半導体チップ20,22,24に対応する制御端子80,82,84も突出している。これら制御端子80,82,84は、それぞれY方向に延設されるとともに、X方向に並んで配置されている。
From the
詳しくは、X方向において、負極端子41a、正極端子31a、制御端子80、制御端子82、制御端子84、正極端子31b、負極端子41bの順に配置されている。すなわち、2つの電源端子対の間に、制御端子80,82,84が配置されている。また、X方向において、2つの電源端子対の一方をなす正極端子31a及び負極端子41aと、電源端子対の他方をなす正極端子31b及び負極端子41bとが、ミラー反転した配置関係となっている。換言すれば、半導体装置10をX軸方向の中心を軸として折り返したときに、正極端子31a,31b同士、負極端子41,41b同士が重なりあう位置関係となっている。
Specifically, in the X direction, the
一方、側面100cと反対の側面100dからは、上記した出力導体50,60,70、が突出し、側面100d側に各出力端子51,61,71が配置されている。また、側面100dから、下アーム側の半導体チップ21,23,25に対応する制御端子81,83,85も突出している。これら制御端子81,83,85は、それぞれY方向に延設されている。
On the other hand, the
本実施形態では、X方向において、制御端子81、出力導体50(出力端子51)、制御端子83、出力導体60(出力端子61)、制御端子85、出力導体70(出力端子71)の順に並んで配置されている。
In the present embodiment, in the X direction, the
正極導体30は、上記した正極端子31に加えて、ヒートシンク32と、連結部33と、を有している。負極導体40も、上記した負極端子41に加えて、ヒートシンク42と、連結部43と、を有している。出力導体50,60,70も、上記した出力端子51,61,71に加えて、ヒートシンク52a,52b,62a,62b,72a,72bと、連結部53,63,73と、を有している。なお、ヒートシンク32が、特許請求の範囲に記載の正極ヒートシンクに相当し、ヒートシンク42が負極ヒートシンクに相当する。また、連結部33が正極連結部に相当し、連結部43が負極連結部に相当する。また、ヒートシンク52a,62a,72aが第1出力ヒートシンクに相当し、ヒートシンク52b,62b,72bが第2出力ヒートシンクに相当する。
The
各ヒートシンク32,42,52a,52b,62a,62b,72a,72bは、対応する端子31,41,51,61,71と半導体チップ20〜25との電気的な中継機能を果たすとともに、半導体チップ20〜25が生じた熱を放熱する機能を果たす。
Each of the heat sinks 32, 42, 52a, 52b, 62a, 62b, 72a, 72b performs an electrical relay function between the
図4及び図5に示すように、ヒートシンク32は、連結部33を介して、正極端子31と一体的に形成されている。本実施形態では、連結部33として、正極端子31aとヒートシンク32を連結する連結部33aと、正極端子31bとヒートシンク32を連結する連結部33bと、を有している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図7に示すように、Z方向において、ヒートシンク32の一面は、モールド樹脂部100の一面100aから露出されて放熱面となっている。この放熱面は一面100aと略面一となっている。一方、放熱面と反対の面には、上アーム側の半導体チップ20,22,24がコレクタ電極形成面を対向させて配置され、ヒートシンク32にそれぞれのコレクタ電極がはんだ付けされている。ヒートシンク32はX方向を長手とする平面矩形状をなしており、半導体チップ20,22,24は、X方向に並んで配置されている。
As shown in FIG. 7, in the Z direction, one surface of the
また、図5に示すように、ヒートシンク32は、上記した半導体チップ20,22,24の搭載領域である中央領域34(図中破線で囲まれた領域)と、X方向において中央領域34から両端側にそれぞれ延設された領域である延設領域35と、を有している。このように、本実施形態では、ヒートシンク32が、中央領域34よりも外側に延設されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
連結部33a,33bは、ともにY方向に延設されており、一端がヒートシンク32に連結され、他端が対応する正極端子31a,31bに連結されている。連結部33a,33bの幅(X方向の長さ)は、その板厚(Z方向の長さ)よりも十分に長くなっている。連結部33a,33bも、正極端子31a,31b同様、X方向においてミラー反転した配置関係となっている。本実施形態では、連結部33a,33bが、中央領域34と延設領域35との境界付近において、ヒートシンク32に連結されている。また、連結部33a,33bは、その一部がモールド樹脂部100の側面100cから突出している。
The connecting
図7に示すように、モールド樹脂部100の一面100aからは、上記したヒートシンク32に加えて、ヒートシンク52b,62b,72bの一面が露出されている。この放熱面は一面100aと略面一となっている。図5及び図8に示すように、ヒートシンク52b,62b,72bは、それぞれ対応する連結部53,63,73を介して、出力端子51,61,71と一体的に形成されている。ヒートシンク52b,62b,72bは、ヒートシンク32とほぼ同じ厚みを有している。
As shown in FIG. 7, from one
ヒートシンク52b,62b,72bの放熱面と反対の面には、下アーム側の半導体チップ21,23,25がコレクタ電極形成面を対向させて配置され、対応するヒートシンク52b,62b,72bにそれぞれのコレクタ電極がはんだ付けされている。X方向において、ヒートシンク52b、ヒートシンク62b、ヒートシンク72bの順に並んで配置されており、ヒートシンク52bに半導体チップ21が配置されている。また、ヒートシンク62bに半導体チップ23が配置され、ヒートシンク72bに半導体チップ25が配置されている。すなわち、半導体チップ21,23,25は、X方向に並んで配置されている。また、ヒートシンク52b,62b,72bは、ヒートシンク32に対してY方向に並んで配置されている。
On the surface opposite to the heat dissipation surface of the
連結部53,63,73は、ともにY方向に延設されている。連結部53は、一端がヒートシンク52bに連結され、他端が出力端子51に連結されている。同じく、連結部63は、一端がヒートシンク62bに連結され、他端が出力端子61に連結されている。連結部73は、一端がヒートシンク72bに連結され、他端が出力端子71に連結されている。そして、出力端子51,61,71と、ヒートシンク52b、62b、72bと、連結部53,63,73の連結構造が、図5に示すようにそれぞれ平面略L字状をなしている。また、連結部53,63,73は、その一部がモールド樹脂部100の側面100dから突出している。
The connecting
一方、半導体チップ21,23,25におけるヒートシンク52b,62b,72bと反対の面上には、図4に示すようにヒートシンク42が配置されている。ヒートシンク42は、連結部43を介して、負極端子41と一体的に形成されている。本実施形態では、連結部43として、負極端子41aとヒートシンク42を連結する連結部43aと、負極端子41bとヒートシンク42を連結する連結部43bと、を有している。この連結部43aが、特許請求の範囲に記載の第1連結部に相当し、連結部43bが第2連結部に相当する。
On the other hand, on the surface opposite to the
図3に示すように、Z方向において、ヒートシンク42の一面は、モールド樹脂部100の裏面100bから露出されて放熱面となっている。この放熱面は一面100bと略面一となっている。一方、放熱面と反対の面が、上アーム側の半導体チップ20,22,24のエミッタ電極形成面に対向配置され、ヒートシンク42にそれぞれのエミッタ電極が電気的に接続されている。本実施形態では、図示ないターミナル(金属ブロック)がそれぞれの対向領域に個別に介在され、ターミナルの一端にヒートシンク42がはんだ付けされ、ターミナルの他端にエミッタ電極がはんだ付けされている。
As shown in FIG. 3, in the Z direction, one surface of the
ヒートシンク42もX方向を長手とする平面矩形状をなしており、その全長は、ヒートシンク32とほぼ同じ長さとなっている。
The
連結部43a,43bは、ともにY方向に延設されており、一端がヒートシンク42に連結され、他端が対応する負極端子41a,41bに連結されている。連結部43a,43bの幅(X方向の長さ)は、その板厚(Z方向の長さ)よりも十分に長くなっている。連結部43a,43bも、負極端子41a,41b同様、X方向においてミラー反転した配置関係となっている。本実施形態では、連結部43a,43bが、ヒートシンク32の延設領域35をそれぞれ跨ぐように配置されている。
Both of the connecting
詳しくは、X方向において、連結部43aが、連結部33aに対して制御端子80と反対側に並び、且つ、ヒートシンク32において半導体チップ20側の延設領域35を跨ぐように配置されている。一面100aに対して裏面100b側を上方とすると、連結部43aは、板厚方向をZ方向としてヒートシンク32の延設領域35の上方に配置されており、連結部43aと延設領域35との間にはモールド樹脂部100が介在されている。同じく、X方向において、連結部43bが、連結部33bに対して制御端子84と反対側に並び、且つ、ヒートシンク32において半導体チップ24側の延設領域35を跨ぐように配置されている。連結部43bも、板厚方向をZ方向としてヒートシンク32の延設領域35の上方に配置されており、連結部43bと延設領域35との間にはモールド樹脂部100が介在されている。
Specifically, in the X direction, the connecting
このように、本実施形態の半導体装置10では、正極導体30のヒートシンク32と、負極導体40の連結部43(43a,43b)とにより、モールド樹脂部100を介在してなる積層構造が形成されている。
As described above, in the
なお、本実施形態では、図4及び図5に示すように、連結部43a,43bが、端子41と一体化された部分と、ヒートシンク42と一体化された部分とに分割され、両者がはんだ付けされている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the connecting
一方、上アーム側の半導体チップ20,22,24におけるヒートシンク32と反対の面上には、図4に示すように、ヒートシンク52a,62a,72aが配置されている。ヒートシンク52aは、半導体チップ20のエミッタ電極に対向配置され、このエミッタ電極と電気的に接続されている。ヒートシンク62aは、半導体チップ22のエミッタ電極に対向配置され、このエミッタ電極と電気的に接続されている。ヒートシンク72aは、半導体チップ24のエミッタ電極に対向配置され、このエミッタ電極と電気的に接続されている。本実施形態では。ヒートシンク42同様、ターミナルを介して接続されている。たとえば、ターミナルの一端が半導体チップ20のエミッタ電極にはんだ付けされ、他端がヒートシンク52aにはんだ付けされている。
On the other hand, as shown in FIG. 4,
各ヒートシンク52a,62a,72aは、対応する相のヒートシンク52b,62b,72bと電気的に接続されている。たとえば、図示しない突出部が各ヒートシンク52a,62a,72aに設けられ、この突出部が52b,62b,72bにはんだ付けされている。ヒートシンク52a,62a,72aは、上記したヒートシンク42とほぼ同じ厚みを有しており、半導体チップ20,22,24と反対の面が、図3に示すように、モールド樹脂部100の裏面100bから露出する放熱面となっている。
Each
制御端子80〜85は、それぞれ複数本の端子を有しており、図8に示すように、そのうちの一部にアイランド86が連結されている。そして、各アイランド86には、図4に示すように、ドライバIC90〜95がそれぞれ実装されている。ドライバIC90〜95は、図示しないボンディングワイヤを介して対応する半導体チップ20〜25の制御電極に電気的に接続されている。また、図示しないボンディングワイヤを介して、対応する制御端子80〜85に電気的に接続されている。
Each of the
次に、図9に基づき、上記した半導体装置10が適用されるインバータアセンブリについて説明する。
Next, an inverter assembly to which the above-described
図9に示すように、インバータアセンブリ110は、上記した半導体装置10に加えて、多段冷却器111と、大型コンデンサ112と、バスバ113と、を備えている。そして、複数の半導体装置10が、多段冷却器111の各段に配置された状態で、押し付け坂114により、多段冷却器111の各冷却器が押し付けられ、冷却器によって半導体装置10が挟まれる。
As shown in FIG. 9, the
また、バスバ113により、各半導体装置10の正極端子31及び負極端子41が、大型コンデンサ112の対応する端子部112aに、電気的に接続される。本実施形態では、組み付け性を高めるために、バスバ113が、正極端子31を連結する正極バスバ113aと、負極端子41を連結する負極バスバ113bとを、絶縁部材113cを介して一体化してなる構造を有している。
In addition, the
また、図9に示す例では、インバータアセンブリ110が、回路ブロック115や昇圧リアクトル116も備えており、回路ブロック115及び昇圧リアクトル116も、複数の半導体装置10とともに、多段冷却器111にて挟まれて冷却されるようになっている。
In the example shown in FIG. 9, the
次に、上記した半導体装置10の効果について説明する。
Next, the effect of the
上記したように、半導体装置10は、正極端子31(31a,31b)と負極端子41(41a,41b)が隣り合って配置されてなる電源端子対を2つ有する。換言すれば、直流電源201及びコンデンサ202の電流供給源から半導体チップ20〜25への電流経路を2つ有する。
As described above, the
図10は、電流経路を2つ有することによるインダクタンス低減を説明するための図である。電圧をVとし、第1電流経路に流れる電流をI1、インダクタンスをL1とし、第2電流経路に流れる電流をI2、インダクタンスをL2とし、合成電流をI、合成のインダクタンスをLとすると、次式のように示すことができる。
また、I=I1+I2であるため、数式1〜3からインダクタンスの関係を次式のように示すことができる。
数式4に示すように、電流供給源からの電流経路(通電電流)を2分割することで、正極導体30及び負極導体40のインダクタンスを低減することができる。
As shown in Formula 4, the inductance of the
また、負極導体40の連結部43(43a,43b)が、正極導体30のヒートシンク32との間に、モールド樹脂部100を介した積層構造を形成している。このように、電流が流れる方向が逆である正極導体30と負極導体40を並走させているため、これによってもインダクタンスを低減することができる。
Further, the connecting portion 43 (43 a, 43 b) of the
また、正極導体30及び負極導体40において、端子31,41も並走配置とされ、連結部33,43同士も並走配置となっている。これら並走配置は、板厚方向であるZ方向ではなく、X方向においてなされている。これによっても、インダクタンスを低減することができる。
Moreover, in the
また、ボンディングワイヤを使用せず、はんだ接合によって、正極端子31から負極端子41までの電流経路が形成されている。このように、大電流が流れる電流経路にボンディングワイヤを用いていないので、これによっても、インダクタンスを低減することができる。また、Z方向において、ヒートシンク32とヒートシンク52a,62a,72aが対向配置され、ヒートシンク52b,62b,72bとヒートシンク42とが対向配置されている。これによっても、インダクタンスを低減することができる。
Further, a current path from the
さらに、上記した積層構造をなす連結部43(43a,43b)の板厚方向がZ方向となっており、Z方向において、連結部43(43a,43b)とヒートシンク32とが、モールド樹脂部100を介して積層されている。すなわち、Z方向において、正極導体30と負極導体40を並走させている。したがって、連結部の幅方向がZ方向とされる構成に較べて、半導体チップ20〜25から放熱面までの距離を短くすることができる。これにより、熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。
Furthermore, the plate thickness direction of the connecting portion 43 (43a, 43b) having the above-described laminated structure is the Z direction. In the Z direction, the connecting portion 43 (43a, 43b) and the
以上により、本実施形態の半導体装置10によれば、正極導体30及び負極導体40のインダクタンスを低減するとともに、放熱性を向上することができる。
As described above, according to the
加えて、本実施形態では、電源端子対側に位置する正極導体30のヒートシンク32が、半導体チップ20,22,24の搭載領域である中央領域34と、X方向において中央領域34から両端側にそれぞれ延設された延設領域35と、を有している。そして、負極導体40のヒートシンク42と2つの負極端子41(41,41b)とを連結する連結部43a,43bが、それぞれ延設領域35を跨ぐように配置されている。したがって、電源端子対が配置された側面100cから遠い側のヒートシンク42と対応する負極端子41(41a,41b)とを連結しつつ、出力導体50,60,70のヒートシンク52a,52b,62a,62b,72a,72bの放熱面を、モールド樹脂部100から容易に露出させることができる。このように、中央領域34を跨ぐのではなく、言うなればデッドスペースを跨ぐため、インダクタンスを低減しつつ放熱性を向上することができる。
In addition, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、X方向において、2つの電源端子対の一方をなす正極端子31a及び負極端子41aと、電源端子対の他方をなす正極端子31b及び負極端子41bとが、ミラー反転した配置関係となっている。換言すれば、半導体装置10をX軸方向の中心を軸として折り返したときに、正極端子31a,31b同士、負極端子41,41b同士が重なりあう位置関係となっている。したがって、上記した冷却器を介して隣り合う2つの半導体装置10において、一方に対し他方をY軸周りに180度反転させた位置関係(互いに反転の位置関係)としても、図11及び図12に示すように、一方の半導体装置10の正極端子31aに他方の半導体装置10の正極端子31bが重なる。また、一方の半導体装置10の負極端子41aに他方の半導体装置10の負極端子41bが重なる。したがって、多段冷却器111を用いた両面放熱構造を採用する場合において、互いに同じ向きの位置関係、互いに反転の位置関係のいずれも採用することができる。これにより、半導体装置10が、多段冷却器111、コンデンサ112などとともにインバータアセンブリ110を構成する際に、半導体装置10の配置自由度(配線の自由度)を向上することができる。
In the present embodiment, in the X direction, the
また、本実施形態では、上記したように、ヒートシンク32の延設領域35を跨いで、ヒートシンク42が負極端子41と連結されているため、モールド樹脂部100の側面100cにおいて、2つの電源端子対の間の位置から、制御端子80,82,84を突出させることができる。したがって、モールド樹脂部100の一面100a側又は裏面100b側に制御端子80,82,84を突出させる構成に較べて、半導体装置10の体格をZ方向において小型化することができる。また、上記した多段冷却器111による両面放熱構造が容易となる。
In the present embodiment, as described above, since the
なお、本実施形態では、一例として、正極導体30のヒートシンク32と、負極導体40の連結部43(43a,43b)とにより、板厚方向をZ方向とする積層構造が形成される例を示した。しかしながら、負極導体40のヒートシンク42が、Y方向において電源端子対に近い場合には、ヒートシンク42が、半導体チップ21,23,25の搭載される中央領域と、該中央領域からX方向に延設された延設領域と、を有する構造とし、この延設領域を、正極導体30の連結部43(43a,43b)が跨ぐことで積層構造が形成されても良い。また、出力端子51,61,71が、連結部53,63,73により、上アーム側のヒートシンク52a,62a,72aと連結されても良い。
In the present embodiment, as an example, a laminated structure in which the plate thickness direction is the Z direction is formed by the
(第2実施形態)
本実施形態において、第1実施形態に示した半導体装置10と共通する部分についての説明は割愛する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, description of parts common to the
本実施形態に係る半導体装置10の回路構成は、第1実施形態(図1参照)と同じである。異なる点は、半導体チップ20〜25がX方向に一列配置されており、上記した積層構造が第1実施形態と異なっている。
The circuit configuration of the
先ず、図13〜図19に基づき、半導体装置10の構造について説明する。
First, the structure of the
図13、図14、及び図17に示すように、本実施形態では、モールド樹脂部100の側面100cから、正極導体30、負極導体40、及び各出力導体50,60,70が突出しており、側面100c側に、2つの電源端子対(正極端子31及び負極端子41)と出力端子51,61,71が配置されている。すなわち、主端子(パワー端子)が全て、側面100c側に配置されている。一方、側面100dから、制御端子80〜85が突出している。
As shown in FIGS. 13, 14, and 17, in this embodiment, the
図16に示すように、6つの半導体チップ20〜25は、X方向に一列配置されている。詳しくは、一端側から、U相上アームの半導体チップ20、U相下アームの半導体チップ21、V相下アームの半導体チップ23、V相上アームの半導体チップ22、W相下アームの半導体チップ25、W相上アームの半導体チップ24の順に配置されている。このため、モールド樹脂部100は、X方向を長手とする平面略矩形状をなしている。
As shown in FIG. 16, the six
正極導体30は、第1実施形態同様、正極端子31と、ヒートシンク32と、連結部33と、を有している。本実施形態では、図16〜図18に示すように、正極端子31として、2つの正極端子31a,31bを有している。これら正極端子31a,31bは、X方向においてミラー反転した配置関係となっている。
The
正極導体30は、ヒートシンク32として、ヒートシンク32a,32b,32cを有している。すなわち、本実施形態では、ヒートシンク32が、X方向において3つに分割されている。ヒートシンク32aは、U相上アームの半導体チップ20に対応しており、ヒートシンク32bは、V相上アームの半導体チップ22に対応している。ヒートシンク32cは、W相上アームの半導体チップ24に対応している。各ヒートシンク32a,32b,32cは、図16及び図18に示すように、X方向においてヒートシンク52b,62b,72bと対向する対向領域36(図中の破線で囲まれた領域)と、対向領域36からY方向であって電源端子対側に延設された延設領域37と、を有している。
The
正極導体30は、連結部33として、連結部33a,33b,33cを有している。この連結部33cが、特許請求の範囲に記載の第1正極連結部に相当する。図16〜図19に示すように、連結部33cは、Z方向を板厚方向としてX方向に延設されており、各ヒートシンク32a,32b,32cを延設領域37において連結している。すなわち、連結部33cは、Y方向において、ヒートシンク52a,52b,62a,62b,72a,72cと重ならない位置に配置されている。連結部33cの幅(Y方向の長さ)は、その板厚(Z方向の長さ)よりも十分に長くなっている。連結部33a,33bは、Y方向に延設されている。連結部33aは、正極端子31aと連結部33cとを連結しており、連結部33bは、正極端子31bと連結部33cとを連結している。
The
負極導体40は、第1実施形態同様、負極端子41と、ヒートシンク42と、連結部43と、を有している。本実施形態では、図14及び図15に示すように、負極端子41として、2つの負極端子41a,41bを有している。これら負極端子41a,41bも、X方向においてミラー反転した配置関係となっている。また、負極端子41aは正極端子31aの隣に配置されて電源端子対をなし、負極端子41bは正極端子31bの隣に配置されて電源端子対をなしている。そして、2つの電源端子対も、X方向においてミラー反転した配置関係となっている。
The
負極導体40は、ヒートシンク42として、ヒートシンク42a,42bを有している。すなわち、本実施形態では、ヒートシンク42が、X方向において2つに分割されている。ヒートシンク42aは、U相下アームの半導体チップ21及びV相下アームの半導体チップ23に対応しており、ヒートシンク42bは、W相下アームの半導体チップ25に対応している。図15に示すように、各ヒートシンク42a,42bも、ヒートシンク32a,32b,32c同様、X方向においてヒートシンク52a,62a,72aと対向する対向領域44(図中の破線で囲まれた領域)と、対向領域44からY方向であって電源端子対側に延設された延設領域45と、を有している。
The
負極導体40は、連結部43として、連結部43a,43b,43cを有している。この連結部43cが、特許請求の範囲に記載の第1負極連結部に相当する。連結部43cは、Z方向を板厚方向としてX方向に延設されており、各ヒートシンク42a,42bを延設領域37において連結している。すなわち、連結部43cは、Y方向において、ヒートシンク52a,52b,62a,62b,72a,72cと重ならない位置に配置されている。連結部43cの幅(Y方向の長さ)は、その板厚(Z方向の長さ)よりも十分に長くなっている。連結部43a,43bは、Y方向に延設されている。連結部43aは、負極端子41aとヒートシンク42aとを連結しており、連結部43bは、負極端子41bとヒートシンク42bとを連結している。
The
そして、図15及び図16に示すように、連結部43cと連結部33cとの間、及び、連結部43cとヒートシンク32bの延設領域37との間に、モールド樹脂部100が介在されて、板厚方向をZ方向とする積層構造が形成されている。また、連結部33cとヒートシンク42aとの間、連結部33cとヒートシンク42bとの間にも、モールド樹脂部100が介在されて、板厚方向をZ方向とする積層構造が形成されている。
And as shown in FIG.15 and FIG.16, the
出力導体50,60,70も、第1実施形態同様、出力端子51,61,71と、ヒートシンク52,62,72と、連結部53,63,73と、を有している。また、ヒートシンク52,62,72として、上アーム側のヒートシンク52a,62a,72aと、下アーム側のヒートシンク52b,62b,72bと、を有している。各連結部53,63,73は、Y方向に延設されている。
Similarly to the first embodiment, the
出力端子51は、連結部53を介して、上アーム側のヒートシンク52aに連結されている。連結部53は、出力端子51側とヒートシンク52a側とに分割されており、はんだ付けにより一体化している。出力端子61は、連結部63を介して、下アーム側のヒートシンク62bに一体的に連結されている。出力端子71は、連結部73を介して、下アーム側のヒートシンク72bに一体的に連結されている。なお、出力端子51は、連結部53により、ヒートシンク52a,52bの少なくとも一方と連結されれば良い。同じく、出力端子61は、連結部63により、ヒートシンク62a,62bの少なくとも一方と連結されれば良い。出力端子71は、連結部73により、ヒートシンク72a,72bの少なくとも一方と連結されれば良い。
The
このように構成される半導体装置10では、X方向において、一端側から、U相の出力端子51、負極端子41a、正極端子31a、V相の出力端子61、正極端子31b、負極端子41b、W相の出力端子71の順に配置されている。すなわち、連結部63は、電源端子対が突出するモールド樹脂部100の側面100cにおいて、離れて配置された2つの電源端子対の間の位置から突出している。また、連結部63は、Z方向において、正極導体30と負極導体40の間の位置、詳しくは、連結部33cとヒートシンク42aの延設領域37との間の位置から突出している。
In the
次に、図20に基づき、上記した半導体装置10が適用されるインバータアセンブリについて説明する。
Next, an inverter assembly to which the above-described
図20に示すインバータアセンブリ110も、上記した半導体装置10に加えて、多段冷却器111と、大型コンデンサ112と、バスバ113と、を備えている。そして、複数の半導体装置10が、多段冷却器111の各段に配置された状態で、冷却器によって半導体装置10が挟まれる。
In addition to the
また、バスバ113により、各半導体装置10の正極端子31及び負極端子41が、大型コンデンサ112の対応する端子部112aに、電気的に接続される。また、図20に示す例では、インバータアセンブリ110が、回路ブロック115も備えており、回路ブロック115も、複数の半導体装置10とともに、多段冷却器111にて挟まれて冷却されるようになっている。
In addition, the
次に、上記した半導体装置10の効果について説明する。
Next, the effect of the
本実施形態に係る半導体装置10によれば、第1実施形態に示した半導体装置10と同等の効果を奏することができる。すなわち、電流供給源からの電流経路(通電電流)を2分割することで、正極導体30及び負極導体40のインダクタンスを低減することができる。
According to the
また、正極導体30の連結部33が、負極導体40のヒートシンク42a,42b及び連結部43cとの間に、モールド樹脂部100を介した積層構造を形成している。加えて、負極導体40の連結部43cが、ヒートシンク32bの延設領域37との間に、積層構造を形成している。このように、電流が流れる方向が逆である正極導体30と負極導体40を並走させているため、これによってもインダクタンスを低減することができる。
Further, the connecting
また、端子31,41も並走配置とされ、連結部33a,43a、連結部33b,43bも並走配置となっている。これら並走配置は、板厚方向であるZ方向ではなく、X方向においてなされている。これによっても、インダクタンスを低減することができる。
The
また、ボンディングワイヤを使用せず、はんだ接合によって、正極端子31から負極端子41までの電流経路が形成されているため、これによっても、インダクタンスを低減することができる。また、Z方向において、ヒートシンク32a,32b,32cとヒートシンク52a,62a,72aが対向配置され、ヒートシンク52b,62b,72bとヒートシンク42a,42bとが対向配置されている。これによっても、インダクタンスを低減することができる。
Moreover, since the current path from the
さらに、上記した積層構造をなす連結部33c,43cの板厚方向がZ方向となっておいる。すなわち、Z方向において、正極導体30と負極導体40を並走させている。したがって、連結部の幅方向がZ方向とされる構成に較べて、半導体チップ20〜25から放熱面までの距離を短くすることができる。これにより、熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。
Further, the thickness direction of the connecting
以上により、本実施形態の半導体装置10によっても、正極導体30及び負極導体40のインダクタンスを低減するとともに、放熱性を向上することができる。
As described above, also with the
加えて、本実施形態では、正極導体30のヒートシンク32及び負極導体40のヒートシンク42が、それぞれX方向において複数に分割されている。また、分割された複数のヒートシンク32(32a〜32c)が、Y方向において、対向領域36から電源端子対側に延設された延設領域37を有している。同じく、分割された複数のヒートシンク42(42a,42b)が、Y方向において、対向領域44から電源端子対側に延設された延設領域45を有している。また、正極導体30が、連結部33として、複数のヒートシンク32a〜32cを延設領域37で連結する連結部33cを有し、負極導体40が、連結部43として、複数のヒートシンク42a,42bを延設領域45で連結する連結部43cを有する。そして、連結部33c,43cにより、板厚方向をZ方向とする積層構造が形成されている。
In addition, in the present embodiment, the
このように、対向領域36,44にて連結するのではなく、ヒートシンク32,42に延設領域37,45を設けて、言うなればデッドスペースで連結する。したがって、各相のヒートシンク52a,52b,62a,62b,72a,72bの放熱面をモールド樹脂部100から容易に露出させることができる。すなわち、インダクタンスを低減しつつ放熱性を向上することができる。
In this manner, the
また、本実施形態でも、X方向において、2つの電源端子対の一方をなす正極端子31a及び負極端子41aと、電源端子対の他方をなす正極端子31b及び負極端子41bとが、ミラー反転した配置関係となっている。したがって、上記した冷却器を介して隣り合う2つの半導体装置10において、一方に対し他方をY軸周りに180度反転させた位置関係(互いに反転の位置関係)としても、図21及び図22に示すように、一方の半導体装置10の正極端子31aに他方の半導体装置10の正極端子31bが重なる。また、一方の半導体装置10の負極端子41aに他方の半導体装置10の負極端子41bが重なる。したがって、多段冷却器111を用いた両面放熱構造を採用する場合において、互いに同じ向きの位置関係、互いに反転の位置関係のいずれも採用することができる。これにより、半導体装置10が、多段冷却器111、コンデンサ112などとともにインバータアセンブリ110を構成する際に、半導体装置10の配置自由度(配線の自由度)を向上することができる。
Also in the present embodiment, the
また、本実施形態では、板厚方向をZ方向として、連結部33c,43cを配置しているため、連結部63(出力導体60)を、Z方向において、正極導体30と負極導体40の間の位置、詳しくは、連結部33cとヒートシンク42aの延設領域37との間の位置から突出させることができる。したがって、半導体装置10の体格をZ方向において小型化することができる。
In the present embodiment, since the connecting
また、本実施形態では、主端子(正極端子31、負極端子41、出力端子51,61,71)と制御端子80〜85とが、モールド樹脂部100の反対の側面100c,100dに分けて配置されている。したがって、短絡が生じて、主端子間に瞬間的に大電流が流れても、磁気結合によって制御端子側にノイズが生じない。すなわち、ノイズにより、半導体チップ20〜25の素子が誤動作するのを抑制することができる。
In the present embodiment, the main terminals (the
なお、本実施形態では、一例として、ヒートシンク32が3分割され、ヒートシンク42が2分割される例を示した。しかしながら、上記構成において、ヒートシンク42を3分割としても良い。また、半導体チップ20〜25の配置もX方向に一列であり、同じ相の上下が隣り合いさえすれば、特に限定されるものではない。したがって、配置によっては、ヒートシンク32を2分割とすることもできる。
In the present embodiment, as an example, the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
10・・・半導体装置、20〜25・・・半導体チップ、30・・・正極導体、31,31a,31b・・・正極端子、32,32a,32b,32c・・・ヒートシンク、33,33a,33b,33c・・・連結部、34・・・中央領域、35・・・延設領域、36・・・対向領域、37・・・延設領域、40・・・負極導体、41,41a,41b・・・負極端子、42,42a,42b・・・ヒートシンク、43,43a,43b,43c・・・連結部、44・・・対向領域、45・・・延設領域、50,60,70・・・出力導体、51,61,71・・・出力端子、52a,52b,62a,62b,72a,72b・・・ヒートシンク、53,63,73・・・連結部、80〜85・・・制御端子、86・・・アイランド、90〜95・・・ドライバIC、100・・・モールド樹脂部、100a・・・一面、100b・・・裏面、100c,100d・・・側面、101・・・絶縁シート、110・・・インバータアセンブリ、111・・・多段冷却器、112・・・大型コンデンサ、112a・・・端子部、113・・・バスバ、113a・・・正極バスバ、113b・・・負極バスバ、113c・・・絶縁部材、114・・・押し付け板、115・・・回路ブロック、116・・・昇圧リアクトル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記厚み方向において一面(100a)及び該一面と反対の裏面(100b)を有し、各半導体チップを一体的に封止するモールド樹脂部(100)と、
直流電源に接続される対をなす導体としての、
上アーム側の各半導体チップが同一面上に配置されるとともに該半導体チップの正極側の前記主電極が電気的に接続され、半導体チップ搭載面と反対の放熱面が前記モールド樹脂部の前記一面から露出される正極ヒートシンク(32)と、直流電源の正極側に接続され、前記モールド樹脂部の側面(100c)から突出する正極端子(31)と、を有する正極導体(30)、
及び、下アーム側の各半導体チップが同一面上に配置されるとともに該半導体チップの負極側の前記主電極が電気的に接続され、半導体チップ搭載面と反対の放熱面が前記モールド樹脂部の前記裏面から露出される負極ヒートシンク(42)と、直流電源の負極側に接続され、前記正極端子と同じ前記側面から突出する負極端子(41)と、を有する負極導体(40)と、
上アーム側の各半導体チップの負極側の前記主電極にそれぞれ電気的に接続され、前記主電極との接続面と反対の放熱面が前記モールド樹脂部の前記裏面から露出される各相の第1出力ヒートシンク(52a,62a,72a)と、
下アーム側の各半導体チップの正極側の前記主電極にそれぞれ電気的に接続され、前記主電極との接続面と反対の放熱面が前記モールド樹脂部の前記一面から露出される各相の第2出力ヒートシンク(52b,62b,72b)と、
を備え、
前記正極端子と前記負極端子とが、前記厚み方向に直交する第1方向において隣りあって配置されて電源端子対をなすとともに、該電源端子対を2つ有し、
前記正極導体は、前記正極ヒートシンクと前記正極端子とを電気的に連結するとともに前記正極端子同士を電気的に連結する正極連結部(33)を有し、
前記負極導体は、前記負極ヒートシンクと前記負極端子とを電気的に連結するとともに前記負極端子同士を電気的に連結する負極連結部(43)を有し、
前記正極連結部及び前記負極連結部の少なくとも一方が、他方の前記導体との間に前記モールド樹脂部を介した積層構造を形成し、該積層構造を形成する前記連結部の板厚方向が前記厚み方向とされることを特徴とする半導体装置。 Six semiconductor chips (20 to 20) which are arranged with the same thickness direction as each other, have a main electrode on both surfaces in the thickness direction and a control electrode on one of the both surfaces, and constitute three upper and lower arms of a three-phase inverter. 25)
A mold resin portion (100) having one surface (100a) and a back surface (100b) opposite to the one surface in the thickness direction, and integrally sealing each semiconductor chip;
As a pair of conductors connected to a DC power supply,
Each semiconductor chip on the upper arm side is disposed on the same surface and the main electrode on the positive electrode side of the semiconductor chip is electrically connected, and the heat dissipation surface opposite to the semiconductor chip mounting surface is the one surface of the mold resin portion A positive electrode conductor (30) having a positive electrode heat sink (32) exposed from a positive electrode terminal (31) connected to a positive electrode side of a DC power source and projecting from a side surface (100c) of the mold resin portion,
And each semiconductor chip on the lower arm side is disposed on the same surface, and the main electrode on the negative electrode side of the semiconductor chip is electrically connected, and the heat radiation surface opposite to the semiconductor chip mounting surface is the mold resin portion. A negative electrode conductor (40) having a negative electrode heat sink (42) exposed from the back surface and a negative electrode terminal (41) connected to the negative electrode side of a DC power source and protruding from the same side surface as the positive electrode terminal;
Each phase is electrically connected to the main electrode on the negative electrode side of each semiconductor chip on the upper arm side, and the heat radiation surface opposite to the connection surface with the main electrode is exposed from the back surface of the mold resin portion. 1 output heat sink (52a, 62a, 72a);
Each phase of each phase is electrically connected to the main electrode on the positive electrode side of each semiconductor chip on the lower arm side, and the heat radiation surface opposite to the connection surface with the main electrode is exposed from the one surface of the mold resin portion. Two output heat sinks (52b, 62b, 72b);
With
The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged adjacent to each other in a first direction orthogonal to the thickness direction to form a power supply terminal pair, and have two power supply terminal pairs,
The positive electrode conductor has a positive electrode connection part (33) for electrically connecting the positive electrode heat sink and the positive electrode terminal and electrically connecting the positive electrode terminals to each other;
The negative electrode conductor has a negative electrode connection part (43) for electrically connecting the negative electrode heat sink and the negative electrode terminal and electrically connecting the negative electrode terminals to each other,
At least one of the positive electrode connecting part and the negative electrode connecting part forms a laminated structure with the mold resin part between the other conductor and the plate thickness direction of the connecting part forming the laminated structure is A semiconductor device having a thickness direction.
前記正極ヒートシンク及び前記負極ヒートシンクは、それぞれ前記第1方向を長手方向とするとともに、前記厚み方向及び前記第1方向の両方向に直交する第2方向において並んで配置され、
前記第2方向において、前記電源端子対は、前記モールド樹脂部の前記側面から突出しており、
前記正極ヒートシンク及び前記負極ヒートシンクのうち、前記第2方向において前記側面に近い一方(30)は、各半導体チップが前記第1方向に並んで配置された中央領域(34)と、該中央領域の両端側において前記中央領域から前記第1方向に延設された延設領域(35)と、を有し、
前記側面に遠い側の前記ヒートシンク(40)と対応する前記端子とを連結する前記連結部として、一端側の前記延設領域を跨いで2つの前記端子の一方に連結された第1連結部(43a)と、他端側の前記延設領域を跨いで2つの前記端子の他方に連結された第2連結部(43b)と、を有し、
前記第1連結部及び前記第2連結部と前記側面に近い前記ヒートシンクとの間に、前記積層構造がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The two pairs of power supply terminals are spaced apart in the first direction;
The positive heat sink and the negative heat sink are arranged side by side in a second direction orthogonal to both the thickness direction and the first direction, with the first direction as a longitudinal direction,
In the second direction, the power terminal pair protrudes from the side surface of the mold resin portion,
Of the positive heat sink and the negative heat sink, one close to the side surface in the second direction (30) includes a central region (34) in which the semiconductor chips are arranged in the first direction, and the central region. An extended region (35) extending in the first direction from the central region on both ends,
As the connecting portion that connects the heat sink (40) on the side far from the side surface and the corresponding terminal, a first connecting portion (connected to one of the two terminals across the extended region on one end side) 43a) and a second connecting portion (43b) connected to the other of the two terminals across the extended region on the other end side,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the stacked structure is formed between the first connecting portion and the second connecting portion and the heat sink close to the side surface.
前記厚み方向及び前記第1方向の両方向に直交する第2方向において、前記電源端子対は、前記モールド樹脂部の一方の前記側面から突出しており、
前記正極ヒートシンク及び前記負極ヒートシンクは、前記第1方向においてそれぞれ複数に分割されるとともに互いに並んで配置され、且つ、前記第1方向において、前記第1出力ヒートシンク及び前記第2出力ヒートシンクと対向する対向領域(36,44)と、該対向領域から前記電源端子対側に延設された延設領域(37,45)と、をそれぞれ有し、
前記正極連結部は、前記第1方向に延設され、複数に分割された前記正極ヒートシンクを前記延設領域において連結する第1正極連結部(33c)を有し、
前記負極連結部は、前記第1方向に延設され、複数に分割された前記負極ヒートシンクを前記延設領域において連結する第1負極連結部(43c)を有し、
前記第1正極連結部及び前記第1負極連結部により、前記積層構造が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 In the first direction, the two power supply terminal pairs are arranged apart from each other,
In the second direction perpendicular to both the thickness direction and the first direction, the power terminal pair protrudes from one side surface of the mold resin portion,
The positive heat sink and the negative heat sink are each divided into a plurality in the first direction and arranged side by side, and opposed to the first output heat sink and the second output heat sink in the first direction. A region (36, 44) and an extending region (37, 45) extending from the opposing region to the power terminal pair side,
The positive electrode connecting portion includes a first positive electrode connecting portion (33c) extending in the first direction and connecting the divided positive heat sink in the extending region.
The negative electrode connecting portion has a first negative electrode connecting portion (43c) extending in the first direction and connecting the divided negative heat sink in the extending region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the stacked structure is formed by the first positive electrode connecting portion and the first negative electrode connecting portion.
前記半導体チップの前記制御電極にそれぞれ接続された制御端子(80〜85)と、
をさらに備え、
各相の前記出力端子及び前記制御端子の少なくともひとつが、前記電源端子対が突出する前記モールド樹脂部の前記側面(100c)において、前記第1方向において離れて配置された2つの前記電源端子対の間の位置から突出していることを請求項1〜4いずれか1項に記載の半導体装置。 An output terminal (51, 61, 71) of each phase connected to at least one of the first output heat sink and the second output heat sink;
Control terminals (80 to 85) respectively connected to the control electrodes of the semiconductor chip;
Further comprising
At least one of the output terminal and the control terminal of each phase has two power supply terminal pairs that are arranged apart from each other in the first direction on the side surface (100c) of the mold resin portion from which the power supply terminal pair protrudes. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device protrudes from a position between the two.
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