JP2018085792A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ基板やコンデンサの温度上昇の抑制を実現するとともに、主回路基板の体格を変更することなく出力性能の向上を図ることが可能な半導体装置の提供にある。【解決手段】半導体素子１２が搭載された主回路基板１１と、コンデンサ１３が搭載されたコンデンサ基板１４と、電源に接続され、半導体素子１２およびコンデンサ１３に通電するとともに、主回路基板１１に支持される正極側の入力電極１７および負極側の入力電極１８と、を備える半導体装置１０であって、正極側の入力電極１７および負極側の入力電極１８と電気的に接続される厚銅基板２２と、コンデンサ基板１４を厚銅基板２２に支持するコンデンサ基板ブラケット１６と、大電流基板とコンデンサ基板１４とを電気的に接続する導電部材と、を備えた。【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、半導体素子が搭載された主回路基板と、コンデンサが搭載されたコンデンサ基板と、を備えた半導体装置に関する。

半導体装置の従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された半導体装置が知られている。
特許文献１に開示された半導体装置は、半導体モジュールとコンデンサモジュールとを備えている。半導体モジュールには、３相インバータ回路の各相それぞれの上アーム用の第１、第４および第５の半導体素子群と、下アーム用の第２、第３および第６の半導体素子群がそれぞれ主回路基板に並設されている。コンデンサモジュールには、コンデンサ基板に、３相インバータ回路に対し並列接続された複数のコンデンサが搭載されている。コンデンサ基板上において複数のコンデンサは、上面視で、主回路基板の各相の上アーム用の半導体素子群および下アーム用の半導体素子群上方に重なる位置に配置されている。特許文献１に開示された半導体装置では、電源からの電力はコンデンサ基板を介して主回路基板の各半導体素子群に通電される。

別の従来技術としては、例えば、特許文献２に開示された燃料電池の電力変換装置を挙げることができる。特許文献２では、燃料電池と接続する基板端子と、その基板端子を介して燃料電池に接続されるフルブリッジ構成のコンバータと、整流・平滑回路で出力される直流電力を商用周波で電力制御するインバータと、コンバータとインバータを制御する制御回路からなる。整流・平滑回路は、そのコンバータ出力に接続される高周波トランスの２次側出力に接続されている。この電力変換装置では、プリント基板の大電流回路部に、厚さ７０μｍを超える銅箔パターンを用いることで、大電流を流してもパターンでの発熱を抑え、燃料電池の電力変換を行うとしている。

登録実用新案第３１７３５１２号公報 特開２００９−６０７７９号公報

特許文献１の半導体装置では、主回路基板の体格を変更することなく電力を増大させ、半導体装置の出力性能を向上させようとすると、コンデンサ基板に通電される電力も増大し、発熱によるコンデンサ基板およびコンデンサの温度上昇を招くおそれがある。

一方、特許文献２の電力変換装置では、大電流回路部に、厚さ７０μｍを超える銅箔パターンを用いるため、大電流回路部の体格を変更する必要がある。また、特許文献２の電力変換装置では、コンデンサの温度上昇の具体的な対策は図られていない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、コンデンサ基板やコンデンサの温度上昇の抑制を実現するとともに、主回路基板の体格を変更することなく出力性能の向上を図ることが可能な半導体装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、半導体素子が搭載された主回路基板と、コンデンサが搭載されたコンデンサ基板と、電源に接続され、前記半導体素子および前記コンデンサに通電するとともに、前記主回路基板に支持される正極側の入力電極および負極側の入力電極と、を備える半導体装置であって、前記正極側の入力電極および前記負極側の入力電極に支持されるとともに、前記主回路基板、前記正極側の入力電極および前記負極側の入力電極と電気的に接続される大電流基板と、前記コンデンサ基板を前記大電流基板に支持する支持部材と、前記大電流基板と前記コンデンサ基板とを電気的に接続する導電部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、電源からの電力は大電流基板を介して主回路基板の各半導体素子群に通電される。また、電力は大電流基板から導電部材を介してコンデンサ基板のコンデンサに通電されるが、電源からの電力がそのままコンデンサ基板に通電されることはない。従って、出力性能の向上のために電源の電力を増大させても、コンデンサ基板およびコンデンサの発熱に伴う温度上昇は抑制される。

また、上記の半導体装置において、ヒートシンクと、前記主回路基板、前記大電流基板、前記支持部材および前記コンデンサ基板を前記ヒートシンクに共に締結する締結部材と、を備える構成としてもよい。
この場合、締結部材が、主回路基板、大電流基板、コンデンサ基板ブラケットおよびコンデンサ基板をヒートシンクに共に締結しているため、コンデンサ基板の発熱は締結部材を介してヒートシンクへ逃がされ、コンデンサ基板の放熱性が向上する。

また、上記の半導体装置において、前記主回路基板に支持される複数の出力電極と、前記正極側の入力電極、前記負極側の入力電極および前記複数の出力電極により直線状に配列される電極群と、を備え、前記コンデンサ基板および前記支持部材は前記主回路基板における前記電極群の一側に配置される構成としてもよい。
この場合、コンデンサを電極群の一側に配置することで電極群の他側のスペースを確保することができ、半導体装置におけるスペースの有効活用が可能となる。

また、上記の半導体装置において、前記支持部材は、絶縁材料により形成されている構成としてもよい。
この場合、支持部材を絶縁材料にすることにより、コンデンサの端子およびコンデンサ基板と主回路基板との絶縁距離を確保しやすくなる。

また、上記の半導体装置において、前記大電流基板は、前記正極側の入力電極と電気的に接続される正極側の導体層と、前記負極側の入力電極と電気的に接続される負極側の導体層と、を備え、正極側の前記導電部材は前記正極側の導体層と電気的に接続され、負極側の前記導電部材は前記負極側の導体層と電気的に接続される構成としてもよい。
この場合、コンデンサへの通電は、正極側の導体層と電気的に接続される正極側の導電部材と、負極側の導体層と電気的に接続される負極側の導電部材と、を介してコンデンサへ通電することができる。

本発明によれば、コンデンサ基板やコンデンサの温度上昇の抑制を実現するとともに、主回路基板の体格を変更することなく出力性能の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。 本発明の半導体装置の回路構成図である。 半導体装置の回路構成の要部を立体的に示す模式図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線矢視図である。 図３におけるＢ−Ｂ線矢視図である。

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。本実施形態は車両に搭載される車載用の半導体装置の例であり、より具体的には、車両に搭載された電動モータを駆動する３相インバータである。

図１、図２に示すように、半導体装置１０は、複数の半導体素子１２が搭載された主回路基板１１と、複数のコンデンサ１３が搭載されたコンデンサ基板１４と、を備えている。主回路基板１１はヒートシンク１５に支持されている。コンデンサ基板１４はコンデンサ基板ブラケット１６に支持されている。半導体装置１０は、電源と接続可能であって主回路基板１１に支持される入力電極１７、１８と、電動モータに接続可能であって主回路基板１１に支持される出力電極１９、２０、２１と、を備えている。さらに、半導体装置１０は、入力電極１７、１８および出力電極１９、２０、２１に電気的に接続される大電流基板としての厚銅基板２２と、厚銅基板２２と主回路基板１１を電気的に接続する中継電極２３、２４を備えている。

まず、半導体装置１０の三相インバータ回路について図３に基づき説明し、半導体装置１０の各部の詳細については後述する。３相インバータ回路の主回路基板１１には、スイッチング素子Ｑとそのスイッチング素子Ｑに逆並列されたダイオードＤをワンチップ化した半導体素子１２が複数実装されている。図１に示すように、主回路基板１１には複数の半導体素子１２が実装されるが、図３では３相インバータ回路の説明を簡単にするため、図１の３相インバータ回路を等価的に示している。

図３に示すように、半導体装置１０は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ）である。３相インバータ回路では、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２が直列に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４が直列に接続されている。第５のスイッチング素子Ｑ５および第６のスイッチング素子Ｑ６が直列に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインとソース間には、ダイオードＤ１が逆並列に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインとソース間には、ダイオードＤ２が逆並列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３のドレインとソース間には、ダイオードＤ３が逆並列に接続されている。第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインとソース間には、ダイオードＤ４が逆並列に接続されている。第５のスイッチング素子Ｑ５のドレインとソース間には、ダイオードＤ５が逆並列に接続されている。第６のスイッチング素子Ｑ６のドレインとソース間には、ダイオードＤ６が逆並列に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１、第４のスイッチング素子Ｑ４および第５のスイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ１、Ｄ４、Ｄ５の組はそれぞれ上アームである。第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３および第６のスイッチング素子Ｑ６、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ６の組はそれぞれ下アームである。

なお、図１に示すように、主回路基板１１の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子１２が並列接続されて、第１の半導体素子群Ｇ１が構成されている。主回路基板１１は略矩形の板である。主回路基板１１の長辺に沿う方向を長さ方向とし、長さ方向と直交する方向を幅方向とする。図３では、６個並列接続された半導体素子１２からなる第１の半導体素子群Ｇ１を、第１のスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１として等価的に表示する。同様に、主回路基板１１の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子１２が並列接続されて、第２の半導体素子群Ｇ２、第３の半導体素子群Ｇ３、第４の半導体素子群Ｇ４、第５の半導体素子群Ｇ５および第６の半導体素子群Ｇ６が構成されている。

図３では、６個並列接続された半導体素子１２からなる第２の半導体素子群Ｇ２を、第２のスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２として等価的に表示する。また、６個並列接続された半導体素子１２からなる第３の半導体素子群Ｇ３を、第３のスイッチング素子Ｑ３およびダイオードＤ３として等価的に表示する。また、図３では、６個並列接続された半導体素子１２からなる第４の半導体素子群Ｇ４を、第４のスイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ４として等価的に表示する。また、６個並列接続された半導体素子１２からなる第５の半導体素子群Ｇ５を、第５のスイッチング素子Ｑ５およびダイオードＤ５として等価的に表示する。また、図３では、６個並列接続された半導体素子１２からなる第６の半導体素子群Ｇ６を、スイッチング素子Ｑ６およびダイオードＤ６として等価的に表示する。

第１の半導体素子群Ｇ１はＵ相の上アーム用半導体素子群を構成する。第４の半導体素子群Ｇ４はＶ相の上アーム用半導体素子群を構成する。第５の半導体素子群Ｇ５はＷ相の上アーム用半導体素子群を構成する。第２の半導体素子群Ｇ２はＵ相の下アーム用半導体素子群を構成する。第３の半導体素子群Ｇ３はＶ相の下アーム用半導体素子群を構成する。第６の半導体素子群Ｇ６はＷ相の下アーム用半導体素子群を構成する。

したがって、第１の半導体素子群Ｇ１の各半導体素子１２はＵ相の上アーム用の半導体素子を構成する。第４の半導体素子群Ｇ４の各半導体素子１２はＶ相の上アーム用の半導体素子を構成する。第５の半導体素子群Ｇ５の各半導体素子１２はＷ相の上アーム用の半導体素子を構成する。第２の半導体素子群Ｇ２の各半導体素子１２はＵ相の下アーム用の半導体素子を構成する。第３の半導体素子群Ｇ３の各半導体素子１２はＶ相の下アーム用の半導体素子を構成する。第６の半導体素子群Ｇ６の各半導体素子１２はＷ相の下アーム用の半導体素子を構成する。

図３に示すように、Ｕ相においては、上アームの第１の半導体素子群Ｇ１と下アームの第２の半導体素子群Ｇ２が直列に接続されている。Ｖ相においては、上アームの第４の半導体素子群Ｇ４と下アームの第３の半導体素子群Ｇ３とが直列に接続されている。Ｗ相においては、上アームの第５の半導体素子群Ｇ５と下アームの第６の半導体素子群Ｇ６が直列に接続されている。

図３に示すように、３相インバータ回路は、電源としての車載バッテリ２５に電気的に接続される入力電極１７、１８を備える。入力電極１７は正極側の入力電極であり、入力電極１８は負極側の入力電極である。正極側の入力電極１７には、正極側の中継電極２４が厚銅基板２２を介して電気的に接続されるとともに、負極側の入力電極１８には、負極側の中継電極２３が厚銅基板２２を介して電気的に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン用の導体パターンは、正極側の入力電極１７に電気的に接続されている。第４のスイッチング素子Ｑ４および第５のスイッチング素子Ｑ５のドレイン用の導体パターンは、正極側の中継電極２４を介して正極側の入力電極１７に電気的に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３のソース用の導体パターンは、負極側の中継電極２３を介して負極側の入力電極１８と電気的に接続されている。第６のスイッチング素子Ｑ６のソース用の導体パターンは、負極側の入力電極１８と電気的に接続されている。

正極側の入力電極１７と負極側の入力電極１８の間には複数のコンデンサ１３が並列に接続されている。複数のコンデンサ１３は、直列に接続された上アーム（半導体素子群Ｇ１、Ｇ４、Ｇ５）と下アーム（半導体素子群Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６）と並列に接続されている。

図１に示すように、複数のコンデンサ１３は、コンデンサ基板１４にそれぞれ実装されるが、３相インバータ回路の説明の便宜上、図３では、等価的にコンデンサ１３を示している。コンデンサ１３の正極端子は、正極側の導体パターンおよび厚銅基板２２を介して正極側の入力電極１７に電気的に接続され、コンデンサ１３の負極端子は、負極側の導体パターンおよび厚銅基板２２を介して負極側の入力電極１８に接続されている。車載バッテリ２５からの主電流が、正極側の入力電極１７から厚銅基板２２を通じてコンデンサ１３に流れると、コンデンサ１３に充電される。コンデンサ１３に充電された電流は、コンデンサ１３から半導体素子１２へと供給される。

図３に示すように、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間の接合点はＵ相へ出力する出力電極１９に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４の間の接合点はＶ相へ出力する出力電極２０に接続されている。第５のスイッチング素子Ｑ５と第６のスイッチング素子Ｑ６の間の接合点はＷ相へ出力する出力電極２１に接続されている。そして、出力電極１９〜２１は、車両に搭載された電動モータ（図示せず）に接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートは制御回路基板（図示せず）に接続されている。制御回路基板の制御回路はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御し、電動モータに電力を供給する。

次に、半導体装置１０の各部の構成の詳細を説明する。図１に示す半導体装置１０が備えるヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で矩形板状に形成されるとともに、このヒートシンク１５の上面には、主回路基板１１が支持されている。主回路基板１１には複数の半導体素子１２が実装されて搭載されている。主回路基板１１は略矩形の板である。

主回路基板１１には、金属基板の上面に絶縁コーティングが施されている。この絶縁コーティングの上に銅又はアルミ製の導体パターンが形成されている。図１に示すように、主回路基板１１は、主回路基板１１の幅方向へ細長に延びてシート状に形成されている複数の導体パターンＰを備える。主回路基板１１には導体パターンＰ以外の図示されない導体パターンが形成されている。主回路基板１１には一対の貫通孔１１Ａが各導体パターンＰに対応するようにそれぞれ形成されている。貫通孔１１Ａは、主回路基板１１を、コンデンサ基板１４、コンデンサ基板ブラケット１６、入力電極１７、１８、出力電極１９〜２１とともにヒートシンク１５に固定するボルト締結用の孔である。導体パターンＰにおける貫通孔１１Ａの周囲は絶縁部が形成されており、導体パターンＰと貫通孔１１Ａに挿通されるボルト２６との絶縁が図られている。

主回路基板１１の上面には、複数の半導体素子１２が実装されている。具体的には、半導体素子１２は半田付けにて主回路基板１１の導体パターンＰと接合されている。複数の半導体素子１２は、主回路基板１１の幅方向に沿って１列に延びるように並設された半導体素子群Ｇが、主回路基板１１の長さ方向に複数列（６列）並ぶように配設されている。各半導体素子群Ｇは、それぞれ個別の導体パターンＰに電気的に接続されるとともに、各半導体素子群Ｇの複数の半導体素子１２それぞれは導体パターンＰに並列に接続されている。

図１に示す６列の半導体素子群Ｇについては、図１の左側から第１の半導体素子群Ｇ１とし、右側に向けて第２の半導体素子群Ｇ２、第３の半導体素子群Ｇ３、第４の半導体素子群Ｇ４、第５の半導体素子群Ｇ５、第６の半導体素子群Ｇ６とする。また、主回路基板１１の長さ方向に隣り合う半導体素子群Ｇは、互いに間隔を空けて配設されている。

図１、図２に示すように、主回路基板１１の長さ方向の一端側には、正極側の入力電極１７が支持されている。主回路基板１１の長さ方向の他端側には、負極側の入力電極１８が支持されている。入力電極１７、１８は、アルミニウムにより形成されている。正極側の入力電極１７は、幅方向に延在する矩形板状の板状部１７Ａと板状部１７Ａと一体形成された丸棒状の棒状部１７Ｂを備えている。板状部１７Ａの裏面は導体パターンＰに面接触して主回路基板１１と電気的に接続されている。板状部１７Ａの表面は、厚銅基板２２を支持する面である。棒状部１７Ｂは板状部１７Ａの中央に立設されている。板状部１７Ａにおける棒状部１７Ｂの両側には、ボルト挿通用の貫通孔１７Ｃが形成されている。

負極側の入力電極１８は、幅方向に延在する矩形板状の板状部１８Ａと板状部１８Ａと一体形成された丸棒状の棒状部１８Ｂを備えている。板状部１８Ａの裏面は導体パターンＰに面接触して主回路基板１１と電気的に接続されている。板状部１８Ａの表面は、厚銅基板２２を支持する面である。棒状部１８Ｂは板状部１８Ａの中央に立設されている。板状部１８Ａにおける棒状部１８Ｂの両側には、ボルト挿通用の貫通孔１８Ｃが形成されている。

図１、図２に示すように、３相インバータ回路は、電動モータに接続されるＵ相出力端子である出力電極１９、Ｖ相出力端子である出力電極２０およびＷ相出力端子Ｗである出力電極２１を備える。出力電極１９は、Ｕ相の上アーム用半導体素子群（第１の半導体素子群Ｇ１）と下アーム用半導体素子群（第２の半導体素子群Ｇ２）との間に配置されている。出力電極２０は、Ｖ相の上アーム用半導体素子群（第４の半導体素子群Ｇ４）と下アーム用半導体素子群（第３の半導体素子群Ｇ３）との間に配置されている。出力電極２１は、Ｗ相の上アーム用半導体素子群（第５の半導体素子群Ｇ５）と下アーム用半導体素子群（第６の半導体素子群Ｇ６）との間に配置されている。

Ｕ相の出力電極１９は、幅方向に延在する矩形板状の基部１９Ａと基部１９Ａと一体形成された丸棒状の出力端子部１９Ｂを備えている。基部１９Ａの裏面は、主回路基板１１における第１の半導体素子群Ｇ１と第２の半導体素子群Ｇ２の間の導体パターンＰと面接触しており、主回路基板１１と出力電極１９は電気的に接続されている。出力端子部１９Ｂは、基部１９Ａの長さ方向の中央に立設されている。基部１９Ａにおける出力端子部１１９Ｂの両側には、ボルト挿通用の貫通孔１９Ｃが形成されている。

Ｖ相の出力電極２０は、幅方向に延在する矩形板状の基部２０Ａと基部２０Ａと一体形成された丸棒状の出力端子部２０Ｂを備えている。基部２０Ａの裏面は、主回路基板１１における第３の半導体素子群Ｇ３と第４の半導体素子群Ｇ４の間の導体パターンＰと面接触しており、主回路基板１１と出力電極２０は電気的に接続されている。出力端子部２０Ｂは、基部２０Ａの長さ方向の中央に立設されている。基部２０Ａにおける出力端子部２０Ｂの両側には、ボルト挿通用の貫通孔２０Ｃが形成されている。

Ｗ相の出力電極２１は、幅方向に延在する矩形板状の基部２１Ａと基部２１Ａと一体形成された丸棒状の出力端子部２１Ｂを備えている。基部２１Ａの裏面は、主回路基板１１における第５の半導体素子群Ｇ５と第６の半導体素子群Ｇ６の間の導体パターンＰと面接触しており、主回路基板１１と出力電極２１は電気的に接続されている。出力端子部２１Ｂは、基部２１Ａの長さ方向の中央に立設されている。基部２１Ａにおける出力端子部２１Ｂの両側には、ボルト挿通用の貫通孔２１Ｃが形成されている。

図５に示すように、半導体装置１０では、正極側の入力電極１７、負極側の入力電極１８および複数の出力電極１９〜２１は長さ方向へ直線状に配設されている。正極側の入力電極１７、負極側の入力電極１８および複数の出力電極１９〜２１は、半導体装置１０が備える電極群を構成する。

図１に示すように、主回路基板１１の長さ方向に隣り合う第２の半導体素子群Ｇ２と第３の半導体素子群Ｇ３の間には、負極側の中継電極２３が配設されている。第４の半導体素子群Ｇ４と第５の半導体素子群Ｇ５の間には、正極側の中継電極２４が配設されている。中継電極２３にはボルト挿通用の貫通孔２３Ａが形成され、中継電極２４にはボルト挿通用の貫通孔２４Ａが形成されている。Ｕ相の上アーム用半導体素子群（第１の半導体素子群Ｇ１）には正極側の入力電極１７が隣接し、下アーム用半導体素子群（第２の半導体素子群Ｇ２）には負極側の中継電極２３が隣接している。Ｖ相の上アーム用半導体素子群（第４の半導体素子群Ｇ４）には正極側の中継電極２４が隣接し、下アーム用半導体素子群（第３の半導体素子群Ｇ３）には負極側の中継電極２３が隣接している。Ｗ相の上アーム用半導体素子群（第５の半導体素子群Ｇ５）には正極側の中継電極２４が隣接し、下アーム用半導体素子群（第６の半導体素子群Ｇ６）には負極側の入力電極１８が隣接している。

第１の半導体素子群Ｇ１のドレイン用の導体パターンＰは、正極側の入力電極１７の板状部１７Ａに電気的に接続されている。第４の半導体素子群Ｇ４および第５の半導体素子群Ｇ５のドレイン用の導体パターンＰは、正極側の中継電極２４と電気的に接続されている。第２の半導体素子群Ｇ２および第３の半導体素子群Ｇ３のソース用の導体パターンＰは、負極側の中継電極２３と電気的に接続されている。第６の半導体素子群Ｇ６のソース用の導体パターンＰは、負極側の入力電極１８の板状部１８Ａと電気的に接続されている。

第１の半導体素子群Ｇ１のソース用の導体パターンＰおよび第２の半導体素子群Ｇ２のドレイン用の導体パターンＰは、Ｕ相の出力電極１９の基部１９Ａに電気的に接続されている。第４の半導体素子群Ｇ４のソース用の導体パターンＰおよび第３の半導体素子群Ｇ３のドレイン用の導体パターンＰは、出力電極２０の基部２０Ａに電気的に接続されている。第５の半導体素子群Ｇ５のソース用の導体パターンＰおよび第６の半導体素子群Ｇ６のドレイン用の導体パターンＰはＷ相の出力電極２１の基部２１Ａに電気的に接続されている。

図１に示すように、厚銅基板２２が、入力電極１７の板状部１７Ａ、入力電極１８の板状部１８Ａ、出力電極１９の基部１９Ａ、出力電極２０の基部２０Ａ、出力電極２１の基部２１Ａに支持されている。厚銅基板２２は板状であって主回路基板１１の大部分を覆うように上方に配置されている。厚銅基板２２はガラス繊維を含むエポキシ樹脂により形成された絶縁層（図示せず）と、この絶縁層の両面にそれぞれ形成された厚さ約０．５ｍｍの導体層としての銅板層（図示せず）と、を備えている。

一方の銅板層（裏面側の銅板層）は、正極側の入力電極１７の板状部１７Ａおよび正極側の中継電極２４の表面と面接触して電気的に接続されている。他方の銅板層（表面側の銅板層）は、負極側の入力電極１８の板状部１８Ａおよび負極側の中継電極２３と電気的に接続されている。一方の銅板層は、図３、図４に示す太線にて示す正極側の電流経路Ｌ１に相当し、他方の銅板層は別の太線にて示す負極側の電流経路Ｌ２に相当する。厚銅基板２２は、出力電極１９の基部１９Ａ、出力電極２０の基部２０Ａ、出力電極２１の基部２１Ａのそれぞれの表面によっても支持されるが、一方の銅板層に設けた絶縁部（図示せず）によって一方の銅板層と絶縁されている。出力電極１９の基部１９Ａ、出力電極２０の基部２０Ａ、出力電極２１の基部２１Ａは、他方の銅板層とも絶縁されている。

厚銅基板２２には、３個の円形孔２７が長手方向に並んで形成されている。円形孔２７は出力電極１９の出力端子部１９Ｂ、出力電極２０の出力端子部２０Ｂおよび出力電極２１の基部２１Ａの挿通を可能とする。円形孔２７の直径は出力端子部１９Ｂ、２０Ｂ、２１Ｂの外径よりも大きい。厚銅基板２２の長さ方向の両端部には、幅方向に沿う短辺から内側に入り込むように凹部２８がそれぞれ形成されている。凹部２８が形成されていることにより、厚銅基板２２は入力電極１７の棒状部１７Ｂ、入力電極１８の棒状部１８Ｂと干渉しない。厚銅基板２２における円形孔２７の両側には、厚銅基板２２の長さ方向に複数の通孔２９が配設されている。通孔２９はボルト締結のためのものである。通孔２９の数は、入力電極１７、１８と、出力電極１９〜２１と、中継電極２３、２４に対応して７個である。

図１、図６、図７に示すように、厚銅基板２２上には、支持部材としてのコンデンサ基板ブラケット１６が支持されている。コンデンサ基板ブラケット１６は、樹脂により形成された絶縁板である。コンデンサ基板ブラケット１６には、３個の円形孔３０が長手方向に並んで形成されている。円形孔３０は出力電極１９の出力端子部１９Ｂ、出力電極２０の出力端子部２０Ｂおよび出力電極２１の基部２１Ａの挿通を可能とする。円形孔３０の直径は出力端子部１９Ｂ、２０Ｂ、２１Ｂの外径よりも大きい。コンデンサ基板ブラケット１６における円形孔２７の両側には、コンデンサ基板ブラケット１６の長さ方向に複数の通孔３１が配設されている。通孔３１はボルト締結のためのものである。コンデンサ基板ブラケット１６は、幅方向における一側の通孔３１付近からさらに一側へ向けて延在する延在部３２を有する。延在部３２上にはコンデンサ基板１４が支持される。延在部３２には、コンデンサ基板１４の裏面へ突出するコンデンサ１３の端子の一部が入り込むように、凹部３３が形成されている。コンデンサ基板ブラケット１６の他側の通孔３１付近には延在部３２に相当する構成はない。

コンデンサ基板ブラケット１６により支持されるコンデンサ基板１４は、プリント基板であって複数のコンデンサ１３が搭載されている。コンデンサ基板１４にはコンデンサ１３のリップル電流のみを通電する導体パターン（図示せず）が形成されている。コンデンサ基板１４の導体パターンは、車載バッテリ２５からの大電力に十分に小さいリップル電流を通電すればよいため十分に薄い銅箔である。コンデンサ基板１４の他側には長さ方向に配設された通孔３４を備えている。通孔３４はコンデンサ基板ブラケット１６の一側の通孔３１と同軸となる位置に形成されている。通孔３４はボルト締結のためのものである。半導体装置１０は、正極側の入力電極１７、負極側の入力電極１８および複数の出力電極１９〜２１による長さ方向へ直線状に配設された電極群を備えている。図６、図７に示すように、コンデンサ基板１４およびコンデンサ基板ブラケット１６は主回路基板１１における電極群の一側に配置されている。コンデンサ基板１４は主回路基板１１の一側とほぼ重なるように配置されている。主回路基板１１とコンデンサ基板１４との間にコンデンサ基板ブラケット１６が位置する。

コンデンサ１３は、第１の半導体素子群Ｇ１（Ｕ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第２の半導体素子群Ｇ２（Ｕ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。コンデンサ１３は、第４の半導体素子群Ｇ４（Ｖ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第３の半導体素子群Ｇ３（Ｖ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。コンデンサ１３は、第５の半導体素子群Ｇ５（Ｗ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第６の半導体素子群Ｇ６（Ｗ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。

ところで、図１、図６、図７に示すように、主回路基板１１、コンデンサ基板１４、コンデンサ基板ブラケット１６、入力電極１７、１８および出力電極１９〜２１は、ボルト２６により共締めされてヒートシンク１５に固定されている。半導体装置１０の両側の締結するボルト２６の外周には絶縁材料により形成されたフランジ付筒状部材３５が設けられている。フランジ付筒状部材３５は、ボルト２６とコンデンサ基板１４、入力電極１７、１８、出力電極１９〜２１、厚銅基板２２および中継電極２３、２４との間を絶縁する。半導体装置１０の一側を締結するボルト２６のうち、出力電極１９〜２１を締結するボルト２６の外周のフランジ付筒状部材３５のさらに外周には、絶縁材料により形成された絶縁性カラー３６が設けられている。絶縁性カラー３６は、コンデンサ基板１４と厚銅基板２２との間を絶縁する。

半導体装置１０の一側を締結するボルト２６のうち、入力電極１７、１８および中継電極２３、２４を締結するボルト２６の外周に設けたフランジ付筒状部材３５のさらに外周には、円筒状の導電性カラー３７がそれぞれ設けられている（図１、図７を参照）。これらの導電性カラー３７は導電性材料により形成されており、導電部材に相当する。正極側の入力電極１７と正極側の中継電極２４を締結するボルト２６に対応する正極側の導電性カラー３７は、正極導電部材に相当する。正極側の導電性カラー３７は、コンデンサ基板１４における正極側の導体パターンと厚銅基板２２の正極側の銅板層（一方の銅板層）と面接触して電気的に接続する。負極側の入力電極１８と負極側の中継電極２３を締結するボルト２６に対応する負極側の導電性カラー３７は、負極導電部材に相当する。負極側の導電性カラー３７は、コンデンサ基板１４における負極側の導体パターンと厚銅基板２２の負極側の銅板層（他方の銅板層）と面接触して電気的に接続する。図１に示すように、４個の導電性カラー３７が備えられているが、正極の導電性カラー３７と負極の導電性カラー３７が長さ方向において交互に配設される。

図６、図７に示すように、半導体装置１０におけるコンデンサ基板１４を設けた電極群の一側の反対側である他側には、比較的大きく空いた空間部Ｓが存在する。空間部Ｓには制御回路基板（図示せず）が配置されている。制御回路基板と主回路基板１１を接続するケーブル（図示せず）が設けられている。このケーブルは、主回路基板１１における半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６のゲート用の導体パターンと接続された端子と電気的に接続される。

次に、本実施形態に係る半導体装置１０の作用について説明する。
車載バッテリ２５からの直流電流が、正極側の入力電極１７の棒状部１７Ｂから板状部１７Ａを流れるとともに、厚銅基板２２の一方の銅板層を流れる。板状部１７Ａへ流れる電流は第１の半導体素子群Ｇ１、第２の半導体素子群Ｇ２に流れる。一方の銅板層を流れる直流電力は、正極側の中継電極２４を通じて第４の半導体素子群Ｇ４、第３の半導体素子群Ｇ３および第５の半導体素子群Ｇ５、第６の半導体素子群Ｇ６を流れる。直流電流は一方の銅板層から導電性カラー３７を通じてコンデンサ基板１４の正極側の導体パターンへ流れてコンデンサ１３に流れる。コンデンサ１３の電流はコンデンサ基板１４の負極側の導体パターンから導電性カラー３７を通じて他方の銅板層へ流れる。

上アームにおけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、Ｑ５および下アームにおけるスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６は所定周期のオン、オフによるスイッチング制御される。スイッチング制御により、交流電流がＵ相の出力電極１９、Ｖ相の出力電極２０およびＷ相の出力電極２１を経て車両に搭載されている電動モータに供給されて駆動される。そして、電流は負極側の入力電極１８から車載バッテリ２５に流れる。

本実施形態では、車載バッテリ２５の主電力は厚銅基板２２に通電され、大電力がコンデンサ基板１４に通電されることはない。コンデンサ基板１４には、厚銅基板２２から導電性カラー３７を通じて通電されるが、コンデンサ基板１４の導体パターンにはコンデンサ１３のリップル電流が通電されるため、コンデンサ基板１４の発熱は抑制される。

本実施形態に係る半導体装置１０は以下の作用効果を奏する。
（１）厚銅基板２２が正極側の入力電極１７および負極側の入力電極１８と電気的に接続されている。正極側の中継電極２４は厚銅基板２２の一方の銅板層と主回路基板１１とを電気的に接続し、負極側の中継電極２３は厚銅基板２２の他方の銅板層と主回路基板１１とを電気的に接続する。コンデンサ基板ブラケット１６はコンデンサ基板１４を厚銅基板に支持する。導電性カラー３７は、厚銅基板２２とコンデンサ基板１４とを電気的に接続する。車載バッテリからの電力は厚銅基板２２を介して主回路基板１１の各半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６に通電される。また、電力は厚銅基板２２から導電性カラー３７を介してコンデンサ基板１４のコンデンサ１３に通電されるが、車載バッテリ２５の大電力がそのままコンデンサ基板１４に通電されることはない。従って、出力性能の向上のために電源の電力を増大させても、コンデンサ基板１４およびコンデンサ１３の発熱に伴う温度上昇は抑制される。車載バッテリ２５の大電力がそのままコンデンサ基板１４に通電されることはないので、コンデンサ１３のリップル電流に合わせてコンデンサ基板１４のプリント基板の導体パターンを薄く小さくすることができる。

（２）ボルト２６が、主回路基板１１、厚銅基板２２、コンデンサ基板ブラケット１６およびコンデンサ基板１４をヒートシンク１５に共に締結している。このため、コンデンサ基板１４の発熱はボルト２６を介してヒートシンク１５へ伝達され、ヒートシンク１５にて放熱される。その結果、コンデンサ基板１４の放熱性が向上する。

（３）複数の出力電極１９〜２１は、正極側の入力電極１７および負極側の入力電極１８に配設され、主回路基板１１に支持され、正極側の入力電極１７、負極側の入力電極１８および複数の出力電極１９〜２１により直線状に配列された電極群が備えられている。コンデンサ基板１４およびコンデンサ基板ブラケット１６は主回路基板１１における電極群の一側に配置されている。その結果、コンデンサ１３を電極群の一側に配置することで電極群の他側に空間部Ｓのスペースを確保することができ、半導体装置１０におけるスペースの有効活用が可能となる。空間部Ｓのスペース活用により、半導体装置１０の高さはヒートシンク１５からコンデンサ１３の頂部までの寸法で済むことが期待でき、半導体装置１０の小型化に寄与できる。

（４）コンデンサ基板ブラケット１６は絶縁材料により形成されていることから、コンデンサ基板ブラケット１６によりコンデンサ基板１４と厚銅基板２２および主回路基板１１との絶縁距離を確保しやすくなる。また、コンデンサ基板ブラケット１６に凹部２８を設けることで、コンデンサ１３の端子を覆うことができ、コンデンサ１３の端子と厚銅基板２２および主回路基板１１との絶縁を確保することができる。

（５）厚銅基板２２に主電流が流れることに伴い発熱しても、熱は入力電極１７、１８、中継電極２３、２４に伝達され、入力電極１７、１８、中継電極２３、２４に伝達された熱は、主回路基板１１を介してヒートシンク１５に伝達される。ヒートシンク１５から放熱されるため、厚銅基板２２の冷却を図ることができ、温度上昇が抑えられる。コンデンサ基板１４における発熱はボルト２６を通じてヒートシンク１５に伝達され、ヒートシンク１５にて放熱される。

（６）コンデンサ基板１４を支持するコンデンサ基板ブラケット１６を用いて全てのコンデンサ１３を電極群の一側に配置することにより、コンデンサ基板１４の取付作業性の向上が期待できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。

○ 上記の実施形態では、大電流基板としての厚銅基板を説明したが、大電流基板は厚銅基板に限定されない。例えば、樹脂層と樹脂層の両面にアルミニウム板層を設けた大電流基板であってもよい。大電流基板は、少なくとも、正極側の入力電極および正極側の中継電極と電気的に接続可能な正極側の導電板層と、負極側の入力電極および負極側の中継電極と電気的に接続可能な負極側の導電板層と、これらの導電板層を絶縁する絶縁層を備えればよい。また、厚銅基板について厚さ０．５ｍの銅板層としたが、大電流の通電を可能とする厚さを有する銅板層であればよい。
○ 上記の実施形態では、締結部材が、主回路基板、大電流基板、コンデンサ基板を支持する支持部材およびコンデンサ基板をヒートシンクに共に締結するとしたがこの限りではない。例えば、主回路基板、大電流基板、コンデンサ基板を支持する支持部材およびコンデンサ基板を個別に締結するようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、コンデンサ基板およびコンデンサ基板ブラケットを主回路基板における電極群の一側に配置したが、この限りではない。例えば、コンデンサ基板およびコンデンサ基板ブラケットを電極群の両側に配置することも妨げない。
○ 上記の実施形態では、支持部材を絶縁材料としたが支持部材は必ずしも絶縁材料でなくてもよい。例えば、導電性の材料により形成した支持部材としてもよい。この場合、絶縁が必要な箇所については絶縁材を別に設ける必要があるが、支持部材に導電部材としての機能を兼用させることも可能である。

１０ 半導体装置
１１ 主回路基板
１２ 半導体素子
１３ コンデンサ
１４ コンデンサ基板
１５ ヒートシンク
１６ コンデンサ基板ブラケット
１７ 入力電極（正極側）
１８ 入力電極（負極側）
１９ 出力電極（Ｕ相）
２０ 出力電極（Ｖ相）
２１ 出力電極（Ｗ相）
２２ 厚銅基板（大電流基板としての）
２３ 中継電極（負極側）
２４ 中継電極（正極側）
２５ 車載バッテリ
２６ ボルト（締結部材としての）
３７ 導電性カラー（導電部材としての）
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６ ダイオード
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６ 半導体素子群
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６ スイッチング素子
Ｌ１、Ｌ２ 電流経路
Ｐ 導体パターン（主回路基板）

Claims (5)

1. 半導体素子が搭載された主回路基板と、
   コンデンサが搭載されたコンデンサ基板と、
   電源に接続され、前記半導体素子および前記コンデンサに通電するとともに、前記主回路基板に支持される正極側の入力電極および負極側の入力電極と、を備える半導体装置であって、
   前記正極側の入力電極および前記負極側の入力電極に支持されるとともに、前記主回路基板、前記正極側の入力電極および前記負極側の入力電極と電気的に接続される大電流基板と、
   前記コンデンサ基板を前記大電流基板に支持する支持部材と、
   前記大電流基板と前記コンデンサ基板とを電気的に接続する導電部材と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. ヒートシンクと、
   前記主回路基板、前記大電流基板、前記支持部材および前記コンデンサ基板を前記ヒートシンクに共に締結する締結部材と、を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記主回路基板に支持される複数の出力電極と、
   前記正極側の入力電極、前記負極側の入力電極および前記複数の出力電極により直線状に配列される電極群と、を備え、
   前記コンデンサ基板および前記支持部材は前記主回路基板における前記電極群の一側に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 前記支持部材は、絶縁材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体装置。
5. 前記大電流基板は、
   前記正極側の入力電極と電気的に接続される正極側の導体層と、
   前記負極側の入力電極と電気的に接続される負極側の導体層と、を備え、
   前記導電部材は、
   前記正極側の導体層と電気的に接続される正極導電部材と、
   前記負極側の導体層と電気的に接続される負極導電部材と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体装置。

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