JP2019082361A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
従来、バスバーを有する半導体装置において、磁気抵抗センサをバスバーに近接して設けることにより、バスバーに流れる電流を検出することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2014−061217号公報
Conventionally, in a semiconductor device having a bus bar, it is known to detect a current flowing through the bus bar by providing a magnetoresistive sensor in close proximity to the bus bar (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1: Japanese Patent Application Publication No. 2014-061217
磁気抵抗センサの磁気検出感度を向上させることが望ましい。 It is desirable to improve the magnetic detection sensitivity of the magnetoresistive sensor.
本発明の第1の態様においては、第1半導体モジュールと、第1半導体モジュールと電気的に接続された第1板状導体と、コアレスの第1磁気抵抗センサとを備え、第1板状導体は、予め定められた第1方向に延伸する第1本体部と、一端が第1本体部の一端に連結され、第1本体部から第1方向と異なる第2方向に屈曲する第1屈曲部とを有し、第1磁気抵抗センサは、第1本体部と第1屈曲部とで形成される屈曲面に隣接して設けられる半導体装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first plate-like conductor comprising a first semiconductor module, a first plate-like conductor electrically connected to the first semiconductor module, and a coreless first magnetoresistive sensor. A first body extending in a first predetermined direction, and a first bending portion having one end connected to one end of the first body and bent from the first body in a second direction different from the first direction The first magnetoresistive sensor provides a semiconductor device provided adjacent to a bending surface formed by the first main body and the first bending portion.
第1磁気抵抗センサは、屈曲面の内面側に設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided on the inner surface side of the bending surface.
第1磁気抵抗センサは、屈曲面のうち第1屈曲部に隣接して設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided adjacent to the first bending portion in the bending surface.
第1磁気抵抗センサは、屈曲面における第1本体部と第1屈曲部との境界を中心として、第1屈曲部の長さLを半径とした屈曲領域に設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided in a bending region whose radius is the length L of the first bending portion around the boundary between the first main body portion and the first bending portion in the bending surface.
第1磁気抵抗センサは、第1半導体モジュールに備えられる第1半導体ユニットの上面を含む平面の外側にあってよい。 The first magnetoresistive sensor may be outside of a plane including the top surface of the first semiconductor unit provided in the first semiconductor module.
第1磁気抵抗センサは、第1半導体モジュールに備えられる第1半導体ユニットの側面を含む平面の外側にあってよい。 The first magnetoresistive sensor may be outside of a plane including the side surface of the first semiconductor unit provided in the first semiconductor module.
第1板状導体の屈曲角度が75°以上であってよい。 The bending angle of the first plate-like conductor may be 75 ° or more.
第1板状導体は、一端が、第1屈曲部の他端に接続され、第1方向に延伸する第2本体部を更に備えてよい。 The first plate-like conductor may further include a second main body portion having one end connected to the other end of the first bending portion and extending in the first direction.
第1磁気抵抗センサは、第1本体部と第1屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided on the inner surface side of the bending surface formed with the first main body portion and the first bending portion.
第1磁気抵抗センサは、第2本体部と第1屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided on the inner surface side of the bending surface formed with the second main body portion and the first bending portion.
半導体装置は、第2半導体モジュールと、第2半導体モジュールと電気的に接続され、第1方向に延伸した第3本体部と、一端が第3本体部に接続され、第1方向と異なる第3方向に延伸した第2屈曲部と、一端が第2屈曲部の他端に接続され、第1方向に延伸した第4本体部とを有する第2板状導体と、を更に備えてよい。第2本体部および第4本体部は、電気的に接続されてよい。 The semiconductor device is electrically connected to the second semiconductor module and the second semiconductor module, and has a third main body extending in the first direction and a third main body having one end connected to the third main body and different from the first direction. The second plate-like conductor may further include a second bent portion extending in the direction, and a fourth main body portion having one end connected to the other end of the second bent portion and extending in the first direction. The second body portion and the fourth body portion may be electrically connected.
第1磁気抵抗センサは、第1屈曲部と、第2本体部と、第2屈曲部と、第4本体部とで囲まれた領域の内側において、第1屈曲部に隣接して設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor is provided adjacent to the first bending portion inside a region surrounded by the first bending portion, the second main portion, the second bending portion, and the fourth main portion. Good.
第1板状導体は、一端が、第1本体部の他端に接続され、第1本体部から第2方向に屈曲する第3屈曲部と、第3屈曲部の他端に接続され、第1方向に延伸する第5本体部とを更に備えてよい。 The first plate-like conductor has one end connected to the other end of the first main body portion, and is connected to the third bending portion bending in the second direction from the first main body portion and the other end of the third bending portion And a fifth body extending in one direction.
第1磁気抵抗センサは、第1屈曲部と、第1本体部と、第3屈曲部とで囲まれた領域の内側において、第1屈曲部に隣接して設けられてよい。 The first magnetoresistive sensor may be provided adjacent to the first bending portion inside a region surrounded by the first bending portion, the first main body portion, and the third bending portion.
半導体装置は、第1板状導体に隣接して設けられた樹脂部を更に備えてよい。第1磁気抵抗センサは、樹脂部に固定されていてよい。 The semiconductor device may further include a resin portion provided adjacent to the first plate-like conductor. The first magnetoresistive sensor may be fixed to the resin portion.
第1半導体モジュールは、SiC半導体であってよい。 The first semiconductor module may be a SiC semiconductor.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the invention does not enumerate all of the features of the present invention. In addition, a subcombination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through the embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Moreover, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention.
図1Aは、半導体モジュール300の上面側の斜視図の一例を示す。半導体モジュール300は、筐体200の内部に半導体チップを搭載している。半導体モジュール300は、電力変換装置を構成するインバータ装置に用いられるパワー半導体モジュールである。筐体200には、上面に複数の導電端子ピン110が設けられている。
FIG. 1A shows an example of a perspective view of the upper surface side of the
図1Bは、半導体モジュール300の底面側の斜視図の一例を示す。半導体モジュール300は、筐体200の底面に放熱パターン120を備える。放熱パターン120は、半導体モジュール300が有する半導体チップで発生した熱を放熱する部材である。
FIG. 1B shows an example of a perspective view of the bottom side of the
図1Aおよび図1Bにおいては半導体モジュール300の底面と平行な面をXY面とする。また、筐体200のおもて面の長手方向をX方向、短手方向をY方向とする。但し、短手方向がX方向であり、長手方向がY方向であってもよい。また、XY面と垂直な方向をZ方向とする。本明細書では、Z方向を高さ方向とみたて、半導体モジュール300の底面から、おもて面に向かう方向を上、おもて面から底部に向かう方向を下と称する場合がある。ただし上下の方向は重力方向とは必ずしも一致しない。また、各図に示したXYZ座標軸において、矢印を付した側を正側、逆側を負側とする。
In FIGS. 1A and 1B, a plane parallel to the bottom surface of the
図2は、半導体モジュール300が備える半導体ユニット10の一例を示す。本例の半導体ユニット10は、2つの半導体ユニットを備える。一例において、半導体ユニット10は、積層基板130、積層基板130上に実装された半導体チップ132と導電部材133とを備えている。
FIG. 2 shows an example of the
積層基板130は、絶縁板136のおもて面に配線パターン138、裏面に放熱パターン120を備える。積層基板130は、配線パターン138に半導体チップ132を搭載している。1つの積層基板130の上面には、8つの半導体チップ132、および複数の導電部材133が実装されている。半導体チップ132や導電部材133の個数はこれに限られない。
The
半導体チップ132は、SiCの半導体チップを備える。また、半導体チップ132は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)およびFWD(Free Wheeling Diode)等の半導体チップを備えてよい。
The
導電部材133は、積層基板130の配線パターン138や半導体チップ132に実装されている。図2では、導電部材133は、ポスト電極である。但し、導電部材133は、ポスト電極に限らず、リードフレーム、ボンディングワイヤ等導電性の部材であればよい。
The
図3は、図2の半導体モジュール300におけるA−A断面の一例を示す。半導体モジュール300は、半導体ユニット10と、筐体200と、導電端子ピン110とを備える。なお、半導体モジュール300は、筐体200の代わりに、封止樹脂を備えてもよい。
FIG. 3 shows an example of an AA cross section in the
半導体ユニット10は、積層基板130と、半導体チップ132と、導電部材133と、プリント基板134とを備える。半導体ユニット10は、半導体チップ132と、積層基板130、導電部材133、プリント基板134等の配線部材とからなるパワー半導体回路を構成する部分である。図2および図3に点線で、半導体ユニット10を示す。
The
プリント基板134は、導電部材133を介して半導体チップ132と積層基板130の配線パターン138とを接続する。プリント基板134は、導電部材133を介して半導体チップ132と別の半導体チップ132とを接続する。また、絶縁板136の配線パターン138は、半導体チップ132に接続されている。このようにして、半導体ユニット10は、半導体モジュール300の内部でパワー半導体回路を構成する。さらに、配線パターン138は、導電部材133を介して導電端子ピン110と半導体チップ132とを導通させる。
The printed
図4は、半導体装置100における磁気抵抗センサ30の配置の一例を示す。半導体装置100は、半導体モジュール300と、板状導体20と、連結部29と、磁気抵抗センサ30とを備える。
FIG. 4 shows an example of the arrangement of the
板状導体20は、導電性を有する板状のバスバーである。板状導体20は、半導体モジュール300と電気的に接続されている。また、板状導体20は、連結部29において導電端子ピン110と電気的に接続される。板状導体20には、予め定められた電流Iが流れる。本例では、電流Iが本体部22から屈曲部24に向けて流れる。板状導体20は、本体部22および屈曲部24を有する。
The plate-
本体部22は、予め定められた第1方向に延伸する。本明細書では、第1方向をY軸方向として説明する。但し、本体部22が延伸する方向は本例に限られない。
The
連結部29は、本体部22を半導体モジュール300と連結させる。連結部29は、板状導体20を半導体モジュール300に固定し、半導体モジュール300の導電端子ピン110と板状導体20とを電気的に接続する。連結部29は、板状導体20を半導体モジュール300に固定し、半導体モジュール300と板状導体20とを電気的に接続できるものであれば、本例の構造に限定されない。
The
屈曲部24は、本体部22から、第1方向と異なる第2方向に屈曲する。屈曲部24は、Z軸方向に延伸している。本例の屈曲部24は、本体部22と直交する方向に屈曲しているが、本体部22に対して鋭角又は鈍角に屈曲していてもよい。板状導体20は、本体部22および屈曲部24を有することにより、半導体装置100の内部構造に応じた適当な形状に設計される。
The bending
磁気抵抗センサ30は、板状導体20と隣接して設けられる。磁気抵抗センサ30は、本体部22と屈曲部24とで形成される屈曲面に隣接して設けられる。本例の磁気抵抗センサ30は、屈曲面のうち屈曲部24と隣接して設けられる。磁気抵抗センサ30は、屈曲部24の近傍において隣接して設けられる場合であっても、屈曲部24とわずかな隙間が設けられてよい。即ち、磁気抵抗センサ30は、板状導体20との絶縁性が確保される範囲で、板状導体20と近接して設けられることが好ましい。本明細書において、屈曲面とは、予め定められた屈曲角度θで屈曲した面であり、本体部22および屈曲部24の2つの部材で構成される。屈曲面は、直角の屈曲角度θを有してもよく、鈍角の屈曲角度θを有してもよく、鋭角の屈曲角度θを有してもよい。
The
本例の磁気抵抗センサ30は、磁束を集束して感度を高めるための磁気コアを有さないコアレスの磁気抵抗センサである。磁気抵抗センサ30は、磁気コアを有さないので小型化が可能であり、板状導体20の形状に応じて自由に配置できる。例えば、磁気抵抗センサ30は、AMR(Anisotropic Magneto Resistance)素子、GMR(Giant Magneto Resistance)素子およびTMR(Tunnel Magneto Resistance)素子等の高感度の磁気抵抗素子である。
The
磁気抵抗センサ30は、板状導体20に流れる電流Iにより生じた磁場を検出する。これにより、磁気抵抗センサ30は、板状導体20に流れる電流Iを検出する。磁気抵抗センサ30は、板状導体20に流れる電流Iにより発生する磁場の強度が高い位置に配置されるのが好ましい。磁気抵抗センサ30は、高い磁場強度の位置に配置されることにより、信号雑音比(SNR)を向上できる。例えば、磁気抵抗センサ30は、板状導体20に流れる電流Iを検出することにより、半導体装置100の短絡保護機能および過電流保護機能を実現する。
The
本例の磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の上面12を含む平面の外側に設けられる。上面12を含む平面の外側とは、上面12を含む平面よりもZ軸方向の正側の領域であれば特に限定されない。即ち、上面12を含む平面の外側とは、半導体ユニット10の上方であっても、半導体ユニット10の上方から外れた位置であってもよい。磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の漏れ磁場の影響を受けにくくなる。例えば、磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の内部の電流経路に起因する磁界とのクロスカップリングによる影響が小さくなる。
The
なお、半導体ユニット10の上面12とは、実質的に、半導体ユニット10内で主電流等の比較的大きな電流が流れる回路の上面を指して良い。言い換えると、制御電流やセンス電流等の主電流と比較して小さな電流を流れる回路は、磁気抵抗センサ30に与える影響が小さいので、実質的に半導体ユニット10に含まれなくてよい。
The
ここで、SiCの半導体チップは、SiCの結晶品質に起因する歩留り低下の問題があるので、Siの半導体チップよりも小型化される。本例の半導体装置100は、板状導体20に隣接して磁気抵抗センサ30を設けるので、半導体チップ132にセンストランジスタを設ける必要がなく、半導体チップ132を小型化できる。また、本例の半導体装置100は、半導体ユニット10の外部に設けるので、半導体ユニット10の内部回路による複雑な磁場のカップリングの影響を受けにくい。なお、本例では、半導体装置100が1つの磁気抵抗センサ30を有する場合について説明するが、半導体装置100は、複数の磁気抵抗センサ30を備えてもよい。
Here, the semiconductor chip of SiC is smaller than the semiconductor chip of Si because there is a problem of yield reduction due to the crystal quality of SiC. In the
図5は、比較例に係るバスバー520の周囲に生じる磁場の向きを示す。バスバー520の周囲には、電流Iが流れる方向に対して、アンペールの右ねじの法則に応じた向きの磁場が生じる。本例では、バスバー520が屈曲部を有さずに、直線形状を有する場合について説明する。電流Iの流れる方向の右側の領域(即ち、バスバー520のZ軸方向の正側の領域)では紙面の奥向きの磁場が生じる。また、電流Iの流れる方向の左側の領域(即ち、バスバー520のZ軸方向の負側の領域)では紙面の手前向きに磁場が生じる。 FIG. 5 shows the direction of the magnetic field generated around the bus bar 520 according to the comparative example. Around the bus bar 520, a magnetic field is generated in a direction according to Ampere's right-handed screw law with respect to the direction in which the current I flows. In this example, the case where the bus bar 520 does not have a bend and has a linear shape will be described. In the region on the right side of the current I flowing direction (that is, the region on the positive side of the bus bar 520 in the Z-axis direction), a magnetic field is generated in the back of the paper. Further, in the region on the left side of the current I flowing direction (ie, the region on the negative side of the bus bar 520 in the Z-axis direction), a magnetic field is generated in the front of the paper.
図6は、屈曲部24を有する板状導体20の周囲に生じる磁場の向きを示す。本例の板状導体20は、本体部22および屈曲部24を有する。この場合も、板状導体20の周囲には、電流Iが流れる方向に対して、アンペールの右ねじの法則に応じた向きの磁場が生じる。但し、本例では、本体部22で電流Iの流れる方向の右側の領域(即ち、本体部22のZ軸方向の正側の領域)と、屈曲部24で電流Iの流れる方向の右側の領域(即ち、屈曲部24のY軸方向の正側の領域)とが重なる領域がある。この領域では、本体部22および屈曲部24に流れる電流Iの両方から、紙面の奥向きの磁場が生じるので、磁場が強まる領域となる。
FIG. 6 shows the direction of the magnetic field generated around the plate-
図7は、板状導体20の周囲に形成される屈曲領域Rbの一例を示す。本例の板状導体20は、本体部22および屈曲部24を有する。
FIG. 7 shows an example of a bending region Rb formed around the plate-
強磁場領域Rsは、板状導体20に電流Iが流れた場合に、本体部22および屈曲部24に流れる電流Iにより生じる磁場が強め合う領域を示す。本例の強磁場領域Rsは、電流Iの流れる方向に対して、本体部22の右側(即ち、本体部22のZ軸方向の正側)であって、且つ、屈曲部24の右側(即ち、屈曲部24のY軸方向の正側)の領域である。
The strong magnetic field region Rs indicates a region where the magnetic fields generated by the current I flowing through the
弱磁場領域Rwは、板状導体20に電流Iが流れた場合に、本体部22または屈曲部24に流れる電流Iにより生じる磁場のうち、いずれか一方のみの影響を受ける領域を示す。本例の弱磁場領域Rwは、電流Iの流れる方向に対して、本体部22の左側(即ち、本体部22のZ軸方向の負側)であって、且つ、屈曲部24の右側(即ち、屈曲部24のY軸方向の正側)の領域である。
The weak magnetic field region Rw indicates a region affected by only one of the magnetic fields generated by the current I flowing through the
屈曲領域Rbは、磁気抵抗センサ30を配置することにより、磁場を強め合う効果が得られる領域を指す。例えば、本例の屈曲領域Rbは、板状導体20の屈曲面の内面側(即ち、本体部22のZ軸方向の正側および屈曲部24のY軸方向の正側)の領域である。屈曲面の内面側とは、本体部22における屈曲面と、屈曲部24における屈曲面とのいずれにも対向する側を指す。例えば、本例の屈曲領域Rbは、屈曲面における本体部22と屈曲部24との境界を中心として、屈曲部24の長さLを半径とした円の内側の領域である。板状導体20に流れる電流Iにより生じる磁場の強度は、距離に反比例するので、屈曲領域Rbが長さLを半径とした円で示される。磁気抵抗センサ30は、屈曲領域Rbに配置されることにより、電流Iの検出感度を向上することができる。また、磁気抵抗センサ30が屈曲領域Rbに設けられるので、SNRが向上し、周波数特性およびゲイン特性が安定する。
The bending region Rb indicates a region where the magnetic field can be enhanced by arranging the
図8は、磁気抵抗センサ30の配置の一例を示す。本例の磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の側面14を含む平面の外側に設けられる点で図4の場合と相違する。
FIG. 8 shows an example of the arrangement of the
磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の上面12を含む平面の外側に設けられる。また、磁気抵抗センサ30は、半導体ユニット10の側面14を含む平面の外側に設けられる。ここで、側面14を含む平面の外側とは、側面14が半導体ユニット10のY軸方向の負側の側面の場合、側面14を含む平面よりもY軸方向の負側の領域を指す。本例の磁気抵抗センサ30は、側面14を含む平面の外側に設けられることにより、半導体ユニット10の漏れ磁場の影響を受けにくい。これにより、磁気抵抗センサ30のSNRが向上し、センサの誤差が抑制される。本例の半導体装置100は、磁気抵抗センサ30を、上面12を含む平面の外側であって、且つ、側面14を含む平面の外側に設けるので、半導体ユニット10からの影響を更に受けにくくなる。
The
なお、半導体ユニット10の側面14とは、実質的に、半導体ユニット10内で主電流と制御電流等の比較的大きな電流が流れる回路の側面を指して良い。即ち、センス電流等の主電流と比較して小さな電流を流れる回路は、磁気抵抗センサ30に与える影響が小さいので、実質的に半導体ユニット10に含まれなくてよい。
The
また、本例の磁気抵抗センサ30は、屈曲部24に対して半導体ユニット10側の面に隣接して設けられる。この場合、板状導体20は、磁気抵抗センサ30が側面14を含む平面の外側に配置できるように、側面14を含む平面の外側に設けられた屈曲部24を有する。
Further, the
図9は、クランク形状を有する板状導体20の屈曲角度θの一例を示す。本例の板状導体20は、屈曲部24に接続された本体部22および本体部26により、クランク形状を構成している。本体部22は、第1本体部の一例である。本体部26は、第2本体部の一例である。
FIG. 9 shows an example of the bending angle θ of the plate-
本体部26は、本体部22と同一の方向に延伸している。本体部26および本体部22は、共にY軸方向に延伸している。屈曲部24は、一端が本体部22に接続され、他端が本体部26に接続されている。本体部22と本体部26は、屈曲部24から見た時に、Y軸方向の正負逆側に延伸している。
The
屈曲角度θは、本体部22と屈曲部24の屈曲する度合いを示す。本例の屈曲角度θは、90°である。屈曲角度θが大きい程、本体部22に対して屈曲部24が大きく屈曲する。本例の屈曲角度θは90°であるため、本体部22および屈曲部24が直交する。本例の磁気抵抗センサ30は、屈曲領域Rbにおいて、屈曲部24に隣接して設けられる。
The bending angle θ indicates the degree of bending of the
図10は、クランク形状を有する板状導体20の屈曲角度θの一例を示す。本例は、屈曲角度θ≧90°の場合である。即ち、本例の板状導体20は、本体部22と屈曲部24の屈曲する度合いが大きい。この場合、屈曲領域Rbと本体部22および屈曲部24との距離がそれぞれ近づくので、屈曲領域Rbで生じる磁場の強度が強くなる。これにより、磁気抵抗センサ30は、磁場の検出感度を向上できる。
FIG. 10 shows an example of the bending angle θ of the plate-
例えば、屈曲角度θは、75°≦θ≦150°であってよく、75°≦θ≦135°であってよく、90°≦θ≦120°であってよい。屈曲角度θを大きくすることにより、磁気抵抗センサ30と本体部22および屈曲部24との距離を近くできるので、磁場強度を向上させやすくなる。但し、屈曲角度θを大きくし過ぎると、互いに打ち消し合う磁束が生じることにより信号強度が低下する場合がある。
For example, the bending angle θ may be 75 ° ≦ θ ≦ 150 °, 75 ° ≦ θ ≦ 135 °, and 90 ° ≦ θ ≦ 120 °. By increasing the bending angle θ, the distance between the
なお、本例では、クランク形状を有する板状導体20の屈曲角度θについて説明したが、図4および図8で示したL字形状を有する板状導体20の屈曲角度θについても同様に屈曲角度θ≧90°としてもよい。また、L字形状を有する板状導体20の屈曲角度θは、屈曲角度θ≦90°であってもよい。
In this example, although the bending angle θ of the plate-
図11は、クランク形状を有する板状導体20の構成の一例を示す。本例の板状導体20は、本体部22と、屈曲部24と、本体部26とを備える。本例の板状導体20は、屈曲部24に接続された本体部22および本体部26により、クランク形状を構成している。本例の屈曲角度θは、90°である。本体部22は、第1本体部の一例である。本体部26は、第2本体部の一例である。本体部22は、半導体ユニット10に連結されてよい。
FIG. 11 shows an example of the configuration of a plate-
板状導体20は、強磁場領域Rs1および強磁場領域Rs2の2つの強磁場領域Rsを形成する。強磁場領域Rs1は、電流Iの流れる方向に対して、本体部22および屈曲部24の右側の領域(即ち、本体部22のZ軸方向の正側の領域および屈曲部24のY軸方向の正側の領域)である。本例の強磁場領域Rs1は、本体部22と屈曲部24で形成される屈曲面の内面側の領域である。強磁場領域Rs2は、電流Iの流れる方向に対して、屈曲部24および本体部26の左側の領域(即ち、本体部22のZ軸方向の正側の領域および屈曲部24のY軸方向の負側の領域)である。本例の強磁場領域Rs2は、屈曲部24と本体部26で形成される屈曲面の内面側の領域である。このように、板状導体20がクランク形状を有することにより、磁気抵抗センサ30の配置の自由度が向上する。
The plate-
図12は、U字形状を有する板状導体20の構成の一例を示す。本例の板状導体20は、本体部22と、屈曲部24と、本体部26とを備える。本例の板状導体20は、屈曲部24に接続された本体部22および本体部26により、U字形状を構成している。即ち、本例の板状導体20は、本体部26が屈曲部24に対してY軸方向の正側に延伸している点で、図11のクランク形状の場合と相違する。本例の屈曲角度θは、90°である。本体部22は、第1本体部の一例である。本体部26は、第2本体部の一例である。
FIG. 12 shows an example of the configuration of a plate-
板状導体20は、U字形状で囲んだ領域に強磁場領域Rsを形成する。強磁場領域Rsは、電流Iの流れる方向に対して、本体部22、屈曲部24および本体部26の右側の領域(即ち、本体部22のZ軸方向の正側の領域、屈曲部24のY軸方向の正側の領域、および本体部26のZ軸方向の負側の領域)である。本例の強磁場領域Rsは、本体部22と屈曲部24と本体部26とで形成される屈曲面の内面側の領域である。このように、板状導体20がU字形状を有することにより、磁気抵抗センサ30の配置の自由度が向上する。また、磁気抵抗センサ30をU字形状の内側に配置する場合、板状導体20によって周囲のノイズ等から磁気抵抗センサ30が保護される。
The plate-
図13は、連結形状を有する板状導体20の構成の一例を示す。本例の板状導体20は、連結した板状導体20aおよび板状導体20bを有する。板状導体20aおよび板状導体20bは、それぞれクランク形状を有する。本例の半導体装置100は、半導体ユニット10aおよび半導体ユニット10bを備える。半導体ユニット10aは、第1半導体ユニットの一例である。半導体ユニット10bは、第2半導体モジュールの一例である。
FIG. 13 shows an example of the configuration of a plate-
板状導体20aは、本体部22aと、屈曲部24aと、本体部26aとを有する。本体部22aは、第1本体部の一例である。屈曲部24aは、第1屈曲部の一例である。本体部26aは、第2本体部の一例である。板状導体20aには、電流Iaが流れる。
The plate-
本体部22aは、予め定められた第1方向に延伸する。本体部22aは、Y軸方向の正側に延伸している。本体部22aは、半導体ユニット10aと電気的に接続されている。
The
屈曲部24aは、本体部22aと異なる第2方向に延伸する。本例の屈曲部24aは、Z軸方向の正側に延伸している。本例の屈曲部24aは、一端が本体部22aに接続され、他端が本体部26aの一端に接続されている。
The bending
本体部26aは、本体部22aと同一の方向に延伸する。本体部26aは、Y軸方向の正側に延伸している。本例の本体部26aは、本体部22aよりも短い。但し、本体部26aの長さは、半導体ユニット10aの配置等に応じて適宜変更されてよい。
The
板状導体20bは、本体部22bと、屈曲部24bと、本体部26bとを有する。本体部22bは、第3本体部の一例である。屈曲部24bは、第2屈曲部の一例である。本体部26bは、第4本体部の一例である。板状導体20bには、電流Ibが流れる。
The plate-
本体部22bは、予め定められた第1方向に延伸する。本体部22bは、Y軸方向の負側に延伸している。本体部22bは、半導体ユニット10bと電気的に接続されている。
The
屈曲部24bは、本体部22bと異なる第3方向に延伸する。屈曲部24bは、Z軸方向の正側に延伸している。本例の屈曲部24bは、一端が本体部22bに接続され、他端が本体部26bの一端に接続されている。
The bending
本体部26bは、本体部22bと同一の方向に延伸する。本体部26bは、Y軸方向の負側に延伸している。本例の本体部26bは、本体部22bよりも短い。但し、本体部26bの長さは、半導体ユニット10bの配置等に応じて適宜変更されてよい。
The
外部接続ボード40は、板状導体20aおよび板状導体20bに電気的に接続されている。外部接続ボード40は、本体部26aおよび本体部26bに連結されている。外部接続ボード40には、板状導体20aから電流Iaが入力され、板状導体20bから電流Ibが入力される。
The
なお、板状導体20aおよび板状導体20bは、外部接続ボード40に依らず、直接接続されることで互いに電気的に接続されていてもよい。この際、本体部26aの他端と、本体部26bの他端とが、接続されている。接続された板状導体20aおよび板状導体20bは、ハット形状を有する。
The plate-
磁気抵抗センサ30aは、半導体ユニット10aの上面12aを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット10aの側面14aを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30aは、半導体ユニット10aの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ30aは、屈曲部24aよりも半導体ユニット10a側の屈曲領域Rbに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30aは、電流Iaにより生じる高強度の磁場を検出する。
The
磁気抵抗センサ30bは、半導体ユニット10bの上面12bを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット10bの側面14bを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30bは、半導体ユニット10bの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ30bは、屈曲部24bよりも半導体ユニット10b側の屈曲領域Rbに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30bは、電流Ibにより生じる高強度の磁場を検出する。
The
磁気抵抗センサ30は、板状導体20aおよび板状導体20bの両側に設けられている。但し、磁気抵抗センサ30は、板状導体20aおよび板状導体20bのいずれか一方に設けられてもよい。電流をセンシングしたい半導体モジュールに対して、適宜選択可能である。
The
図14は、連結形状を有する板状導体20の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、磁気抵抗センサ30を設ける領域が図13の場合と相違する。
FIG. 14 shows an example of the configuration of the plate-
磁気抵抗センサ30aは、半導体ユニット10aの上面12aを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット10aの側面14aを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30aは、半導体ユニット10aの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ30aは、屈曲部24aと、本体部26aと、屈曲部24bと、本体部26bとで囲まれた領域の内側において、屈曲部24aに隣接して設けられている。即ち、磁気抵抗センサ30aは、屈曲部24aに対して半導体ユニット10aと反対側の屈曲領域Rbに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30aは、電流Iaにより生じる高強度の磁場を検出する。また、本例の磁気抵抗センサ30は、板状導体20で囲まれた領域の内側に設けられるので、板状導体20によって周囲のノイズ等から保護される。本例の磁気抵抗センサ30aは、第1磁気抵抗センサの一例である。
The
磁気抵抗センサ30bは、半導体ユニット10bの上面12bを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット10bの側面14bを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30bは、半導体ユニット10bの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ30bは、屈曲部24aと、本体部26aと、屈曲部24bと、本体部26bとで囲まれた領域の内側において、屈曲部24bに隣接して設けられている。即ち、磁気抵抗センサ30bは、屈曲部24bに対して半導体ユニット10bと反対側の屈曲領域Rbに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ30bは、電流Ibにより生じる高強度の磁場を検出する。本例の磁気抵抗センサ30bは、第2磁気抵抗センサの一例である。
The
図15は、連結形状を有する板状導体20の周囲の磁場強度を説明するための図である。連結形状を有する板状導体20では、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域に、強磁場領域Rsおよび弱磁場領域Rwの両方を有する。
FIG. 15 is a diagram for explaining the magnetic field strength around the plate-
強磁場領域Rs3は、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域において、電流Iaにより生じる磁場が互いに強め合う領域である。即ち、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域では、屈曲部24aおよび本体部26aに流れる電流Iaにより、互いに強め合う方向の磁場が生じている。
The strong magnetic field region Rs3 is a region in which the magnetic fields generated by the current Ia intensify each other in a region surrounded by the bending
強磁場領域Rs4は、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域において、電流Ibにより生じる磁場が互いに強め合う領域である。即ち、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域では、屈曲部24bおよび本体部26bに流れる電流Ibにより、互いに強め合う方向の磁場が生じている。
The strong magnetic field region Rs4 is a region in which magnetic fields generated by the current Ib intensify each other in a region surrounded by the bending
弱磁場領域Rw3は、屈曲部24および本体部26で囲まれた領域において、屈曲部24aおよび本体部26aに流れる電流Iaにより生じる磁場と、屈曲部24bおよび本体部26bに流れる電流Ibにより生じる磁場とが互いに打ち消し合う領域である。
In the weak magnetic field region Rw3, in the region surrounded by the bending
弱磁場領域Rw4は、屈曲部24および本体部26で囲まれていない領域である。弱磁場領域Rw4は、屈曲領域Rbではないので、磁場強度が弱められる。
The weak magnetic field region Rw4 is a region not surrounded by the bending
図16は、磁気抵抗センサ30の配置の一例を示す。本例の半導体装置100は、樹脂部50を備える。
FIG. 16 shows an example of the arrangement of the
樹脂部50は、半導体ユニット10および板状導体20の周囲を覆う。例えば、樹脂部50は、エポキシ樹脂等の絶縁材料である。特に、半導体ユニット10が高温で動作するSiCデバイスである場合、樹脂部50の材料は高温に耐えることが望ましい。
The
磁気抵抗センサ30は、屈曲部24に隣接して設けられる。本例の磁気抵抗センサ30は、樹脂部50に固定されることにより、屈曲部24に隣接する位置に配置されている。
The
図17は、板状導体20の形状の一例を示す。本例の板状導体20は、複数の屈曲部24を有する。板状導体20は、凹部形状を有する。
FIG. 17 shows an example of the shape of the plate-
板状導体20は、本体部22と、屈曲部24と、本体部26と、屈曲部27と、本体部28とを有する。本例において、本体部22は、第1本体部の一例である。本体部26は、第2本体部の一例である。本体部28は、第5本体部の一例である。屈曲部24は、第1屈曲部の一例である。屈曲部27は、第3屈曲部の一例である。
The plate-
屈曲部27は、一端が、本体部22の他端に接続され、本体部22から第2方向に屈曲する。また、屈曲部27は、他端が本体部28に接続されている。
One end of the bending
本体部28は、一端が、屈曲部27の他端に接続され、Y軸方向に延伸する。本体部28は、他端が外部接続ボード40に接続されてよい。
One end of the
磁気抵抗センサ30は、屈曲部24と、本体部22と、屈曲部27とで囲まれた領域の内側に設けられる。即ち、磁気抵抗センサ30は、屈曲部24と、本体部22と、屈曲部27とで形成された凹部に配置される。また、磁気抵抗センサ30は、樹脂部50に固定され、屈曲部24に隣接して設けられる。
The
このように、半導体装置100は、コアレスの磁気抵抗センサ30を用いることにより、磁気抵抗センサ30を板状導体20に隣接させて自由に配置できる。本例の半導体装置100は、磁気抵抗センサ30の配置の自由度および配線の自由度が大きいので、小型化を実現できる。
Thus, the
図18は、半導体モジュール300の動作波形の一例を示す。縦軸は電流[A]を示し、横軸は任意の時間を示す。本例の半導体モジュール300は、波形Aで示される電流が流れた場合に、波形Bおよび波形Cで示される2つの磁気抵抗センサから得られる波形Dを出力する。この場合、半導体モジュール300は、波形Aが300Aを超えた時点で、波形Eで示される短絡波形を出力する。このように、半導体モジュール300は、短絡から半導体ユニット10を保護する。
FIG. 18 shows an example of operation waveforms of the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It is apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be added to the above embodiment. It is also apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such alterations or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
10・・・半導体ユニット、12・・・上面、14・・・側面、20・・・板状導体、22・・・本体部、24・・・屈曲部、26・・・本体部、27・・・屈曲部、28・・・本体部、29・・・連結部、30・・・磁気抵抗センサ、40・・・外部接続ボード、50・・・樹脂部、100・・・半導体装置、110・・・導電端子ピン、120・・・放熱パターン、130・・・積層基板、132・・・半導体チップ、133・・・導電部材、134・・・プリント基板、136・・・絶縁板、138・・・配線パターン、200・・・筐体、300・・・半導体モジュール、520・・・バスバー
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記第1半導体モジュールと電気的に接続された第1板状導体と、
コアレスの第1磁気抵抗センサと
を備え、
前記第1板状導体は、
予め定められた第1方向に延伸する第1本体部と、
一端が前記第1本体部の一端に連結され、前記第1本体部から前記第1方向と異なる第2方向に屈曲する第1屈曲部と
を有し、
前記第1磁気抵抗センサは、前記第1本体部と前記第1屈曲部とで形成される屈曲面に隣接して設けられる
半導体装置。 A first semiconductor module,
A first plate-shaped conductor electrically connected to the first semiconductor module;
And a coreless first magnetoresistive sensor;
The first plate conductor is
A first main body extending in a first predetermined direction;
A first bending portion connected at one end to the one end of the first body portion and bent in a second direction different from the first direction from the first body portion;
The first magnetoresistive sensor is provided adjacent to a bending surface formed by the first main body portion and the first bending portion. Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first magnetoresistive sensor is provided on an inner surface side of the bending surface.
請求項1又は2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first magnetoresistive sensor is provided adjacent to the first bending portion in the bending surface.
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first magnetoresistive sensor is provided in a bending region whose radius is the length L of the first bending portion, centering on the boundary between the first main body portion and the first bending portion in the bending surface. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first magnetoresistive sensor is outside a plane including an upper surface of a first semiconductor unit provided in the first semiconductor module.
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first magnetoresistive sensor is outside a plane including a side surface of a first semiconductor unit provided in the first semiconductor module.
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein a bending angle of the first plate-like conductor is 75 ° or more.
前記第1本体部は、前記第1半導体モジュールに連結されている
請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first plate-like conductor further includes a second main body portion having one end connected to the other end of the first bending portion and extending in the first direction,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the first main body portion is coupled to the first semiconductor module.
請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the first magnetoresistive sensor is provided on an inner surface side of a bending surface formed with the first main body portion and the first bending portion.
請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the first magnetoresistive sensor is provided on an inner surface side of a bending surface formed with the second main body portion and the first bending portion.
前記第2半導体モジュールと電気的に接続され、前記第1方向に延伸した第3本体部と、一端が前記第3本体部に接続され、前記第1方向と異なる第3方向に延伸した第2屈曲部と、一端が前記第2屈曲部の他端に接続され、前記第1方向に延伸した第4本体部とを有する第2板状導体と、
を更に備え、
前記第2本体部および前記第4本体部は、電気的に接続されている
請求項8に記載の半導体装置。 A second semiconductor module,
A third body portion electrically connected to the second semiconductor module and extending in the first direction, and an end portion connected to the third body portion, and extending in a third direction different from the first direction A second plate-like conductor having a bending portion, and a fourth body portion having one end connected to the other end of the second bending portion and extending in the first direction;
And further
The semiconductor device according to claim 8, wherein the second main body portion and the fourth main body portion are electrically connected.
請求項11に記載の半導体装置。 The first magnetoresistive sensor is provided on the first bending portion inside a region surrounded by the first bending portion, the second main portion, the second bending portion, and the fourth main portion. The semiconductor device according to claim 11, provided adjacently.
一端が、前記第1本体部の他端に接続され、前記第1本体部から前記第2方向に屈曲する第3屈曲部と、
前記第3屈曲部の他端に接続され、前記第1方向に延伸する第5本体部と
を更に備える
請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first plate conductor is
A third bending portion connected at one end to the other end of the first body portion and bent in the second direction from the first body portion;
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, further comprising: a fifth main body portion connected to the other end of the third bending portion and extending in the first direction.
請求項13に記載の半導体装置。 The first magnetoresistive sensor is provided adjacent to the first bending portion inside a region surrounded by the first bending portion, the first main body portion, and the third bending portion. The semiconductor device of Claim 13.
前記第1磁気抵抗センサは、前記樹脂部に固定されている
請求項1から14のいずれか一項に記載の半導体装置。 It further comprises a resin portion provided adjacent to the first plate-like conductor,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, wherein the first magnetoresistive sensor is fixed to the resin portion.
請求項1から15のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 15, wherein the first semiconductor module comprises a SiC semiconductor chip.
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