JP2019102611A - Interface unit and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の半導体モジュールが並列接続された半導体装置と外部機器とをインターフェースユニットを介して接続する技術に関する。 The present invention relates to a technique for connecting a semiconductor device in which a plurality of semiconductor modules are connected in parallel and an external device through an interface unit.
半導体装置、特に電力用半導体装置(パワー半導体装置)は、例えば汎用インバータ等の外部機器に、外部機器側に設けられたプリント板やバスバー(bus bar)等を介して、はんだ付けやねじ締め等により接続される。半導体装置と外部機器とを接続する技術として、特許文献1には、インターフェースユニットが開示されている。 Semiconductor devices, particularly power semiconductor devices (power semiconductor devices), are soldered or screwed to an external device such as a general-purpose inverter via a printed board or a bus bar provided on the external device side. Connected by As a technology for connecting a semiconductor device and an external device, Patent Document 1 discloses an interface unit.
また、半導体モジュールの主電流が流れるバスバーの電流測定に関する技術として、特許文献2には、複数のバスバーと、当該複数のバスバーに対してそれぞれ配設された複数の電流センサと、電流センサの出力を受けて対応するバスバーに流れる電流値を検知する処理部と、当該処理部と電流センサとを電気的に接続する配線が設けられたフレキシブル基板と、を備える電流検出装置が開示されている。電流センサとして、磁性体コアを有しないコアレス電流センサを用いることで、電流を高精度に測定することができる。 In addition, as a technique related to current measurement of a bus bar through which a main current of a semiconductor module flows, Patent Document 2 discloses a plurality of bus bars, a plurality of current sensors respectively provided for the plurality of bus bars, and an output of a current sensor A current detection device is disclosed that includes a processing unit that receives a current value flowing to a corresponding bus bar and a flexible substrate provided with a wire that electrically connects the processing unit and the current sensor. The current can be measured with high accuracy by using a coreless current sensor having no magnetic core as the current sensor.
さらに、特許文献3には、並列して設置された複数の電流路と、各電流路に対応して設けられ、各電流路を流れる電流により発生する磁界の強度を検出する磁気検出素子を有する磁気検出部とが複数の電流路の一部とともにモールドパッケージに収納された電流検出装置が開示されている。 Furthermore, Patent Document 3 includes a plurality of current paths installed in parallel, and a magnetic detection element provided corresponding to each current path and detecting the strength of the magnetic field generated by the current flowing through each current path. A current detection device is disclosed in which a magnetic detection unit and a part of a plurality of current paths are housed in a mold package.
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、電流センサの搭載について考慮されていなかった。一方、特許文献2には、バスバーを流れる電流を測定する電流センサが開示されているが、半導体モジュールへの電流センサの配置や具体的な構造が考慮されていなかった。また、特許文献3に開示された技術では、半導体モジュールとモータ等の接続機器との間に電流検出装置を接続する必要があるが、主電流配線に加え、センサ用配線などの配線の引き回しが困難で、電流検出装置の配置スペースが必要となる。これにより、設置工数が増加するなどの問題があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, mounting of the current sensor has not been considered. On the other hand, although the current sensor which measures the current which flows through a bus bar is indicated by patent documents 2, arrangement of the current sensor to a semiconductor module, and the concrete structure were not considered. In addition, in the technology disclosed in Patent Document 3, it is necessary to connect a current detection device between the semiconductor module and the connecting device such as a motor, but in addition to the main current wiring, wiring of sensor wiring etc. It is difficult and requires space for the current detection device. This causes problems such as an increase in the number of installation steps.
本発明は上記課題に着目してなされたものであって、省スペースでセンサを容易に搭載可能なインターフェースユニット及びこのインターフェースユニットを用いた半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an interface unit capable of easily mounting a sensor with a small space and a semiconductor device using the interface unit.
上記課題を解決するために、本発明に係るインターフェースユニットの第1の態様は、半導体ユニットに接続されるインターフェースユニットであって、(a)対向する第1及び第2の立上部分によって規定されるU字部分を中央に挟み、該U字部分に接続された両端が同一平面上を反対方向に延在する断面形状をなし、両端の平面部分のそれぞれを、半導体ユニットに接続されるバスバー接続部とする板状のバスバーと、(b)第1及び第2の立上部分を内部に樹脂で封止し、第1及び第2の立上部分に平行な2面をそれぞれ側面とした直方体部分を有し、該直方体部分の第1の立上部分に沿って樹脂中にセンサ用空洞部を設けた支持部と、(c)センサ用空洞部に挿入されたセンサ、該センサを端部に設けたフレキシブルプリント基板、及び該フレキシブルプリント基板上にパターニングされセンサに電気的に接続されたセンサ用配線を有し、支持部の底面側に配置されるセンサ用回路基板と、を備えることを要旨とする。 In order to solve the above problems, a first aspect of an interface unit according to the present invention is an interface unit connected to a semiconductor unit, wherein (a) defined by opposing first and second rising portions The U-shaped part is held in the center, and both ends connected to the U-shaped part have a cross-sectional shape extending in the same plane in the opposite direction, and each of the planar parts of the both ends is connected to the semiconductor unit A rectangular bus-bar having a plate-like bus bar as a part, and (b) the first and second rising portions are internally sealed with a resin, and two sides parallel to the first and second rising portions are side surfaces A support portion having a portion, and a sensor cavity portion provided in a resin along the first rising portion of the rectangular parallelepiped portion; (c) a sensor inserted into the sensor cavity portion; an end portion of the sensor Flexible printed circuit board provided in Has a wiring electrically connected to a sensor is patterned sensor fine the flexible printed circuit board, and summarized in that and a circuit board for sensor disposed on the bottom side of the support portion.
本発明に係る半導体装置の第1の態様は、半導体チップを搭載し、並列された複数の半導体ユニットと、複数の半導体ユニットに接続される第1の態様に係るインターフェースユニットと、を備えることを要旨とする。 According to a first aspect of a semiconductor device of the present invention, a semiconductor chip is mounted, and a plurality of parallel semiconductor units and an interface unit according to the first aspect connected to the plurality of semiconductor units are provided. It is a summary.
本発明に係るインターフェースユニット及びこのインターフェースユニットを用いた半導体装置によれば、省スペースでセンサを容易に搭載することができる。 According to the interface unit of the present invention and the semiconductor device using the interface unit, the sensor can be easily mounted in a space-saving manner.
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each device and each member, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios among the drawings are included.
また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。 Further, the directions of “left and right” and “upper and lower” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. Thus, for example, if the paper is rotated 90 degrees, "left and right" and "up and down" are read interchangeably, and if the paper is rotated 180 degrees, "left" is "right" and "right" is "left". Of course it will be.
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、図1に示すように、金属製のベースプレート100上に並設され対をなす2個で1組の半導体ユニット10及び20と、半導体ユニット10及び20の上側に跨って設けられたインターフェースユニット30と、を備える。
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 1, a pair of two
図2の分解斜視図から分かるように、図2の上側に位置するインターフェースユニット30は、図2の下側に位置する半導体ユニット10と半導体ユニット20のそれぞれ対応する端子どうしを並列接続する。図1に示す半導体装置は、インターフェースユニット30を介して、汎用インバータ等の外部機器側に設けられている機器側バスバーとのネジ(ボルト)接続が可能である。
As can be seen from the exploded perspective view of FIG. 2, the
一対の半導体ユニット10及び20は、いずれも直方体状であって、それぞれパワー半導体チップを搭載した半導体モジュールが封止樹脂10aにより内側に密封されている。図2に示すように、一対の半導体ユニット10及び20は、矩形の長辺を平行に隣接させ、それぞれの短辺方向に沿って並設されている。一対の半導体ユニット10及び20間では、同名の部材は同じ構造及び機能を有するため、以下、図2中で左側に示す半導体ユニット10を代表例として主に説明し、重複説明を適宜省略する。
Each of the pair of
図示を省略しているが、半導体ユニット10の封止樹脂10aの内部には、プラス極側の上アームを構成するパワー半導体チップと、マイナス極側の下アームを構成するパワー半導体チップを備える。半導体ユニット10は、所謂「2in1タイプ」である。ただし、本実施の形態の半導体ユニットは、2in1タイプの半導体ユニットに限らず、1in1タイプや6in1タイプなどであってもよい。
パワー半導体チップは、電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのトランジスタが採用される。トランジスタは、縦型構造であっても横型構造であってもよい。更に、フリーホイールダイオード(FWD)などのダイオードを備えてもよい。
以下、半導体ユニット10として、MOSFETを採用した2in1タイプの場合について説明する。
Although illustration is omitted, inside the sealing
The power semiconductor chip employs a transistor such as a field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The transistor may have a vertical structure or a horizontal structure. Furthermore, a diode such as a freewheeling diode (FWD) may be provided.
Hereinafter, the case of 2 in 1 type which employ | adopted MOSFET as the
図2に示すように、半導体ユニット10の封止樹脂10aの上面の中央には、いずれも平面パターンで、矩形で板状のプラス極端子15c、マイナス極端子17c及び出力用端子19cが等間隔で、それぞれの長手方向が半導体ユニット10の短辺方向に沿って延びるように設けられている。
As shown in FIG. 2, at the center of the upper surface of the
プラス極端子15c、マイナス極端子17c及び出力用端子19cは、いずれも銅(Cu)やアルミニウム(Al)等で作製され導電性を有している。プラス極端子15c、マイナス極端子17c及び出力用端子19cのそれぞれの中央には、下側の封止樹脂10aの上部に配置されている、ナットの孔とほぼ同心の貫通孔が設けられている。
The
また、プラス極端子15c、マイナス極端子17c、及び出力用端子19cは、それぞれの下面側の両端において、ドレイン接続端子15a、ソース接続端子17a及び出力側接続端子19aと接合されている。ドレイン接続端子15a、ソース接続端子17a及び出力側接続端子19aのそれぞれは、半導体ユニット10の封止樹脂10aの内部に封止されている半導体モジュールから延びる棒状の端子である。
The
ドレイン接続端子15aは封止樹脂10a上のプラス極端子15cと溶接又ははんだ付け等により接合される。同様に、ソース接続端子17aは封止樹脂10a上のマイナス極端子17cと、出力側接続端子19aは封止樹脂10a上の出力用端子19cと、溶接又ははんだ付け等によりそれぞれ接合される。ドレイン接続端子15aは、半導体モジュールに搭載されている上アームのパワー半導体チップのドレイン電極に電流を供給する。ソース接続端子17aは下アームのパワー半導体チップのソース電極から電流を外部に流す。出力側接続端子19aは上アームのパワー半導体チップのソース電極と下アームのパワー半導体チップのドレイン電極と電気的に接続され、出力電流を流す。
The
半導体ユニット10の封止樹脂10aの上面上において長手方向の両端には、半導体ユニット10を他の部材や装置等に取り付けるためのネジ等が挿し込まれる取付孔が設けられている。この取付孔の周囲には、封止樹脂10aの上面上から上方に起立する側壁が設けられている。側壁は、平面パターンで壁面が取付孔を囲むようにU字型に円弧を描く袴部16及び18をなす。
On the upper surface of the
袴部16の両側であって中央寄り位置には、半導体モジュールから上方に直線状に延びる上アーム用のソース信号用端子11及び下アーム用のソース信号用端子13のそれぞれの上端が示されている。上アーム用のソース信号用端子11及び下アーム用のソース信号用端子13は、袴部16を中心に一対の半導体ユニット10及び20の並設方向に沿った同一直線上に対称的に設けられている。上アーム用のソース信号用端子11及び下アーム用のソース信号用端子13はそれぞれのソース電圧を検出する。
The upper ends of the
また、袴部16の両側の端部寄り位置には、半導体モジュールから上方に直線状に延びる、左側のゲート信号用端子12及び右側のゲート信号用端子14のそれぞれの上端が示されている。左側のゲート信号用端子12及び右側のゲート信号用端子14は、袴部16を中心に一対の半導体ユニット10及び20の並設方向に沿った同一直線上に対称的に設けられている。左側のゲート信号用端子12及び右側のゲート信号用端子14はパワー半導体チップのON/OFFを制御する。
Further, the upper end of each of the
<インターフェースユニット>
図1〜図3に示すように、インターフェースユニット30は収納部30a及び直方体部分を有する支持部30bにより、平面パターンで逆T字に類似した形状である。「逆T字」は図3において収納部30aの長手方向(水平方向)の中央において、直交する方向に、支持部30bの長手方向の下端が取り付けられて構成されている。収納部30aは、図3の上面図では、直方体状の部分の下に2つの半円アーチ状の切欠き30a1,30a2が結合した2重橋のような形状をなしているが、図2の斜視図から分かるように、全体としては箱状をなしている。
<Interface unit>
As shown in FIGS. 1 to 3, the
−収納部−
収納部30aの平坦な上面上の中央には、第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34が等間隔で密集するように近接配置されている。第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34は、平面パターンで正方形の4隅に位置するように配置されている。第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34は、図2に示したように、それぞれ棒状で、収納部30aの上面に対して上側に垂直に延びている。
-Storage unit-
The first
第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34は、それぞれ収納部30aの内部に差し込まれている。第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34は収納部30aのそれぞれの下端は収納部30aの内側に設けられた対応する内部配線にそれぞれ接続されている。第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34は、外部接続用制御端子を構成する。
The first
第1ソース信号用端子31は、一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの上アーム用のソース信号用端子11と、収納部30aの内側で対応する内部配線を介して同時に接続する。第1ゲート信号用端子32は、一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの左側のゲート信号用端子12と、収納部30aの内側で対応する内部配線を介して同時に接続する。第2ソース信号用端子33は、一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの下アーム用のソース信号用端子13と、収納部30aの内側で対応する内部配線を介して同時に接続する。第2ゲート信号用端子34は、一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの右側のゲート信号用端子14と、収納部30aの内側で対応する内部配線を介して同時に接続する。
The first
図3に示すように、収納部30aの半円アーチ状の2つの切欠き30a1,30a2の間には、ほぼ矩形とみなせる中央の領域が設けられている。この中央の領域の上面に、第1ソース信号用端子31、第1ゲート信号用端子32、第2ソース信号用端子33及び第2ゲート信号用端子34が設けられている。収納部30aの切欠き30a1,30a2の半円アーチ状の形状は、半導体ユニット10の封止樹脂10aの袴部16の円弧に沿う。図3に示すように、半円アーチの直上部で上下方向に測った幅が最も狭くなっている。即ち、図3の水平方向に沿って端部間を見ると、切欠き30a1,30a2が設けられることにより、収納部30aの短辺方向に沿った幅が最も狭くなる領域が中央の領域を挟んで形成されている。
As shown in FIG. 3, a central region that can be regarded as substantially rectangular is provided between the two semicircular arch-shaped notches 30a1 and 30a2 of the
図2に示すように、収納部30aのそれぞれの切欠き30a1の両側には凹部が左右対称的に設けられている。同様に切欠き30a2の両側にも凹部が左右対称的に設けられている。左側の切欠き30a1の左側の凹部の内側には、第1のソース信号用内部配線91及び第1のゲート信号用内部配線92のそれぞれの端部が露出している。
As shown in FIG. 2, concave portions are provided symmetrically on both sides of each
図3から分かるように、左側の切欠き30a1の右側の凹部の内側においても、第1のソース信号用内部配線91の別の端部及び別の第1のゲート信号用内部配線92の別の端部が、同様に露出している。同様に、右側の切欠き30a2の左側の凹部の内側には、第2のソース信号用内部配線93及び第2のゲート信号用内部配線94のそれぞれの端部が露出している。またこの右側の切欠き30a2の右側の凹部の内側には、第2のソース信号用内部配線93の別の端部及び第2のゲート信号用内部配線94の別の端部がそれぞれ露出して設けられている。
As can be seen from FIG. 3, another end of the first
図2から分かるように、第1のソース信号用内部配線91及び第1のゲート信号用内部配線92が設けられた凹部の下部には、高低差を有する段差が設けられている。切欠き30a1の左側の凹部に設けられた段差の下段に第1のソース信号用内部配線91の端部が配置されるとともに、段差の上段に第1のゲート信号用内部配線92の端部が配置されている。段差上のそれぞれの端部には、貫通孔(スルーホール)が設けられている。第1のソース信号用内部配線91の貫通孔には、図2の下側の半導体ユニット10から延びる上アーム用のソース信号用端子11が挿し込まれる。また、第1のゲート信号用内部配線92の貫通孔には、左側のゲート信号用端子12の上端が挿し込まれることになる。
As can be seen from FIG. 2, in the lower part of the recess provided with the first source signal
図示を省略しているが、収納部30aの内側には、それぞれの端部に接続される第1のソース信号用内部配線91、第1のゲート信号用内部配線92、第2のソース信号用内部配線93及び第2のゲート信号用内部配線94が配置される。
Although not shown, the first source signal
収納部30aの内側で、第1のソース信号用内部配線91、第1のゲート信号用内部配線92、第2のソース信号用内部配線93及び第2のゲート信号用内部配線94は、それぞれ互いに上下に離間して積段されている。半導体ユニット10の上アーム用のソース信号用端子11、左側のゲート信号用端子12、下アーム用のソース信号用端子13及び右側のゲート信号用端子14は、いずれもCu等の金属を用いた導電性材料で作製できる。
The first source signal
第1のソース信号用内部配線91、第1のゲート信号用内部配線92、第2のゲート信号用内部配線94及び第2のソース信号用内部配線93は、この順で、収納部30aの内側で下から上に向かって配置されている。第1のソース信号用内部配線91、第1のゲート信号用内部配線92、第2のソース信号用内部配線93及び第2のゲート信号用内部配線94のそれぞれの間には絶縁性の樹脂等が充填されている。
The first source signal
収納部30aの下部には、下側から延びる上アーム用のソース信号用端子11、左側のゲート信号用端子12、下アーム用のソース信号用端子13及び右側のゲート信号用端子14のそれぞれの位置に対応して貫通孔が設けられている。図5に示す貫通孔91h及び92hは、それぞれ、第1のソース信号用内部配線91及び第1のゲート信号用内部配線92の端部にそれぞれ設けられている貫通孔と上下で同心位置に設けられている。図5に示す貫通孔93h及び94hは、それぞれ、第2のソース信号用内部配線93及び第2のゲート信号用内部配線94の端部にそれぞれ設けられている貫通孔と上下で同心位置に設けられている。
In the lower part of the
左右一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの上アーム用のソース信号用端子11及び21は、収納部30aの第1のソース信号用内部配線91の左側枝部及び右側枝部によってまとめて連結される。また、上アーム用のソース信号用端子11及び21は、第1のソース信号用内部配線91の中央枝部を介して収納部30aの外側で上方に延びる第1ソース信号用端子31と電気的に接続される。
The
また、左右一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの左側のゲート信号用端子12及び22は、収納部30aの第1のゲート信号用内部配線92の左側枝部及び右側枝部によってまとめて連結される。また、左側のゲート信号用端子12及び22は、第1のゲート信号用内部配線92の中央枝部を介して収納部30aの外側で上方に延びる第1ゲート信号用端子32と電気的に接続される。
The left side
また、左右一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの下アーム用のソース信号用端子13及び23は、収納部30aの第2のソース信号用内部配線93の左側枝部及び右側枝部によってまとめて連結される。また、下アーム用のソース信号用端子13及び23は、第2のソース信号用内部配線93の中央枝部を介して収納部30aの外側で上方に延びる第2ソース信号用端子33と電気的に接続される。
In addition, the
また、左右一対の半導体ユニット10及び20のそれぞれの右側のゲート信号用端子14及び24は、収納部30aの第2のゲート信号用内部配線94の左側枝部及び右側枝部によってまとめて連結される。また、右側のゲート信号用端子14及び24は、第2のゲート信号用内部配線94の中央枝部を介して収納部30aの外側で上方に延びる第2ゲート信号用端子34と電気的に接続される。
The right side
−支持部−
図1〜図3に示したように、インターフェースユニット30の支持部30bには、いずれもCu等の導電性の板状部材で作製されたプラス極バスバー35、マイナス極バスバー37及び出力用バスバー39が設けられている。プラス極バスバー35、マイナス極バスバー37及び出力用バスバー39は、図6の断面図に示すように、4箇所の直角に曲がる屈曲部4a、4b、4c及び4dのそれぞれを介して曲がった左右対称な直角オーム(Ω)型である。Ω型は水平な第1領域と垂直な第2領域の間に屈曲部4a、第2領域と水平な第3領域の間に屈曲部4b、第3領域と垂直な第4領域の間に屈曲部4c第4領域と水平な第5領域の間に屈曲部4dを介して構成される。直角からなるΩ型の両端に位置する第1領域と第5領域が同一平面内を反対方向に延びている。図6に示すように、第1の立上部分となる第2領域、第1の立上部分に対向する第2の立上部分となる第4領域が第3領域を挟んで逆U字型(U字部分)を構成している。第2領域〜第4領域で構成するU字部分を中央に挟み、両端に位置する第1領域と第5領域が同一平面内を反対方向に延在し、4つの直角部で規定されたΩ型の断面形状になっている。なお、図6には、一例として、マイナス極バスバー37の断面図を示しているが、プラス極バスバー35及び出力用バスバー39についても、マイナス極バスバー37と同様の断面形状を有する。なお、屈曲部4a、4b、4c及び4dが4箇所の直角に曲がった左右対称な直角Ω型として説明しているが、断面形状は限定されない。例えば、第2領域及び第4領域は、水平な第1領域及び第5領域に対して鋭角又は鈍角で立ち上がっていてもよく、左右対称でなくてもよい。また、第2領域及び第4領域の一部又は全部が曲面で構成されてもよい。即ち、第1領域及び第5領域がほぼ同一平面上にあり、第1領域及び第5領域に対して、第3領域がほぼ水平で、上方の異なる面に位置していればよい。
-Support part-
As shown in FIGS. 1 to 3, in the
Ω型の左端において主面が支持部30bから水平に延びる第1領域は、半導体モジュール10に設けられているマイナス極端子17cと固定され電気的に接合されるマイナス極バスバー接続部37aである。Ω型の右端において主面が支持部30bから水平に延びる第5領域は、半導体モジュール20に設けられているマイナス極端子17cと固定され電気的に接合されるマイナス極バスバー接続部37bである。また、マイナス極バスバー37のΩ型の天井部となる第3領域は、外部機器の機器側バスバーとネジ等により固定されることで電気的に接続されるマイナス極外部接続部37cである。
A first region in which the main surface extends horizontally from the
マイナス極外部接続部37cは支持部30bの上面上に露出し、主面の中央には外部機器との接続用の貫通孔を有する。また、左右のマイナス極バスバー接続部37a及び37bは、支持部30bの外側面から外側に水平に延び、主面の中央には半導体ユニット10との接続用の貫通孔が設けられている。
The negative pole
図6に示すように、マイナス極バスバー接続部37a(第1領域)とマイナス極外部接続部37cとの間には、支持部30bの直方体部分の側面と平行に第1の立上部分である側壁領域37d1(第2領域)が設けられている。側壁領域37d1は、支持部30bの本体の樹脂30dの中に樹脂封止されて一体的に固定されている。マイナス極バスバー接続部37aと側壁領域37d1との境界は、屈曲部4aにおいてマイナス極バスバー接続部37aの主面に対して約90度屈曲している。マイナス極外部接続部37c(第3領域)と側壁領域37d1との境界は、屈曲部4bにおいて側壁領域37d1の主面に対して約90度、屈曲部4aとは反対側に屈曲している。側壁領域37d1は、支持部30bの本体の樹脂30dの中に樹脂封止されて一体的に固定されている。
As shown in FIG. 6, between the negative pole bus
マイナス極バスバー接続部37bとマイナス極外部接続部37cとの間には、支持部30bの直方体部分の側面と平行に、第2の立上部分である側壁領域37d2(第4領域)が設けられている。側壁領域37d2も、支持部30bの本体の樹脂30dの中に樹脂封止されて一体的に固定されている。マイナス極バスバー接続部37b(第5領域)と側壁領域37d2との境界は、屈曲部4dにおいてマイナス極バスバー接続部37bの主面に対して約90度屈曲している。マイナス極外部接続部37cと側壁領域37d2との境界は、屈曲部4cにおいて側壁領域37d2の主面に対して約90度、屈曲部4dとは反対側に屈曲している。
A side wall region 37d2 (fourth region) which is a second rising portion is provided between the negative pole bus
同様に、プラス極バスバー35の両端にはプラス極バスバー接続部35a及び35bが設けられ、中央にはプラス極外部接続部35cが設けられ、プラス極バスバー接続部35aとプラス極外部接続部35cの間、及びプラス極バスバー接続部35bとプラス極外部接続部35cの間には、それぞれ支持部30bの直方体部分の側面と平行に側壁領域が設けられている。また、出力用バスバー39の両端には出力用バスバー接続部39a及び39bが設けられ、中央には出力用外部接続部39cが設けられ、出力用バスバー接続部39aと出力用外部接続部39cとの間、及び出力用バスバー接続部39bと出力用外部接続部39cとの間には、それぞれ支持部30bの直方体部分の側面と平行に側壁領域が設けられている。プラス極バスバー35及び出力用バスバー39のそれぞれの構造は、マイナス極バスバー37と等価であるため、重複説明を省略する。
Similarly, plus pole bus
図6に示すように、マイナス極バスバー37の屈曲部4aの近傍に、第1の立上部分である側壁領域37d1(第2領域)の少なくとも一部に沿って支持部30b下面側の樹脂30d中に開口端を露出するセンサ用空洞部40bを有する。同様に、図5に示すように、支持部30b下面側から見て、出力用バスバー39の屈曲部4aの近傍に、立上部分である側壁領域の少なくとも一部に沿って、センサ用空洞部40aの開口端を有する。更に支持部30b下面側から見て、プラス極バスバー35の屈曲部4aの近傍に、側壁領域の少なくとも一部に沿って、センサ用空洞部40cの開口端を有する。なお、図示はしないが、各バスバーの左右の側壁領域間における支持部30bの本体には、ナットを収納するナットグローブの空間が設けられている。
As shown in FIG. 6,
支持部30bの下面に設けられた回路基板収納部50には、図5に示すように、センサ用回路基板70が配置される。センサ用回路基板70は、図4に示すように、帯状をなし、その一端に電流センサ60を搭載し、他端には複数の接続端子を有する外部接続部71を搭載している。また、電流センサ60と外部接続部71とを電気的に接続する複数のセンサ用配線60aがセンサ用回路基板70の長手方向に沿って形成されている。センサ用配線60aは、支持部30bの直方体部分の長手方向に沿ったパターンを主要部とする。センサ用回路基板70は、ポリイミド等の可撓性を有する絶縁材料からなるフレキシブルプリント基板に銅等の金属箔によってセンサ用配線60aが形成された構造となっており、例えば50μm〜60μmの厚さを有する。
As shown in FIG. 5, the
センサ用空洞部40a、40b及び40cのそれぞれにはセンサ用回路基板70の電流センサ60が収容可能である。例えば、センサ用空洞部40b内に電流センサ60が差し込まれ、折り曲げ部61で折り曲げられる。折り曲げ部61での折り曲げによってセンサ用回路基板70を構成しているフレキシブルプリント基板の復元力(弾性力)が側壁領域37d1に対して作用する。これにより、図6に示すように、電流センサ60が側壁領域37d1に押し付けられ、固定される。側壁領域37d1に押圧して固定された電流センサ60により、マイナス極バスバー37に流れる電流が測定される。なお、折り曲げ部61の近傍にバネやゴム等の弾性体を設け、復元力を補強するようにしてもよい。
The
なお、図5及び図6では、マイナス極バスバー37に対応するセンサ用空洞部40bに電流センサ60が配置された例を示しているが、センサ用空洞部40a又は40cに電流センサを配置するようなフレキシブルプリント基板を採用してもよい。また図6では、電流センサ60がマイナス極バスバー37の側壁領域37d1に接触して固定された状態が例示されているが、測定対象のバスバーに対して電流センサによる所望の測定が可能である限り、電流センサの配置状態はこれに限定されない。例えば電流センサ60及び側壁領域37d1間に僅かな隙間が開けられ、この隙間を介して電流センサ60が側壁領域37d1に近接配置されてもよい。或いは側壁領域37d1の表面に、封止樹脂等が設けられ、この封止樹脂の表面に電流センサ60が接触して配置されてもよい。
5 and 6 show an example in which the
電流センサとしては、異方性磁気抵抗(AMR)素子、巨大磁気抵抗(GMR)素子、又はトンネル磁気抵抗(TMR)素子等の高感度の磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗センサが採用される。 As the current sensor, a magnetoresistive sensor using a high sensitivity magnetoresistive element such as an anisotropic magnetoresistive (AMR) element, a giant magnetoresistive (GMR) element, or a tunnel magnetoresistive (TMR) element is employed.
図6に示すように、底面カバー30cが支持部30bの下面側に嵌め込まれることにより、センサ用空洞部40a、40b及び40c、並びにセンサ用回路基板70が被覆される。被覆手段としては、ノイズ除去フィルムを用いたり、又は樹脂封止手段を採用したりしてもよい。
As shown in FIG. 6, the
本実施の形態のインターフェースユニット30には電流センサ60を配置可能なセンサ用空洞部40a、40b及び40cを設けているので、使用目的に応じて電流センサ60の搭載の有無を選択することができる。支持部30bの下面に挿入するセンサ用回路基板70のパターンを仕様に応じて設計することにより、使用目的に応じて電流センサ60を搭載するセンサ用空洞部40a、40b及び40cの位置を選択することができる。電流センサ60が不要な場合、電流センサ60をインターフェースユニット30に搭載せずに、支持部30bの下面を底面カバー30cで被覆すればよい。
Since
また、電流センサ60の搭載により、短絡保護機能及び過電流保護機能を有する半導体装置を実現できる。例えば、半導体装置の異常電流検出を安定的に行うことができ、過電流等の誤動作時に瞬時に半導体装置をソフトシャットダウンすることができる。
Further, by mounting the
さらに、電流センサ60及びそのセンサ用配線60aを搭載したセンサ用回路基板70をインターフェースユニット30内に収納することができるため、インターフェースユニット30を大きくする必要がなく、小型化された半導体装置を実現することができる。
Furthermore, since the
また、センサ用空洞部40a、40b及び40cを出力用バスバー39、マイナス極バスバー37、及びプラス極バスバー35のそれぞれの屈曲部4aの近傍に設けて、各バスバーに流れる電流を高感度に電流センサ60で検知することができる。
In addition, sensor
さらに、電流センサ60のセンサ用配線60aを搭載したセンサ用回路基板70は、支持部30bの下面の回路基板収納部50に配置されるため、インターフェースユニット30を大きくすることなく、センサ用配線60aを搭載したセンサ用回路基板70を配置する空間を確保することができる。また、支持部30bの上面にある主電流配線と下面に形成されたセンサ用配線60aとの間で一定の距離を確保することができ、出力用バスバー39、マイナス極バスバー37、及びプラス極バスバー35からの電磁ノイズを受ける可能性が低くなる。さらに外部機器の主電流配線からも遠ざけることもできるため、外部機器からの電磁ノイズを受ける可能性が低くなる。また、電流センサ60及びセンサ用配線60aは、底面カバー30cやノイズ除去フィルム等の被覆手段により被覆されるため、電磁ノイズが比較的大きい環境下においても誤動作をすることがなくなる。
Furthermore, since the
また、センサ用回路基板70は、支持部30bの下面の長手方向に沿って、外部接続用制御端子31、32、33、34が設けられた側に外部接続部71が配置されるように形成される。これにより、センサ用回路基板70のセンサ用配線60aが出力用バスバー39の主電流配線を不必要に横切ることがない。このような構成により、出力用バスバー39を流れるスイッチング電流によるノイズを受けないため、電流センサの誤動作が引き起こされる可能性が低くなる。なお、マイナス極バスバー37及びプラス極バスバー35には直流電流が流れるので、センサ用配線60aが横切っても問題はない。
Further, the
さらに、電流センサとして、AMR素子、GMR素子、又はTMR素子等の高感度の磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗センサを採用することで、磁束を集束して感度を高めるための大きな磁気コアを設けることなくインターフェースユニット30内に収納することができる。
Furthermore, by adopting a magnetoresistive sensor using a high sensitivity magnetoresistive element such as an AMR element, a GMR element, or a TMR element as a current sensor, a large magnetic core is provided to focus the magnetic flux and enhance the sensitivity. It can be stored in the
以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention includes various embodiments and the like which are not described above, and the technical scope of the present invention is defined only by the invention specific matters according to the scope of claims appropriate from the above description. It is a thing.
4a,4b,4c,4d 屈曲部
10 半導体ユニット
10a 封止樹脂
11 上アーム用のソース信号用端子
12 左側のゲート信号用端子
13 下アーム用のソース信号用端子
14 右側のゲート信号用端子
15a ドレイン接続端子
15c プラス極端子
16 袴部
18 袴部
17a ソース接続端子
17c マイナス極端子
19a 出力側接続端子
19c 出力用端子
20 半導体ユニット
21 上アーム用のソース信号用端子
22 左側のゲート信号用端子
23 下アーム用のソース信号用端子
24 右側のゲート信号用端子
30 インターフェースユニット
30a 収納部
30b 支持部
30c 底面カバー
30d 樹脂
31 第1ソース信号用端子
32 第1ゲート信号用端子
33 第2ソース信号用端子
34 第2ゲート信号用端子
35 プラス極バスバー
35a,35b プラス極バスバー接続部
35c プラス極外部接続部
37 マイナス極バスバー
37a,37b マイナス極バスバー接続部
37c マイナス極外部接続部
37d1,37d2 側壁領域
39 出力用バスバー
39a,39b 出力用バスバー接続部
39c 出力用外部接続部
40a,40b,40c センサ用空洞部
50 回路基板収納部
60 電流センサ
60a センサ用配線
61 折り曲げ部
70 センサ用回路基板
71 外部接続部
91 第1のソース信号用内部配線
92 第1のゲート信号用内部配線
93 第2のソース信号用内部配線
94 第2のゲート信号用内部配線
91h,92h,93h,94h 貫通孔
100 ベースプレート
4a, 4b, 4c, 4d bent portion 10 semiconductor unit 10a sealing resin 11 source signal terminal 12 for upper arm terminal for left gate signal 13 terminal for lower arm source signal terminal 14 right gate signal terminal 15a drain Connection terminal 15c Plus pole terminal 16 collar portion 18 Rod portion 17a Source connection terminal 17c Minus pole terminal 19a Output side connection terminal 19c Output terminal 20 Semiconductor unit 21 Source signal terminal for upper arm 22 Bottom gate signal terminal 23 Source signal terminal for arm 24 Gate signal terminal 30 on the right Interface unit 30a Housing 30b Support 30c Bottom cover 30d Resin 31 First source signal terminal 32 First gate signal terminal 33 Second source signal terminal 34 Second gate signal terminal 35 plus pole bus bar 35a, 35b Positive pole bus bar connecting portion 35c Positive pole external connecting portion 37 Negative pole bus bar 37a, 37b Negative pole bus bar connecting portion 37c Negative pole external connecting portion 37d1, 37d2 Side wall region 39 Output bus bar 39a, 39b Output bus bar connecting portion 39c Output external Connection part 40a, 40b, 40c Sensor cavity 50 Circuit board storage part 60 Current sensor 60a Sensor wiring 61 Bent part 70 Sensor circuit board 71 External connection part 91 1st source signal internal wiring 92 1st gate signal For internal wiring 93 second internal wiring for source signal 94 internal wiring for second gate signal 91 h, 92 h, 93 h, 94 h through hole 100 base plate
Claims (9)
対向する第1及び第2の立上部分によって規定されるU字部分を中央に挟み、該U字部分に接続された両端が同一平面上を反対方向に延在する断面形状をなし、前記両端の平面部分のそれぞれを、前記半導体ユニットに接続されるバスバー接続部とする板状のバスバーと、
前記第1及び第2の立上部分を内部に樹脂で封止し、前記第1及び第2の立上部分に平行な2面をそれぞれ側面とした直方体部分を有し、該直方体部分の前記第1の立上部分に沿って前記樹脂中にセンサ用空洞部を設けた支持部と、
前記センサ用空洞部に挿入されたセンサ、該センサを端部に設けたフレキシブルプリント基板、及び該フレキシブルプリント基板上にパターニングされ前記センサに電気的に接続されたセンサ用配線を有し、前記支持部の底面側に配置されるセンサ用回路基板と、
を備えることを特徴とするインターフェースユニット。 An interface unit connected to the semiconductor unit,
A U-shaped portion defined by opposing first and second rising portions is held in the center, and both ends connected to the U-shaped portion have a cross-sectional shape extending in the same plane in the opposite direction, Plate-shaped bus bars each of which is a bus bar connecting portion connected to the semiconductor unit;
The first and second rising portions are internally sealed with a resin, and a rectangular parallelepiped portion having two sides parallel to the first and second rising portions as side surfaces is provided. A supporting portion provided with a sensor cavity in the resin along a first rising portion;
The sensor includes a sensor inserted into the sensor cavity, a flexible printed circuit board provided with the sensor at an end, and a sensor wiring patterned on the flexible printed circuit and electrically connected to the sensor, the support A sensor circuit board disposed on the bottom side of the housing;
An interface unit comprising:
前記折り曲げ部で前記フレキシブルプリント基板を折り曲げて前記センサが前記センサ用空洞部に挿入されている状態において、前記フレキシブルプリント基板の復元力によって前記センサが前記第1の立上部分に押圧されて固定されることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のインターフェースユニット。 The flexible printed circuit board has a bent portion for inserting the sensor into the sensor cavity by bending.
In a state where the flexible printed circuit board is bent at the bent portion and the sensor is inserted into the sensor cavity, the sensor is pressed against the first rising portion by the restoring force of the flexible printed circuit board and fixed The interface unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記複数のバスバーは前記直方体部分の長手方向に並んで配置され、
前記複数のバスバーのそれぞれは、それぞれの長手方向が前記直方体部分の短手方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のインターフェースユニット。 A plurality of bus bars each having the same configuration as the bus bar;
The plurality of bus bars are arranged side by side in the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped portion,
The interface unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the longitudinal direction of each of the plurality of bus bars is arranged along the short direction of the rectangular parallelepiped portion.
前記センサ用回路基板は、前記一端側とは反対の他端側に配置される外部接続部を更に有し、前記センサ用配線は前記センサと前記外部接続部との間を接続することを特徴とする請求項5又は6に記載のインターフェースユニット。 One of the plurality of bus bars is a bus bar disposed at one end side in the longitudinal direction of the support portion and through which a switching current flows,
The sensor circuit board further includes an external connection portion disposed on the other end side opposite to the one end side, and the sensor wiring connects the sensor and the external connection portion. The interface unit according to claim 5 or 6.
前記複数の半導体ユニットに接続されるインターフェースユニットと、
を備え、該インターフェースユニットは、
対向する第1及び第2の立上部分によって規定されるU字部分を中央に挟み、該U字部分に接続された両端が同一平面上を反対方向に延在する断面形状をなし、前記両端の平面部分のそれぞれを、前記半導体ユニットに接続されるバスバー接続部とする板状のバスバーと、
前記第1及び第2の立上部分を内部に樹脂で封止し、前記第1及び第2の立上部分に平行な2面をそれぞれ側面とした直方体部分を有し、該直方体部分の前記第1の立上部分に沿って前記樹脂中にセンサ用空洞部を設けた支持部と、
前記センサ用空洞部に挿入されたセンサ、該センサを端部に設けたフレキシブルプリント基板、及び該フレキシブルプリント基板上にパターニングされ前記センサに電気的に接続されたセンサ用配線を有し、前記支持部の底面側に配置されるセンサ用回路基板と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A plurality of semiconductor units mounted and paralleled with semiconductor chips;
An interface unit connected to the plurality of semiconductor units;
And the interface unit comprises
A U-shaped portion defined by opposing first and second rising portions is held in the center, and both ends connected to the U-shaped portion have a cross-sectional shape extending in the same plane in the opposite direction, Plate-shaped bus bars each of which is a bus bar connecting portion connected to the semiconductor unit;
The first and second rising portions are internally sealed with a resin, and a rectangular parallelepiped portion having two sides parallel to the first and second rising portions as side surfaces is provided. A supporting portion provided with a sensor cavity in the resin along a first rising portion;
The sensor includes a sensor inserted into the sensor cavity, a flexible printed circuit board provided with the sensor at an end, and a sensor wiring patterned on the flexible printed circuit and electrically connected to the sensor, the support A sensor circuit board disposed on the bottom side of the housing;
The semiconductor device characterized by having.
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