JP3173510U - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続される半導体素子の数を少なくして、製造コストの低減を図ることができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置１０において、第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３は、それぞれ主回路基板２２における長さ方向と直交する幅方向に並べて配置され、主回路基板２２の長さ方向の両側に正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８が配置されている。また、各組の上アーム半導体素子群である第１、第４、第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５と下アーム半導体素子群である第２、第３、第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６の間に各相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗが配置されている。外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃ、及び各相の外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂは第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向の中央に配置されている。
【選択図】図１

Description

本考案は、主回路基板の導体パターン上に、それぞれ並列接続された複数の半導体素子よりなるとともに互いに隣り合う上アーム半導体素子群と下アーム半導体素子群とが主回路基板の長さ方向に複数組配置されてなる半導体装置に関する。

例えば、モータに可変電流のＡＣ電力を供給するインバータ装置（半導体装置）は、主回路基板に複数のスイッチング素子が搭載された半導体モジュールを備えるとともに、入力電極、及び出力端子を備える（例えば、特許文献１参照）。図８に示すように、特許文献１に開示のインバータ型駆動装置９０（半導体装置）は、第１〜第３の電力モジュール９１ａ，９１ｂ，９１ｃ（半導体素子）を備える。これら第１〜第３の電力モジュール９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、導電性層を介してＤＣ入力端子９２及びＡＣ出力端子９３に並列に接続されている。

特表２００６−５１２０３６号公報

ところが、特許文献１に記載のインバータ型駆動装置９０において、第１〜第３の電力モジュール９１ａ〜９１ｃからＡＣ出力端子９３までの距離は、第１の電力モジュール９１ａが最も遠く、第３の電力モジュール９１ｃが最も近い。このように、第１〜第３の電力モジュール９１ａ〜９１ｃからＡＣ出力端子９３までの距離に差があると、ＡＣ出力端子９３に最も近い第３の電力モジュール９１ｃには、ＡＣ出力端子９３に最も遠い第１の電力モジュール９１ａに比べて大きな電流が流れようとする。このため、インバータ型駆動装置９０の出力を大きくしようとすると、第３の電力モジュール９１ｃに大電流が流れてスイッチング素子が破壊されることを回避するために、１つの電力モジュールに流れる電流を抑えるとともに別途電力モジュールを追加する必要がある。したがって、特許文献１のように、ＡＣ出力端子９３（出力端子）に対する第１〜第３の電力モジュール９１ａ〜９１ｃ（半導体素子）の距離が異なるようなインバータ型駆動装置９０（半導体装置）では、出力を大きくしようとすると電力モジュールの数が余分に増えてしまい、大きなコストアップに繋がる。

本考案は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、並列接続される半導体素子の数を少なくして、製造コストの低減を図ることができる半導体装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の考案は、主回路基板の導体パターン上に、それぞれ並列接続された複数の半導体素子よりなるとともに互いに隣り合う上アーム半導体素子群と下アーム半導体素子群とが前記主回路基板の長さ方向に複数組配置されてなる半導体モジュールと、電源に接続され、前記導体パターンに電気的に接続されるとともに前記主回路基板上に支持される正極側入力電極、及び負極側入力電極と、出力機器に電気的に接続され、前記上アーム半導体素子群及び前記下アーム半導体素子群に電気的に接続されるとともに前記主回路基板上に支持される複数の出力端子と、を備える半導体装置に関する。そして、前記上アーム半導体素子群及び前記下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子は、それぞれ前記主回路基板における長さ方向と直交する幅方向に並べて配置され、前記主回路基板の前記長さ方向の両側に前記正極側入力電極及び前記負極側入力電極が配置され、各組の前記上アーム半導体素子群と前記下アーム半導体素子群の間に前記出力端子が配置されており、前記正極側入力電極の外部接続用電極部、前記負極側入力電極の外部接続用電極部、及び前記出力端子の外部接続用端子部は前記上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子が並ぶ幅方向の中央に配置されている。

これによれば、例えば、正極側入力電極の外部接続用電極部や出力端子の外部接続用端子部が、主回路基板における上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の複数の半導体素子が並ぶ幅方向の一端に隣り合うように配置されているとする。この場合、幅方向に並んで配列された一端側の半導体素子は正極側入力電極の外部接続用電極部や出力端子の外部接続用端子部に近く、他端側の半導体素子は正極側入力電極の外部接続用電極部や出力端子の外部接続用端子部から遠くなるため、並列接続された複数の半導体素子間で電流経路の差が非常に大きくなってしまう。しかし、本考案によれば、上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の複数の半導体素子が複数並べて配置されている場合において、各半導体素子から正極側入力電極の外部接続用電極部、負極側入力電極の外部接続用電極部、及び出力端子の外部接続用端子部までの電流経路の差を小さくすることができる。よって、上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の複数の半導体素子において、正極側入力電極の外部接続用電極部、負極側入力電極の外部接続用電極部、及び出力端子の外部接続用端子部に近い特定の半導体素子だけに大電流が流れてしまうことを回避することができる。したがって、特定の半導体素子に大電流が集中して流れ、その半導体素子が破壊されることを防止するために、別途半導体素子を増やして電流を分散させる必要も無くなる。その結果、並列接続される半導体素子を少なくすることができ、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。

また、前記正極側入力電極、及び前記負極側入力電極は、前記導体パターンと電気的に接続されるパターン接続用電極部と、該パターン接続用電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される前記外部接続用電極部とを備え、前記出力端子は、前記導体パターンと電気的に接続される基部と、該基部から立設されるとともに前記出力機器と電気的に接続される前記外部接続用端子部とを備え、前記パターン接続用電極部及び前記基部は、前記上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子が並ぶ幅方向に沿って延びるように帯状に形成されるとともに、前記導体パターンの前記パターン接続用電極部及び前記基部に接続される部分は前記パターン接続用電極部及び前記基部と面接触するシート状に形成されていてもよい。

これによれば、主回路基板の幅方向に並べて配置された各半導体素子から外部接続用電極部や外部接続用端子部までの電流経路の差をより小さくすることができる。

本考案によれば、並列接続される半導体素子の数を少なくして、製造コストの低減を図ることができる。

実施形態の半導体装置を示す分解斜視図。 実施形態の半導体装置を示す側面図。 半導体装置の回路構成図。 コンデンサ及び半導体素子を示す平面図。 半導体素子、出力端子、及び正極側入力電極を示す平面図。 別例の半導体装置における半導体モジュールを示す平面図。 別例の半導体装置におけるコンデンサモジュールを示す平面図。 背景技術を示す平面図。

以下、本考案を車両に搭載される半導体装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
半導体装置１０は車載走行モータを駆動する３相インバータである。まず、半導体装置１０のインバータ回路を説明する。図３に示すように、インバータ回路の主回路基板２２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２３が複数実装されている。図１に示すように、主回路基板２２には複数の半導体素子２３が実装されているが、図３ではインバータ回路の説明を簡単にするため、図１のインバータ回路を等価的に示している。

さて、インバータ回路は、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には、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ）が使用されている。インバータ回路は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレインとソース間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に接続されている。第１、第４及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５及び第１、第４及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５に接続されたダイオードＤ１，Ｄ４，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第２、第３及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６及び第２、第３及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６に接続されたダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。

なお、図１に示すように、主回路基板２２の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子２３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。なお、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第１の半導体素子群Ｇ１を、Ｑ１とＤ１として等価的に表示している。同様に、主回路基板２２の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子２３が並列接続されて、第２〜第６の半導体素子群Ｇ２〜第６が構成されている。なお、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第２の半導体素子群Ｇ２を、Ｑ２とＤ２として等価的に表示し、６個並列接続された半導体素子２３からなる第３の半導体素子群Ｇ３を、Ｑ３とＤ３として等価的に表示している。さらに、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第４の半導体素子群Ｇ４を、Ｑ４とＤ４として等価的に表示し、６個並列接続された半導体素子２３からなる第５の半導体素子群Ｇ５を、Ｑ５とＤ５として等価的に表示している。また、６個並列接続された半導体素子２３からなる第６の半導体素子群Ｇ６を、Ｑ６とＤ６として等価的に表示している。

そして、第１の半導体素子群Ｇ１がＵ相の上アーム半導体素子群を、第４の半導体素子群Ｇ４がＶ相の上アーム半導体素子群を、第５の半導体素子群Ｇ５がＷ相の上アーム半導体素子群を構成している。また、第２の半導体素子群Ｇ２がＵ相の下アーム半導体素子群を、第３の半導体素子群Ｇ３がＶ相の下アーム半導体素子群を、第６の半導体素子群Ｇ６がＷ相の下アーム半導体素子群を構成している。

図３に示すように、インバータ回路は、車載バッテリ２０に電気的に接続された正極側入力電極２７と負極側入力電極２８を有する。また、正極側入力電極２７には、正極側中継端子２６（図１参照）が電気的に接続されるとともに、負極側入力電極２８には、負極側中継端子２５（図１参照）が電気的に接続されている。

そして、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、正極側入力電極２７に電気的に接続されている。第４及び第５のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のドレイン用の導体パターンは、正極側中継端子２６を介して正極側入力電極２７に電気的に接続されている。また、第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のソース用の導体パターンは、負極側中継端子２５を介して負極側入力電極２８と電気的に接続されている。さらに、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、負極側入力電極２８と電気的に接続されている。

また、正極側入力電極２７と負極側入力電極２８の間には複数のコンデンサ３２が並列に接続されている。これらコンデンサ３２は、コンデンサ基板３１に複数実装されている。

なお、図１に示すように、コンデンサ３２は、コンデンサ基板３１に多数実装されるが、インバータ回路の説明を簡単にするため、図３では、等価的にコンデンサ３２を示している。そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極側の導体パターンを介して正極側入力電極２７に接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極側の導体パターンを介して負極側入力電極２８に接続されている。そして、車載バッテリ２０からの主電流が、正極側入力電極２７からコンデンサ３２に流れると、コンデンサ３２に充電される。コンデンサ３２に充電された電流は、コンデンサ３２から半導体素子２３へと供給される。

図３に示すように、第１と第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点はＵ相出力端子Ｕに、第３と第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点はＶ相出力端子Ｖに、第５と第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点はＷ相出力端子Ｗに、それぞれ接続されている。そして、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗは、出力機器としての車載走行モータ（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４０に接続されている。そして、制御回路基板４０の制御回路によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がスイッチング制御されて車載走行モータに電力を供給するようになっている。

次に、半導体装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、半導体装置１０のヒートシンク１１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１１の上面には、半導体モジュール１２が支持されている。半導体モジュール１２は、主回路基板２２に複数の半導体素子２３が実装されてなる。主回路基板２２は矩形板状をなす。ここで、主回路基板２２の長辺方向を長さ方向とし、長さ方向に直交する方向を幅方向とする。

主回路基板２２は、金属基板の上面に絶縁コーティングを施し、そ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構成されている。図４の２点鎖線に示すように、主回路基板２２の導体パターンＰは、主回路基板２２の幅方向へ細長に延びるシート状（帯状）に形成されている部分を備える。

主回路基板２２の上面には、半導体素子２３が複数実装されている。具体的には、半導体素子２３は半田付けにて主回路基板２２の導体パターンＰと接合されている。複数の半導体素子２３は、主回路基板２２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２２の長さ方向に複数列（６列）並ぶように配設されている。そして、主回路基板２２上には、Ｕ相を構成する１組の第１の半導体素子群Ｇ１と第２の半導体素子群Ｇ２、Ｖ相を構成する１組の第３の半導体素子群Ｇ３と第４の半導体素子群Ｇ４、及びＷ相を構成する１組の第５の半導体素子群Ｇ５と第６の半導体素子群Ｇ１の、３組が配置されている。各半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６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Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３それぞれは導体パターンＰに並列に接続されている。

なお、６列の半導体素子群Ｇを、図４の右側から第１の半導体素子群Ｇ１とし、左側に向けて第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２２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及び図２に示すように、主回路基板２２の長さ方向の一端側には、アルミニウムにより略棒状に形成された正極側入力電極２７が配置されるとともに、長さ方向の他端側には、アルミニウムにより略棒状に形成された負極側入力電極２８が配置されている。正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８は、主回路基板２２の導体パターンＰ上に配置されるパターン接続用電極部２７ａ，２８ａを備える。パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、主回路基板２２の幅方向に細長に延びる矩形板状（帯状）に形成されている。そして、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、その長さ方向が導体パターンＰの長さ方向に沿うように配置されるとともに、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは導体パターンＰに対し面接触して電気的に接続されている。

正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８において、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａの長さ方向の中央には丸棒状をなす外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃが立設されている。正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃは、第１の半導体素子群Ｇ１の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に隣り合うように配置されている。また、負極側入力電極２８の外部接続用電極部２８ｃは、第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に隣り合うように配設されている。

図４に示すように、第１の半導体素子群Ｇ１の６個の半導体素子２３を、主回路基板２２の幅方向の一端側（図４の上側）から第１半導体素子２３ａ、第２半導体素子２３ｂ、第３半導体素子２３ｃ、第４半導体素子２３ｄ、第５半導体素子２３ｅ、第６半導体素子２３ｆとする。この場合、第１半導体素子２３ａから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第６半導体素子２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになる。また、第２半導体素子２３ｂから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第５半導体素子２３ｅから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離より短くなる。さらに、第３半導体素子２３ｃから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第４半導体素子２３ｄから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離、さらには、第２及び第５半導体素子２３ｂ，２３ｅから外部接続用電極部２７ｃまでの距離より短くなる。すなわち、このように外部接続用電極部２７ｃを配置することで、主回路基板２２の幅方向に複数並べて配置された各半導体素子２３から外部接続用電極部２７ｃまでの電流経路を考えた場合、最も遠い電流経路と最も近い電流経路の差が最小となる。

図１及び図２に示すように、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａの上面は、コンデンサ基板３１を支持するコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆを構成している。さらに、外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃにおいて、コンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆより上側の周面からは、制御回路基板４０を支持する制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇが突設されている。

そして、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、その下面が、導体パターンＰに面接触するとともに、主回路基板２２を介してヒートシンク１１に面接触し、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａとヒートシンク１１とは熱的に結合されている。

インバータ回路は、車載走行モータに接続されるＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗを備える。Ｕ相の上アーム半導体素子群（第１の半導体素子群Ｇ１）と下アーム半導体素子群（第２の半導体素子群Ｇ２）との間にＵ相出力端子Ｕが配置されるとともに、Ｖ相の上アーム半導体素子群（第４の半導体素子群Ｇ４）と下アーム半導体素子群（第３の半導体素子群Ｇ３）との間にＶ相出力端子Ｖが配置されている。さらに、Ｗ相の上アーム半導体素子群（第５の半導体素子群Ｇ５）と下アーム半導体素子群（第６の半導体素子群Ｇ６）との間にＷ相出力端子Ｗが配置されている。

図４に示すように、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗは、主回路基板２２の導体パターンＰ上に配置される基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａをそれぞれ備え、各基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは矩形板状（帯状）に形成されている。そして、基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは、その長さ方向が第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に延びるように配置されるとともに、基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは導体パターンＰに対し面接触して電気的に接続されている。Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗにおいて、各基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａの長さ方向の中央には丸棒状をなす外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂが立設されている。そして、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗの各外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂが車載走行モータに接続されている。

Ｕ相出力端子Ｕの外部接続用端子部Ｕｂは、第１の半導体素子群Ｇ１及び第２の半導体素子群Ｇ２の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に配置されている。Ｖ相出力端子Ｖの外部接続用端子部Ｖｂは、第３の半導体素子群Ｇ３と第４の半導体素子群Ｇ４の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に配置されている。Ｗ相出力端子Ｗの外部接続用端子部Ｗｂは、第５の半導体素子群Ｇ５と第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に隣り合うように配置されている。

図４及び図５に示すように、Ｕ相の上アーム半導体素子群である第１の半導体素子群Ｇ１、及びＵ相の下アーム半導体素子群である第２の半導体素子群Ｇ２の６個の半導体素子２３を、上記と同様に第１〜第６半導体素子２３ａ〜２３ｆとする。この場合、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第１半導体素子２３ａから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第６半導体素子２３ｆから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになる。また、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第２半導体素子２３ｂから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第５半導体素子２３ｅから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離より短くなる。さらに、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第３半導体素子２３ｃから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第４半導体素子２３ｄから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになり、第２及び第５半導体素子２３ｂ，２３ｅから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離より短くなる。すなわち、このように外部接続用端子部Ｕｂを配置することで、主回路基板２２の幅方向に複数並べて配置された各半導体素子２３から外部接続用端子部Ｕｂまでの電流経路を考えた場合、最も遠い電流経路と最も近い電流経路の差が最小となる。

また、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂの上端から主回路基板２２の上面までの距離（高さ）は、主回路基板２２の幅方向への長さ（幅）より短くなっている。

主回路基板２２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、負極側中継端子２５が配設されるとともに、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、正極側中継端子２６が配設されている。正極側中継端子２６及び負極側中継端子２５の高さは、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａよりも高くなっている。

そして、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、正極側入力電極２７のパターン接続用電極部２７ａに電気的に接続されている。第４及び第５の半導体素子群Ｇ４，Ｇ５のドレイン用の導体パターンＰは、正極側中継端子２６を介して正極側入力電極２７に電気的に接続されている。また、第２及び第３の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３のソース用の導体パターンＰは、負極側中継端子２５を介して負極側入力電極２８と電気的に接続されている。さらに、第６の半導体素子群Ｇ６のソース用の導体パターンＰは、負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２８ａと電気的に接続されている。なお、主回路基板２２には、主回路側コネクタ部２２ｂが設けられている。

さらに、第１の半導体素子群Ｇ１のソース電極は、Ｕ相出力端子Ｕの基部Ｕａに電気的に接続され、第２の半導体素子群Ｇ２のドレイン電極はＵ相出力端子Ｕの基部Ｕａに電気的に接続されている。第４の半導体素子群Ｇ４のソース電極は、Ｖ相出力端子Ｖの基部Ｖａに電気的に接続され、第３の半導体素子群Ｇ３のドレイン電極はＶ相出力端子Ｖの基部Ｖａに電気的に接続されている。さらに、第５の半導体素子群Ｇ５のソース電極は、Ｗ相出力端子Ｗの基部Ｗａに電気的に接続され、第６の半導体素子群Ｇ６のドレイン電極はＷ相出力端子Ｗの基部Ｗａに電気的に接続されている。

図１及び図２に示すように、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８のコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆ上には、コンデンサモジュール３０が支持され、主回路基板２２の上方にコンデンサモジュール３０が配置されている。このコンデンサモジュール３０は、コンデンサ基板３１とコンデンサ３２とから構成されている。コンデンサ基板３１は、主回路基板２２とほぼ同じ矩形状に形成されるとともに、主回路基板２２の上方に配置されている。

図４に示すように、コンデンサ３２は、第１の半導体素子群Ｇ１（Ｕ相の上アーム半導体素子群）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相の下アーム半導体素子群）に対応して複数設けられている。また、コンデンサ３２は、第４の半導体素子群Ｇ４（Ｖ相の上アーム半導体素子群）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相の下アーム半導体素子群）に対応して複数設けられている。さらに、コンデンサ３２は、第５の半導体素子群Ｇ５（Ｗ相の上アーム半導体素子群）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相の下アーム半導体素子群）に対応して複数設けられている。

そして、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれにおいて、半導体装置１０の上面視において、コンデンサ３２の下方に重なる位置に半導体素子２３が配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれにおいて、主回路基板２２の幅方向の両側に複数のコンデンサ３２が配置されるとともに、幅方向の両側に分散されたコンデンサ３２は、それぞれ各相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂを中心に点対称に配置されている。したがって、幅方向の両側に分散されたコンデンサ３２それぞれから外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂまでの距離が同じになっている。

そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極側の導体パターンを介して正極側入力電極２７のパターン接続用電極部２７ａに接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極側の導体パターンを介して負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２８ａに接続されている。

図１及び図２に示すように、主回路基板２２上には、補助ブラケット５０が支持されている。この補助ブラケット５０は、主回路基板２２の長さ方向に延びる矩形板状のブラケット本体５１と、ブラケット本体５１の長さ方向の両側に形成された一対の脚部５２とからなる。そして、一対の脚部５２が、主回路基板２２の長さ方向の両端に固定されるとともに、ブラケット本体５１が、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８の制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇに支持されている。

ブラケット本体５１上には制御回路基板４０が支持されるとともに、制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇには、ブラケット本体５１を介して制御回路基板４０が支持されている。制御回路基板４０は、ブラケット本体５１とほぼ同じ矩形状に形成されるとともに、制御回路基板４０は、コンデンサ基板３１、及び主回路基板２２とほぼ同じ形状に形成されている。したがって、半導体装置１０においては、ヒートシンク１１から上に向かって、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０が段積みされている。詳細には、主回路基板２２上の半導体素子２３の上方にコンデンサ基板３１が配置されるとともに、コンデンサ基板３１上のコンデンサ３２の上方に制御回路基板４０が配置されている。さらに、制御回路基板４０上に電子部品４１が配置されている。したがって、ヒートシンク１１から上に向かって、主回路基板２２、半導体素子２３、コンデンサ基板３１、コンデンサ３２、制御回路基板４０、及び電子部品４１が積み重ねられている。

図２に示すように、半導体装置１０の全体の体格において、最も高い位置はＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの上端であり、これら各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの上端より下側で、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、制御回路基板４０が段積みされている。また、図４に示すように、半導体装置１０の全体の体格において、主回路基板２２の幅方向及び長さ方向では、ヒートシンク１１が一番大きくなっており、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０は、ヒートシンク１１のサイズ内に収まるように形成されている。

正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８において、制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇには、導電カラー５３が支持されるとともに、導電カラー５３は制御回路基板４０の導電パターン（図示せず）と電気的に接続されている。そして、この導電カラー５３を介して、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８と制御回路基板４０が電気的に接続されている。

制御回路基板４０の上面には、複数の電子部品４１から構成される制御回路が設けられるとともに、この制御回路により各半導体素子２３がスイッチング制御されて車載走行モータに電力を供給することができるようになっている。制御回路基板４０の上面には制御回路側コネクタ部４２が設けられている。そして、制御回路側コネクタ部４２と、主回路基板２２の主回路側コネクタ部２２ｂとが、フラットケーブル５５によって信号接続されている。

次に、上記構成の半導体装置１０の作用について説明する。
車載バッテリ２０からの直流電流が、正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃからパターン接続用電極部２７ａを流れて、コンデンサ３２を流れるとともに、第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６に流れる。上アームの第１、第４及び第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５、及び下アームの第２、第３及び第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６が、電子部品４１によって制御され、それぞれ所定周期でオン、オフ制御される。すると、交流電流がＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗを経て車載走行モータに供給されて駆動される。そして、電流は負極側入力電極２８から車載バッテリ２０に流れる。

図５に示すように、半導体装置１０において、各相の上アームを構成する第１、第４、第５の半導体素子群Ｇ１、Ｇ４，Ｇ５の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に、各相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂが配設されている。また、第１の半導体素子群Ｇ１の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に、正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃが配設されるとともに、第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に、負極側入力電極２８の外部接続用電極部２８ｃが形成されている。このため、各半導体素子群Ｇの半導体素子２３から外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃや外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂまでの電流経路の差を小さくすることができる。

また、半導体装置１０において、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８のコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆにコンデンサ基板３１が支持されるとともに、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８の制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇに制御回路基板４０が支持されている。そして、ヒートシンク１１から上に向かって主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０が段積みされている。このため、制御回路基板４０は外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂの上端より低い位置に配設されている。

また、半導体装置１０において、主回路基板２２の上方にコンデンサ基板３１が配設され、半導体装置１０の上面視でＵ相のコンデンサ３２の下方に重なる位置それぞれに、第１及び第２の半導体素子群Ｇ１，Ｇ２が配置されている。同様に、半導体装置の上面視でＶ相のコンデンサ３２の下方に重なる位置それぞれに、第３及び第４の半導体素子群Ｇ３，Ｇ４が配置されている。さらに、半導体装置の上面視でＷ相のコンデンサ３２の下方に重なる位置それぞれに、第５及び第６の半導体素子群Ｇ５，Ｇ６が配置されている。コンデンサから半導体素子２３への給電経路は、各相それぞれにおいてコンデンサ３２の下方へ延びるだけで足り、給電経路が短く、しかも半導体素子２３とコンデンサ３２との間の給電経路に差がほとんど無くなる。

また、半導体装置１０において、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８の外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃが、主電流が流れることに伴い発熱すると、この熱は外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃからパターン接続用電極部２７ａ，２８ａを伝わり、半導体モジュール１２の主回路基板２２に伝わる。そして、主回路基板２２に伝わった熱は、ヒートシンク１１に伝わり、ヒートシンク１１から放熱される結果、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８が冷却され、温度上昇が抑えられる。

さらに、コンデンサ３２が通電に伴い発熱するが、この熱はコンデンサ基板３１を介して正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８に伝わり、コンデンサ３２が冷却される。加えて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が通電に伴い発熱するが、この熱は主回路基板２２を介してヒートシンク１１に伝わり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が冷却される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の半導体素子群Ｇ１の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃが配置され、第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に負極側入力電極２８の外部接続用電極部２８ｃが配置されている。また、Ｕ相の第１及び第２の半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央にＵ相出力端子Ｕの外部接続用端子部Ｕｂが配置され、Ｖ相の第３及び第４の半導体素子群Ｇ３，Ｇ４の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央にＶ相出力端子Ｖの外部接続用端子部Ｖｂが配置されている。さらに、Ｗ相の第５及び第６の半導体素子群Ｇ５，Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央にＷ相出力端子Ｗの外部接続用端子部Ｗｂが配置されている。

例えば、正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃが、主回路基板２２における第１の半導体素子群Ｇ１の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向の一端に配置されていると、第１の半導体素子群Ｇ１の一端側と他端側の半導体素子２３とでは、外部接続用電極部２７ｃまでの電流経路の差が非常に大きくなる。しかし、本実施形態では、複数の半導体素子２３が並んで配置されている場合において、各半導体素子２３から外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃや外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂまでの電流経路の差を小さくすることができる。したがって、第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の各半導体素子２３において、外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃや外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂに近い特定の半導体素子２３だけに大電流が流れてしまことを回避することができる。その結果、特定の半導体素子２３に大電流が集中して流れてその半導体素子２３が破壊されることを防止するために、別途半導体素子２３を増やして電流を分散させる必要も無くなる。その結果、並列接続させる半導体素子２３の数を少なくすることができ、半導体装置１０の製造コストの低減を図ることができる。

（２）正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８は、各半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に帯状に延びるパターン接続用電極部２７ａ，２８ａを備え、各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗは、各半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に帯状に延びる基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａを備える。そして、各半導体素子２３から外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃや外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂまでの電流経路は、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａを経由することになり、各半導体素子２３からの電流経路をより短くすることができる。

（３）主回路基板２２上の導体パターンＰにおいて、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに接続される部分はシート状に形成されている。また、各半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に帯状に延びる基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは、各導体パターンＰに対し面接触している。そして、各半導体素子２３からパターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａへ流れる電流はシート状の導体パターンＰを伝わるため、電流経路は最短経路となり、電流経路をより短くすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、導体パターンＰを第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に延びるシート状（帯状）に形成したが、これに限らない。半導体素子２３とパターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとを電気的に接続できるのであれば、導体パターンＰの形状は任意の形状に変更してもよい。

○ 実施形態では、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａを、第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に延びる帯状に形成したが、これに限らない。半導体素子２３とパターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとを電気的に接続できるのであれば、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａや基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａの形状は任意の形状に変更してもよい。

○ 実施形態では、ヒートシンク１１を金属板製としたが、ヒートシンク１１を熱伝導率の高い合成樹脂製に変更してもよい。さらには、ヒートシンク１１にフィン等を設けてもよいし、冷媒をヒートシンク１１内に流通可能にしたものであってもよい。

○ 半導体装置１０の用途は、車両に搭載されるものに限らず、家電製品や産業機械に適用してもよい。
○ 半導体素子２３の数及びコンデンサ３２の数は任意に変更してもよく、数の変更に合わせて主回路基板２２及びコンデンサ基板３１の大きさを変更してもよい。図６に示すように、ヒートシンク１１及び主回路基板２２を幅方向に拡大し、半導体素子２３の数を実施形態より多くしてもよい。さらに、図７に示すように、半導体素子２３の増加に合わせてコンデンサモジュール３０におけるコンデンサ基板３１を幅方向に拡大する。そして、半導体素子２３の上方にコンデンサ３２が位置するようにコンデンサ３２を増加させてもよい。

○ スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳＦＥＴに限らず、他のパワートランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ））やサイリスタを使用してもよい。

○ 半導体装置１０は、インバータ回路に限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用してもよい。

Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５…上アーム半導体素子群としての第１、第４、第５の半導体素子群、Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６…下アーム半導体素子群としての第２、第３、第６の半導体素子群、Ｐ…導体パターン、Ｕ，Ｖ，Ｗ…出力端子、Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ…基部、Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ…外部接続用端子部、１０…半導体装置、１２…半導体モジュール、２０…電源としての車載バッテリ、２２…主回路基板、２３…半導体素子、２７…正極側入力電極、２７ａ，２８ａ…パターン接続用電極部、２７ｃ，２８ｃ…外部接続用電極部、２８…負極側入力電極。

Claims (2)

1. 主回路基板の導体パターン上に、それぞれ並列接続された複数の半導体素子よりなるとともに互いに隣り合う上アーム半導体素子群と下アーム半導体素子群とが前記主回路基板の長さ方向に複数組配置されてなる半導体モジュールと、
   電源に接続され、前記導体パターンに電気的に接続されるとともに前記主回路基板上に支持される正極側入力電極、及び負極側入力電極と、
   出力機器に電気的に接続され、前記上アーム半導体素子群及び前記下アーム半導体素子群に電気的に接続されるとともに前記主回路基板上に支持される複数の出力端子と、を備える半導体装置であって、
   前記上アーム半導体素子群及び前記下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子は、それぞれ前記主回路基板における長さ方向と直交する幅方向に並べて配置され、
   前記主回路基板の前記長さ方向の両側に前記正極側入力電極及び前記負極側入力電極が配置され、
   各組の前記上アーム半導体素子群と前記下アーム半導体素子群の間に前記出力端子が配置されており、
   前記正極側入力電極の外部接続用電極部、前記負極側入力電極の外部接続用電極部、及び前記出力端子の外部接続用端子部は前記上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子が並ぶ幅方向の中央に配置されている半導体装置。
2. 前記正極側入力電極、及び前記負極側入力電極は、前記導体パターンと電気的に接続されるパターン接続用電極部と、該パターン接続用電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される前記外部接続用電極部とを備え、
   前記出力端子は、前記導体パターンと電気的に接続される基部と、該基部から立設されるとともに前記出力機器と電気的に接続される前記外部接続用端子部とを備え、
   前記パターン接続用電極部及び前記基部は、前記上アーム半導体素子群及び下アーム半導体素子群の前記複数の半導体素子が並ぶ幅方向に沿って延びるように帯状に形成されるとともに、前記導体パターンの前記パターン接続用電極部及び前記基部に接続される部分は前記パターン接続用電極部及び前記基部と面接触するシート状に形成されている請求項１に記載の半導体装置。