JP5202366B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の半導体装置は、ヒートシンクの上面に絶縁層が設けられ、その絶縁層の上に直流電源の正極に接続される第1の導電層と、信号線に接続される第2の導電層が設けられている。そして、第1の導電層の上方には直流電源の負極に接続される平板状の導体の接続片が平行に配置され、第1の導電層と接続片の間に、パワー半導体素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)がはんだ固定されている。パワー半導体素子は、コレクタ電極部が第1の導電層に接続され、エミッタ電極部が接続片に接続されている。また、絶縁層の上に設置された第2の導電層はワイヤーボンディング等によってパワー半導体素子のゲート電極部に接続されている。
また、近年、一つのヒートシンク上に正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子を実装することがあり、特に、この場合には半導体装置の大型化の問題が顕著となり易い。
ところが、この場合、端子台を二つの板状の導体の上面に固定するに際して、専用の治具によって端子台を板状の導体に位置決めしなければならないため、端子台の固定作業が煩雑になり、生産効率が悪いことが問題となる。
これにより、端子台を二つの導体の接続片に固定する場合には、端子台の凹部を接続片の湾曲膨出部に当接させることによって端子台を位置決めし、その状態で端子台を各接続片に固定することが可能になる。また、端子台は、二つの接続片の上に固定されるため、ヒートシンクの上面を大きく占有することがない。
これにより、接続片上の湾曲膨出部を端子台の位置決め用だけでなく、ヒートシンクと絶縁層が線膨張係数の差によって撓み変形するときに、接続片をヒートシンクの撓み変形に追従させるための変形許容部としても利用することが可能になる。
これにより、端子台の係止突起を接続片の切欠き溝に係合させることによって端子台を位置決めすることが可能になる。
さらに、この発明によれば、端子台が二つの接続片の上に位置決め状態で固定され、ヒートシンクの上面を大きく専用することがないため、不具合無く半導体装置全体の小型化を図ることができる。
図1はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット(PCU)1を含む回路の概略構成を示している。このハイブリッド車両はエンジン(図示せず)と、エンジンの機械的出力により駆動される発電機(GEN)2と、発電機2の発電出力により充電される高圧系の直流電源であるバッテリ(BAT)3と、バッテリ3の放電出力と発電機2の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪(図示せず)を駆動する三相交流式のモータ(MOT)4と、を備えている。
モータ4の駆動時には、コンバータ7で昇圧されたバッテリ3の直流電力、若しくは、第2インバータ2で直流に変換された発電機2の発電電力が第1インバータ5によって任意の出力の三相交流電力に変換され、その電力がモータ4に供給される。また、バッテリ3への充電時には、第1インバータ5で直流電力に変換されたモータ4の回生電力、若しくは、第2インバータ6で直流電力に変換された発電機2の発電電力がコンバータ7によって設定電圧の直流電力に降圧され、その電力がバッテリ3に供給される。
コンバータ7、第1インバータ5及び第2インバータ6は、制御基板(ECU)8からの制御指令によりゲートドライブ基板(GDCB)9を介して駆動制御される。
この半導体装置70は、第1インバータ5のU相のハイ側のトランジスタUHとロー側のトランジスタULを、対応する帰還ダイオードDUH,DULとともにヒートシンク31上に一体化したものである。なお、第1インバータ5のV相、W相のハイ側とロー側のトランジスタVH,VL,WH,WLと帰還ダイオードDVH,DVL,DWH,DWLと、第2インバータ6の各相のハイ側とロー側のトランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLと帰還ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLについても同様の構成の半導体装置70として構成されている。したがって、以下では第1インバータ5のU相の半導体装置70を代表として説明し、他の半導体装置70については異なる構成についてのみ説明するものとする。
なお、V相とW相の半導体装置70においては、OutバスTrU22に代えて、モータ4のV相端子に接続されるOutバスTrV23(図1参照)と、モータ4のW相端子に接続されるOutバスTrW24(図1参照)が用いられている。また、第2インバータ6のU,V,Wの各相の半導体装置70では、OutバスTrU25、OutバスTrV26、OutバスTrW27(図1参照)が用いられている
この実施形態の半導体装置70においては、アルミニウム材料から成るヒートシンク31の上面に、アルミニウムよりも線膨張係数の小さい窒化アルミの絶縁層44が一体に設けられているため、トランジスタUH,ULの発熱時に線膨張係数の差によってヒートシンク31と絶縁層44に撓み変形が生じる可能性がある。ヒートシンク31と絶縁層44に撓み変形が生じた場合には、接続片22a,21aが撓み許容部である湾曲膨出部38の両縁で撓んでヒートシンク31と絶縁層44の変形に追従するため、このとき帰還ダイオードDUH,DULやトランジスタUH,ULには大きな応力が作用しなくなる。
端子台69は、これらの図に示すように、下面が偏平に形成されるとともに、下面に隣接する一方のコーナー部分に、接続片22a,21aの湾曲膨出部38の外形に合致する湾曲した凹部28が設けられている。端子台69は、コーナー部分の凹部28を接続片22a,21aの湾曲膨出部38に係合(当接)させることによって、接続片22a,21aに対して位置決めし、その状態で接続片22a,21aの上面に固定されている。
この実施形態では、第1インバータ5のU相,V相,W相の3つの半導体装置70が一つのパワーモジュール30として一体化されている。
なお、樹脂ケース34は、枠部が最初に半導体装置70と一体化され、その後に各半導体装置70の上部を覆うように枠部内にポッティングが行われる。このため、各半導体装置70の上部は樹脂ケース34のポッディング部内に埋設されるが、Pバスバー20、OutバスTrU22、Nバスバー21の各接続端子部と、端子台69から引き出された信号ピン37は樹脂ケース34の外側に露出している。
流路ケース41の上面には樹脂ケース34が重合され、その状態で樹脂ケース34と流路ケース41がボルト50によって締結固定されている。また、樹脂ケース34と流路ケース41の間には環状のシール部材47が介装されている。
なお、端子台69上の信号線の引き出し位置は、端子台69の前後長の設計によって最適位置に設定することができる。
4…モータ(交流機器)
20…Pバスバー(第1の導体)
21…Nバスバー(第2の導体)
22…OutバスTrU(第3の導体)
21a,22a…接続片
28…凹部
31…ヒートシンク
38…湾曲膨出部
44…絶縁層
69…端子台
70…半導体装置
75…切欠き溝
76…係止突起
UH…ハイ側のトランジスタ(正極側パワー半導体素子)
UL…ロー側のトランジスタ(負極側パワー半導体素子)
Claims (3)
- 正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子がヒートシンク上に並列に配置され、
前記正極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第1の導体を介して直流電源の正極に電気的に接続される一方で、
前記負極側パワー半導体素子のエミッタ電極部が第2の導体を介して前記直流電源の負極に電気的に接続され、
前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部と前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第3の導体を介して交流機器に電気的に接続され、
前記正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子の各ゲート電極部に信号線がワイヤーボンディングによって接続されている半導体装置であって、
前記第1の導体と第2の導体のいずれか一方と前記第3の導体にそれぞれ平板状の接続片が設けられ、
これらの二つの接続片が、前記正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子の各上面に重合固定され、
前記二つの接続片に湾曲膨出部が設けられ、
前記信号線を支持する端子台に、前記湾曲膨出部に係合する湾曲した凹部が設けられ、
前記端子台が、前記凹部を前記湾曲膨出部に係合させることにより、前記二つの接続片の上に位置決めされた状態で固定されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記ヒートシンクの上面に当該ヒートシンクと線膨張係数の異なる絶縁層が一体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子がヒートシンク上に並列に配置され、
前記正極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第1の導体を介して直流電源の正極に電気的に接続される一方で、
前記負極側パワー半導体素子のエミッタ電極部が第2の導体を介して前記直流電源の負極に電気的に接続され、
前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部と前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第3の導体を介して交流機器に電気的に接続され、
前記正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子の各ゲート電極部に信号線がワイヤーボンディングによって接続されている半導体装置であって、
前記第1の導体と第2の導体のいずれか一方と前記第3の導体にそれぞれ平板状の接続片が設けられ、
前記二つの接続片に切欠き溝が設けられ、
前記信号線を支持する端子台に、前記切欠き溝に係合する係合突起が設けられ、
前記端子台が、前記係合突起を前記切欠き溝に係合させることにより、前記二つの接続片の上に位置決めされた状態で固定されていることを特徴とする半導体装置。
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