JP5796640B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、同一の樹脂パッケージ内に半導体素子とそれを駆動する駆動回路を設けた半導体装置に関する。
従来のパッケージ型パワーモジュールでは、半導体素子をゲル封止する必要があり、組み立て工程数が多く、部品コストが高かった。そこで、半導体素子をトランスファモールドしたパワーモジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。半導体素子を駆動する駆動回路を含む回路基板を、樹脂モールドされた半導体パッケージにねじ等を用いて固定した装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、ねじ等を用いた場合には、部品点数が増加し、重量が増えるという問題があった。また、回路基板の分だけ装置が大きくなるという問題もあった。さらに、自動車用の半導体装置では周囲が高温となり、さらにＳＩＣ等の半導体素子は素子自体が高温となるため、高温耐性部品を使用する必要があり、コストが上昇する。
そこで、同一の冷却体上に電力用半導体素子とそれを制御する制御用半導体素子を実装し、それらを樹脂封止した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。これにより、部品点数削減・軽量化を実現し、プリント基板等の回路基板を省略でき、制御用半導体素子も冷却できる。
特開２００１−２５０８９０号公報 特許第４５８３１２２号公報 特開２００８−２７９９３号公報
制御用半導体素子は、電力用半導体素子を駆動する駆動回路と、外部のＥＣＵからの信号に応じて制御信号を駆動回路に供給する接続回路とを有する。従来は、高電圧側である駆動回路と低電圧側である接続回路が電気的に接続されていた。このため、駆動回路から接続回路に高電圧が印加されて接続回路が破壊される場合があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は接続回路が破壊されるのを防ぐことができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、第１及び第２の冷却体と、前記第１の冷却体の下面と前記第２の冷却体の上面に挟まれた半導体素子と、前記第１の冷却体の下面に設けられ、外部からの信号に応じて制御信号を生成する接続回路と、前記第２の冷却体の上面に設けられ、前記制御信号に応じて前記半導体素子を駆動する駆動回路と、前記第１の冷却体の下面に設けられ、前記制御信号を送信する第１の通信装置と、前記第２の冷却体の上面に設けられ、前記第１の通信装置が送信した前記制御信号を受信して前記駆動回路に供給する第２の通信装置と、前記第１及び第２の冷却体の一部、前記半導体素子、前記接続回路、前記駆動回路、前記第１及び第２の通信装置を封止し、前記接続回路及び前記第１の通信装置と前記第２の通信装置及び前記駆動回路との間を電気的に絶縁する樹脂とを備えることを特徴とする。
本発明により、接続回路が破壊されるのを防ぐことができる。
本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の回路図である。
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、冷却体１の下面と冷却体２の上面に半導体素子３が挟まれた両面冷却構造である。接続回路４及び通信装置５が冷却体１の下面に設けられ、駆動回路６及び通信装置７が冷却体２の上面に設けられている。通信装置５，７は上下に対向する位置に配置されている。
半導体素子３のコレクタ８は、回路パターン９を介して高圧電極１０に接続されている。半導体素子３のエミッタ１１は、回路パターン１２を介して高圧電極１３に接続されている。半導体素子３のゲート１４は、ワイヤ１５及び回路パターン１６を介して駆動回路６に接続されている。
駆動回路６は、回路パターン１６を介して通信装置７に接続されている。通信装置５は、回路パターン１７を介して通信装置５と信号電極１８にそれぞれ接続されている。通信装置５，７は、例えば発光ダイオード、光ファイバー及びフォトトランジスターにより光通信を行う光通信回路でもよいし、コイル及びトランスにより磁気通信を行う磁界回路でもよい。
導電性のシールド板１９が、半導体素子３と接続回路４及び駆動回路６との間に配置されている。シールド板１９は、シールド効果を得るために低圧側の回路パターン１７のグランドに接続されている。また、冷却体１の下面に設けられた溝２０により高圧側の回路パターン９と低圧側の接続回路４との絶縁距離をかせいでいる。
樹脂２１が冷却体１，２の一部、半導体素子３、接続回路４、駆動回路６、通信装置５，７等を封止している。接続回路４及び通信装置５と通信装置７及び駆動回路６との間は、樹脂２１により電気的に絶縁されている。シールド板１９の先端と駆動回路６の間も、樹脂２１により電気的に絶縁されている。高圧電極１０，１３と信号電極１８は、樹脂２１から反対方向に導出されている。高圧電極１０，１３は互いに平行に配置されている。
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の回路図である。外部のＥＣＵ２２からの信号に応じて制御信号発生回路２３が制御信号を生成する。この制御信号がレベルシフト回路２４を介してドライバ２５に供給されるか、又はドライバ２６に供給される。ドライバ２５，２６はそれぞれＩＧＢＴ２７，２８を駆動する。ＩＧＢＴ２７，２８に平行にそれぞれダイオード２９，３０が接続されている。制御信号発生回路２３が図１の接続回路４に該当し、ドライバ２５，２６が駆動回路６に該当し、ＩＧＢＴ２７，２８及びダイオード２９，３０が半導体素子３に該当する。
続いて上記の半導体装置の動作を説明する。接続回路４は、外部のＥＣＵから信号電極１８及び回路パターン１７を介して信号を入力し、その信号に応じて制御信号を生成する。この制御信号を通信装置５が送信し、それを通信装置７が受信して駆動回路６に供給する。駆動回路６は制御信号に応じて半導体素子３を駆動する。半導体素子３は高圧電極１０，１３を介して高電圧を入出力する。
続いて本実施の形態の効果を説明する。低圧側の接続回路４及び通信装置５と高圧側の通信装置７及び駆動回路６との間が樹脂２１により電気的に絶縁されているため、駆動回路６から接続回路４に高電圧が印加されて接続回路４が破壊されるのを防ぐことができる。そして、半導体素子３、接続回路４、通信装置５，７、及び駆動回路６を冷却体１，２により冷却することができる。
また、通信装置５，７を上下に対向する位置に配置することにより、搭載面積を削減することができる。
また、シールド板１９により、半導体素子３が放出した電磁波から接続回路４及び駆動回路６を保護することができる。
また、高圧電極１０，１３と信号電極１８を反対方向に導出することにより、高圧側と低圧側の干渉を防止することができる。そして、高圧電極１０，１３を互いに平行に配置することにより、インダクタンスを低減できる。
１ 冷却体（第１の冷却体）
２ 冷却体（第２の冷却体）
３ 半導体素子
４ 接続回路
５ 通信装置（第１の通信装置）
６ 駆動回路
７ 通信装置（第２の通信装置）
１０ 高圧電極（第１の高圧電極）
１３ 高圧電極（第２の高圧電極）
１８ 信号電極
１９ シールド板
２１ 樹脂

Claims (5)

  1. 第１及び第２の冷却体と、
    前記第１の冷却体の下面と前記第２の冷却体の上面に挟まれた半導体素子と、
    前記第１の冷却体の下面に設けられ、外部からの信号に応じて制御信号を生成する接続回路と、
    前記第２の冷却体の上面に設けられ、前記制御信号に応じて前記半導体素子を駆動する駆動回路と、
    前記第１の冷却体の下面に設けられ、前記制御信号を送信する第１の通信装置と、
    前記第２の冷却体の上面に設けられ、前記第１の通信装置が送信した前記制御信号を受信して前記駆動回路に供給する第２の通信装置と、
    前記第１及び第２の冷却体の一部、前記半導体素子、前記接続回路、前記駆動回路、前記第１及び第２の通信装置を封止し、前記接続回路及び前記第１の通信装置と前記第２の通信装置及び前記駆動回路との間を電気的に絶縁する樹脂とを備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第１及び第２の通信装置は光通信又は磁気通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第１及び第２の通信装置は上下に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体素子と前記接続回路及び前記駆動回路との間に配置された導電性のシールド板を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体素子のコレクタに接続された第１の高圧電極と、
    前記半導体素子のエミッタに接続された第２の高圧電極と、
    前記接続回路に接続された信号電極とを更に備え、
    前記第１及び第２の高圧電極と前記信号電極は、前記樹脂から反対方向に導出され、
    前記第１及び第２の高圧電極は互いに平行に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項に記載の半導体装置。
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