JP6176886B2 - 半導体装置及び半導体装置の実装方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の実装方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の実装方法に関する。
従来、たとえば特許文献１に記載されているようにモジュールアレイを備えた平面視長方形状の半導体装置が知られている。特許文献１には、複数のモジュールを含むモジュールアレイ同士を金属製の連結板によって連結することが開示されている。
特開２００２−１８４９４０号公報
平面視で環状または部分環状をなす取付面に対して従来の平面視長方形状の半導体装置を取り付けようとすると、半導体装置を配置することができない無駄な領域が取付面の一部に生じてしまったり、取付面から半導体装置がはみ出してしまったりする場合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、半導体装置の取付対象となる取付面を有効利用でき、且つ配線の煩わしさを抑制できる半導体装置及び半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る半導体装置は、平面視で弧状に形成された内周部と平面視で弧状に形成された外周部とを有する環状または部分環状の基板と、前記基板に設けられ、モータの複数の相を個別に制御する回路部と、前記基板を囲む環状または部分環状の封止樹脂と、を備える。前記基板は、互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する。前記基板の前記第１の主面に前記モータが着脱可能である。前記回路部は、前記基板の前記第１の主面上にあり、前記基板の第１の主面に前記モータが取り付けられた状態において前記モータと接触する。前記回路部は、前記封止樹脂が基板を封止している状態において前記封止樹脂の外部に露出する。
本発によれば、半導体装置の取付対象となる取付面を有効利用でき、且つ配線の煩わしさを抑制できる。
本発明の第１実施形態に係る半導体装置をモータに取り付けた状態の外観斜視図である。 半導体装置をモータに取り付けた状態の平面図である。 半導体装置を取り付けるモータの取付面の一例を示す模式平面図である。 半導体装置の斜め上方から見た外観斜視図である。 半導体装置の斜め下方から見た外観斜視図である。 半導体装置の回路配置を示す模式図である。 公知の半導体装置の配置の一例を示す模式図である。 公知の半導体装置の配置の他の一例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の外観斜視図である。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図８を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、制御対象となる機器を制御するための制御装置である。本実施形態の半導体装置１００が制御する対象は特に限定されない。一例を挙げると、本実施形態の半導体装置１００は、三相モータ（以下、単に「モータ」と称する。）２００の動作を制御する。
本実施形態の半導体装置１００は、制御対象となるモータ２００に設けられた所定の取付面２０１に取り付けることができる。取付面２０１の形状は、たとえばモータ２００の構造に依存して制約を受ける場合がある。たとえば、取付面２０１は、モータ２００のコイル等を収容するケース２０２の外面において、モータ２００の図示しない回転軸が延びる方向（図１において上下方向）における両端面のうちの一方の端面２０３に設けられている。取付面２０１は、モータ２００の回転軸に対して直交する平面となっている。
また、本実施形態で例示するモータ２００のケース２０２は概略円柱状をなしている。また、モータ２００のケース２０２には、モータ１００の回転軸が延びる方向における一旦若しくは両端に、モータ２００の回転軸を保持するためにケース２０２の外側へ向かって突出する突起部２０４（図３参照）が形成されていることがある。本実施形態における取付面２０１は、ケース２０２に形成された突起部２０４の外周を囲む円環状をなしている。すなわち、本実施形態の半導体装置１００の固定対象となるモータ２００の取付面２０１は、モータ２００の回転軸が延びる方向から見たときに円環状をなしている。なお、本明細書において、モータ２００の回転軸が延びる方向からの視点を平面視とする。また、取付面２０１の詳細な形状は上記の形状には限定されない。
また、モータ２００に設けられた取付面２０１には、半導体装置１００をネジ止めで固定するためのネジ１１が取り付けられるために複数のネジ孔２０５が形成されている。
次に、本実施形態の半導体装置１００の構成について説明する。
図２，図３に示すように、半導体装置１００は、装置本体１０と、リード３０とを備えている。
図２，図３，及び図６に示すように、装置本体１０は、基板１２と、回路部１３と、リレー回路１７と、封止樹脂１８とを有している。なお、装置本体１０はリレー回路１７を有していなくてもよい。
図４〜図６に示すように、基板１２は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなる回路板１９をセラミックス板に接合した、放熱機能を有する絶縁基板（たとえばＤＣＢ基板）である。
基板１２は、平面視で互いに同心の円弧状に形成された内周部２０と外周部２１と、基板１２の周方向における端部２２（第一端部２３，第二端部２４）と、を有する。基板１２は、平面視で半円環状（部分環状，半環状）である。
基板１２の内周部２０は、モータ２００の取付面２０１への半導体装置１００の取付状態において、モータ２００に形成された突起部２０４を囲むような円弧形状に形成されている。基板１２の内周部２０の径寸法は、たとえば、突起部２０４の外径寸法よりも大きい。
基板１２の外周部２１は、モータ２００の取付面２０１への半導体装置１００の取付状態において、モータ２００に有するケース２０２の外周面２０６（図１参照）よりも小さい外径寸法を有して形成されている。
基板１２の回路板１９は、後述する封止樹脂１８が基板１２を封止している状態において封止樹脂１８の外部に露出する。
回路板１９は、半導体装置１００がモータ２００の取付面２０１に取り付けられた状態でモータ２００の取付面２０１に接触する。回路板１９がモータ２００の取付面２０１に接触することで、たとえば半導体装置１００において発生した熱をモータ２００のケース２０２へ逃がすことができる。
回路部１３は、第一相制御回路１４，第二相制御回路１５，及び第三相制御回路１６の複数からなる。回路部１３は、モータ２００の複数の相を個別に制御する。
第一相制御回路１４，第二相制御回路１５，及び第三相制御回路１６は、基板１２の周方向にこの順に並べて配置されている。
第一相制御回路１４は、モータ２００のＵ相（第一相）を制御する。第一相制御回路１４は、スイッチング素子（たとえば、ＦＥＴ）や抵抗等を有する。
第二相制御回路１５は、モータ２００のＶ相（第二相）を制御する。第二相制御回路１５は、スイッチング素子や抵抗等を有する。
第三相制御回路１６は、モータ２００のＷ相（第三相）を制御する。第三相制御回路１６は、スイッチング素子や抵抗等を有する。
リレー回路１７は、基板１２の周方向において、第三相制御回路１６の隣に配されている。リレー回路１７は、スイッチング素子や抵抗等を有する。
封止樹脂１８は、基板１２、回路部１３、及びリレー回路１７を封止する。封止樹脂１８は、基板１２とほぼ相似する形状を有している。本実施形態における封止樹脂１８は、たとえば、基板１２よりも大きな半円環状に形成されている。
封止樹脂１８の外面は、装置本体１０の外面形状を規定する。すなわち、封止樹脂１８は、平面視で互いに同心の円弧状に形成された内周面２５と外周面２６とを有する。封止樹脂１８の内周面２５は装置本体１０の内周面２７となっている。封止樹脂１８の外周面２６は装置本体１０の外周面２８となっている。
封止樹脂１８の内周面２５（装置本体１０の内周面２７）は、半導体装置１００がモータ２００の取付面２０１に取り付けられた状態において、モータ２００の取付面２０１に設けられた突起部２０４を囲む。一例として、封止樹脂１８の内周面２５（装置本体１０の内周面２７）の径寸法は、突起部２０４の外径寸法よりも大きい。
さらに、封止樹脂１８は、半導体装置１００の装置本体１０を取付面２０１に対してネジ止め固定するためのネジ１１が係止される切欠き部２９を有している。切欠き部２９は、封止樹脂１８の内周面２５である装置本体１０の内周面２７と、封止樹脂１８の外周面２６である装置本体１０の外周面２８とに形成されている。そのため、切欠き部２９へのネジ１１の係止に伴い、装置本体１０を取付面２０１に対して安定的に支持することができる（図１，２参照）。
リード３０は、導電性を有する金属製部材からなる。本実施形態では、装置本体１０に対し複数のリード３０が接続されている。複数のリード３０は、装置本体１０の周方向に間隔を空けて配列されている。各リード３０は、封止樹脂１８によって保持されるインナーリード部３１と、封止樹脂１８から突出するアウターリード部３２とを有する。
インナーリード部３１は、封止樹脂１８の径方向へ延びており、基板１２の外周部２１側に配置されている。インナーリード部３１は、基板１２上の回路部１３やリレー回路１７に対してワイヤボンディング３３（詳細は図示せず）等により電気接続されている。
アウターリード部３２は、その突方向の中途部で折り曲げられることで、インナーリード部３１から連ねて径方向外側に延びる部位と、基板１２の板厚方向に延びる部位とを有する。アウターリード部３２において基板１２の板厚方向に延びる部位は、回路板１９側とは反対側に向けて延びる。
本実施形態の半導体装置１００の作用について説明する。
本実施形態の半導体装置１００は、平面視で半円環状をなす基板１２を有しているので、平面視で円環状または半円環状をなす取付面２０１に対して、取付面２０１の平面視形状に倣って取付可能である。たとえば、本実施形態では円環状の取付面２０１における半周部分に本実施形態の半導体装置１００が収まるようになっている。さらに、本実施形態では、二つの半導体装置１００，１００において、基板１２の第一端部２３と第二端部２４とが互いに向かい合うように並べられる。これにより、円環状の取付面２０１に収まるように二つの半導体装置１００，１００を取付面２０１に取り付けることができる。この状態では、この二つの半導体装置１００，１００が全体で円環状をなす。
なお、図７及び図８に示すように、半導体装置が平面視矩形形状である場合、円環状の取付面２０１に無駄が生じる。
すなわち、たとえば図７に示すように平面視長方形状の半導体装置５００を円環状の取付面２０１に収まるように取付けると、半導体装置５００が取付面２０１に収まるように半導体装置５００自体を小さくする必要があり、これに伴って半導体装置５００の各回路のサイズの上限が小さくなってしまう。
また、図８に示すように、取付面２０１に収まるように十分に小さな長方形状の半導体装置６００を並べて円環状の取付面２０１に配置しようとすると、半導体装置６００を取り付けることができない無駄な隙間６０１が取付面２０１の一部に生じてしまう。さらに、複数の半導体装置６００について個別に配線する必要があり、煩わしい。
図７及び図８に示す場合と比較して、図１から図３までに示すように、本実施形態の半導体装置１００は、モータ２００のケース２０２に形成された突起部２０４を避けるように円環状をなしている取付面２０１を有効活用している。すなわち、平面視で円環状の取付面２０１の形状に対応する半円環状とされた本実施形態の半導体装置１００では、取付面２０１における半周分の面積の範囲内で最も広く基板１２の占有面積を確保することができている。このため、本実施形態の半導体装置１００は、基板１２上における回路配置の自由度が高い。
また、平面視で円環状の取付面２０１の形状に対応する半円環状とされた本実施形態の半導体装置１００では、取付面２０１における半周分の面積の範囲内で最も広く回路板１９の占有面積を確保することができている。このため、本実施形態の半導体装置１００では、半導体装置１００からモータ２００への放熱効率が良い。
以上に説明したように、本実施形態の半導体装置１００によれば、平面視で円環状をなす取付面２０１に対して半導体装置１００を有効に配置できる。
さらに、本実施形態の半導体装置１００によれば、モータ２００の複数の相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を個別に制御する回路部１３の第一相制御回路１４，第二相制御回路１５，及び第三相制御回路１６が１つの基板１２に設けられているので、配線の煩わしさを抑制できる。
また、基板１２の外周部２１のみに複数のリード３０が接続されているので、基板１２の内周部２０の内側にモータ２００の突起部２０４が配されるように半導体装置１００が取付面２０１に取り付けられた状態でリード３０が突起部２０４に干渉せず、実装が容易である。
また、本実施形態においては、半導体装置１００の装置本体１０が半円環状に形成され、二つの半導体装置１００が円環状を成すようにして、円柱状のモータ２００の取付面２０１に取り付けられるようになっている。このため、モータ２００に二つの半導体装置１００を取り付けた状態において、両者を併せたモジュール全体の形状を単純な円柱形状とすることができる。したがって、この構成を採用することにより、モータ２００を使用する機器の所定の箇所にモジュールを容易に組み付けることができる。
さらに、封止樹脂１８が切欠き部２９を有しているので、切欠き部２９へのネジ１１の係止に伴い、装置本体１０を取付面２０１に対して安定的に支持することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図９を参照して説明する。
図９に示すように、本実施形態の半導体装置３００は、全体として一続きの円環状をなしている点で上記第１実施形態と異なっている。
半導体装置３００は、平面視で円環状をなす装置本体４１と、装置本体４１の外周面２８から装置本体４１の径方向外側へのびる複数のリード３０とを有している。
装置本体４１は、第１実施形態と同様に、基板４２と、基板４２上に設けられた回路部１３（図６参照）と、リレー回路１７と、基板４２を内包する封止樹脂１８とを有している。
ただし、本実施形態の基板４２は、平面視円環状に形成されている。また、基板４２上に設けられた回路部１３としては、たとえば、第一相制御回路１４，第二相制御回路１５，及び第三相制御回路１６を２セット有していてもよい。また、回路部１３としては、たとえば、第一相制御回路１４，第二相制御回路１５，及び第三相制御回路１６に加えてさらに別の回路を有してもよい。
リード３０は、第１実施形態と同様に、基板４２上の回路部１３やリレー回路１７に対してワイヤボンディング３３等で接続されている。
本実施形態の半導体装置３００も第１実施形態と同様に平面視円環状をなす取付面２０１に好適に取付可能である。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、上記実施形態では、基板及び装置本体の形状について半円環状または円環状である例が示されているが、基板及び装置本体は部分円環状であってもよい。
また、封止樹脂の形状は、基板の形状と相似しない円環状や部分円環状であってもよい。
また、半導体装置の取付対象となるモータ等の機器の取付面は、円環状に限らず、部分円環状であってもよい。
また、上記の各実施形態においては、半導体装置の装置本体の外周面と内周面が円弧状に形成されているが、装置本体の外周面と内周面のいずれか一方、若しくは、両方が多角形状や楕円形状であっても良い。
たとえば、装置本体の平面視形状は、楕円環状、多角形型の環状、径方向の幅が周方向に不均一な環状のいずれでもよい。たとえば、半導体装置を取り付けるモータの外形が、多角形型の外形を有する場合に、装置本体の外周面の形状を、モータの外形に対応する多角形型の外周面を有する環状または部分環状の外形としてもよい。このとき、装置本体の内周面の平面視形状は、たとえば、多角形、円形、楕円形などとしてもよい。
装置本体が円環状または半円環状以外の外形を有する場合、上記各実施形態および変形例における軸方向、周方向、および径方向を用いた説明は、外形全体または一部の近似円（円弧）およびその中心軸線に関する方向に読み換えればよい。
部分環状の形状は、装置本体の内周面が凹溝形状に形成される限り、特に限定されない。したがって、部分環状の中心に対する内周面の範囲を表す中心角も特に限定されない。たとえば、中心角は、半円環状のように、１８０°には限定されず、１８０°より小さくても大きくてもよい。
たとえば半導体装置が部分環状をなしている場合、複数の半導体装置が全体として環状を成すように並べて環状の取付面に取り付けられることで、半導体装置の実装時に占有面積を広く取付面に確保することができる。
また、装置本体の内周面と外周面とは、たとえば、互いに偏心してもよい。装置本体が部分環状であって、かつ、内周面と外周面とが互いに偏心する場合、平面視で互いに面対称となる形状を有する二つの半導体装置を用いることによって、二つの半導体装置が全体で環状をなすように、二つの半導体装置を機器に取り付けることができる。
また、基板についても装置本体と同様に、内周部と外周部とが、たとえば、互いに偏心していてもよい。
また、本実施形態の半導体装置が制御する対象がたとえば単相モータである場合には、制御対象に対応して、必ずしも３つの制御回路が基板上になくてもよい。
なお、上記具体的な構成に対する設計変更等は上記事項には限定されない。
１００，３００ 半導体装置
１０，４１ 装置本体
１１ ネジ
１２，４２ 基板
１３ 回路部
１４ 第一相制御回路
１５ 第二相制御回路
１６ 第三相制御回路
１７ リレー回路
１８ 封止樹脂
１９ 回路板
２０ 内周部
２１ 外周部
２２ 端部
２３ 第一端部
２４ 第二端部
２５ 内周面
２６ 外周面
２７ 内周面
２８ 外周面
２９ 切欠き部
３０ リード
３１ インナーリード部
３２ アウターリード部
３３ ワイヤボンディング
２００ モータ
２０１ 取付面
２０２ ケース
２０３ 一方の面
２０４ 突起部
２０５ ネジ孔

Claims (5)

  1. 平面視で弧状に形成された内周部と平面視で弧状に形成された外周部とを有する環状または部分環状の基板と、
    前記基板に設けられ、モータの複数の相を個別に制御する回路部と、
    前記基板を囲む環状または部分環状の封止樹脂と、
    を備え、
    前記基板は、互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有し、
    前記基板の前記第１の主面に前記モータが着脱可能であり、
    前記回路部は、前記基板の前記第１の主面上にあり、前記基板の第１の主面に前記モータが取り付けられた状態において前記モータと接触し、
    前記回路部は、前記封止樹脂が基板を封止している状態において前記封止樹脂の外部に露出する、
    半導体装置。
  2. 前記基板及び前記封止樹脂が平面視で半環状をなす請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記基板の前記外周部のみに接続された複数のリードをさらに備え、
    前記複数のリードの各リードは、前記封止樹脂の径方向に延びるインナーリード部と、前記封止樹脂から突出するアウターリード部とを有し、
    前記アウターリード部は、前記インナーリード部から連ねて前記径方向外側に延びる第１の部位と、前記基板の板厚方向に延びる第２の部位とを有し、
    前記アウターリード部の前記第２の部位は、前記基板の前記第２の主面側に延びる、
    請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記封止樹脂は、前記半導体装置の取付対象となる取付面に対して前記半導体装置をネジ止め固定するための切欠き部を前記内周部側と前記外周部側との少なくともいずれかに有する
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の実装方法であって、前記部分環状をなす前記封止樹脂を含む複数の前記半導体装置を周方向に並べて全体として環状をなすように配置する工程を含む半導体装置の実装方法。
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