JP6958301B2 - インターフェースユニット及び半導体装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特願２０１７−０７５２４３号公報 特開２００６−１１２９６８号公報 特開２０１６−９９２９２号公報

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。

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。

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。

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。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成の概略を模式的に示す斜視図（鳥瞰図）である。 図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成の概略を模式的に示す分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るインターフェースユニットの構成の上面の概略を模式的に示す平面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るインターフェースユニットの下面に配置されるフレキシブル基板の構成を模式的に示す平面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るインターフェースユニットの下面にフレキシブル基板が配置された状態を示す平面図である。 図６は、図３のVI−VI線方向から見た断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (9)

1. 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、
   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。
2. 前記センサは、前記バスバーに流れる電流を測定する電流センサであることを特徴とする請求項１に記載のインターフェースユニット。
3. 前記センサ用配線は、前記支持部の前記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ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインターフェースユニット。
4. 前記フレキシブルプリント基板は、折り曲げによって前記センサを前記センサ用空洞部に挿入するための折り曲げ部を有し、
   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。
5. それぞれが前記バスバーと同一の構成を有する複数のバスバーを備え、
   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。
6. 前記センサ用空洞部は、前記複数のバスバーのそれぞれに対して設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインターフェースユニット。
7. 前記複数のバスバーのうちの1つは、前記支持部の前記長手方向における一端側に配置されてスイッチング電流が流れるバスバーであり、
   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。
8. 前記センサ用空洞部及び前記センサ用回路基板を覆う被覆部を更に備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のインターフェースユニット。
9. 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、
   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。

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