JP7355707B2 - 半導体装置、バスバー及び電力変換装置 - Google Patents

半導体装置、バスバー及び電力変換装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、バスバー及び電力変換装置に関する。
半導体素子が封止された樹脂パッケージから突出する端子間の絶縁性能を確保する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
特許文献１には、互いに隣り合う第１のリード端子と第２のリード端子とを封止する封止部と、封止部の端部から延在し、第２のリード端子のアウターリードをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部を備える半導体装置が記載されている。
特許第６３４５６０８号公報
特許文献１に記載の半導体装置では、第２のリード端子にリード被覆部を設けることによって、第１のリード端子と第２のリード端子との間における沿面距離を確保している。しかし、特許文献１に記載の半導体装置では、第１のリード端子と第２のリード端子との間における空間距離は、単に、第１のリード端子と第２のリード端子との間隔を拡大することによって確保しているに過ぎない。第１のリード端子と第２のリード端子との間隔を拡大すると、装置の大型化やインダクタンスの増加を招いてしまう。このような問題は、半導体装置の端子と接続される端子を備えるバスバーや、半導体装置の端子とバスバーの端子とを接続して主回路部を構成する電力変換装置についても同様に生じ得る。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、端子間の絶縁性能を確保しつつ、装置の大型化やインダクタンスの増加を抑制することが可能な半導体装置、バスバー及び電力変換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、本発明の半導体装置は、半導体素子が樹脂封止された封止体と、前記半導体素子に接続され、前記封止体から所定方向に沿って突出する第１端子と、前記半導体素子に接続され、前記第１端子と間隔を空けて隣接し、前記封止体から前記所定方向に沿って前記第１端子と同じ向きに突出する第２端子と、を備え、前記第１端子は、前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第１露出部を有し、前記第２端子は、前記封止体から突出し前記所定方向に延びて絶縁材に覆われた被覆部と、前記被覆部から突出し前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第２露出部と、を有し、前記被覆部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離は、前記第１露出部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離よりも長いことを特徴とする。
本発明によれば、端子間の絶縁性能を確保しつつ、装置の大型化やインダクタンスの増加を抑制することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、実施形態１の半導体装置の外観を示す図。 図１に示すＡ－Ａ線にて半導体装置を切断した断面図。 図１に示す半導体装置の比較例を示す図。 実施形態１のバスバーの外観を示す図。 図４に示すＢ－Ｂ線にてバスバーを切断した断面図。 図４に示すバスバーの比較例を示す図。 実施形態１の電力変換装置の外観を示す図。 図７に示す電力変換装置の比較例を示す図。 実施形態２の半導体装置の外観を示す図。 図９に示すＣ－Ｃ線にて半導体装置を切断した断面図。 実施形態２のバスバーの上面図。 図１１に示す矢印Ｅの向きからバスバーを視た側面図。 図１１に示すＦ－Ｆ線にてバスバーを切断した断面図。 実施形態２の電力変換装置の断面図。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成は、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有するので、その説明を省略する。また、必要な図面には、各部の位置の説明を明確にするべく、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸から成る直交座標軸を記載している。
［実施形態１］
図１は、実施形態１の半導体装置１の外観を示す図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ線にて半導体装置１を切断した断面図である。図３は、図１に示す半導体装置１の比較例を示す図である。
半導体装置１は、インバータ等の電力変換装置３に用いられるパワー半導体モジュールである。半導体装置１は、民生用、車載用、鉄道用、産業用、インフラ用などの分野に幅広く利用されるパワー半導体モジュールである。図１に示す半導体装置１は、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車又は燃料電池車等の電動車両に搭載されるパワー半導体モジュールである。半導体装置１は、半導体素子のスイッチング動作によって、バッテリーから入力される直流電圧を擬似的な交流電圧に変換して出力する。半導体装置１には、後述の図４に示すバスバー２が接続される（図７を参照）。半導体装置１及びバスバー２は、不図示のコンデンサモジュールと併せて電力変換装置３の主回路部を構成する。
半導体装置１は、図１に示すように、封止体１００と、第１端子１１０と、第２端子１２０と、出力端子１３０と、制御端子１４０とを備える。
封止体１００は、第１半導体素子１５１等の半導体装置１の各構成要素が樹脂封止された構造体である。封止体１００は、エポキシ樹脂等の樹脂材１０１を用いたトランスファーモールド等によって半導体装置１の各構成要素を封止した構造体である。封止体１００は、所定の板厚を有する矩形の平板状に成形される。封止体１００は、半導体装置１の樹脂パッケージを構成する。
封止体１００は、図２に示すように、第１半導体素子１５１と、第２半導体素子１５２と、第１回路導体１５４と、第２回路導体１５５と、第１絶縁層１５６と、第２絶縁層１５７と、第１放熱導体１５８と、第２放熱導体１５９とを備える。
第１半導体素子１５１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）等のパワー半導体素子によって構成される。第２半導体素子１５２は、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードによって構成される。図１に示す半導体装置１では、上アーム回路を構成する第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２と、下アーム回路を構成する第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２とが設けられる。図１に示す半導体装置１は、２ｉｎ１パワーモジュールである。
第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２は、矩形のチップ状を成す。第１半導体素子１５１は、面積が広く電極面が形成された一対の主面１５１ａ，１５１ｂを有する。第２半導体素子１５２は、面積が広く電極面が形成された一対の主面１５２ａ，１５２ｂを有する。第１半導体素子１５１の一方の主面１５１ａと第２半導体素子１５２の一方の主面１５２ａとは、はんだ等の接合材１５３を介して、第１回路導体１５４に接合される。第１半導体素子１５１の他方の主面１５１ｂと第２半導体素子１５２の他方の主面１５２ｂとは、接合材１５３を介して、第２回路導体１５５に接合される。
第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５は、銅又はアルミ等の導電性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて板状に形成される。第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５は、エッチング等によって電気回路の回路パターンが形成される。第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５は、接合材１５３を介して、第１端子１１０、第２端子１２０、出力端子１３０及び制御端子１４０と接合される。第１回路導体１５４は、第１半導体素子１５１の他方の主面１５１ｂに形成された制御電極と、ワイヤ１６０にて接続される。第１回路導体１５４は、第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２に接合された面の反対側の面が、第１絶縁層１５６と接合される。第２回路導体１５５は、第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２に接合された面の反対側の面が、第２絶縁層１５７と接合される。
第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７は、窒化ケイ素又は窒化アルミ等の絶縁性、熱伝導性及び靱性に優れたセラミックス材料を用いて板状に形成される。第１絶縁層１５６は、第１回路導体１５４に接合された面の反対側の面が、第１放熱導体１５８と接合される。第２絶縁層１５７は、第２回路導体１５５に接合された面の反対側の面が、第２放熱導体１５９と接合される。
第１放熱導体１５８及び第２放熱導体１５９は、銅又はアルミ等の熱伝導性及び強度に優れた金属材料を用いて板状に形成される。第１放熱導体１５８は、第１絶縁層１５６に接合された面の反対側の面１５８ａが、樹脂材１０１から露出するように成形される。第２放熱導体１５９は、第２絶縁層１５７に接合された面の反対側の面１５９ａが、樹脂材１０１から露出するように成形される。面１５８ａと面１５９ａとは、互いに平行となるように設けられる。面１５８ａと面１５９ａとは、封止体１００の主面１００ａの大部分を構成する。
なお、第１放熱導体１５８、第１絶縁層１５６及び第１回路導体１５４は、拡散接合等によって予め一体的に接合された絶縁回路基板によって構成されてもよい。第２放熱導体１５９、第２絶縁層１５７及び第２回路導体１５５は、拡散接合等によって予め一体的に接合された絶縁回路基板によって構成されてもよい。
第１端子１１０及び第２端子１２０のそれぞれは、銅又はアルミ等の導電性に優れた金属材料を用いて平棒状に形成される。第１端子１１０及び第２端子１２０のそれぞれは、第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５並びに接合材１５３を介して、第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２に接続される。第１端子１１０及び第２端子１２０のそれぞれは、直流正極端子、直流負極端子、交流出力端子又は制御端子の何れかであってもよい。本実施形態では、第１端子１１０は直流負極端子であり、第２端子１２０は直流正極端子であり、出力端子１３０は交流出力端子であり、制御端子１４０は制御端子であるものとして説明する。
第１端子１１０は、封止体１００から所定方向に沿って突出する。第１端子１１０は、封止体１００の短手方向の側面部１００ｂから、封止体１００の主面１００ａに沿って突出する。図１の例では、第１端子１１０の突出する向きは、＋ｘ軸方向である。第１端子１１０は、封止体１００から突出し所定方向に延びて絶縁材に覆われた第１被覆部１１１と、第１被覆部１１１から突出し所定方向に延びて封止体１００の外部に露出した第１露出部１１２とを有する。第１被覆部１１１を形成する絶縁材は、樹脂材１０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材１０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。第１被覆部１１１の基端部は、第１端子１１０の基端部に相当し、封止体１００に連接する。第１被覆部１１１の先端部１１１ａは、第１露出部１１２の基端部に連接する。第１露出部１１２の先端部１１２ａは、第１端子１１０の先端部に相当する。
第２端子１２０は、封止体１００から所定方向に沿って第１端子１１０と同じ向きに突出する。第２端子１２０は、第１端子１１０と間隔を空けて第１端子１１０に隣接する。第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向は、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出方向である所定方向に対して垂直な方向であり、且つ、封止体１００の主面１００ａに沿った方向に対して垂直な方向である。図１の例では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向は、ｙ軸方向である。第２端子１２０は、封止体１００から突出し所定方向に延びて絶縁材に覆われた第２被覆部１２１と、第２被覆部１２１から突出し所定方向に延びて封止体１００の外部に露出した第２露出部１２２とを有する。第２被覆部１２１を形成する絶縁材は、樹脂材１０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材１０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。第２被覆部１２１の基端部は、第２端子１２０の基端部に相当し、封止体１００に連接する。第２被覆部１２１の先端部１２１ａは、第２露出部１２２の基端部に連接する。第２露出部１２２の先端部１２２ａは、第２端子１２０の先端部に相当する。なお、第２被覆部１２１は、特許請求の範囲に記載された「被覆部」の一例に該当する。
半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った一端部から他端部に向かって、第１端子１１０と第２端子１２０とが交互に配列される。図１の例では、－ｙ軸方向に向かって、２組の第１端子１１０及び第２端子１２０のそれぞれが交互に配列される。すなわち、図１の例では、－ｙ軸方向に向かって、１組目の第１端子１１０、１組目の第２端子１２０、２組目の第１端子１１０、２組目の第２端子１２０が、この順に配列される。
出力端子１３０は、第１端子１１０及び第２端子１２０が設けられた封止体１００の側面部１００ｂとは反対側の側面部１００ｂから封止体１００の主面１００ａに沿って、第１端子１１０及び第２端子１２０とは反対向きに突出する。出力端子１３０は、封止体１００から突出し所定方向に延びて絶縁材に覆われた第３被覆部１３１と、第３被覆部１３１から突出し所定方向に延びて封止体１００の外部に露出した第３露出部１３２とを有する。第３被覆部１３１を形成する絶縁材は、樹脂材１０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材１０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。
制御端子１４０は、第１端子１１０及び第２端子１２０が設けられた封止体１００の側面部１００ｂと、出力端子１３０が設けられた封止体１００の側面部１００ｂとの両方に設けられる。すなわち、一方の制御端子１４０は、第１端子１１０及び第２端子１２０が設けられた封止体１００の側面部１００ｂから封止体１００の主面１００ａに沿って、第１端子１１０及び第２端子１２０と同じ向きに突出する。一方の制御端子１４０は、第２端子１２０と間隔を空けて第２端子１２０に隣接する。一方の制御端子１４０の封止体１００からの突出長さは、第２端子１２０における第２被覆部１２１の封止体１００からの突出長さよりも短い。他方の制御端子１４０は、出力端子１３０が設けられた封止体１００の側面部１００ｂから封止体１００の主面１００ａに沿って、第１端子１１０及び第２端子１２０とは反対向きに突出する。他方の制御端子１４０は、出力端子１３０と間隔を空けて出力端子１３０に隣接する。
ところで、半導体装置１及びバスバー２によって構成される電力変換装置３には、取り扱い可能な電力を大きくすることが求められている。取り扱い可能な電力を大きくするための手法として、電力変換装置３に流れる電流を大きくすることが考えられる。電流を大きくすると電力変換装置３の発熱量が増加する。電力変換装置３の発熱量を低減するために、電流経路の導体量を増加することが考えられるが、電力変換装置３の重量及び体積が増加してしまい、問題となる。特に、電力変換装置３が電動車両に用いられる場合には、電力変換装置３の重量及び体積が増加すると、車両の走行性能や電費性能が低下してしまう。よって、電力変換装置３にて取り扱い可能な電力を大きくするための手法として、取り扱い可能な電圧を高くすることが有効である。例えば、現在普及しているハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された電力変換装置３では、取り扱い可能な電圧が、主に２００Ｖ～４００Ｖであるが、近い将来には６００Ｖ～８００Ｖに引き上げられる。電力変換装置３の高電圧化は、導体量を増加させることなく大電力化が可能であるので有効である。また、電動車両のバッテリーの充電時間においても、一般的な急速充電設備において取り扱い可能な電圧が、現在の４００Ｖから８００Ｖに引き上げられれば、同じ充電量であっても半分の充電時間で足りる。
上記のように、電力変換装置３の高電圧化は、電力変換装置３の大電力化の手法として有効であるが、電力変換装置３は、高電圧化に対応可能な絶縁性能を確保する必要がある。電力変換装置３が高電圧化に対応可能な絶縁性能を確保するための手法として、絶縁距離を確保することが挙げられる。半導体装置１やバスバー２や電力変換装置３のような機器では、機器の絶縁距離として、国際規格IEC 60664-1（日本産業規格ではJIS C60664-1）によって定められた空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを満たす必要がある。この規格では、半導体装置１等が使用される電圧や環境（汚損度など）に応じて、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑが定められている。空間距離Ｐとは、２導電部間の空間における最小の距離のことである。沿面距離Ｑとは、２導電部間の絶縁物の表面沿いの最小の距離のことである。空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑが大きくなる程、２導電部間の電気的短絡（絶縁破壊）が発生し難くなるので、機器の絶縁性能が確保され易くなり、機器の信頼性が確保され易くなり得る。
ここで、図１及び図３に示すように、第１端子１１０の第１露出部１１２の先端部１１２ａから封止体１００までの所定方向に沿った距離を、距離Ｄ１とする。第２端子１２０の第２被覆部１２１の先端部１２１ａから封止体１００までの所定方向に沿った距離を、距離Ｄ２とする。第２端子１２０の第２露出部１２２の先端部１２２ａから封止体１００までの所定方向に沿った距離を、距離Ｄ３とする。図１及び図３の例では、距離Ｄ１は、第１端子１１０の封止体１００からの突出長さに相当する。距離Ｄ２は、第２端子１２０における第２被覆部１２１の封止体１００からの突出長さに相当する。距離Ｄ３は、第２端子１２０の封止体１００からの突出長さに相当する。
図３に示す比較例では、第２端子１２０の封止体１００からの突出長さと、第１端子１１０の封止体１００からの突出長さとが等しい。加えて、第２端子１２０における第２被覆部１２１の封止体１００からの突出長さと、第１端子１１０における第１被覆部１１１の封止体１００からの突出長さとが等しい。当然ながら、第２端子１２０における第２露出部１２２の封止体１００からの突出長さと、第１端子１１０における第１露出部１１２の封止体１００からの突出長さとが等しい。すなわち、図３に示す比較例では、距離Ｄ３と距離Ｄ１とが等しく、距離Ｄ２が距離Ｄ１より短くなる。
図３に示す比較例では、第１端子１１０及び第２端子１２０の空間距離Ｐは、第１端子１１０の第１露出部１１２と、第２端子１２０の第２露出部１２２との距離になる。第１端子１１０及び第２端子１２０の沿面距離Ｑは、第１被覆部１１１の先端部１１１ａから、第１被覆部１１１の基端部、封止体１００、及び、第２被覆部１２１の基端部の各表面を沿って第２被覆部１２１の先端部１２１ａに到達するまでの距離となる。図３に示す比較例では、第１端子１１０及び第２端子１２０の空間距離Ｐの延びる方向は、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向（ｙ軸方向）と平行である。第１端子１１０及び第２端子１２０の沿面距離Ｑは、第２端子１２０の第２被覆部１２１の表面を沿う部分と、第１端子１１０の第１被覆部１１１の表面を沿う部分とが同じ長さになり得る。
これに対し、図１に示す半導体装置１では、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長くなるように構成される。すなわち、図１に示す半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向において、第１端子１１０の第１露出部１１２に隣接する第２端子１２０には第２被覆部１２１が配置される。図１に示す半導体装置１では、距離Ｄ２を距離Ｄ１より長くするべく、距離Ｄ３が距離Ｄ１より長くなるように構成される。すなわち、図１に示す半導体装置１では、第２端子１２０における第２被覆部１２１の封止体１００からの突出長さが、第１端子１１０における第１露出部１１２の封止体１００からの突出長さよりも長い。当然ながら、第２端子１２０の封止体１００からの突出長さが、第１端子１１０の封止体１００からの突出長さよりも長い。
図１に示す半導体装置１では、第１端子１１０及び第２端子１２０の空間距離Ｐは、第１端子１１０の第１露出部１１２の先端部１１２ａと、第２端子１２０の第２被覆部１２１の先端部１２１ａに連接する第２露出部１２２の基端部との距離になる。第１端子１１０及び第２端子１２０の沿面距離Ｑは、第１端子１１０の第１被覆部１１１の先端部１１１ａから、第１被覆部１１１の基端部、封止体１００、及び、第２端子１２０の第２被覆部１２１の基端部の各表面を沿って第２被覆部１２１の先端部１２１ａに到達するまでの距離となる。図１に示す半導体装置１では、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長いので、空間距離Ｐの方向が、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向（ｙ軸方向）に対して傾斜し得る。図１に示す半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔が図３に示す比較例より短くても、必要な空間距離Ｐを確保することができる。図１に示す半導体装置１では、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長いので、第１端子１１０及び第２端子１２０の沿面距離Ｑのうちの第２端子１２０の第２被覆部１２１の表面を沿う部分が、図３に示す比較例よりも長くなり得る。図１に示す半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔が図３に示す比較例より短くても、必要な沿面距離Ｑを確保することができる。
実施形態１の半導体装置１は、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長いので、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを確保しつつ、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔を短くすることができる。半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向の寸法を短くすることができ、半導体装置１を小型化することができる。半導体装置１は、半導体装置１の小型化により、半導体装置１に接続されるバスバー２を小型化することができ、バスバー２との接続によって構成される電力変換装置３を小型化することができる。
更に、実施形態１の半導体装置１は、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長いので、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向において、第１端子１１０の第１露出部１１２に隣接する第２端子１２０には第２被覆部１２１が配置される。すなわち、半導体装置１では、互いに隣接する第１端子１１０と第２端子１２０との間において最短距離を成す部分には、絶縁材にて覆われた被覆部が配置される。半導体装置１は、第１端子１１０及び第２端子１２０の間に対してターンオン・オフ時等に過電圧が生じた場合でも、第１端子１１０及び第２端子１２０の間において電気的短絡（絶縁破壊）が発生することを抑制することができる。半導体装置１は、絶縁性能を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。半導体装置１は、半導体装置１の信頼性向上により、バスバー２との接続によって構成される電力変換装置３の信頼性を向上させることができる。
更に、実施形態１の半導体装置１は、直流負極端子の第１端子１１０と直流正極端子の第２端子１２０との間隔を短くすることにより、直流負極端子の第１端子１１０と直流正極端子の第２端子１２０との相互インダクタンスを増加させることができる。これにより、半導体装置１は、電力変換装置３を構成する半導体装置１とバスバー２との間における全体の合成インダクタンスを低減することができ、ターンオン・オフ時等の過電圧やノイズを低減することができる。
なお、半導体装置１では、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長ければ、必要な絶縁距離を確保しつつ、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔を短くすることができるので、第１端子１１０が第１被覆部１１１を備えることは必須ではない。しかし、半導体装置１では、第１端子１１０が第１被覆部１１１を有することにより、第１被覆部１１１を有しない場合よりも、必要な沿面距離Ｑを確保し易くなるので、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔を更に短くすることができる。よって、第１端子１１０が第１被覆部１１１を有することは、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができるので、好適である。
また、上記の実施形態では、第１端子１１０が直流負極端子であり、第２端子１２０が直流正極端子である場合について説明した。半導体装置１は、第１端子１１０が直流正極端子であり、第２端子１２０が直流負極端子であってもよく、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図４は、実施形態１のバスバー２の外観を示す図である。図５は、図４に示すＢ－Ｂ線にてバスバー２を切断した断面図である。図６は、図４に示すバスバー２の比較例を示す図である。
バスバー２は、半導体装置１に接続され、電力変換装置３の主回路部を構成する。バスバー２は、半導体装置１の第１端子１１０及び第２端子１２０に接続される。バスバー２は、複数の半導体装置１のそれぞれの第１端子１１０及び第２端子１２０に接続される。図４に示すバスバー２は、２ｉｎ１パワーモジュールの半導体装置１を３台並列に接続するバスバー２である。
バスバー２は、図４に示すように、成形体２００と、バスバー第１端子２１０と、バスバー第２端子２２０とを備える。
成形体２００は、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂等の樹脂材２０１を用いた射出成形等によってバスバー２の各構成要素を樹脂成形した構造体である。成形体２００は、所定の板厚を有する矩形の平板状に成形される。成形体２００は、図５に示すように、第１導体板２５１と、第２導体板２５２と、絶縁層２５３とを備える。
第１導体板２５１及び第２導体板２５２のそれぞれは、銅又はアルミ等の導電性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて板状に形成される。第１導体板２５１及び第２導体板２５２は、それぞれ、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０に接続される。絶縁層２５３は、ＰＰＳ樹脂等の絶縁性に優れた樹脂材料を用いて板状に成形される。第１導体板２５１及び第２導体板２５２は、絶縁層２５３を介して互いに対向して配置される。第２導体板２５２、絶縁層２５３及び第１導体板２５１は、この順に積層され、樹脂材２０１を用いて樹脂成形される。図４に示す成形体２００では、第１導体板２５１及び第２導体板２５２並びに絶縁層２５３は、樹脂材２０１を用いて封止される。成形体２００の主面２００ａは、第１導体板２５１及び第２導体板２５２に沿った面である。
バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０のそれぞれは、銅又はアルミ等の導電性に優れた金属材料を用いて平棒状に形成される。バスバー第１端子２１０は、半導体装置１の第２端子１２０に接続される。バスバー第２端子２２０は、半導体装置１の第１端子１１０に接続される。
バスバー第１端子２１０は、成形体２００から特定方向に沿って突出する。バスバー第１端子２１０は、成形体２００の短手方向の側面部２００ｂから、成形体２００の主面２００ａに沿って突出する。図４の例では、バスバー第１端子２１０の突出する向きは、－ｘ軸方向である。バスバー第１端子２１０は、成形体２００から突出し特定方向に延びて絶縁性を有する被覆材に覆われたバスバー第１被覆部２１１と、バスバー第１被覆部２１１から突出し特定方向に延びて成形体２００の外部に露出したバスバー第１露出部２１２とを有する。バスバー第１被覆部２１１を形成する被覆材は、樹脂材２０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材２０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。バスバー第１被覆部２１１の基端部は、バスバー第１端子２１０の基端部に相当し、成形体２００に連接する。バスバー第１被覆部２１１の先端部２１１ａは、バスバー第１露出部２１２の基端部に連接する。バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａは、バスバー第１端子２１０の先端部に相当する。
バスバー第２端子２２０は、成形体２００から特定方向に沿ってバスバー第１端子２１０と同じ向きに突出する。バスバー第２端子２２０は、バスバー第１端子２１０と間隔を空けてバスバー第１端子２１０に隣接する。バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向は、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の突出方向である特定方向に対して垂直な方向であり、且つ、成形体２００の主面２００ａに沿った方向に対して垂直な方向である。図４の例では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向は、ｙ軸方向である。バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向は、半導体装置１の第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向と平行である。バスバー第２端子２２０は、成形体２００から突出し特定方向に延びて絶縁性を有する被覆材に覆われたバスバー第２被覆部２２１と、バスバー第２被覆部２２１から突出し特定方向に延びて成形体２００の外部に露出したバスバー第２露出部２２２とを有する。バスバー第２被覆部２２１を形成する被覆材は、樹脂材２０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材２０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。バスバー第２被覆部２２１の基端部は、バスバー第２端子２２０の基端部に相当し、成形体２００に連接する。バスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａは、バスバー第２露出部２２２の基端部に連接する。バスバー第２露出部２２２の先端部２２２ａは、バスバー第２端子２２０の先端部に相当する。なお、バスバー第２被覆部２２１は、特許請求の範囲に記載された「バスバー被覆部」の一例に該当する。
バスバー２では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った一端部から他端部に向かって、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０が交互に配列される。バスバー２では、バスバー第１端子２１０が半導体装置１の第２端子１２０に接続され、バスバー第２端子２２０が半導体装置１の第１端子１１０に接続される。そこで、バスバー２では、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の配列順が、半導体装置１の第１端子１１０及び第２端子１２０と反対の配列順となるように構成される。図４の例では、バスバー２が、２ｉｎ１パワーモジュールの半導体装置１を３台並列に接続するバスバー２であるので、－ｙ軸方向に向かって、６組のバスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０のそれぞれが交互に配列される。すなわち、図４の例では、－ｙ軸方向に向かって、１組目のバスバー第２端子２２０、１組目のバスバー第１端子２１０、２組目のバスバー第２端子２２０、２組目のバスバー第１端子２１０、３組目のバスバー第２端子２２０、３組目のバスバー第１端子２１０、４組目のバスバー第２端子２２０、４組目のバスバー第１端子２１０、５組目のバスバー第２端子２２０、５組目のバスバー第１端子２１０、６組目のバスバー第２端子２２０、６組目のバスバー第１端子２１０が、この順に配列される。
ここで、図４及び図６に示すように、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａから成形体２００までの特定方向に沿った距離を、距離Ｌ１とする。バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａから成形体２００までの特定方向に沿った距離を、距離Ｌ２とする。バスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２の先端部２２２ａから成形体２００までの所定方向に沿った距離を、距離Ｌ３とする。図４及び図６の例では、距離Ｌ１は、バスバー第１端子２１０の成形体２００からの突出長さに相当する。距離Ｌ２は、バスバー第２端子２２０におけるバスバー第２被覆部２２１の成形体２００からの突出長さに相当する。距離Ｌ３は、バスバー第２端子２２０の成形体２００からの突出長さに相当する。
図６に示す比較例では、バスバー第２端子２２０の成形体２００からの突出長さと、バスバー第１端子２１０の成形体２００からの突出長さとが等しい。加えて、バスバー第２端子２２０におけるバスバー第２被覆部２２１の成形体２００からの突出長さと、バスバー第１端子２１０におけるバスバー第１被覆部２１１の成形体２００からの突出長さとが等しい。当然ながら、バスバー第２端子２２０におけるバスバー第２露出部２２２の成形体２００からの突出長さと、バスバー第１端子２１０におけるバスバー第１露出部２１２の成形体２００からの突出長さとが等しい。すなわち、図６に示す比較例では、距離Ｌ３と距離Ｌ１とが等しく、距離Ｌ２が距離Ｌ１より短くなる。
図６に示す比較例では、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の空間距離Ｐは、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２と、バスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２との距離になる。バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の沿面距離Ｑは、バスバー第１被覆部２１１の先端部２１１ａから、バスバー第１被覆部２１１の基端部、成形体２００、及び、バスバー第２被覆部２２１の基端部の各表面を沿ってバスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａに到達するまでの距離となる。図６に示す比較例では、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の空間距離Ｐの延びる方向は、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向（ｙ軸方向）と平行である。バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の沿面距離Ｑは、バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１の表面を沿う部分と、バスバー第１端子２１０のバスバー第１被覆部２１１の表面を沿う部分とが同じ長さになり得る。
これに対し、図４に示すバスバー２では、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長くなるように構成される。すなわち、図４に示すバスバー２では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向において、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２に隣接するバスバー第２端子２２０にはバスバー第２被覆部２２１が配置される。図４に示すバスバー２では、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くするべく、距離Ｌ３が距離Ｌ１より長くなるように構成される。すなわち、図４に示すバスバー２では、バスバー第２端子２２０におけるバスバー第２被覆部２２１の成形体２００からの突出長さが、バスバー第１端子２１０におけるバスバー第１露出部２１２の成形体２００からの突出長さよりも長い。当然ながら、バスバー第２端子２２０の成形体２００からの突出長さが、バスバー第１端子２１０の成形体２００からの突出長さよりも長い。
図４に示すバスバー２では、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の空間距離Ｐは、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａと、バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａに連接するバスバー第２露出部２２２の基端部との距離になる。バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の沿面距離Ｑは、バスバー第１端子２１０のバスバー第１被覆部２１１の先端部２１１ａから、バスバー第１被覆部２１１の基端部、成形体２００、及び、バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１の基端部の各表面を沿ってバスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａに到達するまでの距離となる。図４に示すバスバー２では、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長いので、空間距離Ｐの方向が、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向（ｙ軸方向）に対して傾斜し得る。図４に示すバスバー２では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔が図６に示す比較例より短くても、必要な空間距離Ｐを確保することができる。図４に示すバスバー２では、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長いので、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の沿面距離Ｑのうちのバスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１の表面を沿う部分が、図６に示す比較例よりも長くなり得る。図４に示すバスバー２では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔が図６に示す比較例より短くても、必要な沿面距離Ｑを確保することができる。
実施形態１のバスバー２は、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長いので、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを確保しつつ、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔を短くすることができる。バスバー２では、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向の寸法を短くすることができ、バスバー２を小型化することができる。バスバー２は、バスバー２の小型化により、バスバー２に接続される半導体装置１を小型化することができ、半導体装置１との接続によって構成される電力変換装置３を小型化することができる。
更に、実施形態１のバスバー２は、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長いので、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向において、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２に隣接するバスバー第２端子２２０にはバスバー第２被覆部２２１が配置される。すなわち、バスバー２では、互いに隣接するバスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間において最短距離を成す部分には、絶縁性を有する被覆材にて覆われた被覆部が配置される。バスバー２は、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の間に対してターンオン・オフ時等に過電圧が生じた場合でも、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の間において電気的短絡が発生することを抑制することができる。バスバー２は、絶縁性能を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。バスバー２は、バスバー２の信頼性向上により、半導体装置１との接続によって構成される電力変換装置３の信頼性を向上させることができる。
更に、実施形態１のバスバー２は、直流正極端子に接続されるバスバー第１端子２１０と直流負極端子に接続されるバスバー第２端子２２０との間隔を短くすることにより、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との相互インダクタンスを増加させることができる。これにより、バスバー２は、電力変換装置３を構成する半導体装置１とバスバー２との間における全体の合成インダクタンスを低減することができ、ターンオン・オフ時等の過電圧やノイズを低減することができる。
なお、バスバー２では、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長ければ、必要な絶縁距離を確保しつつ、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔を短くすることができるので、バスバー第１端子２１０がバスバー第１被覆部２１１を備えることは必須ではない。しかし、バスバー２では、バスバー第１端子２１０がバスバー第１被覆部２１１を有することにより、バスバー第１被覆部２１１を有しない場合よりも、必要な沿面距離Ｑを確保し易くなるので、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔を更に短くすることができる。よって、バスバー第１端子２１０がバスバー第１被覆部２１１を有することは、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができるので、好適である。
図７は、実施形態１の電力変換装置３の外観を示す図である。図８は、図７に示す電力変換装置３の比較例を示す図である。
電力変換装置３は、半導体装置１と、半導体装置１に接続されるバスバー２とを具備する。図７に示す電力変換装置３では、図１に示す２ｉｎ１パワーモジュールの半導体装置１が、図４に示すバスバー２に対して３台並列に接続される。図７に示す電力変換装置３では、図４に示すバスバー２に対して不図示のコンデンサモジュールが接続される。
電力変換装置３では、図７に示すように、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出方向である所定方向と、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の突出方向である特定方向とが同じ方向となる姿勢に配置される。電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０とバスバー第２端子２２０とが対向し、第２端子１２０とバスバー第１端子２１０とが対向する姿勢に配置される。加えて、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出する向き（＋ｘ軸方向）と、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の突出する向き（－ｘ軸方向）とが反対向きとなる姿勢に配置される。
そして、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０の第１露出部１１２とバスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２とが接続され、第２端子１２０の第２露出部１２２とバスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２とが接続される。具体的には、図７の例では、電力変換装置３は、第１露出部１１２とバスバー第２露出部２２２とをｚ軸方向から重ね合わせ、第２露出部１２２とバスバー第１露出部２１２とをｚ軸方向から重ね合わせて、それぞれの重ね合わせた部分を溶接等によって接続する。これにより、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長くなり、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長くなる。加えて、図７の例では、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、距離Ｄ１と距離Ｌ２との和が、距離Ｄ２と距離Ｌ１との和と等しくなる。
第１露出部１１２とバスバー第２露出部２２２との接続、及び、第２露出部１２２とバスバー第１露出部２１２との接続は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によって行われることが好適である。しかしながら、これらの接続は、レーザ溶接や抵抗溶接等のＴＩＧ溶接以外の他の溶接によって行われてもよいし、超音波接合や、ネジ締め等の機械的な接続によって行われてもよい。
実施形態１の電力変換装置３では、図１に示す半導体装置１及び図４に示すバスバー２についての上記の説明のように、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長くなり、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長くなる。一方、図８に示す比較例では、図３に示す比較例の半導体装置１及び図６に示す比較例のバスバー２についての上記の説明のように、距離Ｄ２が距離Ｄ１より短くなり、距離Ｌ２が距離Ｌ１より短くなる。
実施形態１の電力変換装置３では、第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０との間隔において、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを確保しつつ、当該間隔を短くすることができる。電力変換装置３は、当該間隔に沿った半導体装置１及びバスバー２の寸法を短くすることができ、電力変換装置３を小型化することができる。
更に、実施形態１の電力変換装置３は、互いに隣接する第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０との間において最短距離を成す部分には、絶縁性を有する被覆部が配置される。電力変換装置３は、第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０との間隔において、ターンオン・オフ時等に過電圧が生じた場合でも、当該間隔において電気的短絡が発生することを抑制することができる。電力変換装置３は、絶縁性能を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。
更に、実施形態１の電力変換装置３は、第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０との相互インダクタンスを増加させることができる。電力変換装置３は、半導体装置１とバスバー２との間における全体の合成インダクタンスを低減することができ、ターンオン・オフ時等の過電圧やノイズを低減することができる。
また、実施形態１の電力変換装置３は、半導体装置１及びバスバー２が、第１端子１１０とバスバー第２端子２２０とが対向し、第２端子１２０とバスバー第１端子２１０とが対向する姿勢に配置される。加えて、半導体装置１及びバスバー２が、第１端子１１０及び第２端子１２０の向きと、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の向きとが反対向きとなる姿勢に配置される。これにより、電力変換装置３は、第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０の接続箇所と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０の接続箇所とが、封止体１００及び成形体２００の中間線よりも封止体１００側又は成形体２００側に交互に偏移して配置される。電力変換装置３は、第１端子１１０及びバスバー第２端子２２０と、第２端子１２０及びバスバー第１端子２１０との間隔において、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを確保しつつ、当該間隔を電力変換装置３全体に亘って更に短くすることができる。電力変換装置３は、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができる。
また、実施形態１の電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、距離Ｄ１と距離Ｌ３との和が、距離Ｄ３と距離Ｌ１との和に等しい。電力変換装置３は、封止体１００と成形体２００との間に突出する各端子１１０，１２０，２１０，２２０の突出長さが、電力変換装置３全体において等しくなる。電力変換装置３は、封止体１００と成形体２００との間に突出する各端子１１０，１２０，２１０，２２０の突出長さを電力変換装置３全体として短くすることができる。電力変換装置３は、封止体１００と成形体２００との間に突出する各端子１１０，１２０，２１０，２２０の自己インダクタンスを低減することができ、電力変換装置３全体における合成インダクタンスを更に低減することができる。電力変換装置３は、封止体１００と成形体２００との間隔に沿った方向の寸法を短くすることができ、電力変換装置３を更に小型化することができる。
［実施形態２］
図９～図１４を用いて、実施形態２の半導体装置１、バスバー２及び電力変換装置３について説明する。実施形態２の説明において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。
実施形態２の半導体装置１は、後述する図１４に示されるように、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出方向である所定方向が上下方向に沿うような姿勢に配置される。本実施形態では、上下方向のうち、半導体装置１のケース１７０の底部１７０ｂに接近する方を「下方」とも称し、ケース１７０の底部１７０ｂから離隔する方を「上方」とも称する。
図９は、実施形態２の半導体装置１の外観を示す図である。図１０は、図９に示すＣ－Ｃ線にて半導体装置１を切断した断面図である。
実施形態２の半導体装置１は、封止体１００を収容するケース１７０を備える。ケース１７０は、銅又はアルミ等の熱伝導性に優れた金属材料を用いて扁平形の筒状に形成される。ケース１７０は、一対の第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２と、枠体１７３とを備える。第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２は、封止体１００の主面１００ａに垂直な方向において互いに間隔を空けて対向し、且つ、それぞれが封止体１００の主面１００ａに沿って配置される。第１放熱板１７１と第２放熱板１７２との間は、ケース１７０の内部空間を形成する。第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２のそれぞれの外表面には、複数のフィン１７４が外側に向けて延びるように設けられる。枠体１７３は、第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２を固定する。枠体１７３は、レーザ溶接等によって、第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２と接続される。ケース１７０は、一端部に設けられた開口部１７０ａと、他端部に設けられた底部１７０ｂとを有する。
実施形態２の封止体１００は、第１端子１１０、第２端子１２０、出力端子１３０及び制御端子１４０の全てが、封止体１００の一方の側面部１００ｂから所定方向に沿って同じ向きに突出する。ケース１７０に収容された封止体１００は、所定方向に沿って延びる各端子１１０～１４０が、開口部１７０ａからケース１７０の外部に向けて突出するように配置される。
実施形態２の封止体１００では、第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５が、リードフレーム構造を有する。第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５は、リード部１５４ｂ及びリード部１５５ｂを有する。第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５のリード部１５４ｂ及びリード部１５５ｂは、第１端子１１０、第２端子１２０及び出力端子１３０と一体的に形成される。実施形態２の封止体１００では、第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２を備えるケース１７０に収容されるので、第１放熱導体１５８及び第２放熱導体１５９が省略される。第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５は、第１半導体素子１５１及び第２半導体素子１５２に接合された面の反対側の面１５４ａ及び面１５５ａが、樹脂材１０１から露出するように成形される。
実施形態２の封止体１００は、第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５の樹脂材１０１から露出した面１５４ａ及び面１５５ａに対して第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７が配置される。封止体１００は、第１回路導体１５４及び第２回路導体１５５の樹脂材１０１から露出した面１５４ａ及び面１５５ａに対して第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７が配置された状態にて、ケース１７０に収容される。すなわち、実施形態２の第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７は、封止体１００に後付けされる。そして、ケース１７０に収容された封止体１００並びに第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７には、ケース１７０の第１放熱板１７１及び第２放熱板１７２を介して圧力が加えられる。これにより、第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７は、封止体１００の樹脂材１０１から露出した面１５４ａ及び面１５５ａとそれぞれ接合すると共に、第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７とそれぞれ接合する。封止体１００並びに第１絶縁層１５６及び第２絶縁層１５７が収容されたケース１７０には、ポッティングによって樹脂材１０２が充填される。
実施形態２の制御端子１４０は、封止体１００から突出し所定方向に延びて絶縁材に覆われた第４被覆部１４１と、第４被覆部１４１から突出し所定方向に延びて封止体１００の外部に露出した第４露出部１４２とを有する。第４被覆部１４１を形成する絶縁材は、樹脂材１０１と同じ材料によって構成されてもよいし、樹脂材１０１と異なる樹脂材によって構成されてもよい。制御端子１４０は、封止体１００の側面部１００ｂの両端部のそれぞれに分かれて設けられる。
図９の例では、半導体装置１は、－ｙ軸方向に向かって、一方の制御端子１４０、１組目の第１端子１１０、１組目の第２端子１２０、２組目の第１端子１１０、２組目の第２端子１２０、出力端子１３０、他方の制御端子１４０が、この順に配列される。実施形態２の半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向において、第１端子１１０の第１露出部１１２に隣接する第２端子１２０には第２被覆部１２１が配置され、第１端子１１０の第１露出部１１２に隣接する制御端子１４０には第４被覆部１４１が配置される。実施形態２の半導体装置１では、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向において、出力端子１３０に隣接する第２端子１２０には第２被覆部１２１が配置され、出力端子１３０に隣接する制御端子１４０には第４被覆部１４１が配置される。
実施形態２の半導体装置１では、図９に示すように、実施形態１と同様に、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長い。実施形態２の半導体装置１では、実施形態１と同様に、第１端子１１０と第２端子１２０との間隔に沿った方向において、第１端子１１０の第１露出部１１２に隣接する第２端子１２０には第２被覆部１２１が配置される。これにより、実施形態２の半導体装置１では、実施形態１と同様に、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができる。
図１１は、実施形態２のバスバー２の上面図である。図１２は、図１１に示す矢印Ｅの向きからバスバー２を視た側面図である。図１３は、図１１に示すＦ－Ｆ線にてバスバー２を切断した断面図である。
実施形態２のバスバー２に備えられた成形体２００は、図１３に示すように、第１導体板２５１、絶縁層２５３及び第２導体板２５２が、この順に積層され、樹脂材２０１を用いた射出成形等によって樹脂成形される。成形体２００は、第１導体板２５１及び第２導体板２５２に沿った主面２００ａを有する。成形体２００は、主面２００ａに沿った方向が所定方向及び特定方向に交差する姿勢に配置される。
成形体２００は、図１１に示すように、一方の主面２００ａである上面２００ｃにおいて、第２導体板２５２が樹脂材２０１から露出するように成形される。樹脂材２０１から露出した第２導体板２５２の上面２５２ａは、ポッティング等によって、樹脂材２０１とは異なる樹脂によって覆われる。成形体２００の上面２００ｃは、バスバー第１端子２１０に接続された第１導体板２５１よりも、バスバー第２端子２２０に接続された第２導体板２５２に接近する方の主面２００ａである。言い換えると、成形体２００の上面２００ｃは、バスバー第２端子２２０に接続された第２導体板２５２よりも、バスバー第１端子２１０に接続された第１導体板２５１から離隔した方の主面２００ａである。
実施形態２のバスバー第１端子２１０は、図１２及び図１３に示すように、成形体２００の側面部２００ｂから、第１導体板２５１及び第２導体板２５２に沿った方向に垂直な方向に沿って延び、成形体２００の一方の主面２００ａである上面２００ｃを越えて突出する。すなわち、バスバー第１端子２１０は、成形体２００の一方の主面２００ａである上面２００ｃに沿った方向に交差する成形体２００の側面部２００ｂから、第１導体板２５１よりも第２導体板２５２に接近する主面２００ａである上面２００ｃを越えて突出する。バスバー第１端子２１０の突出方向である特定方向は、第１導体板２５１及び第２導体板２５２に沿った上面２００ｃに垂直な方向である。バスバー第１端子２１０の突出する向きは、第１導体板２５１から第２導体板２５２へ向かう向きである。図１３の例では、バスバー第１端子２１０の突出する向きは、＋ｘ軸方向である。
バスバー第１端子２１０は、特定方向に延びて成形体２００の外部に露出したバスバー第１露出部２１２を有するが、バスバー第１被覆部２１１を有していなくてもよい。すなわち、実施形態２のバスバー第１端子２１０は、バスバー第１露出部２１２だけで構成されていてもよい。バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａは、バスバー第１端子２１０の先端部に相当し、成形体２００の一方の主面２００ａである上面２００ｃを越えて突出する。成形体２００の一方の主面２００ａである上面２００ｃは、他方の主面２００ａよりも、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａに接近する。
実施形態２のバスバー第２端子２２０は、図１２及び図１３に示すように、バスバー第１端子２１０が設けられた側面部２００ｂ付近に位置する成形体２００の上面２００ｃから、特定方向に沿ってバスバー第１端子２１０と同じ向きに突出する。バスバー第２端子２２０は、成形体２００の上面２００ｃから突出し特定方向に延びて絶縁性を有する被覆材に覆われたバスバー第２被覆部２２１と、バスバー第２被覆部２２１から突出し特定方向に延びて成形体２００の外部に露出したバスバー第２露出部２２２とを有する。
バスバー第２被覆部２２１は、バスバー第１露出部２１２に越えられた方の主面２００ａである上面２００ｃから、当該上面２００ｃと離隔する向きに、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａを越えて突出する。図１３の例では、バスバー第２被覆部２２１は、上面２００ｃから、バスバー第１露出部２１２が延びる方向である特定方向に沿って、バスバー第１露出部２１２が突出する向きと同じ向きに、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａを越えて突出する。図１３の例では、バスバー第１露出部２１２が突出する向きは、＋ｘ軸方向である。
バスバー第２露出部２２２は、バスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａから、上面２００ｃに沿って、バスバー第１端子２１０が設けられた側面部２００ｂに向かう向きに屈曲する屈曲部２２３を有する。図１３の例では、側面部２００ｂに向かう向きは、－ｚ軸方向である。そして、バスバー第２露出部２２２は、屈曲部２２３の先端部２２３ａから、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａから離隔する向きに突出する。図１３の例では、バスバー第２露出部２２２は、屈曲部２２３の先端部２２３ａから、バスバー第１露出部２１２の延びる方向である特定方向に沿って、バスバー第１露出部２１２の突出する向きと同じ向きに突出する。
実施形態２のバスバー２では、図１２及び図１３に示すように、実施形態１のバスバー２と同様に、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長い。実施形態２のバスバー２では、実施形態１と同様に、バスバー第１端子２１０とバスバー第２端子２２０との間隔に沿った方向において、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２に隣接するバスバー第２端子２２０にはバスバー第２被覆部２２１が配置される。これにより、実施形態２のバスバー２では、実施形態１と同様に、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができる。
また、実施形態２のバスバー２では、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２が、第１導体板２５１よりも第２導体板２５２に接近する主面２００ａである上面２００ｃを越えて成形体２００から突出する。バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１が、バスバー第１露出部２１２に越えられた上面２００ｃから、当該上面２００ｃと離隔する向きに、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａを越えて突出する。バスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２は、バスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａから側面部２００ｂに向かう向きに屈曲する屈曲部２２３を有し、屈曲部２２３の先端部２２３ａから、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａから離隔する向きに突出する。これにより、実施形態２のバスバー２は、バスバー第１露出部２１２が第１導体板２５１に接近する主面２００ａを越えて成形体２００から突出する場合と比べて、バスバー第２被覆部２２１の長さを短くすることができる。バスバー２は、バスバー第２被覆部２２１の長さを過度に長くすることなく、必要な空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑを確保することができると共に、バスバー第２端子２２０の自己インダクタンスを低減することができる。バスバー２は、電力変換装置３を構成する半導体装置１とバスバー２との間における全体の合成インダクタンスを低減することができる。
図１４は、実施形態２の電力変換装置３の断面図である。図１４は、図１０に示す実施形態２の半導体装置１と、図１３に示す実施形態２のバスバー２とを接続させた状態を示している。
実施形態２の電力変換装置３では、図１４に示すように、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出方向である所定方向と、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の突出方向である特定方向とが同じ方向となる姿勢に配置される。電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０とバスバー第１端子２１０とが対向し、第２端子１２０とバスバー第２端子２２０とが対向する姿勢に配置される。加えて、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０及び第２端子１２０の突出する向き（＋ｘ軸方向）と、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の突出する向き（＋ｘ軸方向）とが同じ向きとなる姿勢に配置される。すなわち、実施形態２の電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、成形体２００の主面２００ａに沿った方向が、所定方向及び特定方向に交差する姿勢に配置される。図１４の例では、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、成形体２００の主面２００ａに沿った方向が、所定方向及び特定方向に垂直となる姿勢に配置される。加えて、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第２導体板２５２が第１導体板２５１よりも上側に位置する姿勢に配置される。すなわち、半導体装置１及びバスバー２は、第２導体板２５２が第１導体板２５１よりも所定方向及び特定方向に沿って封止体１００から離隔する姿勢に配置される。
そして、電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０の第１露出部１１２とバスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２とが接続され、第２端子１２０の第２露出部１２２とバスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２とが接続される。具体的には、図１４の例では、電力変換装置３では、第１露出部１１２とバスバー第１露出部２１２とをｚ軸方向から重ね合わせ、第２露出部１２２とバスバー第２露出部２２２とをｚ軸方向から重ね合わせて、それぞれの重ね合わせた部分を溶接等によって接続する。
実施形態２の電力変換装置３では、実施形態１と同様に、距離Ｄ２が距離Ｄ１より長くなり、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長くなる。実施形態２の電力変換装置３では、実施形態１と同様に、互いに隣接する第１端子１１０及びバスバー第１端子２１０と、第２端子１２０及びバスバー第２端子２２０との間において最短距離を成す部分には、絶縁性を有する被覆部が配置される。これにより、実施形態２の電力変換装置３では、実施形態１と同様に、装置の小型化、絶縁性能及び信頼性の向上、並びに、合成インダクタンスの低減を図ることができる。
また、実施形態２の電力変換装置３では、半導体装置１及びバスバー２は、第１端子１１０とバスバー第１端子２１０とが対向し、第２端子１２０とバスバー第２端子２２０とが対向する姿勢に配置される。加えて、電力変換装置３では、第１端子１１０及び第２端子１２０の向きと、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０の向きとが同じ向きとなる姿勢に配置される。これにより、電力変換装置３は、成形体２００の主面２００ａに沿った方向が所定方向及び特定方向に交差する場合であっても、空間距離Ｐ及び沿面距離Ｑの確保と小型化と合成インダクタンスの低減とを両立できるよう半導体装置１とバスバー２とを接続することができる。
また、実施形態２の電力変換装置３では、バスバー第１端子２１０のバスバー第１露出部２１２が、第１導体板２５１よりも第２導体板２５２に接近する主面２００ａである上面２００ｃを越えて成形体２００から突出する。電力変換装置３では、バスバー第２端子２２０のバスバー第２被覆部２２１が、バスバー第１露出部２１２に越えられた上面２００ｃから、当該上面２００ｃと離隔する向きに、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａを越えて突出する。電力変換装置３では、バスバー第２端子２２０のバスバー第２露出部２２２は、バスバー第２被覆部２２１の先端部２２１ａから側面部２００ｂに向かう向きに屈曲する屈曲部２２３を有し、屈曲部２２３の先端部２２３ａから、バスバー第１露出部２１２の先端部２１２ａから離隔する向きに突出する。
これにより、実施形態２の電力変換装置３は、バスバー第１露出部２１２が第１導体板２５１に接近する主面２００ａを越えて成形体２００から突出する場合と比べて、バスバー第２被覆部２２１の長さを短くすることができる。電力変換装置３は、バスバー第２端子２２０の自己インダクタンスを低減することができ、電力変換装置３全体における合成インダクタンスを低減することができる。加えて、電力変換装置３では、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０が、成形体２００の上面２００ｃよりも上方に突出することとなる。すなわち、バスバー第１端子２１０及びバスバー第２端子２２０が、成形体２００の上面２００ｃよりも、封止体１００から離隔する向きに突出することとなる。第１端子１１０及びバスバー第１端子２１０の接続箇所、並びに、第２端子１２０及びバスバー第２端子２２０の接続箇所が、成形体２００の上面２００ｃよりも、封止体１００から離隔する側に配置されることとなる。よって、電力変換装置３は、半導体装置１及びバスバー２の接続作業を容易に行うことができる。
［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１・・・半導体装置 ２・・・バスバー
３・・・電力変換装置 １００・・・封止体
１１０・・・第１端子 １１２・・・第１露出部
１１２ａ・・・先端部 １２０・・・第２端子
１２１・・・第２被覆部（被覆部） １２１ａ・・・先端部
１２２・・・第２露出部 １２２ａ・・・先端部
１５１・・・第１半導体素子 １５２・・・第２半導体素子
２００・・・成形体 ２００ａ・・・主面
２００ｂ・・・側面部 ２００ｃ・・・上面
２１０・・・バスバー第１端子 ２１２・・・バスバー第１露出部
２１２ａ・・・先端部 ２２０・・・バスバー第２端子
２２１・・・バスバー第２被覆部（バスバー被覆部）
２２１ａ・・・先端部 ２２２・・・バスバー第２露出部
２２２ａ・・・先端部 ２２３・・・屈曲部
２２３ａ・・・先端部 ２５１・・・第１導体板
２５２・・・第２導体板 ２５３・・・絶縁層

Claims (7)

  1. 半導体素子が樹脂封止された封止体と、
    前記半導体素子に接続され、前記封止体から所定方向に沿って突出する第１端子と、
    前記半導体素子に接続され、前記第１端子と間隔を空けて隣接し、前記封止体から前記所定方向に沿って前記第１端子と同じ向きに突出する第２端子と、を備え、
    前記第１端子は、前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第１露出部を有し、
    前記第２端子は、前記封止体から突出し前記所定方向に延びて絶縁材に覆われた被覆部と、前記被覆部から突出し前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第２露出部と、を有し、
    前記被覆部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離は、前記第１露出部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離よりも長い
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体装置に接続されるバスバーであって、
    第１導体板及び第２導体板が樹脂成形された成形体と、
    前記第１導体板に接続され、前記成形体から特定方向に沿って突出するバスバー第１端子と、
    前記第２導体板に接続され、前記バスバー第１端子と間隔を空けて隣接し、前記成形体から前記特定方向に沿って前記バスバー第１端子と同じ向きに突出するバスバー第２端子と、を備え、
    前記バスバー第１端子は、前記特定方向に延びて前記成形体の外部に露出したバスバー第１露出部を有し、
    前記バスバー第２端子は、前記成形体から突出し前記特定方向に延びて絶縁性を有する被覆材に覆われたバスバー被覆部と、前記バスバー被覆部から突出し前記特定方向に延びて前記成形体の外部に露出したバスバー第２露出部とを有し、
    前記バスバー被覆部の先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った距離は、前記バスバー第１露出部の先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った距離よりも長い
    ことを特徴とするバスバー。
  3. 半導体装置と、前記半導体装置に接続されるバスバーとを具備する電力変換装置であって、
    前記半導体装置は、
    半導体素子が樹脂封止された封止体と、
    前記半導体素子に接続され、前記封止体から所定方向に沿って突出する第１端子と、
    前記半導体素子に接続され、前記第１端子と間隔を空けて隣接し、前記封止体から前記所定方向に沿って前記第１端子と同じ向きに突出する第２端子と、を備え、
    前記第１端子は、前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第１露出部を有し、
    前記第２端子は、前記封止体から突出し前記所定方向に延びて絶縁材に覆われた被覆部と、前記被覆部から突出し前記所定方向に延びて前記封止体の外部に露出した第２露出部と、を有し、
    前記被覆部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離は、前記第１露出部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離よりも長く、
    前記バスバーは、
    第１導体板及び第２導体板が樹脂成形された成形体と、
    前記第１導体板に接続され、前記成形体から特定方向に沿って突出するバスバー第１端子と、
    前記第２導体板に接続され、前記バスバー第１端子と間隔を空けて隣接し、前記成形体から前記特定方向に沿って前記バスバー第１端子と同じ向きに突出するバスバー第２端子と、を備え、
    前記バスバー第１端子は、前記特定方向に延びて前記成形体の外部に露出したバスバー第１露出部を有し、
    前記バスバー第２端子は、前記成形体から突出し前記特定方向に延びて絶縁性を有する被覆材に覆われたバスバー被覆部と、前記バスバー被覆部から突出し前記特定方向に延びて前記成形体の外部に露出したバスバー第２露出部と、を有し、
    前記バスバー被覆部の先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った距離は、前記バスバー第１露出部の先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った距離よりも長い
    ことを特徴とする電力変換装置。
  4. 前記半導体装置と前記バスバーとは、
    前記所定方向と前記特定方向とが同じ方向であり、
    前記第１端子と前記バスバー第２端子とが対向し、前記第２端子と前記バスバー第１端子とが対向し、且つ、前記第１端子及び前記第２端子の向きと前記バスバー第１端子及び前記バスバー第２端子の向きとが反対向きとなる姿勢に配置され、
    前記第１露出部と前記バスバー第２露出部とが接続され、前記第２露出部と前記バスバー第１露出部とが接続される
    ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記半導体装置と前記バスバーとは、
    前記第１露出部の前記先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った前記距離と、前記バスバー第２露出部の先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った距離との和が、前記第２露出部の先端部から前記封止体までの前記所定方向に沿った距離と、前記バスバー第１露出部の前記先端部から前記成形体までの前記特定方向に沿った前記距離との和に等しい
    ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記半導体装置と前記バスバーとは、
    前記所定方向と前記特定方向とが同じ方向であり、
    前記第１端子と前記バスバー第１端子とが対向し、前記第２端子と前記バスバー第２端子とが対向し、且つ、前記第１端子及び前記第２端子の向きと前記バスバー第１端子及び前記バスバー第２端子の向きとが同じ向きとなる姿勢に配置され、
    前記第１露出部と前記バスバー第１露出部とが接続され、前記第２露出部と前記バスバー第２露出部とが接続される
    ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  7. 前記成形体は、
    前記第１導体板及び前記第２導体板が、絶縁層を介して互いに対向して配置され、
    前記第１導体板及び前記第２導体板に沿った主面を有し、前記主面に沿った方向が前記所定方向及び前記特定方向に交差する姿勢に配置され、
    前記バスバー第１端子は、
    前記バスバー第１露出部が、前記主面に沿った前記方向に交差する前記成形体の側面部から、前記第１導体板よりも前記第２導体板に接近する前記主面を越えて突出し、
    前記バスバー第２端子は、
    前記バスバー被覆部が、前記バスバー第１露出部に越えられた前記主面から、当該主面と離隔する向きに、前記バスバー第１露出部の前記先端部を越えて突出し、
    前記バスバー第２露出部が、前記バスバー被覆部の前記先端部から前記主面に沿って前記側面部に向かう向きに屈曲する屈曲部を有し、前記屈曲部の先端部から、前記バスバー第１露出部の前記先端部から離隔する向きに突出する
    ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
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