JP7487695B2 - Semiconductor Device - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置に関する。 This disclosure relates to a semiconductor device.
インバータ等に用いられるパワーモジュールなどの半導体装置では、通電の際に半導体素子で発生した熱を効率よく放熱することが重要である。従来の半導体装置では、ケースにねじ締め孔を設けて、ねじで締めることで半導体装置とヒートシンクとを密着させ、半導体素子で発生した熱をヒートシンクから放熱させていた(例えば、特許文献1)。 In semiconductor devices such as power modules used in inverters, it is important to efficiently dissipate heat generated in the semiconductor elements when current is applied. In conventional semiconductor devices, screw fastening holes are provided in the case, and the semiconductor device and heat sink are attached closely by fastening with screws, allowing heat generated in the semiconductor elements to be dissipated from the heat sink (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の半導体装置では、ねじ締め孔として設けられたブッシュがケースに成形されており、ねじ締結の際、ねじを締め付ける進行方向にブッシュが移動してねじの締結応力がケースへ伝わり、ケース割れが発生するという問題があった。
However, in the semiconductor device of
本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ねじ締結の際にブッシュがねじを締め付ける進行方向に移動することを抑制し、ケース割れを防ぐ半導体装置を提供することを目的とするものである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a semiconductor device that prevents the bush from moving in the direction in which the screw is tightened when the screw is tightened, thereby preventing the case from cracking.
本開示に係る半導体装置は、第1主面と第1主面に対向する第2主面とを有し、第1主面を構成する回路パターン、第2主面を構成する放熱板、および回路パターンと放熱板との間に設けられた絶縁部材を有する絶縁基板と、回路パターン上に接合部材を介して設けられた半導体素子と、絶縁基板の端部に接着剤を介して接続され、絶縁基板の第2主面を露出させて、絶縁基板と半導体素子とを囲むケースと、ケースの端部に設けられ、第1主面から第2主面に向かう方向でケースの端部を貫通し、第1主面から第2主面に向かう方向に貫通孔を内部に有する金属ブッシュと、を備え、金属ブッシュは、貫通孔が第1主面から第2主面に向かう方向に一定の内径を有する円筒状であり、第1主面から第2主面に向かう方向で外径が狭まりケースに固定されるアンカー部を有し、アンカー部は、金属ブッシュの中央を境に外径が広がる円弧状の形状である。
The semiconductor device according to the present disclosure comprises an insulating substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the insulating substrate having a circuit pattern constituting the first main surface, a heat sink constituting the second main surface, and an insulating member provided between the circuit pattern and the heat sink, a semiconductor element provided on the circuit pattern via a bonding member, a case connected to an end of the insulating substrate via an adhesive, exposing the second main surface of the insulating substrate and surrounding the insulating substrate and the semiconductor element, and a metal bush provided at the end of the case, penetrating the end of the case in a direction from the first main surface to the second main surface, and having a through hole therein in a direction from the first main surface to the second main surface, the through hole being cylindrical in shape with a constant inner diameter in the direction from the first main surface to the second main surface, and having an anchor portion whose outer diameter narrows in the direction from the first main surface to the second main surface and which is fixed to the case, the anchor portion having an arc-like shape with an outer diameter expanding at the center of the metal bush.
本開示に係る半導体装置によれば、ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まるアンカー部を金属ブッシュが備えていることで、ねじ締結の際にブッシュが進行方向に移動することを抑制することができる。 In the semiconductor device disclosed herein, the metal bushing has an anchor portion whose outer diameter narrows in the direction of travel when the screw is tightened, making it possible to prevent the bushing from moving in the direction of travel when the screw is tightened.
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。図面は模式的に示されたものであるため、サイズおよび位置の相互関係は変更し得る。以下の説明では、同じまたは対応する構成要素には同じ符号を付与し、繰り返しの説明を省略する場合がある。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic, and the relative sizes and positions may be changed. In the following description, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
また、以下の説明では、「上」、「下」、「おもて」、「裏」、「左」、「右」、「側」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられているものであり、実施される際の位置および方向を限定するものではない。 In addition, in the following description, terms that indicate specific positions and directions, such as "top," "bottom," "front," "back," "left," "right," and "side," may be used. However, these terms are used for convenience to make it easier to understand the contents of the embodiments, and do not limit the positions and directions when implemented.
<実施の形態1>
実施の形態1における半導体装置50について説明する。図1は実施の形態1に係る半導体装置を示す平面図である。
<First embodiment>
A
図1に示すように、半導体装置50は、平面視で四角形状のケース3の左右端部に筒状の金属である金属ブッシュ10が8つ、ケース3の上面に設けられている。金属ブッシュ10は、半導体装置50をインバーターユニットに組み込む際にヒートシンク等へネジ締めされるボルトなどが挿通可能となるよう貫通孔が形成されている。なお、金属ブッシュ10とワッシャーとを介して半導体装置50をインバーターユニットにネジで締結してもよい。金属ブッシュ10の材質としては、銅あるいは鉄などの任意な金属で合ってよいが、真鍮またはアルミニウムなどの加工性が良く、材料コストの安価な金属が好ましい。ケース3は、金属ブッシュ10が埋め込まれてインサート成型されたケースとしているが、ケースを貫通する貫通孔に金属ブッシュ10を圧入によって固定するアウトサート成型でもよい。
As shown in FIG. 1, the
金属ブッシュ10は、ケース3の左右にそれぞれ1列ずつ設けられ、ケース3の左側に設けられた金属ブッシュ10の列とケース3の右側に設けられた金属ブッシュ10の列とが平行に2列で配置されている。また、複数の金属ブッシュ10は列内でそれぞれ等間隔に配置されている。なお、金属ブッシュ10の個数は2つ以上あればよく、当然ながら8つに限定されるものではない。ケース3の4隅にそれぞれ金属ブッシュ10を1つずつ設けるのみでもよい。また、それぞれの金属ブッシュ10は、互いに平行及び等間隔に配列しなくてもよい。
The
電極5a、電極5b、電極5cは、半導体装置50と外部機器とを電気的に接続するための電極であり、ケース3の上面に設けられている。電極5aは半導体装置50のP端子であり、電極5bは半導体装置50のN端子であり、電極5aと電極5bとの間に外部機器である電源装置などから直流電力が入力される。また電極5cは半導体装置50の出力端子であり、外部機器である負荷装置に電極5aおよび電極5bから入力された直流電力をスイッチングして出力する。電極5a、電極5b、電極5cは、ケース3の上面で対向して平行な辺にそれぞれ設けられており、ケース3の上面にある金属ブッシュ10の列が設けられている辺に直交する辺に設けられている。なお、電極5a、電極5b、電極5cは、ケース3の上面において、対向して平行な辺に設けられなくても良いし、金属ブッシュ10の列が設けられている辺に直交して設けられていなくても良い。そのため、金属ブッシュの列が設けられている辺に設けられても良い。また、電極5a、電極5b、電極5cは、電極が3つの場合を記載しているが、電極の個数は2つ以上であればよい。
信号端子6は、半導体装置50と外部機器との電気信号の入出力に使用される端子である。信号端子6は、封止材4から露出して設けられている。なお、信号端子6は、ケース3の上面に設けられてもよい。また、信号端子の個数は1つ以上あればよく、当然ながら6つに限定されるものではない。信号端子6は、ケース3の左右に設けられた金属ブッシュ10のそれぞれの列の間に設けられ、信号端子6は、ケース3の左側に設けられた金属ブッシュ10の列とケース3の右側に設けられた金属ブッシュ10の列と平行にそれぞれ2列で配置されている。なお、それぞれの信号端子6は、互いに平行に配列しているが、平行に配列なくてもよい。また、信号端子6は、互いに等間隔に配列していないが、等間隔に配列してもよい。
The
図2は、本開示の実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図である。図2は図1に示した半導体装置50の破線A-Aにおける断面図である。図2に示すように、半導体装置50は、半導体素子1、絶縁基板2、ケース3、封止材4、電極5、信号端子6、金属ブッシュ10、アンカー部11を備えている。
Figure 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. Figure 2 is a cross-sectional view of the
半導体素子1は、スイッチング素子やダイオードであればよく、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)や電界効果型トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等が用いられ、還流素子にダイオード等を用いてもよい。なお、半導体素子の個数は、当然ながら一つに限定されるものではなく、二つ以上であってもよい。
The
絶縁基板2は、金属板2a、絶縁部材2b、回路パターン2cによって構成されている。半導体素子1は、導電性部材9であるはんだを介して回路パターン2cに接合される。絶縁部材2bは、金属板2aの上に設けられており、絶縁部材2bと金属板2aとは、例えば、はんだあるいはろう材によって接合されている。回路パターン2cは、絶縁部材2bの上に設けられており、絶縁部材2bと回路パターン2cとは、例えば、はんだあるいは金属粒子などの焼結材によって接合されている。金属板2aと回路パターン2cとは金属であればよく、例えば、銅によって形成されている。金属板2aは半導体素子1で発生する熱を放熱する放熱板であり、回路パターン2cは半導体装置50の電気回路を形成する。絶縁部材2bは、半導体装置50の外部との電気的絶縁を確保し、例えば、無機セラミック材料で形成してもよいし、セラミック粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の中に分散した材料で形成してもよいし、シート状でもよい。
The
電極5は、図1で示したように、半導体装置50のP端子である電極5a、半導体装置50のN端子である電極5bおよび半導体装置50の出力端子である電極5cである。電極5は、一端が回路パターン2cを介して半導体素子1へ電気的に接続し、他端が半導体装置50の外部機器との電気的接続に使用される。信号端子6は、一端が半導体素子1の表面にある制御電極と導電性ワイヤー7を介して電気的に接続し、他端が半導体装置50の外部機器との電気信号の入出力に使用される。なお、回路パターン2cは経由しても経由しなくてもよい。また、電極5及び信号端子6は導電性であればよく、例えば、銅であってもよい。なお、制御電極は、半導体素子1をオンオフ制御するためのゲート電極以外にも設けられてよく、例えば、電流センス電極やケルビンエミッタ電極でもよい。電流センス電極は、半導体装置50のセル領域に流れる電流を検知するための電極で、ケルビンエミッタ電極は半導体装置50の温度を測定するための電極である。従って、信号端子6は、制御電極に対応して複数設けられても良い。
1, the
半導体素子1及び絶縁基板2は、ケース3により囲まれている。ケース3は、絶縁部材2bの端部と接着材8とを介して固定されており、接着材8は平面視で四角形状のケース3を固定するため、四角形状のケース3の形に対応した絶縁部材2bの4辺に設けられる。なお、接着剤8は、絶縁基板2とケース3とが接続された結果、封止材4がケース内に充填された際に絶縁基板2とケース3との間から封止材4が漏れないように設けられればよい。また、絶縁部材2bとケース3とが接着材で固定されているが、金属板2a又は回路パターン2cが、ケース3と接着材で固定されてもよい。ケース3はPPS(Poly Phenylene Sulfide Resin)等の絶縁体にて形成されている。
The
ケース3により囲まれている半導体素子1、絶縁基板2、電極5、信号端子6及び導電性ワイヤー7は、封止材4によって覆われている。電極5及び信号端子6は、ケース3の外部機器と接続するために封止材4から端部が露出している。なお、実施の形態1では、ケース3と電極5及び信号端子6とがケースに圧入もしくはネジ締めで固定されるアウトサートケース構造として説明しているが、ケース内部に電極5及び信号端子6が埋め込まれて電極5及び信号端子6とケースとが一体化したインサートケース構造であってもよい。また、絶縁基板2の裏面は、ヒートシンク等により冷却されるため封止材4から露出している。封止材4は、絶縁性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、シリコーンゲルやエポキシ系の樹脂でもよく、また液状エポキシ樹脂で封止するダイレクトポッティング樹脂等でもよい。なお、ダイレクトポッティング樹脂等の場合は、封止材上部に設けてシリコーンゲルなどの封止材を保護する部材である蓋やケース等はなくてもよい。
The
図3は、本開示の実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す電気回路図である。図3に示すように半導体装置50は、半導体素子がIGBTである場合、回路パターン上にダイオードが位置し、IGBTとダイオードとを並列接続した回路を2組用意して直列に接続した場合の2in1モジュールのハーフブリッジ回路を構成している。
Figure 3 is an electrical circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. As shown in Figure 3, in the
電極5aは、半導体素子1aの裏面電極であるコレクタ電極31aと回路パターン2cまたは導電性ワイヤー7を介して電気的に接続されている。また、半導体素子1aのコレクタ電極31aとダイオード15aのカソード電極35aとが導電性ワイヤー7または回路パターン2cを介して電気的に接続され、半導体素子1aの表面電極であるエミッタ電極32aとダイオード15aのアノード電極とが導電性ワイヤー7または回路パターン2cを介して電気的に接続して、半導体素子1aとダイオード15aとの並列回路を形成している。電極5bが半導体素子1bのエミッタ電極32bと回路パターン2cまたは導電性ワイヤー7を介して電気的に接続されている。また、半導体素子1bの表面電極であるエミッタ電極32bとダイオード15bのカソード電極35bとが、導電性ワイヤー7または回路パターン2cを介して電気的に接続され、半導体素子1aのコレクタ電極31bとダイオード15bのアノード電極36bとが導電性ワイヤー7または回路パターン2cを介して電気的に接続して、半導体素子1bとダイオード15bとの並列回路を形成している。電極5cは、半導体素子1aのエミッタ電極32a及び半導体素子1bのエミッタ電極32bと導電性ワイヤー7または回路パターン2cを介して電気的に接続されている。
The
並列回路は2組形成されており、一方の並列回路を上アームとし、他方の並列回路を下アームとして上アームと直列接続することで2in1モジュールのハーフブリッジ回路が形成されている。当然ながら上述した回路構成とは異なる回路を構成してもよく、例えば、1in1モジュールの並列回路や、6in1モジュールの3相インバータ回路を形成してもよい。なお、回路構成によっては電極5cがなくてもよい。
Two parallel circuits are formed, one of which is the upper arm and the other is the lower arm, which are connected in series with the upper arm to form a half-bridge circuit of a 2-in-1 module. Of course, a circuit different from the circuit configuration described above may be configured, for example, a parallel circuit of a 1-in-1 module or a three-phase inverter circuit of a 6-in-1 module may be formed. Note that, depending on the circuit configuration, the
図4は、本開示に係る半導体装置をヒートシンクに取り付けた構成を示す断面図である。図4のヒートシンク20以外の構成は図2に示した通りであり、図4は、半導体装置50とヒートシンク20とがネジ12によりネジ締結されている構成を示した断面図である。
Figure 4 is a cross-sectional view showing a configuration in which a semiconductor device according to the present disclosure is attached to a heat sink. The configuration in Figure 4 other than the
ヒートシンク20は、金属ブッシュ10を介してネジ12により半導体装置50と固定されている。金属ブッシュ10は、貫通孔を有しており、貫通孔は円筒状であり絶縁基板2のおもて面から裏面に向かう方向において一定の内径を有しネジ12を挿通可能にする。半導体装置50は使用時に半導体素子1が発熱するため、ヒートシンク20を金属板2aの裏面と接触させて放熱する。そのため、金属板2aとヒートシンク20とが接触した状態を維持できるように金属ブッシュ10を介して半導体装置50とヒートシンク20とのネジ締結をネジ12により行う。
The
金属ブッシュ10は、絶縁基板2のおもて面から裏面に向かう方向で外径が狭まるアンカー部11が設けられている。すなわち、アンカー部11は、ネジ12を締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まる。アンカー部11は金属ブッシュ10の一部であり、ケース3と金属ブッシュ10とを固定する機能を有する。ネジ締結の際、金属ブッシュ10がネジ進行方向に移動し、ネジ12の締結応力が樹脂製のケース3へ直接伝わりケースが割れることを抑制する。なお、図1の平面図において、金属ブッシュ10の内径と外径とは製造誤差の範囲内で同心円である。
The
図5は、本開示の実施の形態1に係る半導体装置の金属ブッシュの構成を示す部分拡大図である。図5は、図2に示した半導体の金属ブッシュの構成を示す部分拡大図であり、破線30で囲った領域を拡大して示したものである。
Figure 5 is a partially enlarged view showing the configuration of the metal bush of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. Figure 5 is a partially enlarged view showing the configuration of the metal bush of the semiconductor shown in Figure 2, and shows an enlarged view of the area surrounded by the dashed
図5に示すように、アンカー部11はケース3にネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まるテーパーを有してもよい。テーパーは、テーパーとケース3の上面との角度θが45°未満である。つまり、金属ブッシュ10の上面平坦部とケース3の金属ブッシュ10が設けられている上面とが平行な場合は、金属ブッシュ10の上面平端部とテーパーとの角度が45°未満ともいえる。なお、金属ブッシュ10の上面平端部がケース3の金属ブッシュ10が設けられている上面と平行でなくても金属ブッシュ10の上面平端部とテーパーとの角度が45°未満であればよい。
As shown in FIG. 5, the
本開示の半導体装置50は、金属ブッシュ10のアンカー部11がテーパーを有するため、ケース3と金属ブッシュ10の接触面積を大きくし、金属ブッシュ10がネジを締め付ける際の進行方向に向かって移動するのを防ぎ、ケースが割れることを抑制できる。なお、ケース3の金属ブッシュ10が設けられている上面とは、金属ブッシュ10が設けられているケース3の面のことを示す。すなわち、図2では、ケース3が段差形状となって複数の上面が形成されているが、金属ブッシュ10が設けられているケース3の上面側を、ケース3の金属ブッシュ10が設けられている上面とする。もちろん、ケース3は、段差形状で複数の上面が形成されなくてもよく、上面が1つでもよい。
In the
次に、ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まる金属ブッシュ10の製造方法について説明する。ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まる金属ブッシュ10は、厚みのある円筒状の金属製ブッシュを旋盤加工の際に切削工具で角度調整して外丸削りを行い製造する。これによって、アンカー部11が金属ブッシュ10に形成されることで、ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まる金属ブッシュ10が製造される。なお、テーパー形状を金属ブッシュ10が有する場合も同様に製造される。
Next, a method for manufacturing a
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置では、ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まるアンカー部を金属ブッシュ10が備えているため、ケース3と金属ブッシュ10の接触面積をより大きくし、金属ブッシュ10がネジを締め付ける際の進行方向に向かって移動するのを防ぎ、樹脂製のケースが割れることを抑制できる。
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, the
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体装置について説明する。図6は、実施の形態2に係る
半導体装置における金属ブッシュ10の断面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, a semiconductor device according to a second embodiment will be described. Fig. 6 is a cross-sectional view of a
実施の形態2の半導体装置は、図6に示すようにアンカー部11が、ケース3にネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まり、金属ブッシュ10の中央からネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が広がっている。すなわち、アンカー部11は、金属ブッシュ10の中央に向かう円弧上のへこみである。なお、円弧上のへこみの直径13は、金属ブッシュが設けられているケース3の端部の樹脂厚み14より大きくてもよく、言い換えると、金属ブッシュ10のネジを締め付ける際の進行方向の長さより大きくてもよい。
As shown in FIG. 6, in the semiconductor device of the second embodiment, the
次に、円弧状のへこみを有する金属ブッシュ10の製造方法について説明する。円弧状のへこみを有する金属ブッシュ10は、厚みのある円筒状の金属製ブッシュを旋盤加工の際にケース3の樹脂厚みより大きな直径をもつ円状の切削工具で突削りを行い製造する。これによって、アンカー部11が金属ブッシュ10に形成されることで、円弧状のへこみを有する金属ブッシュ10が製造される。
Next, a method for manufacturing the
以上のように、実施の形態2に係る半導体装置では、円弧状のへこみを有するアンカー部11を金属ブッシュ10が備えているため、ケース3と金属ブッシュ10の接触面積をより大きくし、金属ブッシュ10がネジを締め付ける際の進行方向に向かって移動するのを防ぎ、樹脂製のケースが割れることを抑制できる。
As described above, in the semiconductor device according to the second embodiment, the
<実施の形態3>
本実施の形態は、上述した実施の形態1~2に係る半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態3として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
<Third embodiment>
In this embodiment, the semiconductor device according to the above-mentioned
図7は、本実施の形態に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。 Figure 7 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to this embodiment is applied.
図7に示す電力変換システムは、電源100、電力変換装置200、負荷300から構成される。電源100は、直流電源であり、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源100は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源100を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
The power conversion system shown in FIG. 7 is composed of a
電力変換装置200は、電源100と負荷300の間に接続された三相のインバータであり、電源100から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。電力変換装置200は、図7に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路201と、主変換回路201を制御する制御信号を主変換回路201に出力する制御回路203とを備えている。
The
負荷300は、電力変換装置200から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷300は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
The
以下、電力変換装置200の詳細を説明する。主変換回路201は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源100から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷300に供給する。主変換回路201の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路201は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路201の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態1~2のいずれかにかかる半導体装置を適用する。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。
The
また、主変換回路201は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えているが、駆動回路はパワーモジュール202に内蔵されていてもよいし、パワーモジュール202とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路201のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路201のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路203からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。
The
制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるよう主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路201を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路201が備える駆動回路に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
The
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路201のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態1~2に係る半導体装置を適用するため、ネジを締めつける際の進行方向に向かって外径が狭まるアンカー部を金属ブッシュ10が備えていることで、ねじ締結の際にブッシュが進行方向に移動することを抑制するという効果を奏する。
In the power conversion device according to this embodiment, the semiconductor devices according to the first and second embodiments are used as the switching elements and free wheel diodes of the
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータやAC/DCコンバータに本発明を適用することも可能である。 In this embodiment, an example of applying the present invention to a two-level three-phase inverter has been described, but the present invention is not limited to this and can be applied to various power conversion devices. In this embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may also be used, and the present invention may be applied to a single-phase inverter when supplying power to a single-phase load. Furthermore, the present invention can also be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter when supplying power to a DC load, etc.
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。 In addition, the power conversion device to which the present invention is applied is not limited to the case where the load described above is an electric motor, but can also be used, for example, as a power supply device for an electric discharge machine, a laser processing machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system, and can also be used as a power conditioner for a solar power generation system, a power storage system, etc.
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせ、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。また、部品と部品とを接合する導電性部材は、はんだ、金属フィラーを用いた金属ペースト、又は熱により金属化する焼成金属などの電気抵抗の低い金属を用いてもよい。 The present invention allows the embodiments to be freely combined and modified or omitted as appropriate within the scope of the invention. The conductive member that joins the components may be a metal with low electrical resistance, such as solder, a metal paste using a metal filler, or a fired metal that is metallized by heat.
1(1a,1b) 半導体素子
2 絶縁基板
2a 金属板
2b 絶縁部材
2c 回路パターン
3 ケース
4 封止材
5 電極
5a P端子
5b N端子
5c 出力端子
6 信号端子
7 導電性ワイヤー
8 接着剤
9 導電性部材
10 金属ブッシュ
11 アンカー部
12 ネジ
13 円弧上のへこみの直径
14 樹脂厚み
15(15a,15b) ダイオード
20 ヒートシンク
50 半導体装置
100 電源
200 電力変換装置
201 主変換回路
202 パワーモジュール
203 制御回路
300 負荷
REFERENCE SIGNS LIST 1 (1a, 1b)
Claims (7)
前記回路パターン上に接合部材を介して設けられた半導体素子と、
前記絶縁基板の端部に接着剤を介して接続され、前記絶縁基板の前記第2主面を露出させて、前記絶縁基板と前記半導体素子とを囲むケースと、
前記ケースの端部に設けられ、前記第1主面から前記第2主面に向かう方向で前記ケースの端部を貫通し、前記第1主面から前記第2主面に向かう方向に貫通孔を内部に有する金属ブッシュと、
を備え、
前記金属ブッシュは、前記貫通孔が前記第1主面から前記第2主面に向かう方向に一定の内径を有する円筒状であり、前記第1主面から前記第2主面に向かう方向で外径が狭まり前記ケースに固定されるアンカー部を有し、
前記アンカー部は、前記金属ブッシュの中央を境に前記外径が広がる円弧状の形状であることを特徴とする半導体装置。 an insulating substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the insulating substrate having a circuit pattern constituting the first main surface, a heat sink constituting the second main surface, and an insulating member provided between the circuit pattern and the heat sink;
a semiconductor element provided on the circuit pattern via a bonding member;
a case connected to an end of the insulating substrate via an adhesive, exposing the second main surface of the insulating substrate and surrounding the insulating substrate and the semiconductor element;
a metal bush provided at an end of the case, penetrating the end of the case in a direction from the first main surface toward the second main surface, and having a through hole therein in a direction from the first main surface toward the second main surface;
Equipped with
the metal bushing has a cylindrical through hole having a constant inner diameter in a direction from the first main surface to the second main surface, and an anchor portion having an outer diameter narrowing in a direction from the first main surface to the second main surface and fixed to the case;
The semiconductor device according to the present invention is characterized in that the anchor portion has an arc-like shape with the outer diameter expanding from the center of the metal bush .
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 A main conversion circuit having the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , which converts input power and outputs the converted power;
a control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit;
A power conversion device comprising:
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