JPH09135155A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH09135155A
JPH09135155A JP7288359A JP28835995A JPH09135155A JP H09135155 A JPH09135155 A JP H09135155A JP 7288359 A JP7288359 A JP 7288359A JP 28835995 A JP28835995 A JP 28835995A JP H09135155 A JPH09135155 A JP H09135155A
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JP
Japan
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circuit board
semiconductor device
main circuit
sub
circuit boards
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Application number
JP7288359A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Inoue
広一 井上
Kiyoshi Nakada
仲田  清
Hideo Kobayashi
秀男 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize the arrangement of printed circuit boards with different heat generation mounted in the inside of the semiconductor device by arranging a main printed circuit board adjacent to a sub-printed circuit board. SOLUTION: In the circuit configuration consisting of two main printed circuit boards 601 with a higher average heating value and of a sub-printed circuit board 602 with a smaller average heating value, each main printed circuit board 601 is provided with a collector internal terminal 603 and an emitter internal terminal 604 and the sub-printed circuit board 602 is provided with an anode internal terminal 605 and a cathode internal terminal 606. The sub- printed circuit board 602 is a snubber circuit in a different operation from that of a switching circuit. In this case, the main printed circuit board 601 is arranged adjacent to the sub-printed circuit board 602. The arrangement is effective especially in a high power switching module handling a large current, where plural printed circuit boards with different heat generation are in existence in mixture.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオードのみ、
あるいは抵抗とダイオードが並列に接続された、同じ複
数の副回路基板に隣接する回路基板が、複数のスイッチ
ング素子及びスイッチング素子と逆並列に接続されたダ
イオードを搭載した、同じ主回路基板のみであることを
特徴とする半導体装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diode only,
Alternatively, the circuit board adjacent to the same plurality of sub-circuit boards in which the resistor and the diode are connected in parallel is only the same main circuit board in which the plurality of switching elements and the diode connected in antiparallel with the switching element are mounted. The present invention relates to a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電動機のような誘導負荷を駆動する電力
用スイッチング回路では、スイッチング素子を補助する
二種類の付加回路が必須である。一つがスイッチング素
子と逆並列に接続され、負荷から流入する逆方向電流を
バイパスするフリーホイールダイオードである。もう一
つがダイオード,コンデンサ及び抵抗で構成され、スイ
ッチング時に発生する過渡的な大電力によるスイッチン
グ素子の破壊を防止するスナバ回路である。
2. Description of the Related Art In a power switching circuit for driving an inductive load such as an electric motor, two kinds of additional circuits for assisting a switching element are essential. One is a freewheel diode that is connected in antiparallel with the switching element and bypasses the reverse current flowing from the load. The other is a snubber circuit that is composed of a diode, a capacitor, and a resistor and that prevents the switching element from being destroyed due to the transient high power generated during switching.

【0003】スナバ回路に使用されるダイオード(スナ
バダイオード)と前記フリーホイールダイオードはスイ
ッチング素子との連携動作が不可欠であるので、できる
だけスイッチング素子の近くに配置して、お互いの間に
存在する誘導成分が最小になるようにすることが肝要で
ある。したがって、スイッチング素子,フリーホイール
ダイオード、及びスナバダイオード(場合によっては、
さらにスナバ抵抗)が一つのモジュールに搭載される構
造が望ましい。
Since the diode (snubber diode) used in the snubber circuit and the free wheel diode are indispensable to cooperate with the switching element, they are arranged as close to the switching element as possible so that inductive components existing between them are present. It is essential to minimize Therefore, switching elements, freewheeling diodes, and snubber diodes (in some cases,
Furthermore, a structure in which a snubber resistance) is mounted in one module is desirable.

【0004】ところで、フリーホイールダイオードに
は、スイッチング素子と同じ程度の電流時間積が付加さ
れるので、スイッチング素子と同程度の発熱を生じる。
これに対して、スナバダイオードの動作はスイッチング
の瞬間のみであり、電流は大きいが時間が短いので、ス
イッチング素子に比べると一桁程度発熱が小さい。従っ
てこのような発熱量の相違を考慮した実装形態を採るこ
とが望ましい。
By the way, since the current-time product of the same degree as that of the switching element is added to the free wheel diode, heat generation of the same degree as that of the switching element occurs.
On the other hand, the operation of the snubber diode is only at the moment of switching, and the current is large but the time is short, so the heat generation is smaller by about one digit than that of the switching element. Therefore, it is desirable to adopt a mounting mode in consideration of such a difference in heat generation amount.

【0005】特開昭59−68958 号公報では、フリーホイ
ールダイオードをモジュール内の別基板に搭載する構造
について開示している。しかし、スナバ回路についての
開示はない。特開昭57−15453 号公報では、フリーホイ
ールダイオード,ダイオード及び抵抗を搭載した、同一
の回路基板を二つ搭載してモジュールを構成することが
開示されている。しかし、スナバ回路の記載や、発熱量
が異なる回路基板の適正配置についての開示はない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-68958 discloses a structure in which a free wheel diode is mounted on another board in a module. However, there is no disclosure about the snubber circuit. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 57-15453 discloses that a module is formed by mounting two identical circuit boards on which a freewheel diode, a diode and a resistor are mounted. However, there is no description of the snubber circuit or disclosure of proper arrangement of circuit boards having different heat generation amounts.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術には、スイッチング素子、及びそれを補助する付
加回路、すなわち、フリーホイールダイオード並びにス
ナバ回路のうち少なくともスナバダイオードを搭載した
半導体装置におけるフリーホイールダイオードと、スナ
バダイオードの発熱量の相違を考慮した内部搭載基板の
最適配置に関して、開示がみられない。
As described above, according to the prior art, a switching element and an additional circuit for assisting the switching element, that is, a free wheel diode and a semiconductor device having at least a snubber diode of a snubber circuit are mounted. No disclosure is found regarding the optimal arrangement of the internal mounting board in consideration of the difference in the heat generation amount between the freewheel diode and the snubber diode.

【0007】発熱量の異なる基板が混在すると熱歪の発
生により半導体装置の信頼性の低下を生じ問題となるた
めに内部搭載基板の配置の最適化が課題である。
When the substrates having different heat generation amounts are mixed, thermal distortion occurs and the reliability of the semiconductor device is deteriorated, which becomes a problem. Therefore, the optimization of the arrangement of the internal mounting substrates is a problem.

【0008】本発明の目的は、上記半導体装置の内部に
搭載される発熱量の異なる回路基板が最適配置された半
導体装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which circuit boards having different heat generation values mounted inside the semiconductor device are optimally arranged.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】交流電動機を駆動するイ
ンバータ回路の一例を図2に示す。図2は、直流入力か
ら三相交流出力を得るインバータ回路の1相分を示して
いる。この回路は、直流電源201から供給される直流
を交流に変換し、交流出力202に導くものである。ま
た、図2に示す回路は、スイッチング素子が2段直列に
つながった2レベルインバータである。この回路は働き
によって大きく二つに分けることができる。すなわち、
スイッチング回路203とスナバ回路208である。ス
イッチング回路203は、上側アームスイッチング素子
204と上側アームフリーホイールダイオード206と
が逆並列に接続されたものと、下側アームスイッチング
素子205と下側アームフリーホイールダイオード20
7が逆並列に接続されたものが、直列に接続されてい
る。また、スナバ回路208は、上側アームスナバダイ
オード209,上側アームスナバ抵抗211,下側アー
ムスナバダイオード210,下側アームスナバ抵抗21
2、及びコンデンサ3個からなっている。以上のスイッ
チング回路とスナバ回路を構成する素子のうち、スナバ
回路に使われているコンデンサを除く素子をモジュール
に取り込む形態が、本発明による半導体装置である。と
くに、前記上側アームと下側アームを別個のモジュール
とし、これら二つのモジュールを直列に接続する形態が
実用的である。ただし、上側アームスナバ抵抗211及
び下側アームスナバ抵抗212については、モジュール
で一体化するメリットが上側アームスナバダイオード2
09及び下側アームスナバダイオード210ほど顕著で
はないので、モジュールに含めない場合もある。ここ
で、熱的な特徴について述べる。スイッチング回路20
3は、スイッチング素子が導通或いは遮断している間、
電流が流れるので、電流が流れている時間が長く、トー
タルの発熱量が大きい。これに対して、スナバ回路20
8は、スイッチングの瞬間のみ電流が流れる回路であ
り、瞬間の発熱量はスイッチング回路に匹敵するが、ト
ータルの発熱量ではスイッチング回路203より一桁程
度小さい。半導体装置内を複数の回路基板に分けて実装
する場合、回路動作上からも、発熱量からも、スイッチ
ング回路とスナバ回路とを別の回路基板に分けることが
合理的である。
An example of an inverter circuit for driving an AC motor is shown in FIG. FIG. 2 shows one phase of an inverter circuit that obtains a three-phase AC output from a DC input. This circuit converts a direct current supplied from the direct current power source 201 into an alternating current and guides it to an alternating current output 202. The circuit shown in FIG. 2 is a two-level inverter in which two switching elements are connected in series. This circuit can be roughly divided into two depending on its function. That is,
A switching circuit 203 and a snubber circuit 208. The switching circuit 203 includes an upper arm switching element 204 and an upper arm freewheel diode 206 connected in anti-parallel, a lower arm switching element 205 and a lower arm freewheel diode 20.
7 connected in anti-parallel are connected in series. The snubber circuit 208 includes an upper arm snubber diode 209, an upper arm snubber resistor 211, a lower arm snubber diode 210, and a lower arm snubber resistor 21.
It consists of 2 and 3 capacitors. The semiconductor device according to the present invention has a mode in which the elements other than the capacitors used in the snubber circuit among the elements forming the switching circuit and the snubber circuit are incorporated in the module. In particular, it is practical that the upper arm and the lower arm are separate modules, and these two modules are connected in series. However, the upper arm snubber resistor 211 and the lower arm snubber resistor 212 have the advantage of being integrated in a module.
09 and lower arm snubber diode 210 are less noticeable and may not be included in the module. Here, the thermal characteristics will be described. Switching circuit 20
3 is, while the switching element is conducting or blocking,
Since the current flows, the time during which the current flows is long and the total amount of heat generated is large. On the other hand, the snubber circuit 20
Reference numeral 8 denotes a circuit in which a current flows only at the moment of switching, and the amount of heat generated at the moment is comparable to that of the switching circuit, but the total amount of heat generated is smaller than that of the switching circuit 203 by about one digit. When mounting the inside of the semiconductor device on a plurality of circuit boards, it is rational to separate the switching circuit and the snubber circuit on different circuit boards in terms of circuit operation and heat generation.

【0010】一つの半導体装置の中に発熱量の大きい回
路基板と発熱量の小さい回路基板が混在している場合の
回路基板の配置方法について述べる。なお、高い発熱量
の回路基板どうし、低い発熱量の回路基板どうしは大き
さ及び発熱量が略等しいとする。図3に示すように回路
基板を一列に配置する場合について述べる。図3は、半
導体装置の底面を形成する熱拡散用ベース基板303上
に3枚の高発熱量回路基板301と2枚の低発熱量回路
基板302を配置した平面図である。ここで、熱拡散用
ベース基板303は、例えば銅のように熱伝導率の良い
材料で構成された比較的厚い一枚の板である。また、高
発熱量回路基板301及び低発熱量回路基板302は、
絶縁性の基板上に導電回路パターンを形成したものであ
り、絶縁性基板の材質は熱伝導性の観点からセラミック
スが好ましい。また、導電回路パターンは、セラミック
スの表面に接着された銅箔等であることが好ましい。さ
らに、図3には、熱拡散用ベース基板303の左右方向
に延びる中心線上における温度分布を示す温度グラフ3
04が重ねて表示されている。温度グラフ304の上下
方向は熱拡散用ベース基板303の底面(高発熱量回路
基板301及び低発熱量回路基板302の搭載面でない
側)の表面温度を示し、左右方向は熱拡散用ベース基板
303上の位置を示す。
A method of arranging circuit boards in the case where a circuit board having a large heat generation amount and a circuit board having a small heat generation amount coexist in one semiconductor device will be described. It is assumed that the circuit boards having a high heat generation amount and the circuit boards having a low heat generation amount have substantially the same size and heat generation amount. A case where the circuit boards are arranged in a line as shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a plan view in which three high heat generation amount circuit boards 301 and two low heat generation amount circuit boards 302 are arranged on the heat diffusion base substrate 303 forming the bottom surface of the semiconductor device. Here, the heat diffusion base substrate 303 is a relatively thick plate made of a material having a high thermal conductivity such as copper. Further, the high heat generation amount circuit board 301 and the low heat generation amount circuit board 302 are
A conductive circuit pattern is formed on an insulating substrate, and the material of the insulating substrate is preferably ceramics from the viewpoint of thermal conductivity. The conductive circuit pattern is preferably copper foil or the like adhered to the surface of ceramics. Further, FIG. 3 is a temperature graph 3 showing the temperature distribution on the center line of the heat diffusion base substrate 303 extending in the left-right direction.
04 is overlaid and displayed. The vertical direction of the temperature graph 304 indicates the surface temperature of the bottom surface (the side where the high heat generation circuit board 301 and the low heat generation circuit board 302 are not mounted) of the heat diffusion base board 303, and the left and right directions indicate the heat diffusion base board 303. Indicates the upper position.

【0011】図3(a)の配置は、高発熱量回路基板3
01に低発熱量回路基板302が挟まれる配置である。
高発熱量回路基板301は、低発熱量回路基板302よ
り一桁ほど発熱量が大きい。高発熱量回路基板301の
直下がもっとも高温になる。また、低発熱量回路基板3
02の直下も、低発熱量回路基板302で発生した熱が
到達するので、わずかではあるが温度が上昇している。
ここで注目したいのは、低発熱量回路基板302の下の
部分にまで高発熱量回路基板301の温度上昇の裾野が
到達していることである。熱は、高発熱量回路基板30
1から熱拡散用ベース基板303へ板厚方向に(図3で
は紙面の表側から裏側へ)流れるのみならず、板厚に平
行な方向へ(図3では紙面に平行な上下左右方向へ)も
流れる。これが、熱の広がりである。とくに、熱拡散用
ベース基板303として熱伝導率の良い銅の金属材料を
使用し、しかも、熱拡散用基板303を厚くすると、熱
の広がりが大きくなる。このような条件では、高発熱量
回路基板301で発生した熱が低発熱量回路基板302
の直下にまで到達する。すなわち図3(a)に示す配置
では、高発熱量回路基板301から発生した熱を広げる
ための領域として低発熱量回路基板302の搭載領域を
利用している。したがって、高発熱量回路基板301直
下の最高温度が、3枚の高発熱量回路基板301のいず
れにおいても略等しく、しかも、図3(b)や(c)の
回路基板配置より最高温度が低く抑えられる。最高温度
を低く抑えることは、半導体装置の信頼性の向上に直接
寄与する。また、最高温度レベルが、各高発熱量回路基
板301でほぼ等しいということは、各高発熱量回路基
板301の信頼性レベルが揃うことになり、回路基板間
の信頼性のバランスが採れていて、望ましい状態であ
る。
The arrangement shown in FIG. 3A is a circuit board 3 having a high heat generation amount.
The low heat generation amount circuit board 302 is sandwiched by 01.
The high calorific value circuit board 301 has a calorific value larger by one digit than the low calorific value circuit board 302. The highest temperature is immediately below the high heat generation circuit board 301. Also, the low heat generation circuit board 3
Directly below 02, the heat generated in the low heat generation circuit board 302 reaches, so the temperature rises slightly.
It should be noted here that the bottom of the temperature rise of the high calorific value circuit board 301 reaches the lower part of the low calorific value circuit board 302. The heat is the high calorific value circuit board 30.
1 to the base substrate 303 for heat diffusion in the plate thickness direction (from the front side to the back side of the paper surface in FIG. 3), but also in the direction parallel to the plate thickness (in the vertical and horizontal directions parallel to the paper surface in FIG. 3). Flowing. This is the spread of heat. In particular, when a copper metal material having a high thermal conductivity is used as the heat diffusion base substrate 303 and the heat diffusion substrate 303 is thick, the spread of heat becomes large. Under such a condition, the heat generated in the high heat generation amount circuit board 301 causes the low heat generation amount circuit board 302 to generate heat.
Reach right under. That is, in the arrangement shown in FIG. 3A, the mounting area of the low heat generation circuit board 302 is used as an area for spreading the heat generated from the high heat generation circuit board 301. Therefore, the maximum temperature directly under the high heat generation amount circuit boards 301 is substantially equal in all of the three high heat generation amount circuit boards 301, and the maximum temperature is lower than the circuit board arrangements of FIGS. 3B and 3C. It can be suppressed. Keeping the maximum temperature low directly contributes to improving the reliability of the semiconductor device. In addition, the fact that the maximum temperature levels are substantially the same in the high heat generation circuit boards 301 means that the reliability levels of the high heat generation circuit boards 301 are the same, and the reliability of the circuit boards is balanced. , In the desired state.

【0012】図3(b)は、高発熱量回路基板301を
熱拡散用ベース基板303の中心に集中して並べ、熱拡
散用基板303の周辺に低発熱量回路基板302を並べ
る配置である。この配置では、左或いは右の高発熱量回
路基板301で発生した熱の一部は、低発熱量回路基板
302の下部にまで広がるが、左右の高発熱量回路基板
301の中心側(中央の高発熱量回路基板301側)で
発生した熱は、中央の高発熱量回路基板301によって
熱の広がりが阻害される。したがって、左右の高発熱量
回路基板301の温度は、図3(a)の配置より上昇す
る。さらに、中央の高発熱量回路基板301では、熱の
広がりが左右の高発熱量回路基板301により阻害され
るため、左右の高発熱量回路基板301よりさらに温度
が上昇する。
FIG. 3B shows an arrangement in which the high heat generation circuit boards 301 are arranged in a concentrated manner at the center of the heat diffusion base board 303, and the low heat generation circuit boards 302 are arranged around the heat diffusion board 303. . In this arrangement, a part of the heat generated in the left or right high-heat-generation circuit board 301 spreads to the lower part of the low-heat-generation circuit board 302, but the left and right high-heat-generation circuit boards 301 are centered (in the center). The heat generated on the high heat generation amount circuit board 301 side is prevented from spreading by the high heat generation amount circuit board 301 in the center. Therefore, the temperature of the left and right high heat generation circuit boards 301 is higher than that in the arrangement of FIG. Further, in the high heat generation amount circuit board 301 in the center, the spread of heat is hindered by the left and right high heat generation amount circuit boards 301, so that the temperature rises further than the left and right high heat generation amount circuit boards 301.

【0013】図3(c)は、高発熱量回路基板301を
一個所にまとめるという点では図3(b)と同じ配置で
ある。しかし、低発熱量回路基板302を一個所にまと
めたために、外側(図3(c)左側)の低発熱量回路基
板302の下部にまで高発熱量回路基板301の熱が到
達せず、高発熱量回路基板301の熱拡散領域として低
発熱量回路基板302の下部を利用することができない
ので、図3(a)或いは(b)より、冷却効率が悪い。
その結果、高発熱量回路基板301の温度は、図3
(b)よりさらに高くなる。また、中央の高発熱量回路
基板301(右から2番目)の温度上昇が左右の高発熱
量回路基板301より大きいことは図3(b)と同じであ
る。さらに、低発熱量回路基板302の下部を熱拡散領
域として利用できない右側の高発熱量回路基板301の
温度が左側の高発熱量回路基板301の温度より大きく
なる。図3(c)の配置は、温度の絶対値が図3(a)
或いは(b)より高くなるのみならず、高発熱量回路基
板301の温度のばらつきが図3(b)より大きくなる
という欠点も有している。
FIG. 3C has the same arrangement as that of FIG. 3B in that the high heat generation amount circuit board 301 is integrated in one place. However, since the low calorific value circuit board 302 is gathered in one place, the heat of the high calorific value circuit board 301 does not reach the lower part of the low calorific value circuit board 302 on the outer side (the left side of FIG. Since the lower portion of the low heat generation amount circuit board 302 cannot be used as the heat diffusion area of the heat generation amount circuit board 301, the cooling efficiency is worse than in FIG. 3A or 3B.
As a result, the temperature of the high heat generation circuit board 301 is
It becomes higher than that of (b). Also, as in the case of FIG. 3B, the temperature rise of the central high heat generation circuit board 301 (second from the right) is larger than that of the left and right high heat generation circuit boards 301. Furthermore, the temperature of the high heat generation circuit board 301 on the right side, where the lower part of the low heat generation circuit board 302 cannot be used as a heat diffusion region, becomes higher than the temperature of the high heat generation circuit board 301 on the left side. In the arrangement of FIG. 3C, the absolute value of the temperature is as shown in FIG.
Alternatively, not only the temperature becomes higher than that in FIG. 3B, but also the temperature variation of the high heat generation circuit board 301 becomes larger than that in FIG. 3B.

【0014】以上述べたように、図3(a)の配置は、
図3(b)或いは図3(c)より優れている。また、以
上の3種類配置の他に、高発熱量回路基板301と低発
熱量回路基板302の並べ方に数種類あるが、いずれも
図3(a)より、温度上昇が大きい。すなわち、放熱の
観点から眺めると、図3(a)の配置が最適である。回
路基板を平面状(二次元)に配置する場合の望ましい配
置の一例を図4に示す。一列に配列する場合の望ましい
配置を二次元に拡大すればよい。すなわち、前後方向,
左右方向とも、高発熱量回路基板401によって低発熱
量回路基板402が挟まれる配置にすることが望まし
い。このように配置すれば高発熱量回路基板401の熱
広がり領域として低発熱量回路基板402下部を利用す
ることができる。
As described above, the arrangement shown in FIG.
It is superior to FIG. 3 (b) or FIG. 3 (c). In addition to the above three types of arrangements, there are several types of arrangement of the high heat generation amount circuit board 301 and the low heat generation amount circuit board 302, but the temperature rises are larger than those in FIG. 3A. That is, from the viewpoint of heat dissipation, the arrangement shown in FIG. 3A is optimal. FIG. 4 shows an example of a desirable arrangement when the circuit boards are arranged in a plane (two-dimensional). The desired arrangement in the case of arranging in one line may be expanded in two dimensions. That is, the front-back direction,
It is desirable that the low heat generation circuit board 402 is sandwiched between the high heat generation circuit boards 401 in both the left and right directions. By arranging in this way, the lower portion of the low heat value circuit board 402 can be used as the heat spreading area of the high heat value circuit board 401.

【0015】本発明の半導体装置は、スイッチング素子
及びスイッチング素子と逆並列に接続されたフリーホイ
ールダイオードを備えた、複数の主回路基板、及び、そ
れらを並列接続するための電気的手段、さらに、スナバ
用のダイオードのみ、あるいはスナバ用の抵抗とスナバ
用のダイオードが並列に接続された、少なくとも1つの
副回路基板である。主回路基板は、通電時に発熱するの
で発熱時間が長く、トータルの発熱量、或いは単位時間
あたりの発熱量(すなわち、平均発熱量)が大きい。こ
れに対して、スナバ回路の部品を搭載した副回路基板
は、スイッチング時のみ発熱するので発熱時間が短く、
トータルの発熱量、或いは平均発熱量が小さい。したが
って、同一モジュール内に高い平均発熱量の回路基板と
低い平均発熱量の回路基板が混在する構成である。
The semiconductor device of the present invention comprises a plurality of main circuit boards each including a switching element and a freewheel diode connected in antiparallel with the switching element, and an electrical means for connecting them in parallel, It is at least one sub-circuit board in which a snubber diode alone or a snubber resistor and a snubber diode are connected in parallel. Since the main circuit board generates heat when energized, the heat generation time is long, and the total heat generation amount or the heat generation amount per unit time (that is, the average heat generation amount) is large. On the other hand, the sub circuit board on which the parts of the snubber circuit are mounted generates heat only when switching, so the heat generation time is short,
The total calorific value or the average calorific value is small. Therefore, a circuit board having a high average calorific value and a circuit board having a low average calorific value are mixed in the same module.

【0016】一方、本発明は大電力を扱う半導体装置を
対象としているので、電気的な特性を満足させるための
構造上の制約が加わる。すなわち、高電圧を扱うための
制約及び大電流を扱うための制約である。高電圧を扱う
ために、絶縁距離を大きくしなければならない。また、
大電流を扱うために、電流経路の誘導成分のバランスを
取らなければならないことである。大電流になると、電
流経路の誘導成分が重要になる。これは、電流の変化に
伴う起電力が、単位時間あたりの電流の変化量と誘導成
分の積に比例することに起因する問題である。大電流を
扱えば、単位時間あたりの電流の変化量が大きくなり、
その結果、同じ誘導成分の量でも起電力が大きくなる。
また、大電力を扱うためには、必然的に半導体装置内で
並列回路を構成することになるので、並列の各ユニット
の誘導成分のバランス,ユニット間を並列に接続するた
めの配線部分の誘導成分のバランスが重要になる。この
理由は、誘導成分に起因する起電力が並列部分で異なる
と、並列部分ごとのスイッチング動作が異なり、どちら
かに電流が集中するという不都合が生じるのである。こ
のことから、各ユニットで扱う電流量を等しくするのみ
ならず、各ユニットは寸法形状が略同じであることが大
電力を扱う半導体装置の構成上必要となる。上記した誘
導成分のバランスに関連して、二つのユニットを並列接
続する場合を例に取り、説明する。二つのユニットを並
列接続する場合の構成を単純化して図5に示す。ユニッ
ト501には、コレクタ内部端子502及びエミッタ内
部端子503が一つずつある。ここで、ユニット内の配
線及びユニットを構成する半導体素子の表示は省略し
た。また、内部端子と命名したのは、半導体装置外部の
外部端子と区別するためである。コレクタ内部端子50
2にはコレクタ取り出し線504が、また、エミッタ内
部端子503にはエミッタ取り出し線505が、それぞ
れ接続されている。誘導成分は、配線の長さ及び断面形
状に直接左右されるので、コレクタ取り出し線504ど
うし、及びエミッタ取り出し線505どうしは、誘導成
分を等しくするため同じ形状で同じ長さであることが望
ましい。つぎに、コレクタ並列線506及びエミッタ並
列線507で、両ユニットの電流が合流する。コレクタ
合流線508及びエミッタ合流線509のコレクタ並列
線506及びエミッタ並列線507への接続部は、コレ
クタ並列線506及びエミッタ並列線507のちょうど
中央であることが望ましい。左右の誘導成分を揃えるた
めである。
On the other hand, since the present invention is intended for a semiconductor device that handles a large amount of power, structural restrictions are added to satisfy electrical characteristics. That is, it is a constraint for handling a high voltage and a constraint for handling a large current. Insulation distance must be increased to handle high voltage. Also,
In order to handle a large current, it is necessary to balance the inductive component of the current path. At large currents, the inductive component of the current path becomes important. This is a problem caused by the fact that the electromotive force accompanying a change in current is proportional to the product of the amount of change in current per unit time and the inductive component. When a large current is handled, the amount of change in current per unit time increases,
As a result, the electromotive force increases even with the same amount of inductive component.
Further, in order to handle a large amount of power, a parallel circuit is inevitably formed in the semiconductor device. Therefore, the balance of the inductive component of each unit in parallel and the induction of the wiring part for connecting the units in parallel are required. The balance of ingredients becomes important. The reason for this is that if the electromotive force due to the inductive component differs in the parallel portion, the switching operation will differ for each parallel portion, and the current will concentrate in either side. From this, it is necessary not only to equalize the amount of current handled by each unit, but also for each unit to have substantially the same size and shape in terms of the configuration of a semiconductor device that handles large power. The case where two units are connected in parallel will be described as an example in relation to the balance of the inductive component. FIG. 5 shows a simplified configuration in which two units are connected in parallel. The unit 501 has one collector internal terminal 502 and one emitter internal terminal 503. Here, the wiring in the unit and the display of the semiconductor elements constituting the unit are omitted. The internal terminals are named to distinguish them from external terminals outside the semiconductor device. Collector internal terminal 50
2, a collector lead-out line 504 is connected, and an emitter internal terminal 503 is connected to an emitter lead-out line 505. Since the inductive component directly depends on the length and cross-sectional shape of the wiring, it is desirable that the collector lead-out lines 504 and the emitter lead-out lines 505 have the same shape and the same length in order to equalize the inductive component. Next, in the collector parallel line 506 and the emitter parallel line 507, the currents of both units merge. The connection portion of the collector merging line 508 and the emitter merging line 509 to the collector parallel line 506 and the emitter parallel line 507 is preferably at the center of the collector parallel line 506 and the emitter parallel line 507. This is to align the left and right induction components.

【0017】以上述べたように、大電流を扱う回路で
は、配線のバランスが重要である。本発明の基本的な構
成要件であるスイッチング素子及びフリーホイールダイ
オードを搭載した主回路基板は、大電流を扱うので、以
上の構成が必要不可欠である。また、スナバ用のダイオ
ードのみ、あるいはスナバ用の抵抗とスナバ用のダイオ
ードが並列に接続された副回路基板においては、平均電
流は小さいが、瞬時に流れる電流は大きいので、電流の
変化率は主回路基板と同等である。従って副回路基板に
おいても主回路基板と同等の配線のバランスに関する配
慮が必要であることに、変わりはない。
As described above, the balance of wiring is important in a circuit handling a large current. Since the main circuit board on which the switching element and the free wheel diode, which are the basic constituent features of the present invention, handle a large current, the above configuration is essential. Also, in the sub circuit board in which only the snubber diode or the snubber resistor and the snubber diode are connected in parallel, the average current is small, but the instantaneous current is large. It is equivalent to a circuit board. Therefore, there is no change in that the sub circuit board also needs to be considered for the wiring balance equivalent to that of the main circuit board.

【0018】図6を用いて、誘導バランスに配慮した、
しかも熱的にバランスの取れた回路基板の配置につい
て、説明する。図6は、平均発熱量の大きい主回路基板
601が2枚、平均発熱量の小さい副回路基板602が
1枚の場合の最適配置である。主回路基板601には、
コレクタ内部端子603及びエミッタ内部端子604が
一つずつある。また、副回路基板602には、アノード
内部端子605及びカソード内部端子606が一つずつ
ある。図5と同様に、各回路基板内の配線及び半導体素
子の表示は省略した。
In consideration of induction balance, referring to FIG.
Moreover, the arrangement of the thermally balanced circuit board will be described. FIG. 6 shows an optimal arrangement in the case where there are two main circuit boards 601 having a large average heat generation amount and one sub circuit board 602 having a small average heat generation amount. On the main circuit board 601,
There is one collector internal terminal 603 and one emitter internal terminal 604. The sub-circuit board 602 has one anode internal terminal 605 and one cathode internal terminal 606. As in FIG. 5, the wiring and semiconductor elements in each circuit board are not shown.

【0019】まず、熱的なバランスについて述べる。図
6の各回路基板の配置は、平均発熱量の小さい副回路基
板602を平均発熱量の大きい主回路基板601が挟む
配置である。これは図3(a)と同様であり、平均発熱
量の小さい副回路基板602の搭載されている領域を平
均発熱量の大きい主回路基板601の熱拡散領域として
利用する最適配置になっていて、主回路基板601の温
度上昇が抑えられている。
First, the thermal balance will be described. The arrangement of the circuit boards in FIG. 6 is such that the sub circuit board 602 having a small average heat generation amount is sandwiched by the main circuit board 601 having a large average heat generation amount. This is the same as in FIG. 3A, and the optimum arrangement is used in which the area on which the sub circuit board 602 having a small average calorific value is mounted is used as the heat diffusion area of the main circuit board 601 having a large average calorific value. The temperature rise of the main circuit board 601 is suppressed.

【0020】つぎに、電気特性から見た配置の良否につ
いて述べる。副回路基板602は、スナバ回路であり、
スイッチング回路とは異なった働きをする回路である。
電気的に見ても、この配置は好ましい。それは、主にス
イッチング回路を形成し、並列に接続される両端の主回
路基板601から半導体装置外部の端子に至る経路に関
係する。とくに、主電流が流れるコレクタ内部端子60
3及びエミッタ内部端子604から半導体装置外への経
路は、並列接続された左右の経路の誘導成分が揃ってい
る必要があり、その要求にこの配置は合致しているので
ある。コレクタ内部端子603どうし、エミッタ内部端
子604どうしを、誘導成分を等しく保ちながら一つに
まとめると、コレクタ並列線607及びエミッタ並列線
608に○で示すように、副回路基板602の中心線上
になる。図に示すように、コレクタ並列線607とエミ
ッタ並列線608を近づける配線にすれば、アノード内
部端子605及びカソード内部端子606の配線のじゃ
まにはならない。しかも、コレクタ並列線607とエミ
ッタ並列線608を近接すれば、相互誘導の作用で、配
線の誘導成分が小さくなる副次的な効果もある。左右の
主回路基板を左右対称にしているのは、コレクタ合流線
及びエミッタ合流線(図示せず、図5参照)を半導体装
置の略中心に配置するためである。半導体装置を組み合
わせてシステムを構成する際に、コレクタ及びエミッタ
の外部端子が半導体装置の中心線上だと都合が良い。左
右の主回路基板を線対称に配置しなければ、すなわち、
コレクタ内部端子603どうし及びエミッタ内部端子6
04どうしを左右対称に配置しなければ、配線距離を等
しくしなければならないから、図5に示すように、コレ
クタ合流線508とエミッタ合流線509は、左右にず
れるので、外部端子も左右にずれる。これを回避するに
は、相互誘導を利用して左右の誘導成分を調整する必要
があり、構造が複雑になる。
Next, the quality of the arrangement viewed from the electrical characteristics will be described. The sub circuit board 602 is a snubber circuit,
It is a circuit that operates differently from the switching circuit.
From an electrical point of view, this arrangement is preferable. It mainly forms a switching circuit and relates to a path from the main circuit boards 601 at both ends connected in parallel to a terminal outside the semiconductor device. Especially, the collector internal terminal 60 through which the main current flows
3 and the path from the emitter internal terminal 604 to the outside of the semiconductor device are required to have the inductive components of the left and right paths connected in parallel, and this arrangement meets the requirement. When the collector internal terminals 603 and the emitter internal terminals 604 are combined into one while keeping the inductive component equal, the collector parallel line 607 and the emitter parallel line 608 are on the center line of the sub-circuit board 602 as indicated by a circle. . As shown in the figure, if the collector parallel line 607 and the emitter parallel line 608 are made to be close to each other, the wiring of the anode internal terminal 605 and the cathode internal terminal 606 will not be a hindrance. Moreover, if the collector parallel line 607 and the emitter parallel line 608 are close to each other, there is a secondary effect that the induction component of the wiring is reduced by the action of mutual induction. The left and right main circuit boards are symmetrically arranged because the collector merging line and the emitter merging line (not shown, see FIG. 5) are arranged substantially at the center of the semiconductor device. When a semiconductor device is combined to form a system, it is convenient that the external terminals of the collector and the emitter are on the center line of the semiconductor device. If the left and right main circuit boards are not arranged symmetrically,
The collector internal terminals 603 and the emitter internal terminal 6
If 04 are not symmetrically arranged, the wiring distances must be equal. Therefore, as shown in FIG. 5, the collector merging line 508 and the emitter merging line 509 are displaced left and right, so that the external terminals are also displaced left and right. . To avoid this, it is necessary to use mutual induction to adjust the left and right induction components, which complicates the structure.

【0021】図6は、もっとも理想に近い配置である
が、半導体装置が横長の形状になる。用途によっては、
横長の形状が好ましくない場合もある。そのような用途
では、半導体装置の主回路基板,副回路基板の配置を図
6と同じにして、外部端子の配置を半導体装置全体で9
0度回転させる構成もある。また、主回路基板が2枚の
場合に限れば、次善の配置として、図7に示すように副
回路基板702を2枚の主回路基板701の中心を結ぶ
線分の垂直二等分線上に配置する構成でも良い。この場
合、図7(b)に示すように、副回路基板702を2枚
にして、上下に配置すると、熱的なバランスが、さらに
良くなる。
Although FIG. 6 shows the most ideal arrangement, the semiconductor device has a horizontally long shape. Depending on the application,
In some cases, the oblong shape is not preferable. In such an application, the layout of the main circuit board and the sub circuit board of the semiconductor device is the same as in FIG. 6, and the layout of the external terminals is 9 in the entire semiconductor device.
There is also a configuration in which it is rotated 0 degrees. Further, as long as the number of main circuit boards is two, as a suboptimal arrangement, as shown in FIG. 7, the sub circuit board 702 is placed on the vertical bisector of the line segment connecting the centers of the two main circuit boards 701. It may be configured to be placed in. In this case, as shown in FIG. 7B, if two sub-circuit boards 702 are provided and are arranged vertically, the thermal balance is further improved.

【0022】本発明によれば、スイッチング素子とフリ
ーホイールダイオードを搭載した高発熱量回路基板、す
なわち、主回路基板に、スナバダイオードのみ或いはス
ナバダイオードとスナバ抵抗を並列接続した低発熱量回
路基板、すなわち、副回路基板が挟まれる配置、或い
は、主回路基板が2枚の場合に限れば、副回路基板の中
心が二つの主回路基板から等距離になる配置とすること
によって、半導体装置内の熱的なバランスと電気的バラ
ンスも満足させることができる。
According to the present invention, a high heat generation circuit board having a switching element and a freewheel diode mounted thereon, that is, a low heat generation circuit board in which only a snubber diode or a snubber diode and a snubber resistor are connected in parallel to a main circuit board, That is, the arrangement in which the sub-circuit boards are sandwiched, or, in the case where the number of main circuit boards is two, is such that the centers of the sub-circuit boards are equidistant from the two main circuit boards. The thermal balance and the electrical balance can also be satisfied.

【0023】本発明の基本的な構成は、スイッチング素
子及びフリーホイールダイオードを備えた複数の主回路
基板、及び、それらを並列接続するための電気的手段、
さらに、スナバ用のダイオードのみ、あるいはスナバ用
の抵抗とスナバ用のダイオードが並列に接続された、複
数の副回路基板が内部に搭載された半導体装置におい
て、副回路基板に隣接して配置される回路基板が主回路
基板であるように配置する、内部基板の配置である。こ
の配置は、大電力、とくに、大電流を扱うスイッチング
モジュールにおいて、発熱量が異なる複数の回路基板が
混在する場合に有効である。
The basic structure of the present invention is to provide a plurality of main circuit boards each having a switching element and a freewheel diode, and an electrical means for connecting them in parallel.
Further, in a semiconductor device in which a plurality of sub circuit boards in which only a snubber diode or a snubber resistor and a snubber diode are connected in parallel are mounted, are arranged adjacent to the sub circuit board. An arrangement of internal boards, where the circuit board is arranged to be the main circuit board. This arrangement is effective when a plurality of circuit boards having different heat generation amounts coexist in a switching module handling a large amount of electric power, especially a large amount of electric current.

【0024】図8に、本発明による半導体装置の典型的
な形状を示す。本来は、有機樹脂でできたケースで覆
い、ケースの外に外部端子を取り付けるが、その部分は
表示を省略した。すなわち、図8は半導体装置内部の形
状を示す。基本部分は、熱伝導の良い金属製のベース基
板823上に、3枚のセラミックス配線基板、すなわ
ち、図8の左から左側主回路基板801,副回路基板8
03、そして右側主回路基板802の順に配置し、それ
らをはんだで固定したものである。この配置は、図3
(a)と同じである。さらに、左側主回路基板801及び
右側主回路基板802のコレクタどうし,エミッタどう
し,ゲートどうしを結び、外部端子に導くための、コレ
クタ配線818,エミッタ配線819、及びゲート配線
820が、各配線基板表面のコレクタ配線パターン80
4,エミッタ配線パターン805、及びゲート配線パタ
ーン806にはんだ付けされている。各配線パターン上
の各配線とのはんだ付け点が、上記した各内部端子に相
当する。スイッチング素子809,フリーホイールダイ
オード810,スナバダイオード811のみならず、ス
ナバ抵抗812もシリコンチップである。これらの片方
の内部端子、すなわち、コレクタ,カソード、及び抵抗
の内部端子は、チップの裏面に形成された電極から、は
んだ付けによってコレクタ配線パターン804、及びカ
ソード配線パターン807を経由して導かれている。ま
た、エミッタ配線パターン805,ゲート配線パターン
806、及びアノード配線パターン808には、各チッ
プからエミッタワイヤ813,ゲートワイヤ814,ア
ノードワイヤ815,アノードワイヤ816、及び抵抗
接続ワイヤ817で接続されている。
FIG. 8 shows a typical shape of the semiconductor device according to the present invention. Originally, it was covered with a case made of organic resin, and external terminals were attached to the outside of the case, but the part was not shown. That is, FIG. 8 shows the internal shape of the semiconductor device. The basic part is that three ceramic wiring boards, that is, the left main circuit board 801, the sub circuit board 8 from the left side of FIG.
No. 03, and the right main circuit board 802 are arranged in this order, and they are fixed by soldering. This arrangement is shown in FIG.
Same as (a). Furthermore, a collector wiring 818, an emitter wiring 819, and a gate wiring 820 for connecting collectors, emitters, and gates of the left main circuit board 801 and the right main circuit board 802 to lead to an external terminal are provided on the surface of each wiring board. Collector wiring pattern 80
4. Soldered to the emitter wiring pattern 805 and the gate wiring pattern 806. A soldering point with each wiring on each wiring pattern corresponds to each internal terminal described above. Not only the switching element 809, the freewheel diode 810, the snubber diode 811, but also the snubber resistor 812 is a silicon chip. One of these internal terminals, that is, the collector, the cathode, and the internal terminal of the resistor is led from the electrode formed on the back surface of the chip by soldering via the collector wiring pattern 804 and the cathode wiring pattern 807. There is. Also, the emitter wiring pattern 805, the gate wiring pattern 806, and the anode wiring pattern 808 are connected from each chip by an emitter wire 813, a gate wire 814, an anode wire 815, an anode wire 816, and a resistance connection wire 817.

【0025】まず、熱の問題について説明する。主回路
基板801及び802の発熱量は、1枚あたり100W
程度である。副回路基板803の発熱量は、スナバ回路
の発熱の大半を生ずるスナバ抵抗812を入れているの
で少し大きいが、それでも10W程度である。図8の温
度分布は図3(a)に示したようになっている。すなわ
ち、副回路基板803を搭載している部分にまで主回路
基板801及び802で発生した熱が廻り込んでいる。図
8の副回路基板803直下の部分と、副回路基板803
での、ベース板823が露出している部分を、主回路基
板801及び802で発生した熱を拡散させる領域とし
て利用していることになる。したがって、主回路基板8
01及び802の温度上昇を小さく抑え込んでいる。ま
た、図3(a)と同じく、左側主回路基板801から眺
めた熱的状況、すなわち、左側主回路基板801の周り
のベース基板823の広がり及び副回路基板803の発
熱部位と、右側主回路基板802から眺めた熱的状況
は、スナバダイオード811の発熱量とスナバ抵抗812
の発熱量の相違のみの違いであり、これらの発熱量は絶
対値が小さいので影響が小さいため、両主回路基板の温
度上昇はほぼ等しい。すなわち、信頼性のレベルが揃っ
ている。
First, the problem of heat will be described. The amount of heat generated by the main circuit boards 801 and 802 is 100 W per sheet.
It is about. The amount of heat generated by the sub-circuit board 803 is a little large because the snubber resistor 812 that generates most of the heat generated by the snubber circuit is inserted, but it is still about 10 W. The temperature distribution of FIG. 8 is as shown in FIG. That is, the heat generated in the main circuit boards 801 and 802 has reached even the portion where the sub circuit board 803 is mounted. A portion immediately below the sub circuit board 803 in FIG. 8 and the sub circuit board 803.
That is, the exposed portion of the base plate 823 is used as a region for diffusing the heat generated in the main circuit boards 801 and 802. Therefore, the main circuit board 8
The temperature rises of 01 and 802 are suppressed small. Further, as in FIG. 3A, the thermal condition viewed from the left main circuit board 801, that is, the spread of the base board 823 around the left main circuit board 801, the heat generation portion of the sub circuit board 803, and the right main circuit. The thermal condition viewed from the substrate 802 is the amount of heat generated by the snubber diode 811 and the snubber resistance 812.
The difference is only in the amount of heat generation of the above, and since the absolute value of these amounts of heat generation is small and the influence is small, the temperature rises of both main circuit boards are almost equal. That is, the level of reliability is uniform.

【0026】以上述べたように、図8に示す構成により
熱的にバランスの取れた配置になっている。つぎに、電
気的なバランスについて述べる。まず、左右の主回路基
板801及び802の回路パターンである。左側主回路
基板801の回路パターンと右側主回路基板802の回
路パターンを左右逆にしている。その結果、左側主回路
基板801と右側主回路基板802は、ベース板802
上で、回路パターンまで含めて線対称になっている。コ
レクタ配線818とエミッタ配線819が、半導体装置
中心に対して左右線対称になり、半導体装置の中心線上
で電流が合流する。誘導成分のバランスを最も取らなけ
ればならないコレクタ配線818とエミッタ配線819
がバランスを保つ構造である。しかも、半導体装置の中
心は、副回路基板803上であり、比較的空いている空
間がある。その空間を利用して外部への接続を実現して
いる。
As described above, the arrangement shown in FIG. 8 provides a thermally balanced arrangement. Next, the electrical balance will be described. First, the circuit patterns of the left and right main circuit boards 801 and 802 are described. The circuit pattern of the left main circuit board 801 and the circuit pattern of the right main circuit board 802 are reversed left and right. As a result, the left main circuit board 801 and the right main circuit board 802 are
Above, it is line symmetrical including the circuit pattern. The collector wiring 818 and the emitter wiring 819 are laterally symmetrical with respect to the center of the semiconductor device, and currents merge on the center line of the semiconductor device. The collector wiring 818 and the emitter wiring 819 that must balance the inductive component most
Is a structure that maintains balance. Moreover, the center of the semiconductor device is on the sub circuit board 803, and there is a relatively empty space. The space is used to connect to the outside.

【0027】主回路基板のパターンの左右反転は部品点
数の増大につながるので、できれば避けたいが、図8に
示す構造では、モジュール外部の主端子、すなわち、コ
レクタ外部端子とエミッタ外部端子(どちらも図示せ
ず)をモジュールの中心線上に並べる構造を例として取
り上げたため、左右対称とした。左右反転のパターンを
使用しない場合には、厳密にバランスを取ると、図5に
示したように、主電流が流れるコレクタ配線とエミッタ
配線が左右にずれる。ゲートに関しては、電流が少ない
ので、左右の配線長さを合わせる必要はない。したがっ
て、ゲート配線820の合流点は、モジュールの中心線
上でなく、例えば外部回路との兼ね合いで右に偏ってい
ても良い。また、副回路基板803、すなわち、スナバ
回路の外部端子も同様に外部回路との兼ね合いで左に寄
せても良い。
Since the left-right inversion of the pattern of the main circuit board leads to an increase in the number of parts, it should be avoided if possible. In the structure shown in FIG. 8, however, the main terminal outside the module, that is, the collector external terminal and the emitter external terminal (both are Since a structure in which (not shown) is arranged on the center line of the module is taken as an example, the structure is left-right symmetric. When the pattern of right-and-left inversion is not used, if the balance is strictly balanced, the collector wiring and the emitter wiring through which the main current flows are shifted to the left and right as shown in FIG. Regarding the gate, since the current is small, it is not necessary to match the left and right wiring lengths. Therefore, the merging point of the gate wiring 820 may not be on the center line of the module but may be biased to the right, for example, in consideration of the external circuit. Further, the sub-circuit board 803, that is, the external terminal of the snubber circuit may also be moved to the left in consideration of the external circuit.

【0028】図8は、ワイヤボンディングの形態を取っ
たが、もちろん、ワイヤボンディングに限定される必要
はない。はんだ付け,圧接等、公知のチップの実装方法
であれば何でもよい。
Although FIG. 8 takes the form of wire bonding, it need not be limited to wire bonding. Any known chip mounting method such as soldering or pressure contact may be used.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明を、実施例によりさ
らに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例に
限定されない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. The present invention is not limited to these examples.

【0030】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例による半導体装置を斜めから眺めたところである。同
図は、内部が見えるように、一部を切り抜いてある。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, a part is cut out so that the inside can be seen.

【0031】本発明の半導体装置はニッケルめっきを施
した銅ベース基板101上に樹脂ケース102及び樹脂
蓋103が載った構造になっている。図9は、第1の実
施例による半導体装置を使用したモーター制御用三相交
流インバータ回路の1相分の回路図である。直流電源9
01のプラス側に、(プラス側)モジュール903のコ
レクタ外部端子112及びアノード外部端子116を接
続し、直流電源901のマイナス側にもう1台の(マイ
ナス側)モジュール903のエミッタ外部端子113及
びカソード外部端子117を接続する。また、プラス側
モジュール903のエミッタ外部端子113とマイナス側
モジュール903のコレクタ外部端子112を接続す
る。このポイントが1相分の交流出力902になる。こ
の回路図から明らかなように、本インバータは2レベル
インバータである。3つのコンデンサで構成されたスナ
バコンデンサ904を、交流出力902,プラス側モジ
ュール903のカソード外部端子117及びマイナス側
モジュール903のアノード外部端子116に接続す
る。図9の回路を3組用意し、直流側を並列に接続して
三相交流の出力を得る。実装形態としては、3相分を一
つのブロックとしてまとめる。一枚のアルミニウム製の
固定板(図示せず)に各相2個ずつで合計6個のモジュ
ール903を取り付ける。この固定板はヒートシンクを
兼ねている。固定板への取り付けのために、モジュール
の銅ベース101の四隅には取り付け穴118が開けて
ある。樹脂蓋103の中心線上に、コレクタ外部端子1
12及びエミッタ外部端子113が取り付けられてい
る。これらは、メインの電流、すなわち、主電流が流れ
る主端子である。これら主端子の右側には、補助エミッ
タ外部端子114及びゲート外部端子115が、また、
左側には、スナバ回路のアノード外部端子116及びカ
ソード外部端子117が取り付けられている。
The semiconductor device of the present invention has a structure in which a resin case 102 and a resin lid 103 are placed on a copper base substrate 101 plated with nickel. FIG. 9 is a circuit diagram of one phase of a motor control three-phase AC inverter circuit using the semiconductor device according to the first embodiment. DC power supply 9
The collector external terminal 112 and the anode external terminal 116 of the (plus side) module 903 are connected to the plus side of 01, and the emitter external terminal 113 and the cathode of another (minus side) module 903 are connected to the minus side of the DC power source 901. The external terminal 117 is connected. Further, the emitter external terminal 113 of the plus side module 903 and the collector external terminal 112 of the minus side module 903 are connected. This point becomes the AC output 902 for one phase. As is clear from this circuit diagram, this inverter is a two-level inverter. A snubber capacitor 904 composed of three capacitors is connected to the AC output 902, the cathode external terminal 117 of the plus side module 903, and the anode external terminal 116 of the minus side module 903. Three sets of circuits shown in FIG. 9 are prepared, and the DC side is connected in parallel to obtain a three-phase AC output. As a mounting form, three phases are combined into one block. A total of 6 modules 903 with 2 pieces for each phase are attached to one aluminum fixing plate (not shown). This fixing plate also serves as a heat sink. Mounting holes 118 are drilled at four corners of the copper base 101 of the module for mounting on the fixing plate. On the center line of the resin lid 103, the collector external terminal 1
12 and the emitter external terminal 113 are attached. These are main terminals through which the main current, that is, the main current flows. An auxiliary emitter external terminal 114 and a gate external terminal 115 are provided on the right side of these main terminals,
The anode external terminal 116 and the cathode external terminal 117 of the snubber circuit are attached to the left side.

【0032】半導体装置内部には、図1に示すように2
枚のスイッチング回路基板104が対向する形、すなわ
ち、左右対称に搭載されている。また、2枚のスイッチ
ング回路基板104に挟まれる位置(中央部)にスナバ
回路基板105が搭載されている。スイッチング回路基
板104の詳細を図10に、また、スナバ回路基板10
5の詳細を図11に示す。コレクタ配線パターン100
1上のコレクタ内部端子1009どうしを接続し、コレ
クタ外部端子112に導くコレクタ配線106及びエミッ
タ内部端子1010どうしを結んでエミッタ外部端子1
13に導くエミッタ配線107が、左右のスイッチング
回路基板104に接続されている。これらの配線は、本
発明によるモジュール903の主電流を担う。2個所の
コレクタ内部端子1009からコレクタ外部端子112
に至る経路における誘導成分は、左右両経路間で、でき
るだけ差がないことが要求される。また、エミッタ内部
端子1010からエミッタ外部端子113に至る経路に
おいても同様である。その点、2枚のスイッチング回路
基板104が左右対称に配置されていて、しかも、両外
部端子がモジュールの中心線上に位置している本実施例
では、ほぼ厳密に同じ値である。なお、各内部端子は、
各配線パターン上の各配線との接続点(はんだ付け点)
につけた説明上の名称であり、特別な構造があるわけで
はない。その他、スイッチング回路基板104の補助エ
ミッタ内部端子を結び補助エミッタ外部端子114に導
く、補助エミッタ配線108及びゲート内部端子101
2どうしを結びゲート外部端子117に導く、ゲート配
線109が、スイッチング回路基板104に接続されて
いる。これらの配線は、電流がほとんど流れないため誘
導成分の調整が不要であり、とくに配線経路の長さの調
整をせずに、モジュールの中心線から離れた両外部端子
に接続されている。ただし、ゲート回路は、後述するよ
うに、インピーダンスの高いMOS(Metal Oxide Semic
onductor)である場合には、主電流による撹乱を受けや
すく、補助エミッタ配線108とゲート配線109の経
路にはノイズに対する注意が必要である。補助エミッタ
配線108とゲート配線109を撚り合わせると、撹乱防
止に効果がある。
Inside the semiconductor device, as shown in FIG.
The switching circuit boards 104 are mounted so as to face each other, that is, symmetrically. Further, the snubber circuit board 105 is mounted at a position (center portion) sandwiched between the two switching circuit boards 104. The details of the switching circuit board 104 are shown in FIG.
The details of No. 5 are shown in FIG. Collector wiring pattern 100
1 is connected to the collector internal terminals 1009, and is connected to the collector wiring 106 and the emitter internal terminal 1010 leading to the collector external terminal 112.
The emitter wiring 107 leading to 13 is connected to the left and right switching circuit boards 104. These wires carry the main current of the module 903 according to the invention. Two internal collector terminals 1009 to 112 external collector terminals
It is required that the inductive component in the path leading to the left and right paths should be as different as possible between the left and right paths. The same applies to the path from the emitter internal terminal 1010 to the emitter external terminal 113. In that respect, in the present embodiment in which the two switching circuit boards 104 are arranged symmetrically and both external terminals are located on the center line of the module, the values are almost exactly the same. In addition, each internal terminal is
Connection point with each wiring on each wiring pattern (soldering point)
It is a descriptive name given to, and does not have any special structure. Besides, the auxiliary emitter wiring 108 and the gate internal terminal 101 for connecting the auxiliary emitter internal terminal of the switching circuit board 104 and leading to the auxiliary emitter external terminal 114.
A gate wiring 109 that connects the two and leads to the gate external terminal 117 is connected to the switching circuit board 104. Since almost no current flows through these wirings, it is not necessary to adjust the inductive component, and the wirings are connected to both external terminals apart from the center line of the module without adjusting the length of the wiring path. However, as will be described later, the gate circuit has a high impedance MOS (Metal Oxide Semiconductor).
In the case of an on-ductor), it is likely to be disturbed by the main current, and attention must be paid to noise in the paths of the auxiliary emitter wiring 108 and the gate wiring 109. Twisting the auxiliary emitter wiring 108 and the gate wiring 109 is effective in preventing disturbance.

【0033】本実施例では、スイッチング素子としてI
GCT(Insulated Gate ControlledThyristor)を使っ
ている。この素子は、IGBT(Insulated Gate Bipol
ar Transistor)に近い特性を持っているスイッチング
素子である。すなわち、MOSで駆動する、電圧駆動型の
スイッチング素子である。さらに、IGBTでは、主電
流の流れる部分をトランジスタで構成しているのに対し
てIGCTではサイリスタを使用しているため、同一耐
圧,同一電流密度では、IGBTより直流電圧降下が小
さい特性を有している。高耐圧素子では、その構造上、
必然的に直流電圧降下が大きくなるので、IGCTは高
耐圧用途に設計すると、長所が生きる素子である。
In this embodiment, I is used as a switching element.
I use GCT (Insulated Gate Controlled Thyristor). This element is an IGBT (Insulated Gate Bipol
ar Transistor) is a switching element that has characteristics similar to those of ar Transistor. That is, it is a voltage-driven switching element driven by MOS. Further, in the IGBT, the portion through which the main current flows is composed of a transistor, whereas in the IGCT, since a thyristor is used, it has a characteristic that the DC voltage drop is smaller than that of the IGBT at the same breakdown voltage and the same current density. ing. In the high breakdown voltage element, due to its structure,
Since the DC voltage drop inevitably becomes large, the IGCT is an element that has its advantages when designed for high voltage applications.

【0034】スイッチング回路基板104には、IGCT10
04が4個,フリーホイールダイオード1005が2個搭
載されている。チップの寸法は、どちらも一辺13mmの
正方形である。スナバ回路基板105には、スナバダイ
オード1103が1個,スナバ抵抗1104が2個搭載
されている。スナバダイオード1103は、フリーホイ
ールダイオードと同じものである。したがって、極性
は、チップ底面側、すなわちはんだ付け部側がカソー
ド,チップ表面側がアノードである。また、スナバ抵抗
1104は、2個搭載されている。これは、シリコンの
拡散層の抵抗分を利用している。寸法は、スナバダイオ
ードと同じである。
The switching circuit board 104 has an IGCT 10
Four 04 and two freewheel diodes 1005 are mounted. Both chips are square with a side of 13 mm. One snubber diode 1103 and two snubber resistors 1104 are mounted on the snubber circuit board 105. The snubber diode 1103 is the same as the freewheel diode. Therefore, the polarity is such that the bottom side of the chip, that is, the soldering side is the cathode, and the front side of the chip is the anode. Two snubber resistors 1104 are mounted. This utilizes the resistance of the silicon diffusion layer. The dimensions are the same as the snubber diode.

【0035】IGCT1004は、耐圧4000V,電流容量4
1Aである。したがって、半導体装置903の定格は、
耐圧4000V,電流容量328Aである。また、半導
体装置903の外形寸法は、横148mm,縦90mmであ
る。
IGCT1004 has a withstand voltage of 4000 V and a current capacity of 4
1A. Therefore, the rating of the semiconductor device 903 is
It has a withstand voltage of 4000 V and a current capacity of 328 A. The external dimensions of the semiconductor device 903 are 148 mm wide and 90 mm long.

【0036】スイッチング回路基板104は、コレクタ
配線パターン1001,エミッタ配線パターン1002
及びゲート配線パターン1003のいずれもが上下に線
対称である。したがって、1種類のスイッチング回路基
板104を180度回転させるだけで、左右のスイッチ
ング回路基板104を線対称に配置することができ、基
板を右側用と左側用の2種類用意しなくてよい。
The switching circuit board 104 includes a collector wiring pattern 1001 and an emitter wiring pattern 1002.
Both the gate wiring pattern 1003 and the gate wiring pattern 1003 are vertically symmetrical. Therefore, the left and right switching circuit boards 104 can be arranged line-symmetrically only by rotating one kind of switching circuit board 104 by 180 degrees, and it is not necessary to prepare two kinds of boards for the right side and the left side.

【0037】モーター負荷でピーク電流が328Aであ
る場合には、IGCT1004は1チップあたり約90W、フリ
ーホイールダイオード1005は1チップ当り約100
W発熱する。スイッチング回路基板1041枚当りで
は、約560Wの発熱となる。これに対して、スナバ回
路基板105での発熱は、約50Wである。スナバ回路
基板105の直下の銅ベース101の部分を熱の広がり
領域として利用しているため、半導体装置1つ当りトー
タル1170Wの発熱でも、IGCT1004の温度上昇を、半
導体装置底面より約20℃に抑えることができた。これ
に対して、スナバ回路基板105を搭載しない半導体装
置では、スナバ回路からの発熱がないにもかかわらず放
熱のための半導体装置底面積が小さくなるので、発熱量
が1120Wと小さいにもかかわらず、約26℃も温度
上昇した。
When the peak current is 328 A under the motor load, IGCT1004 has about 90 W per chip, and freewheel diode 1005 has about 100 W per chip.
W generates heat. About one switching circuit board 104 generates heat of about 560W. On the other hand, the heat generated by the snubber circuit board 105 is about 50W. Since the portion of the copper base 101 directly below the snubber circuit board 105 is used as a heat spreading area, even if a total of 1170 W of heat is generated per semiconductor device, the temperature rise of the IGCT1004 is suppressed to about 20 ° C. below the bottom surface of the semiconductor device. I was able to. On the other hand, in a semiconductor device without the snubber circuit board 105 mounted therein, the bottom area of the semiconductor device for heat dissipation is small even though there is no heat generated from the snubber circuit, so the heat generation amount is small as 1120 W. The temperature increased by about 26 ° C.

【0038】スナバダイオードは、以下に示すような要
求があるため、半導体装置内に搭載する必然性がある。
Since the snubber diode has the following requirements, it is necessary to mount it in a semiconductor device.

【0039】(1)電気的要求 スイッチングの速度にスナバダイオードが追従するため
には、スイッチング素子とスナバダイオードの間に存在
する誘導成分を極力小さくする必要がある。
(1) Electrical requirement In order for the snubber diode to follow the switching speed, it is necessary to minimize the inductive component existing between the switching element and the snubber diode.

【0040】(2)熱的要求 半導体装置外で上記(1)を満たすには、空中にダイオ
ードを保持しなければならないので、放熱が困難であ
る。
(2) Thermal Requirement In order to satisfy the above (1) outside the semiconductor device, it is necessary to hold the diode in the air, so that heat dissipation is difficult.

【0041】スナバ抵抗は必ずしも半導体装置内に搭載
する必要がない。まず、電気的には、スナバ抵抗の動作
は遅くてもよい。したがって、スイッチング回路との間
の誘導成分が大きくても構わない。また、熱的には、ス
ナバ回路の中でかなりの比率の熱をスナバ抵抗が出すの
で、半導体装置の発熱量を押し上げることになる。半導
体装置の発熱が増すと、ヒートシンクの能力を増さねば
ならず、システムの大型化を招く。
The snubber resistor does not necessarily have to be mounted in the semiconductor device. First, electrically, the operation of the snubber resistor may be slow. Therefore, the inductive component with the switching circuit may be large. In terms of heat, the snubber resistor generates a considerable proportion of heat in the snubber circuit, which increases the amount of heat generated by the semiconductor device. When the heat generation of the semiconductor device increases, the ability of the heat sink must be increased, which leads to an increase in the size of the system.

【0042】ところが、本実施例ではシステムの小型
化,簡素化するためにスナバ抵抗をモジュール内に搭載
した。理由を列挙する。
However, in this embodiment, the snubber resistor is mounted in the module in order to downsize and simplify the system. List the reasons.

【0043】(1)スナバ回路中では最大でも、スイッ
チング回路に比べるとスナバ抵抗の発熱量(絶対値)は
小さい。
(1) Even in the maximum of the snubber circuit, the heat generation amount (absolute value) of the snubber resistance is smaller than that of the switching circuit.

【0044】(2)スナバ抵抗を外付けにすることによ
る半導体装置の小型化の効果が小さい。
(2) The effect of downsizing the semiconductor device by externally attaching the snubber resistor is small.

【0045】たとえば、図11でスナバ抵抗1104を
省いても、上下方向に基板が小さくなるだけで、半導体
装置全体の寸法を小さくする効果が小さい。
For example, even if the snubber resistor 1104 is omitted in FIG. 11, the effect of reducing the size of the entire semiconductor device is small because the size of the substrate is reduced in the vertical direction.

【0046】(3)外部の付加回路が小さくなる スナバ抵抗を外付けにすると、空冷になるのでかなり大
きくなる。したがって、スナバ抵抗を半導体装置に搭載
する方がシステムとして小型化を図れる。さらに、外付
け回路がシンプルになるというメリットもある。
(3) The external additional circuit becomes small. If the snubber resistor is attached externally, it will become considerably large because it becomes air-cooled. Therefore, it is possible to reduce the size of the system by mounting the snubber resistor on the semiconductor device. Another advantage is that the external circuit is simple.

【0047】本実施例の半導体装置の製造方法を図13
に従って説明する。図は、左半分が製造工程、右半分が
各工程終了後(つぎの工程開始前)の状態を断面で示し
ている。
FIG. 13 shows the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment.
It will be described according to. In the figure, the left half shows the manufacturing process, and the right half shows the state after the end of each process (before the start of the next process).

【0048】(0)前工程(図示せず) スイッチング回路基板104にIGCT1004及びフリーホイ
ールダイオード1005をはんだ付けし、その後ワイヤボン
ディングを施す。同時に、スナバ回路基板にスナバダイ
オード1103及びスナバ抵抗1104をはんだ付け
し、その後ワイヤボンディングを施す。
(0) Preprocess (not shown) The IGCT 1004 and the freewheel diode 1005 are soldered to the switching circuit board 104, and then wire bonding is performed. At the same time, the snubber diode 1103 and the snubber resistor 1104 are soldered to the snubber circuit board, and then wire bonding is performed.

【0049】(1)回路基板接着 IGCT1004及びフリーホイールダイオード1005(図示
せず)を搭載したスイッチング回路基板104、並びに
スナバダイオード1103及びスナバ抵抗1104(図示せ
ず)を搭載したスナバ回路基板105を銅ベース101
にはんだ付けする。
(1) Adhesion of Circuit Board A switching circuit board 104 having an IGCT 1004 and a freewheel diode 1005 (not shown) mounted thereon, and a snubber circuit board 105 having a snubber diode 1103 and a snubber resistor 1104 (not shown) mounted thereon are made of copper. Base 101
Solder to

【0050】(2)内部端子はんだ付け 各配線(コレクタ配線106のみ図示)をあらかじめ固
定した樹脂蓋103をスイッチング回路基板104及び
スナバ回路基板105上に載置する。各配線の先端と各
配線パターンとの接触部にペースト状のはんだを置き、
はんだ付けする。この位置が内部端子である。図では、
コレクタ内部端子1009のみ表示した。
(2) Soldering of internal terminals The resin lid 103 to which each wiring (only the collector wiring 106 is shown) is fixed in advance is placed on the switching circuit board 104 and the snubber circuit board 105. Place the paste-like solder on the contact part between the tip of each wiring and each wiring pattern,
Solder. This position is the internal terminal. In the figure,
Only the collector internal terminal 1009 is shown.

【0051】(3)樹脂ケース接着 樹脂ケース102を銅ベース101と樹脂蓋103に接
着剤で接着する。
(3) Adhesion of Resin Case The resin case 102 is adhered to the copper base 101 and the resin lid 103 with an adhesive.

【0052】本実施例では、スイッチング回路基板10
4のパターンを上下対称にしたので、1種類の回路基板
で左右のスイッチング回路基板104を左右対称に配置
することができた。回路によっては、上下対称のパター
ンを取れない場合もあり得る。そのときは、次の3つの
対応策を取ることができる。
In this embodiment, the switching circuit board 10
Since the pattern No. 4 is vertically symmetrical, the left and right switching circuit boards 104 can be arranged symmetrically with one type of circuit board. Depending on the circuit, it may not be possible to take a vertically symmetrical pattern. At that time, the following three countermeasures can be taken.

【0053】(a)2種類のスイッチング回路基板を用
意して、左右対称を実現する。
(A) Two types of switching circuit boards are prepared to achieve left-right symmetry.

【0054】(b)コレクタ外部端子及びエミッタ外部
端子の位置が半導体装置の中心線上でなく左右にずれる
ことを許容して、左右のスイッチング回路基板に至るコ
レクタ配線及びエミッタ配線の長さを合わせる。
(B) Allowing the positions of the collector external terminal and the emitter external terminal to shift to the left and right instead of on the center line of the semiconductor device, the lengths of the collector wiring and the emitter wiring reaching the left and right switching circuit boards are adjusted.

【0055】(c)半導体装置内で、相互誘導による誘
導成分の相殺作用を利用して、コレクタ配線及びエミッ
タ配線の長さを合わせなくても、左右のスイッチング回
路基板に至る誘導成分を合わせる。この方法によれば、
コレクタ外部端子及びエミッタ外部端子の位置を半導体
装置の中心線上に配置することができる。
(C) In the semiconductor device, the inductive component reaching the left and right switching circuit boards is matched by utilizing the canceling action of the inductive component due to mutual induction, even if the lengths of the collector wiring and the emitter wiring are not matched. According to this method,
The positions of the collector external terminal and the emitter external terminal can be arranged on the center line of the semiconductor device.

【0056】いずれの対策も、スイッチング回路基板が
スナバ回路基板を挟む配置である。 (実施例2)本実施例1の半導体装置を使用したインバ
ータを図12に示す。全体の機能としては、直流入力端
子プラス側1201及び直流入力端子マイナス側120
2に供給される直流を交流出力端子U相1203,交流
出力端子V相1204及び交流出力端子W相1205に
三相交流として出力する。本発明のモジュール903
は、各相に2個ずつ、合計6個使われている。プラス側
では、直流電源にプラス側のモジュール903のコレク
タ外部端子112及びアノード外部端子116を接続す
る。また、マイナス側では、直流電源にマイナス側のモ
ジュール903のエミッタ外部端子113及びカソード
外部端子117を接続する。出力側では、プラス側モジ
ュール903のエミッタ外部端子113と、マイナス側
モジュール903のコレクタ外部端子112を接続し、
交流出力端子U相1203,交流出力端子V相1204
及び交流出力端子W相1205につなぐ。外付けのスナ
バ回路は、スナバコンデンサ904のみである。図9に
示すように、内部に3個のコンデンサを実装したもので
ある。外観上は、3つの端子が一列に並んでいるもので
ある。上側の端子をプラス側モジュール903のカソー
ド外部端子117に、下側の端子をマイナス側モジュー
ル903のアノード外部端子116に、それぞれつな
ぎ、中央のコンデンサ中央端子1206を中央短絡板1
207、すなわち、プラス側モジュール903のエミッ
タ外部端子113と、マイナス側モジュール903のコ
レクタ外部端子112を接続したポイントに接続する。
図12から明らかなように、スナバ回路を含めて実装形
態が簡素で、コンパクトにまとまっている。モジュール
903の外部端子の配列が、インバータ全体の形態に大
きく影響を与えているわけである。とくに重要なのは、
中央に主端子(できれば、左右にずれないこと),右側
にゲート等の制御端子,左側にスナバ端子を配置してい
ることである。もちろん、左右を逆にした端子配置も同
様の効果を示す。たとえば、図5に示したように、左右
のユニット501のコレクタ内部端子502及びエミッ
タ内部端子503の位置が左右対称でない場合には、コ
レクタ外部端子とエミッタ外部端子の位置が左右にずれ
る。そのときは、ずれの分だけ中央短絡板1207の寸
法が左右に大きくなる。半導体装置の外部端子の間隔
は、耐圧を持たせるために一定距離以上離さなければな
らないので、中央短絡板1207が大きくなると、半導
体装置全体の大きさに影響を与える。したがって、でき
るだけコレクタ外部端子112及びエミッタ外部端子1
13は、左右にずれない配置が望ましい。
In either case, the switching circuit board is arranged so as to sandwich the snubber circuit board. (Second Embodiment) An inverter using the semiconductor device of the first embodiment is shown in FIG. The overall function is as follows: DC input terminal plus side 1201 and DC input terminal minus side 120
The DC supplied to 2 is output as a three-phase AC to the AC output terminal U-phase 1203, the AC output terminal V-phase 1204, and the AC output terminal W-phase 1205. Module 903 of the Invention
Is used for each phase, two for each phase, for a total of six. On the plus side, the collector external terminal 112 and the anode external terminal 116 of the plus side module 903 are connected to the DC power source. On the negative side, the external emitter terminal 113 and the external cathode terminal 117 of the negative side module 903 are connected to the DC power source. On the output side, the emitter external terminal 113 of the plus side module 903 and the collector external terminal 112 of the minus side module 903 are connected,
AC output terminal U phase 1203, AC output terminal V phase 1204
And the AC output terminal W phase 1205. The external snubber circuit is only the snubber capacitor 904. As shown in FIG. 9, three capacitors are mounted inside. In appearance, three terminals are arranged in a line. The upper terminal is connected to the cathode external terminal 117 of the positive side module 903, and the lower terminal is connected to the anode external terminal 116 of the negative side module 903, and the central capacitor central terminal 1206 is connected to the central short circuit plate 1.
207, that is, the emitter external terminal 113 of the positive side module 903 and the collector external terminal 112 of the negative side module 903 are connected to each other.
As is clear from FIG. 12, the mounting form including the snubber circuit is simple and compact. The arrangement of the external terminals of the module 903 has a great influence on the form of the entire inverter. Especially important is
The main terminals are located in the center (if possible, do not shift to the left and right), control terminals such as gates are located on the right side, and snubber terminals are located on the left side. Of course, the terminal arrangement with the right and left reversed also exhibits the same effect. For example, as shown in FIG. 5, when the positions of the collector internal terminal 502 and the emitter internal terminal 503 of the left and right units 501 are not symmetrical, the positions of the collector external terminal and the emitter external terminal are shifted to the left and right. In that case, the size of the central short-circuit plate 1207 is increased to the left and right by the amount of the shift. The distance between the external terminals of the semiconductor device must be a certain distance or more in order to have a withstand voltage. Therefore, when the central short-circuit plate 1207 becomes large, the size of the entire semiconductor device is affected. Therefore, the collector external terminal 112 and the emitter external terminal 1 are connected as much as possible.
13 is preferably arranged so that it does not shift left and right.

【0057】(実施例3)本発明の別の実施例につい
て、図14乃至図17を参照して説明する。
(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0058】図14は、本実施例による半導体装置の内
部を斜めから眺めたところである。本実施例は、実施例
1に比べて出力電流が1.5 倍であり、半導体装置の外
形寸法が大きい。しかし、外観上は構成部材,構成材料
及び外部端子の配置が実施例1と同じである。したがっ
て、図では半導体装置の外部構造を省略して配線基板及
び配線基板から半導体装置の外部端子に至る各端子の配
線のみを表示した。図面が複雑になるのを避けるため、
さらに、ゲート周りの配線、すなわち、ゲート配線及び
補助エミッタ配線を省略した。
FIG. 14 is a perspective view of the inside of the semiconductor device according to the present embodiment. In this embodiment, the output current is 1.5 times that of the first embodiment, and the external dimensions of the semiconductor device are large. However, the external appearance is the same as that of the first embodiment in the arrangement of the constituent members, constituent materials, and external terminals. Therefore, in the figure, the external structure of the semiconductor device is omitted and only the wiring board and the wiring of each terminal from the wiring board to the external terminals of the semiconductor device are shown. To avoid complicating the drawing,
Further, the wiring around the gate, that is, the gate wiring and the auxiliary emitter wiring are omitted.

【0059】半導体装置の外形寸法は、縦130mm×横
165mmである。中には、図14に示すように、同じ方
向を向いた3枚のスイッチング回路基板1401が並
び、スイッチング回路基板1401に挟まれる位置に、
同じ方向を向いた2枚のスナバ回路基板1402が配置
されている。スイッチング回路基板1401には、4個
のIGCT1409と2個のフリーホイールダイオード1410
を一列に並べた。さらに、コレクタ内部端子1416及
びエミッタ内部端子1417をスイッチング回路基板1
401の上下、すなわち、長手方向に配置して、細長い
形にした。このようにスイッチング回路基板1401を
細長くしたことで、3枚並べても半導体装置の横寸法を
抑えることができた。また、ゲート配線パターンを二つ
に分離し、上側ゲート配線パターン1404及び下側ゲ
ート配線パターン1406とした。二つのゲート配線パ
ターンの間にできた凹みを利用して、スナバ回路基板14
02を配置し、スナバ回路基板1402を挿入することに
よる寸法増加を抑えた。ゲート配線パターンを分離した
ことによって、素子の並ぶ順序を、実施例1とは異な
り、中央に2個のフリーホイールダイオード1410、
その上下にIGCT1409が2個ずつとした。
The external dimensions of the semiconductor device are 130 mm long × 165 mm wide. As shown in FIG. 14, three switching circuit boards 1401 facing in the same direction are lined up inside, and at a position sandwiched by the switching circuit boards 1401.
Two snubber circuit boards 1402 facing the same direction are arranged. The switching circuit board 1401 has four IGCT 1409 and two freewheel diodes 1410.
Are arranged in a line. Further, the collector internal terminal 1416 and the emitter internal terminal 1417 are connected to the switching circuit board 1
The strips were arranged above and below 401, that is, in the longitudinal direction to form an elongated shape. By making the switching circuit board 1401 elongated in this way, the lateral dimension of the semiconductor device can be suppressed even if three switching circuit boards 1401 are arranged. In addition, the gate wiring pattern is divided into two to form an upper gate wiring pattern 1404 and a lower gate wiring pattern 1406. Snubber circuit board 14 using the recess formed between the two gate wiring patterns
02 is arranged and the increase in size due to the insertion of the snubber circuit board 1402 is suppressed. By separating the gate wiring pattern, the order in which the elements are arranged is different from that of the first embodiment in that two freewheel diodes 1410,
There are two IGCT1409s above and below it.

【0060】つぎに、スナバ回路基板1402には、ス
ナバダイオード1411を1個搭載した。実施例1で述
べたように、電気的な要求として、スナバ抵抗はスイッ
チング回路の近くに配置する必要がない。本実施例で
は、できるだけ半導体装置を小さくまとめることに主眼
を置き、スナバ抵抗を内蔵せず、半導体装置の外にディ
スクリート素子として接続することにした。スナバ抵抗
を内蔵しないため、スナバ回路基板1402の寸法が小
さく、スイッチング回路基板1401の凹みに挿入する
ことができた。さらに、スナバダイオード1411を縦
長にして、半導体装置の横方向の寸法増加を抑えた。
Next, one snubber diode 1411 is mounted on the snubber circuit board 1402. As described in the first embodiment, it is not necessary to dispose the snubber resistor near the switching circuit as an electrical requirement. In this embodiment, the main purpose is to make the semiconductor device as small as possible, and the snubber resistor is not built in, but the semiconductor device is connected as a discrete element outside the semiconductor device. Since the snubber resistor is not built in, the size of the snubber circuit board 1402 is small, and the snubber circuit board 1402 can be inserted into the recess of the switching circuit board 1401. Further, the snubber diode 1411 is vertically elongated to suppress an increase in the lateral dimension of the semiconductor device.

【0061】すでに述べたように、スイッチング回路基
板1401で発生する大量の熱を、発熱の小さいスナバ
回路基板1402を搭載した領域で拡散する、本実施例
の基板配置は、熱的に理想に近いものである。とくに、
本実施例では、スナバ回路基板1402搭載部の、図面
で上下にあるスイッチング回路基板1401の部分が、
上側ゲート配線パターン1405及び下側ゲート配線パ
ターン1406で、ほとんど発熱しない部分であるの
で、一列に並んだスイッチング回路基板1401上のど
のチップに対しても、放熱条件がほぼ同じになった。さ
らに、スイッチング回路基板1401の間にスナバ回路
基板1402が1個ずつ挟まった配置であるので、3個
のどのスイッチング回路基板1401も、発生した熱を
逃がすための熱広がり条件がほぼ同じである。したがっ
て、12個のIGCT1409の温度上昇及び6個のフリーホイ
ールダイオード1410の温度上昇をほぼ揃っている。
IGCT1409は1チップあたり約90W、フリーホイールダ
イオード1410は1チップあたり約100W発熱す
る。スイッチング回路基板1401あたりでは、約56
0Wとなる。これは、実施例1と同じである。これに対
して、スナバ回路基板1402では、1基板につき約1
0Wしか発熱しない。スナバ抵抗を外付けにし、しか
も、スナバ回路基板1402を2枚に分割したため、実
施例1に比べて1基板あたりの発熱量が小さいのであ
る。本実施例のように、スナバ抵抗を外付けにし、しか
も、スナバ回路基板1402を2枚にする構成では、ス
ナバ回路基板1402の発熱が小さくなると共に、スナ
バ回路基板1402の搭載部が分散されるので、スイッ
チング回路基板1401の発熱を拡散する領域として、
実施例1よりさらに有効に利用できる。半導体装置1つ
当りトータル1700W発熱しても、IGCT1409の温度上
昇を、実施例1より低い、半導体装置底面より約18℃
アップに抑えることができた。発熱量は実施例1より約
1.5 倍であるが、半導体装置の底面積が約1.6 倍で
あり、単位底面積あたりの発熱量が小さいことと、スナ
バ回路基板1402の分割という熱的な底面の有効利用
がなされているためである。
As described above, the large amount of heat generated in the switching circuit board 1401 is diffused in the region where the snubber circuit board 1402 having a small heat generation is mounted. It is a thing. In particular,
In the present embodiment, the snubber circuit board 1402 mounting portion has the switching circuit board 1401 portions above and below in the drawing,
Since the upper gate wiring pattern 1405 and the lower gate wiring pattern 1406 are portions that hardly generate heat, the heat radiation conditions are almost the same for all the chips on the switching circuit board 1401 arranged in a line. Further, since the snubber circuit boards 1402 are sandwiched one by one between the switching circuit boards 1401, all three switching circuit boards 1401 have substantially the same heat spreading conditions for releasing the generated heat. Therefore, the temperature rises of the 12 IGCT 1409 and the temperature rises of the 6 freewheel diodes 1410 are almost the same.
The IGCT1409 generates about 90 W per chip, and the freewheel diode 1410 generates about 100 W per chip. About 56 per switching circuit board 1401
0W. This is the same as in the first embodiment. On the other hand, in the snubber circuit board 1402, about 1 per board
Only 0 W heats up. Since the snubber resistor is externally attached and the snubber circuit board 1402 is divided into two pieces, the heat generation amount per board is smaller than that in the first embodiment. In the configuration in which the snubber resistor is externally attached and the number of the snubber circuit boards 1402 is two as in the present embodiment, heat generation of the snubber circuit board 1402 is reduced and the mounting portions of the snubber circuit board 1402 are dispersed. Therefore, as a region for diffusing the heat generated by the switching circuit board 1401,
It can be used more effectively than the first embodiment. Even if a total of 1700 W is generated per semiconductor device, the temperature rise of IGCT1409 is lower than that of the first embodiment, about 18 ° C. from the bottom of the semiconductor device.
I was able to keep it up. The calorific value is about 1.5 times that of the first embodiment, but the bottom area of the semiconductor device is about 1.6 times, the calorific value per unit bottom area is small, and the heat of dividing the snubber circuit board 1402 is small. This is because the effective bottom surface is effectively used.

【0062】電気的な面では、本実施例は実施例1には
ない問題がある。すなわち、スイッチング回路基板14
01が3個の並列接続,スナバ回路基板1402が2個
の並列接続だという点である。いずれの回路も大電流の
断続があるため、配線の誘導成分を揃えなければならな
い。
In terms of electrical characteristics, this embodiment has a problem that the first embodiment does not have. That is, the switching circuit board 14
01 is three parallel connections, and the snubber circuit board 1402 is two parallel connections. Since both circuits have large current interruptions, the inductive components of the wiring must be the same.

【0063】まず、スナバ回路基板1402の並列接続
について述べる。図15は、図14からカソード配線1
426のみを抜き出した図である。アノード配線142
5についても、同じであるので、省略した。2つの回路
の並列接続は、実施例1のスイッチング回路基板104
におけるコレクタ配線106及びエミッタ配線107と
同じである。すなわち、2個所のカソード内部端子14
22からカソード合流点1501までの距離を等しくす
ることが必要である。したがって、カソード合流点15
01は、半導体装置の中心線上に位置することになる。
合流してからの配線は、実施例1では、図5のコレクタ
合流線508及びエミッタ合流線509のように、半導
体装置外部に垂直に取り出されている。ところが、本実
施例では、アノード外部端子及びカソード外部端子(い
ずれも図示せず)が、実施例1と同じく、いずれも半導
体装置左側に位置するため、合流後のアノード配線14
25及びカソード配線1426の位置を、左にずらされ
なければならない。ずらすことによる配線の相互誘導を
完全に避けることはできないが、できるだけ影響を少な
くするため、左側アーム1502と合流後水平部150
3の距離を20mmとした。その結果、左側のカソード内
部端子1422から左側アーム1502,カソード合流
点1501,合流後水平部1503を経由してカソード
外部端子位置1505に至る経路と、右側のカソード内
部端子1422から右側アーム1504,カソード合流点1
501,合流後水平部1503を経由してカソード外部
端子位置1505に至る経路とでは、誘導成分の差が約
5nH(ナノヘンリー)で、実用上差し支えない値であ
った。
First, the parallel connection of the snubber circuit boards 1402 will be described. 15 shows the cathode wiring 1 from FIG.
It is the figure which extracted only 426. Anode wiring 142
Since it is the same for 5 as well, it is omitted. The parallel connection of the two circuits is performed by the switching circuit board 104 of the first embodiment.
The same as the collector wiring 106 and the emitter wiring 107 in FIG. That is, two cathode internal terminals 14
It is necessary to make the distance from 22 to the cathode confluence 1501 equal. Therefore, the cathode confluence 15
01 is located on the center line of the semiconductor device.
In the first embodiment, the wiring after the merging is taken out vertically to the outside of the semiconductor device like the collector merging line 508 and the emitter merging line 509 in FIG. However, in this embodiment, both the anode external terminal and the cathode external terminal (neither are shown) are located on the left side of the semiconductor device as in the case of the first embodiment.
The positions of 25 and cathode line 1426 must be shifted to the left. Mutual induction of wiring by shifting cannot be completely avoided, but in order to reduce the influence as much as possible, the left arm 1502 and the horizontal portion 150 after merging are merged.
The distance of 3 was 20 mm. As a result, the path from the cathode internal terminal 1422 on the left side to the cathode external terminal position 1505 via the left arm 1502, the cathode merging point 1501, the post-merging horizontal portion 1503, and the cathode internal terminal 1422 on the right side to the right arm 1504, cathode Confluence point 1
501, the difference between the induction components in the path from the merged horizontal part 1503 to the cathode external terminal position 1505 is about 5 nH (nano henry), which is a practically acceptable value.

【0064】つぎに、スイッチング回路基板1401の
並列接続について説明する。スイッチング回路基板14
01は、3個とも同じ方向を向いている。この配置は、
3個の並列接続では有利である。すなわち、各回路基板
を同一方向に配置することで、3個所のコレクタ内部端
子1416の間隔及び3個所のエミッタ内部端子1417の
間隔が等しくなるのである。このことは、中央の内部端
子から眺めて、左右の内部端子が同じ距離に配置されて
いることになる。誘導成分は、配線長に直接影響され
る。そのため、3端子の並列接続では誘導成分の整合を
取ることが難しい。しかし、この配置では、少なくとも
左右の両端の内部端子に至る誘導成分については最初か
ら整合が取れている。そのため、中心の内部端子と両端
の内部端子の誘導成分の整合を考慮するだけでよい。こ
れが、本配置の大きなメリットである。中心の内部端子
から外部端子に至る経路における誘導成分と左右の内部
端子から外部端子に至る経路における誘導成分との整合
を、エミッタ配線1424について、図16を使用して
説明する。なお、図16は、図14からエミッタ配線1
424のみを抜き出した図である。
Next, parallel connection of the switching circuit boards 1401 will be described. Switching circuit board 14
All 01 are facing in the same direction. This arrangement
Three parallel connections are advantageous. That is, by arranging the circuit boards in the same direction, the intervals of the collector internal terminals 1416 at the three locations and the intervals of the emitter internal terminals 1417 at the three locations become equal. This means that the left and right internal terminals are arranged at the same distance when viewed from the central internal terminal. The inductive component is directly affected by the wiring length. Therefore, it is difficult to match the inductive component with the parallel connection of the three terminals. However, in this arrangement, at least the inductive components reaching the internal terminals at the left and right ends are matched from the beginning. Therefore, it is only necessary to consider the matching of the induction components of the central internal terminal and the internal terminals at both ends. This is a great advantage of this arrangement. The matching between the inductive component in the path from the central internal terminal to the external terminal and the inductive component in the path from the left and right internal terminals to the external terminal will be described with reference to FIG. 16 for the emitter wiring 1424. Note that FIG. 16 shows the emitter wiring 1 from FIG.
It is the figure which extracted only 424.

【0065】エミッタ内部端子1417は、3個所が同
じ間隔で一直線上に並んでいる。3個所のエミッタ内部
端子1417に電流が流れ込む状況を想定する。電流
は、エミッタ外部端子位置1601からエミッタ合流点
1602までは、一つの流れである。エミッタ合流点1
602で、左右に半分ずつの電流に分かれる。左側誘導
成分調整アーム1603に流れた電流は、左側一部合流
点1605でさらに2つに分かれる。電流の3分の2は
左側のエミッタ内部端子1417に流れ込む。残りの3
分の1は左側アーム1608に流れる。一方、エミッタ
合流点1602で右側誘導成分調整アーム1604に流
れた残り半分の電流は、右側一部合流点1606でさら
に2つに分かれる。電流の3分の2は右側のエミッタ内
部端子1417に流れ込む。残りの3分の1は右側アー
ム1609に流れる。最後に、左側アーム1608と右
側アーム1609の電流がエミッタ中央分離点1607
で合流し、中央のエミッタ内部端子1417に流れ込
む。
The internal emitter terminals 1417 are arranged in three lines at equal intervals. It is assumed that a current flows into the emitter internal terminals 1417 at three locations. The current is one flow from the emitter external terminal position 1601 to the emitter confluence 1602. Emitter confluence 1
At 602, the current is split in half into left and right. The current flowing in the left induction component adjusting arm 1603 is further divided into two at the left partial confluence point 1605. Two thirds of the current flows into the left emitter internal terminal 1417. Remaining 3
One part flows to the left arm 1608. On the other hand, the remaining half of the current flowing in the right induction component adjusting arm 1604 at the emitter junction point 1602 is further divided into two at the right side junction point 1606. Two thirds of the current flows into the emitter internal terminal 1417 on the right side. The remaining one-third flows to the right arm 1609. Finally, the currents in the left arm 1608 and the right arm 1609 are equal to each other at the emitter center separation point 1607.
And merge into the central emitter internal terminal 1417.

【0066】ここで、電流の向きについて説明する。左
側誘導成分調整アーム1603を流れる電流の方向は、
今の場合、右から左である。これに対して、左側アーム
1608を流れる電流は、左から右である。右側半分につい
ても同様に、上下の平行しているアームでは、電流が逆
方向に流れる。近接して逆方向に電流が流れると、相互
誘導により、誘導成分の相殺作用が働く。別の見方をす
ると、次のように考えることができる。すなわち、両ア
ームの間隔が充分大きいと、中央のエミッタ内部端子1
417への経路の方が、両端のエミッタ内部端子141
7への経路より長いので、中央のエミッタ内部端子14
17への誘導成分が両端のエミッタ内部端子1417へ
の誘導成分より大きくなる。ところが、両アームの間隔
がゼロになると、距離関係が逆転し、中央のエミッタ内
部端子1417への誘導成分の方が小さくなる。この間
隔を適当な値にすると、中央のエミッタ内部端子141
7に至る誘導成分と両端のエミッタ内部端子1417に
至る誘導成分と等しくすることができる。半導体装置の
形状によるが、この間隔は10mm以下に最適値がある。
本実施例では、8mmにした時、エミッタ外部端子位置1
601から3個のエミッタ内部端子1417までの誘導
成分が、すべて同じになった。
Now, the direction of the current will be described. The direction of the current flowing through the left induction component adjustment arm 1603 is
Right now, right to left. On the other hand, the left arm
The current through 1608 is from left to right. Similarly for the right half, the current flows in the opposite direction in the upper and lower parallel arms. When a current flows in the opposite direction in close proximity, mutual induction causes a canceling action of the induction component. From another perspective, we can think as follows. That is, if the distance between both arms is sufficiently large, the center emitter internal terminal 1
The route to 417 is closer to the emitter internal terminals 141 at both ends.
7 because it is longer than the path to 7
The inductive component to 17 becomes larger than the inductive component to the emitter internal terminals 1417 at both ends. However, when the distance between both arms becomes zero, the distance relationship is reversed, and the induction component to the central emitter internal terminal 1417 becomes smaller. If this interval is set to an appropriate value, the central emitter internal terminal 141
7 and the inductive component reaching the emitter internal terminals 1417 at both ends can be made equal. Depending on the shape of the semiconductor device, this distance has an optimum value of 10 mm or less.
In this embodiment, when the distance is set to 8 mm, the emitter external terminal position 1
The inductive components from 601 to the three emitter internal terminals 1417 are all the same.

【0067】電流の流れ方、すなわち、誘導成分の観点
からは、本実施例のスイッチング回路基板1401の配
置は有利である。しかし、半導体装置寸法の観点から
は、右端のスイッチング回路基板1401を左右反転パ
ターンで構成した方が、無駄な面積がさらに減って、都
合がよい。
The arrangement of the switching circuit board 1401 of this embodiment is advantageous from the viewpoint of the current flow, that is, the inductive component. However, from the viewpoint of the size of the semiconductor device, it is convenient to configure the switching circuit board 1401 at the right end in a left-right inverted pattern because the wasteful area is further reduced.

【0068】(実施例4)実施例3の半導体装置を使用
したインバータを図17に示す。半導体装置の寸法が大
きくなっただけで、基本的には実施例2と変わらないの
で、インバータの形状も図12と似ている。実施例2と
異なり、本実施例ではスナバ抵抗1701を外付けにし
た点が異なっている。図に示すように、スナバ抵抗17
01としてはディスクリート素子を用い、空中に浮かせ
る実装形態とした。一つには、スナバ抵抗の動作が高速
性を要求されないので、離れた位置に配置しても構わな
いこと、もう一つには、スナバ抵抗から発生する熱を、
半導体装置の放熱用フィン1707に伝えないためであ
る。
(Embodiment 4) An inverter using the semiconductor device of Embodiment 3 is shown in FIG. The size of the semiconductor device is simply increased, and the size of the semiconductor device is basically the same as that of the second embodiment. Therefore, the shape of the inverter is similar to that of FIG. Unlike the second embodiment, this embodiment is different in that a snubber resistor 1701 is externally attached. As shown in the figure, snubber resistor 17
A discrete element is used as 01, and is mounted in the air. One is that the snubber resistor does not need to operate at high speed, so it may be placed at a distant position. The other is that the heat generated from the snubber resistor is
This is because the heat is not transmitted to the heat radiation fins 1707 of the semiconductor device.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子、及
びそれを補助する付加回路、すなわち、フリーホイール
ダイオード並びに少なくともスナバダイオードを搭載し
た半導体装置、内部に搭載される回路基板の最適配置を
実現することができる。
According to the present invention, a switching element and an additional circuit supporting the switching element, that is, a semiconductor device having a freewheel diode and at least a snubber diode mounted therein, and an optimal layout of a circuit board mounted therein are realized. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す一部断面斜視図。FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に対応する回路図。FIG. 2 is a circuit diagram corresponding to the first embodiment of the present invention.

【図3】高発熱量回路基板と低発熱量回路基板の配置と
温度分布を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement and temperature distribution of a high heat generation circuit board and a low heat generation circuit board.

【図4】高発熱量回路基板と低発熱量回路基板の配置を
示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory view showing an arrangement of a high heat generation amount circuit board and a low heat generation amount circuit board.

【図5】本発明のユニット間の誘導成分のバランスを示
す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the balance of inductive components between the units of the present invention.

【図6】本発明のユニット間の誘導成分のバランスと発
熱のバランスとを説明するための説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the balance of inductive components and the balance of heat generation between the units of the present invention.

【図7】本発明の半導体装置の発熱量の異なる基板の配
置を示す平面図。
FIG. 7 is a plan view showing an arrangement of substrates having different heat generation amounts in the semiconductor device of the present invention.

【図8】本発明の半導体装置を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing a semiconductor device of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例に対応する回路図。FIG. 9 is a circuit diagram corresponding to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施例のスイッチング回路基
板を示す平面図。
FIG. 10 is a plan view showing a switching circuit board according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例のスナバ回路を示す平
面図。
FIG. 11 is a plan view showing the snubber circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施例のインバータ装置を示
す図。
FIG. 12 is a diagram showing an inverter device according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を説明する図。
FIG. 13 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施例の半導体装置を示す斜
視図。
FIG. 14 is a perspective view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第3の実施例のカソード配線を示す
斜視図。
FIG. 15 is a perspective view showing a cathode wiring according to a third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3の実施例のエミッタ配線を示す
斜視図。
FIG. 16 is a perspective view showing an emitter wire according to a third embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第4の実施例のインバータ装置を示
す平面図。
FIG. 17 is a plan view showing an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…銅ベース基板、102…樹脂ケース、103…
樹脂蓋、104,1401…スイッチング回路基板、10
5,1402…スナバ回路基板、106,818,14
23…コレクタ配線、107,819,1424…エミ
ッタ配線、108…補助エミッタ配線、109,820
…ゲート配線、110,822,1426…カソード配
線、111,821,1425…アノード配線、112
…コレクタ外部端子、113…エミッタ外部端子、11
4…補助エミッタ外部端子、115…ゲート外部端子、
116…アノード外部端子、117…カソード外部端
子、118…取り付け穴、201,901…直流電源、
202,902…交流出力、203…スイッチング回
路、204…上側アームスイッチング素子、205…下
側アームスイッチング素子、206…上側アームフリー
ホイールダイオード、207…下側アームフリーホイー
ルダイオード、208…スナバ回路、209…上側アー
ムスナバダイオード、210…下側アームスナバダイオ
ード、211…上側アームスナバ抵抗、212…下側ア
ームスナバ抵抗、301,401…高発熱量回路基板、
302,402…低発熱量回路基板、303,403…
熱拡散用ベース基板、304…温度グラフ、501…ユ
ニット、502,603,703,1009,1416
…コレクタ内部端子、503,604,704,101
0,1417…エミッタ内部端子、504…コレクタ取
り出し線、505…エミッタ取り出し線、506,60
7…コレクタ並列線、507,608…エミッタ並列
線、508…コレクタ合流線、509…エミッタ合流
線、601,701…主回路基板、602,702,8
03…副回路基板、605,705,1108,142
1…アノード内部端子、606,706,1107,1
422…カソード内部端子、801…左側主回路基板、
802…右側主回路基板、804,1001,1403…コ
レクタ配線パターン、805,1002,1404…エ
ミッタ配線パターン、806,1003…ゲート配線パ
ターン、807,1101,1408…カソード配線パター
ン、808,1102,1407…アノード配線パター
ン、809…スイッチング素子、810,1005,1
410…フリーホイールダイオード、811,110
3,1411…スナバダイオード、812,1104,
1701…スナバ抵抗、813,1006,1412…
エミッタワイヤ、814,1007,1413…ゲート
ワイヤ、815,816,1008,1105,141
4,1415…アノードワイヤ、817,1106…抵
抗接続ワイヤ、823…ベース基板、903…モジュー
ル、904…スナバコンデンサ、1004,1409…IG
CT、1011,1418…補助エミッタ内部端子、1
012…ゲート内部端子、1201,1702…直流入
力端子プラス側、1202,1703…直流入力端子マイナ
ス側、1203,1704…交流出力端子U相、120
4,1705…交流出力端子V相、1205,1706
…交流出力端子W相、1206…コンデンサ中央端子、
1207…中央短絡板、1405…上側ゲート配線パタ
ーン、1406…下側ゲート配線パターン、1419…
上側ゲート内部端子、1420…下側ゲート内部端子、
1501…カソード合流点、1502,1608…左側
アーム、1503…合流後水平部、1504,1609
…右側アーム、1505…カソード外部端子位置、1601
…エミッタ外部端子位置、1602…エミッタ合流点、
1603…左側誘導成分調整アーム、1604…右側誘
導成分調整アーム、1605…左側一部合流点、160
6…右側一部合流点、1607…エミッタ中央分離点、
1707…放熱用フィン。
101 ... Copper base substrate, 102 ... Resin case, 103 ...
Resin lid, 104, 1401 ... Switching circuit board, 10
5,1402 ... Snubber circuit board, 106, 818, 14
23 ... Collector wiring, 107, 819, 1424 ... Emitter wiring, 108 ... Auxiliary emitter wiring, 109, 820
... Gate wiring, 110,822,1426 ... Cathode wiring, 111,821,1425 ... Anode wiring, 112
... collector external terminal, 113 ... emitter external terminal, 11
4 ... Auxiliary emitter external terminal, 115 ... Gate external terminal,
116 ... Anode external terminal, 117 ... Cathode external terminal, 118 ... Mounting hole, 201, 901 ... DC power supply,
202, 902 ... AC output, 203 ... Switching circuit, 204 ... Upper arm switching element, 205 ... Lower arm switching element, 206 ... Upper arm freewheel diode, 207 ... Lower arm freewheel diode, 208 ... Snubber circuit, 209 ... upper arm snubber diode, 210 ... lower arm snubber diode, 211 ... upper arm snubber resistor, 212 ... lower arm snubber resistor, 301, 401 ... high heat generation circuit board,
302, 402 ... Low heat value circuit board, 303, 403 ...
Base substrate for heat diffusion, 304 ... Temperature graph, 501 ... Unit, 502, 603, 703, 1009, 1416
... Collector internal terminals, 503, 604, 704, 101
0, 1417 ... Emitter internal terminal, 504 ... Collector lead wire, 505 ... Emitter lead wire, 506, 60
7 ... Collector parallel line, 507, 608 ... Emitter parallel line, 508 ... Collector merging line, 509 ... Emitter merging line, 601, 701 ... Main circuit board, 602, 702, 8
03 ... Sub circuit board, 605, 705, 1108, 142
1 ... Anode internal terminal, 606, 706, 1107, 1
422 ... Cathode internal terminal, 801 ... Left main circuit board,
802 ... right main circuit board, 804, 1001, 1403 ... collector wiring pattern, 805, 1002, 1404 ... emitter wiring pattern, 806, 1003 ... gate wiring pattern, 807, 1101, 1408 ... cathode wiring pattern, 808, 1102, 1407 ... Anode wiring pattern, 809 ... Switching element, 810, 1005, 1
410 ... Free wheel diode, 811, 110
3, 1411 ... Snubber diodes, 812, 1104,
1701 ... Snubber resistance, 813, 1006, 1412 ...
Emitter wire, 814, 1007, 1413 ... Gate wire, 815, 816, 1008, 1105, 141
4, 1415 ... Anode wire, 817, 1106 ... Resistance connection wire, 823 ... Base substrate, 903 ... Module, 904 ... Snubber capacitor, 1004, 1409 ... IG
CT, 1011, 1418 ... auxiliary emitter internal terminal, 1
012 ... Gate internal terminal, 1201, 1702 ... DC input terminal plus side, 1202, 1703 ... DC input terminal minus side, 1203, 1704 ... AC output terminal U phase, 120
4, 1705 ... AC output terminal V phase, 1205, 1706
... AC output terminal W phase, 1206 ... Capacitor center terminal,
1207 ... Central short circuit board, 1405 ... Upper gate wiring pattern, 1406 ... Lower gate wiring pattern, 1419 ...
Upper gate internal terminal, 1420 ... Lower gate internal terminal,
1501 ... Cathode confluence, 1502, 1608 ... Left arm, 1503 ... Horizontal part after confluence, 1504, 1609
… Right arm, 1505… Cathode external terminal position, 1601
... Emitter external terminal position, 1602 ... Emitter confluence,
1603 ... Left guide component adjusting arm, 1604 ... Right guide component adjusting arm, 1605 ... Left partial confluence point, 160
6 ... Partial confluence on the right side, 1607 ... Emitter center separation point,
1707 ... Fins for heat dissipation.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ベース基板上に複数のスイッチング素子及
び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた、複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された少なくとも1つの副回路
基板とを備えた半導体装置において、該副回路基板に隣
接して配置される回路基板が該主回路基板であることを
特徴とする半導体装置。
1. A plurality of main circuit boards comprising a plurality of switching elements and diodes connected in antiparallel with the switching elements on a base substrate, electrical means for connecting the main circuit boards in parallel, and diodes. Alternatively, in a semiconductor device including an electric component and at least one sub circuit board in which a diode is connected in parallel, a circuit board disposed adjacent to the sub circuit board is the main circuit board. Semiconductor device.
【請求項2】ベース基板上に複数のスイッチング素子及
び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた、二つの主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された一つの副回路基板とを備
えた半導体装置において、該副回路基板の中心点が二つ
の該主回路基板中心点から略等距離にあることを特徴と
する半導体装置。
2. A two main circuit board having a plurality of switching elements and a diode connected in antiparallel with the switching element on a base board, an electric means for connecting the main circuit boards in parallel, and a diode. Alternatively, in a semiconductor device including one sub-circuit board in which electric components and diodes are connected in parallel, a center point of the sub-circuit boards is substantially equidistant from two center points of the main circuit boards. Semiconductor device.
【請求項3】該主回路基板がベース基板上で左右対称に
配置されることを特徴とする、請求項2項記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the main circuit boards are arranged symmetrically on a base substrate.
【請求項4】該副回路基板が、該主回路基板に挟まれる
配置であることを特徴とする、請求項2項記載の半導体
装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the sub circuit board is arranged so as to be sandwiched between the main circuit boards.
【請求項5】該副回路基板が、該主回路基板で囲まれる
配置であることを特徴とする、請求項2項に記載の半導
体装置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the sub circuit board is arranged so as to be surrounded by the main circuit board.
【請求項6】該主回路基板が隣接する配置であることを
特徴とする、請求項2項に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 2, wherein the main circuit boards are arranged adjacent to each other.
【請求項7】該主回路基板は、該副回路基板より発熱量
が大きいことを特徴とする、請求項1項或いは2項のい
ずれかに記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the main circuit board generates a larger amount of heat than the sub circuit board.
【請求項8】請求項7に記載の半導体装置において、前
記発熱量が大きい主回路基板と発熱量が小さな副回路基
板とを前記ベース基板上に交互に配置したことを特徴と
する半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the main circuit board having a large heat generation amount and the sub circuit board having a small heat generation amount are alternately arranged on the base substrate.
【請求項9】ベース基板上にスイッチング素子及び該ス
イッチング素子と逆並列に接続されたダイオードを備え
た複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続する電
気的手段とダイオードあるいは電気部品とダイオードと
が並列に接続された少なくとも1つの副回路基板とを備
えた半導体装置において、主電流の取り出し線が略同一
形状であり、該取り出し線の誘導成分が略等しくなるよ
うに前記主回路基板と副回路基板とを配置したことを特
徴とする半導体装置。
9. A plurality of main circuit boards each having a switching element and a diode connected in antiparallel to the switching element on a base board, and an electric means and a diode or an electric component for connecting the main circuit boards in parallel. In a semiconductor device including at least one sub-circuit board in which a diode and a diode are connected in parallel, a main current take-out line has substantially the same shape, and the inductive components of the take-out line are substantially equal to each other. And a sub circuit board.
【請求項10】ベース基板上に複数のスイッチング素子
と該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続
する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダイ
オードとが並列に接続された少なくとも1つの副回路基
板とを備えた半導体装置において、前記主回路基板の動
作時の最高温度が前記いずれの主回路基板においても略
等しいことを特徴とする半導体装置。
10. A plurality of main circuit boards provided with a plurality of switching elements and diodes connected in antiparallel to the switching elements on a base substrate, electrical means for connecting the main circuit boards in parallel, and diodes or In a semiconductor device including an electrical component and at least one sub-circuit board in which a diode is connected in parallel, the maximum temperature during operation of the main circuit board is substantially the same in any of the main circuit boards. Semiconductor device.
【請求項11】ベース基板上に複数のスイッチング素子
及び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオー
ドを備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された少なくとも1つの副回路
基板とを備えた半導体装置において、該半導体装置の主
端子間の耐圧が3000V以上で、かつ該半導体装置の
ピーク電流出力が300A以上で、かつ、該半導体装置
内の最も高温のスイッチング素子の温度と該素子の直下
の該半導体装置の外部底面の温度との差が25℃以下で
あることを特徴とする半導体装置。
11. A plurality of main circuit boards provided with a plurality of switching elements and diodes connected in antiparallel to the switching elements on a base substrate, electrical means for connecting the main circuit boards in parallel, and diodes or In a semiconductor device including an electric component and at least one sub-circuit board in which a diode is connected in parallel, a withstand voltage between main terminals of the semiconductor device is 3000 V or more, and a peak current output of the semiconductor device is 300 A or more. And the difference between the temperature of the hottest switching element in the semiconductor device and the temperature of the external bottom surface of the semiconductor device immediately below the device is 25 ° C. or less.
【請求項12】直流から三相交流に変換するインバータ
において、ベース基板上に複数のスイッチング素子及び
該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードを
備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続す
る電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダイオ
ードとが並列に接続された少なくとも1つの副回路基板
とを備えた半導体装置であり、該副回路基板に隣接して
配置される回路基板が該主回路基板である半導体装置を
単独或いは複数個並列接続した半導体装置ユニットを2
段に直列接続し、両端を直流電源に接続し、両半導体装
置ユニット同士の直列接続点を交流出力端子とするグル
ープを1相分とし、該グループ3個を直流電源に並列接
続することによって、三相交流出力を得ることを特徴と
するインバータ。
12. An inverter for converting a direct current to a three-phase alternating current, a plurality of main circuit boards provided with a plurality of switching elements and diodes connected in antiparallel with the switching elements on a base board, and the main circuit board. Is a semiconductor device including electrical means for connecting in parallel with each other, and at least one sub-circuit board in which a diode or an electric component and a diode are connected in parallel, and a circuit board arranged adjacent to the sub-circuit board. Is a semiconductor device unit in which a single semiconductor device, which is the main circuit board, or a plurality of semiconductor devices are connected in parallel.
By connecting in series to the stage, connecting both ends to a DC power supply, and making a group having an AC output terminal at the series connection point of both semiconductor device units as one phase, and connecting three groups in parallel to the DC power supply, An inverter characterized by obtaining a three-phase AC output.
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