JPH10303349A - 半導体装置の配線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の配線構造において、接続部の寸
法を小さくし、かつ接続時の作業性の向上を図る。 【解決手段】 ＩＧＢＴ側の接続部分１０を、端子１
４，１５を有する平板導体１１，１２と、突出部１６及
び窪み部１７を有する絶縁層１３から構成する。一方、
スナバコンデンサ側の接続部分２０も同様に、端子２
４，２５を有する平板導体２１，２２と、突出部２６及
び窪み部２７を有する絶縁層２３から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特にＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成されるイ
ンバータスタック等の半導体装置に備わる配線構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なインバータ回路（インバ
ータスタック）の等価回路図を、図７に示す。図８はそ
のようなインバータ回路の配線構造を示す図である。図
９はそのような配線構造の外部接続のための端子を部分
的に拡大した断面図である。又、図１０はそのような端
子での接続状態を示す断面図である。

【０００３】図７〜図１０において、１０１〜１０４は
スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、１０５はスナバコンデ
ンサ、１０６は電解コンデンサ、１０７はスナバコンデ
ンサＣｓとスイッチング素子とが接続された配線構造の
接続部分、１０８，１０９はインバータスタックの電極
引出しのための絶縁層、１１１はＩＧＢＴ１０１，１０
３のコレクタＣに接続されたＰ側（プラス側）の平板導
体、１１２はＩＧＢＴ１０２，１０４のエミッタＥに接
続されたＮ側（マイナス側）の平板導体、１１３，１２
３はガラスエポキシ、あるいは他のプラスチックのプレ
ートやフィルム等から形成される絶縁層、１１４は平板
導体１１１の端部を折り曲げて形成された外部接続のた
めの端子、１１５は同じく平板導体１１２の端部を折り
曲げて形成された外部接続のための端子、１１６は絶縁
層１１３の突出部、１１７は絶縁層１１３と同じくガラ
スエポキシ、あるいは他のプラスチックのプレートやフ
ィルム等から形成される補助絶縁層、１２１，１２２は
それぞれスナバコンデンサ１０５の配線構造を構成する
Ｐ側、Ｎ側の導体である平板導体、１２４は平板導体１
２１の端部を折り曲げて形成された外部接続のための端
子、１２５は同じく平板導体１２２の端部を折り曲げて
形成された外部接続のための端子、１２８は絶縁層１１
３と絶縁層１２３の突合わせ部である。

【０００４】図７において、Ｐ端子に正電圧、Ｎ端子に
負電圧が印加された場合、ＩＧＢＴ１０１〜１０４のゲ
ート電極Ｇ１〜Ｇ４に印加する電圧を順次切り換える
と、外部端子Ｌ１，Ｌ２間には交流電流が流れる。ゲー
ト電極Ｇ１〜Ｇ４に印加する電圧の周期を変化させる
と、交流電流の周波数を変化させることができる。スナ
バコンデンサ１０５（Ｃｓ）はこのインバータ回路をサ
ージ電圧から保護するための容量数μＦの保護用コンデ
ンサである。また、電解コンデンサ１０６（Ｃｅ）は、
ＤＣ電源からの電流を蓄積しインバータ回路に安定した
電流を流すための数千〜数万μＦの電源安定化用コンデ
ンサである。

【０００５】一般に、スイッチング素子を接続して構成
されるインバータスタックにおいてはスイッチング素子
にかかる過電圧を抑制するためにＤＣ電源回路の電解コ
ンデンサ、スナバ回路とスイッチング素子からなる閉回
路のインダクタンスを極力小さくすることが配線上極め
て重要な課題となっている。これにより、スイッチング
素子の過電圧抑制のため接続されるスナバ回路の省略、
スナバ容量の低減が可能となり、インバータ装置の小型
化やコストダウンを図れるという大きな利点がある。

【０００６】具体的には図７において、例えばスナバコ
ンデンサ１０５→ＩＧＢＴ１０１→ＩＧＢＴ１０２→ス
ナバコンデンサ１０５、あるいはスナバコンデンサ１０
５→ＩＧＢＴ１０３→ＩＧＢＴ１０４→スナバコンデン
サ１０５、あるいは電解コンデンサ１０６→ＩＧＢＴ１
０１→ＩＧＢＴ１０２→電解コンデンサ１０６、あるい
は電解コンデンサ１０６→ＩＧＢＴ１０３→ＩＧＢＴ１
０４→電解コンデンサ１０６に示す閉回路でのインダク
タンスの低減が重要な課題となってくる。このようなイ
ンダクタンス低減の手段としては、図９のように銅やア
ルミ等より成る平行平板導体１１１，１１２を絶縁層１
１３を介して積層し電流が逆向きに流れる往復導体を構
成することが有効となる。

【０００７】このような平行平板導体１１１，１１２に
対し、例えばスナバコンデンサ１０５は図８に示すよう
に接続される。なお、図７で示したＩＧＢＴ１０３，１
０４、電解コンデンサ１０６は、図８中では見えない所
にあるため図示されていない。

【０００８】平板導体１１１，１１２にはそれぞれ逆向
き（往復）の電流が流れる。端子１１４，１１５は、平
板導体１１１，１１２の間あるいはその一方に外部から
スナバコンデンサや電解コンデンサ等の他の部品、ある
いは他の回路を接続し易いように設けられたもので、絶
縁層１１６は平板導体１１１，１１２を電気的に絶縁す
るために設けられている。突出部１１６は、端子１１４
と端子１１５との絶縁の沿面距離を確保するために設け
られている。突出部１１６は平板導体１１１，１１２間
に印加される電圧が高くなればなるほど重要な役割を担
っている。

【０００９】図１０に示すように、平板導体１１１，１
２１及び平板導体１１２，１２２間の接続固定にはボル
トやナットが用いられている。この接続固定された状態
でスナバコンデンサ側の端子１２４，１２５はＩＧＢＴ
側の平板導体１１４，１１５と電気的に接続されてい
て、絶縁層１２３は絶縁層１１３と向かい合い、空間で
ある突合わせ部１２８が存在する。この突合わせ部１２
８において、沿面放電や絶縁破壊が起きるのを防止する
ため、補助絶縁層１１７が設けられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の配
線構造は、上述したように構成されているので、次のよ
うな問題点を内包している。

【００１１】図９のように構成された半導体装置の配線
構造は、高電圧用には適しているが、外部から平板導体
を接続する場合において、相手側の接続部分が図１０に
示すように複雑となる。すなわち、補助絶縁層１１７を
設けるなどして絶縁上の対策をしなければならず、非常
に面倒であった。

【００１２】これをより詳細に説明するならば、従来の
配線構造では接続主体側の絶縁層１１３と相手側の絶縁
層１２３との間に、突合わせ部１２８が存在する。前述
したように、突合わせ部１２８において沿面放電や絶縁
破壊が起こり、これを防止するために補助絶縁層１１７
が必要となる。この補助絶縁層１１７は、絶縁層１１
３，１２３と平板導体１２２との間に存在するため、そ
の分だけ平板導体１２１と平板導体１２２との間隔が大
きくなり、平板導体１１１，１１２と段違いとなり接続
しにくくなる他、平板導体１２１，１２２間の絶縁層も
段違いとなって間隙ができる等、絶縁構造上望ましいと
は言えない。また、内部の沿面距離を延ばすためには補
助絶縁層１１７の寸法を長くしなければならず接続に要
する寸法が長くなる上、補助絶縁層１１７を挿入しなけ
ればならず、作業性も悪くなるという問題点もあった。

【００１３】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、接続部分の絶縁性能を改
善し接続の際に要する補助絶縁層をなくして接続部分の
寸法を小さくすると共に平板導体同士の接続の際に作業
性の良い半導体装置の配線構造を提供することをその目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
装置の配線構造は、端部を折り曲げることにより形成さ
れた外部接続のための端子を有する第１の平板導体と、
前記第１の平板導体に近接して平行に配置され、端部を
前記第１の平板導体に揃えてかつ反対方向に折り曲げる
ことにより形成された外部接続のための端子を有し、前
記第１の平板導体とは往復導体を構成する第２の平板導
体と、前記第１及び第２の平板導体の間に設けられた絶
縁層とを備え、前記絶縁層は、前記第１及び第２の平板
導体の端部近傍において、当該端部の位置を基準として
窪み部と突出部とを備えていることを特徴としている。

【００１５】第２の発明に係る半導体装置の配線構造
は、第１の発明の半導体装置の配線構造であって、前記
半導体装置の配線構造の前記端子には所望の被接続体が
接続され、前記被接続体の配線構造は、前記半導体装置
の配線構造と同様の構成を備えていることを特徴として
いる。

【００１６】第３の発明に係る半導体装置の配線構造
は、第１又は第２の発明の半導体装置の配線構造であっ
て、前記絶縁層は単一の層より成り、前記窪み部は、前
記絶縁層の一部が切り欠き削除され形成されたことを特
徴としている。

【００１７】第４の発明に係る半導体装置の配線構造
は、第１又は第２の発明の半導体装置の配線構造であっ
て、前記絶縁層は、複数の絶縁シートを積層して形成さ
れており、前記複数の絶縁シートの端部は、前記窪み部
及び突出部に対応して凹凸状に位置をずらされているこ
とを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、この発明の実施の形態１を、図
１及び図２に基づき説明する。

【００１９】図１及び図２は、実施の形態１における半
導体装置において配線構造が接続される前後の様子を示
す断面図である。

【００２０】なお、本実施の形態１では、半導体装置全
体の構成については従来の技術と変化はないので従来の
技術の説明で触れた図８の配線構造の接続部分１０７を
拡大した断面図についてのみ説明を行う。

【００２１】図１に示すように、ＩＧＢＴ側の接続部分
１０では平板導体１１，１２の間に絶縁層１３が挿入さ
れている。平板導体１１，１２は端部でお互い反対向き
にほぼ直角に折り曲げられて、端子１４，１５が形成さ
れている。絶縁層１３は、平板導体１１，１２の端部に
おいて厚みの一部が切り欠き削除されており、これによ
り前記端部より窪んでいる窪み部１７と前記端部より突
出している突出部１６とが形成されている。

【００２２】また、スナバコンデンサ側の接続部分２０
の場合も接続部分１０の構成と同じ構成をしており、平
板導体２１，２２の間に絶縁層２３が挿入され、平板導
体２１，２２は端部でお互い反対方向にほぼ直角に折り
曲げられて、端子２４，２５が形成されている。平板導
体２１，２２の端部において絶縁層２３の厚みの一部が
切り欠き削除されて窪み部２７及び突出部２６が形成さ
れていることも同じである。

【００２３】接続部分１０及び２０は上記のように構成
されているので、お互いに接続部分１０と２０とを接合
させることが可能となる。つまり、接続部分１０の突出
部１６は接続部分２０の窪み部２７に挿入され、接続部
分２０の突出部２６は接続部分１０の窪み部１７に挿入
されることとなり、端子１４，２４はほぼ直角に起立し
ているために端子１４，２４の面同士で合わさり、端子
１５，２５もほぼ直角に起立しているために同じように
端子１５，２５の面同士で合わせることが可能となる。

【００２４】図２に示すように、接続部分１０，２０の
接合が終了後の様子を説明するならば、突出部１６，２
６がそれぞれ窪み部２７，１７に旨くはめ込まれ、端子
１４と端子２４同士、端子１５と端子２５同士はボルト
及びナットによりネジ止めして接続固定が行われる。こ
の時、突出部１６、窪み部２７あるいは突出部２６、窪
み部１７にはそれぞれ突合わせ部２８，１８が生じる
が、絶縁層２３，１３の存在のために反対側の平板導体
まで突合わせ部２８，１８は達していない。このため、
十分に沿面放電や絶縁破壊を防止することが可能とな
る。

【００２５】以上説明したように、本実施の形態１で
は、接続部分１０，２０のそれぞれの絶縁層１３，２３
に突出部１６，２６と窪み部１７，２７が形成されるこ
とで、図１０の補助絶縁層１１７が不要となり、ＩＧＢ
Ｔ側の配線構造の平板導体１１，１２とスナバコンデン
サ側の配線構造の平板導体２１，２２の間隔が一定に保
たれて、ＩＧＢＴ側の配線構造とスナバコンデンサ側の
配線構造が容易に接合することが可能となる。また、絶
縁層１３，２３の内部沿面距離を突出部１６，２６及び
窪み部１７，２７の長さを変えることにより（印加電圧
が高い時は突出部１６，２６及び窪み部１７，２７の長
さを長くし、印加電圧が低い時には突出部１６，２６及
び窪み部１７，２７の長さを短くし）、印加回路電圧に
対応した設計が可能となり、内部沿面距離を接続部分１
０，２０の両方に取ることができるため接続部分１０，
２０の寸法を大幅に短縮できる。

【００２６】このように、半導体装置の配線構造の絶縁
層の一部を切り欠き削除して突出部及び窪み部を形成す
ることで、接続部分の絶縁性能を改善し従来の技術で必
要とされた補助絶縁層が不要となるため平板導体の接続
部分の寸法を小さくすることができ、また平行平板導体
間隔が一定に保たれるので作業性を著しく向上させるこ
とが可能となる。

【００２７】（実施の形態２）実施の形態１では単一層
の絶縁層の厚みの一部を削除して突出部及び窪み部を形
成したが、本実施の形態２では、複数の絶縁シートを凹
凸状に積層して絶縁層を形成することにより突出部及び
窪み部を形成する。

【００２８】以下、この発明の実施の形態２を、図３及
び図４を用いて説明を行う。

【００２９】図３及び図４は、実施の形態２における半
導体装置において配線構造が接続される前後の様子を示
す断面図である。

【００３０】図３に示すように、実施の形態１とは異な
り、ＩＧＢＴ側の接続部分３０は平板導体３１，３２の
間に絶縁層として複数の絶縁シート３３ａ，３３ｂが凹
凸状に積層して形成されている。平板導体３１，３２の
端部では、お互い反対向きにほぼ直角に折れ曲がった端
子３４，３５が形成されている。なお、この端部から絶
縁シート３３ａの一部がはみ出して、突出部３６を形成
している。一方、絶縁シート３３ｂは端部よりも窪んで
おり、窪み部３７を形成している。なお、絶縁シートは
ガラスエポキシ板のような堅い物でもよいし、ポリエス
テル等の柔軟性を有する物でも良い。

【００３１】また、同図に示すように、スナバコンデン
サ側の接続部分４０も接続部分３０と同様に平板導体４
１，４２の間に絶縁層として複数の絶縁シート４３ａ，
４３ｂが凹凸状に積層して形成されており、平板導体４
１，４２は端部で折り曲げられて端子４４，４５を形成
している。絶縁シート４３ａの一部は端部よりもはみ出
して突出部４６を形成しており、絶縁シート４３ｂは端
部よりも窪んでいて窪み部４７を形成している。

【００３２】接続部分３０及び４０は上記のように構成
されているので、お互いに接続部分３０と４０とを接合
させることが可能となる。つまり、接続部分３０の突出
部３６は接続部分４０の窪み部４７に挿入され、接続部
分４０の突出部４６は接続部分３０の窪み部３７に挿入
されることとなり、端子３４，４４はほぼ直角に起立し
ているために端子３４，４４の面同士で合わさり、端子
３５，４５もほぼ直角に起立しているために同じように
端子３５，４５の面同士で合わせることが可能となる。

【００３３】図４に示すように、接続部分３０，４０の
接合が終了後の様子を説明するならば、突出部３６，４
６がそれぞれ窪み部４７，３７に旨くはめ込まれ、端子
３４と端子４４同士、端子３５と端子４５同士はボルト
及びナットによりネジ止めして接続固定が行われる。こ
の時、突出部３６、窪み部４７あるいは突出部４６、窪
み部３７にはそれぞれ突合わせ部４８，３８が生じる
が、絶縁層４３ａ，４３ｂ，３３ａ，３３ｂの存在のた
めに反対側の平板導体まで突合わせ部４８，３８は達し
ていない。このため、十分に沿面放電や絶縁破壊を防止
することが可能となる。

【００３４】以上説明したように、本実施の形態２によ
ると、絶縁層を絶縁シートで構成することでＩＧＢＴ側
の接続部分３０の突出部３６及び窪み部３７を絶縁シー
ト３３ａ，３３ｂで構成するか、あるいはスナバコンデ
ンサ側の接続部分４０の絶縁層の突出部４６及び窪み部
３６を絶縁シート４３ａ，４３ｂで構成することになる
ので、実施の形態１に比べて突出部及び窪み部を有する
絶縁層を容易に作成することができる。また、図１０の
補助絶縁層１１７が不要となり、ＩＧＢＴ側の配線構造
の平板導体３１，３２とスナバコンデンサ側の配線構造
の平板導体４１，４２の間隔が一定に保たれて、ＩＧＢ
Ｔ側の配線構造とスナバコンデンサ側の配線構造が容易
に接合することが可能となる。なお、内部沿面距離を突
出部３６，４６及び窪み部３７，４７の長さを変えるこ
とにより印加回路電圧に対応した設計が可能となり、内
部沿面距離を接続部分３０，４０の両方に取ることがで
きるため接続部分３０，４０の寸法を大幅に短縮でき
る。

【００３５】このように、半導体装置の配線構造の絶縁
層を複数の絶縁シートにより凹凸状に構成して突出部及
び窪み部を形成することで、接続部分の絶縁性能を改善
し従来の技術で必要とされた補助絶縁層が不要となるた
め平板導体の接続部分の寸法を小さくすることができ、
また平行平板導体間隔が一定に保たれて作業性を著しく
向上させることが可能となる。

【００３６】（実施の形態２の変形例）以上、実施の形
態２では絶縁シートを２枚用いて突出部及び窪み部を有
する絶縁層を作成することで半導体装置の配線構造を形
成していたが、３枚以上の絶縁シートを用いて各複数の
突出部及び窪み部を有する絶縁層を作成することにより
半導体装置の配線構造を形成することも可能である。そ
こで、ここでの変形例では、一例として絶縁シートを４
枚用いた半導体装置の配線構造について図５，図６によ
り説明を行う。

【００３７】図５に示すように、ＩＧＢＴ側の接続部分
５０の絶縁層は各２枚の絶縁シート５３ａ，５３ｂから
構成されており、平板導体５１，５２の端部において２
枚の絶縁シート５３ａの一部がはみ出して突出部５６を
形成しており、２枚の絶縁シート５３ｂは窪んで窪み部
５７を形成している。なお、絶縁シートはガラスエポキ
シ板のような堅い物でもよいし、ポリエステル等の柔軟
性を有する物でも良い。

【００３８】スナバコンデンサ側の接続部分６０につい
ても同様に絶縁層は各２枚の絶縁シート６３ａ，６３ｂ
が凹凸状に積層することで構成されており、平板導体６
１，６２の端部において２枚の絶縁シート６３ａの一部
がはみ出し突出部６６を形成し、２枚の絶縁シート６３
ｂは窪んで窪み部６７を形成している。

【００３９】接続される様子を図６を用いて説明するな
らば、絶縁シート５３ａ，５３ｂはそれぞれ絶縁シート
６３ｂ，６３ａと突き合い、突き合わせ部５８，６８が
存在する。

【００４０】以上説明した実施の形態２、あるいはその
変形例では、絶縁層が複数の薄い絶縁シートから構成さ
れているため、絶縁シートの材料として柔軟性を接続し
た後も柔軟性を有し、配線構造自体が壊れにくくなる。
このため、接続部分５０と接続部分６０との接合角度が
ずれていても接続を図れることができる。また、接続を
行った後にも配線構造自体に柔軟性を有することになる
ため、配線を曲げることができる。

【００４１】このように、実施の形態１，２及び実施の
形態２の変形例では、ＩＧＢＴインバータ回路の配線に
ついて述べたが、ＧＴＯやその他のスイッチング素子を
用いた回路の配線でもよく、広く低インダクタンスの配
線構造に適用できる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１あるいは請求項２記載の発明に
よれば、２枚の平板導体の端部において突出部及び窪み
部が形成されている絶縁層を備えることで、接続部分の
絶縁性能を改善し従来の技術で必要とされた補助絶縁層
が不要となり接続部分の寸法が小さくなった接合部を有
する半導体装置の配線構造を提供できるという効果があ
る。

【００４３】請求項３記載の発明によれば、窪み部を絶
縁層の一部を切り欠き削除して形成したことで、単一の
絶縁層を用いれば済むという効果がある。

【００４４】請求項４記載の発明によれば、複数の絶縁
シートを積層しその端部を凹凸状に位置ずらしすること
で、突出部及び窪み部を容易に形成することができ、し
かも絶縁シートが柔軟性を有すれば曲げ加工できる接合
部を形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における半導体装置
の配線構造が接続される前の様子を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１における半導体装置
の配線構造が接続された後の様子を示す断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態２における半導体装置
の配線構造が接続される前の様子を示す断面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２における半導体装置
の配線構造が接続された後の様子を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態２の変形例における半
導体装置の配線構造が接続される前の様子を示す断面図
である。

【図６】 この発明の実施の形態２の変形例における半
導体装置の配線構造が接続された後の様子を示す断面図
である。

【図７】 従来のインバータスタックの等価回路を示す
図である。

【図８】 従来のインバータスタックの配線構造を示す
図である。

【図９】 従来のインバータスタックの配線構造を部分
的に拡大した断面図である。

【図１０】 従来のインバータスタックの配線構造の外
部接続の様子を示す断面図である。

【符号の説明】

１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５
１，５２，６１，６２平板導体、１３，２３ 絶縁層、
１４，１５，２４，２５，３４，３５，４４，４５，５
４，５５，６４，６５ 端子、１６，２６，３６，４
６，５６，６６突出部、１７，２７，３７，４７，５
７，６７ 窪み部、３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ，
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，６３ａ，６３ｂ，６
３ｃ，６３ｄ 絶縁シート、１８，２８，３８，４８，
５８，６８ 突合わせ部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部を折り曲げることにより形成された
   外部接続のための端子を有する第１の平板導体と、 前記第１の平板導体に近接して平行に配置され、端部を
   前記第１の平板導体に揃えてかつ反対方向に折り曲げる
   ことにより形成された外部接続のための端子を有し、前
   記第１の平板導体とは往復導体を構成する第２の平板導
   体と、 前記第１及び第２の平板導体の間に設けられた絶縁層と
   を備え、 前記絶縁層は、前記第１及び第２の平板導体の端部近傍
   において、当該端部の位置を基準として窪み部と突出部
   とを備えていることを特徴とする、半導体装置の配線構
   造。
2. 【請求項２】 前記半導体装置の配線構造の前記端子に
   は所望の被接続体が接続され、 前記被接続体の配線構造は、前記半導体装置の配線構造
   と同様の構成を備えていることを特徴とする、請求項１
   記載の半導体装置の配線構造。
3. 【請求項３】 前記絶縁層は単一の層より成り、 前記窪み部は、前記絶縁層の一部が切り欠き削除され形
   成されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の半導
   体装置の配線構造。
4. 【請求項４】 前記絶縁層は、複数の絶縁シートを積層
   して形成されており、 前記複数の絶縁シートの端部は、前記窪み部及び突出部
   に対応して凹凸状に位置をずらされていることを特徴と
   する、請求項１又は２記載の半導体装置の配線構造。