JP2012204576A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、回転電機を制御するインバータ回路を形成する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that forms an inverter circuit that controls a rotating electrical machine.
電気自動車や、ハイブリッド自動車は、交流同期式の回転電機と、蓄電池などの直流電源を備えている。そして、回転電機と直流電源は、回転電機がモータとして駆動される時に直流を交流に変換するため、あるいは、回転電機がジェネレータとして機能する時に交流を直流に変換するためのインバータ回路を介して接続されている。このようなインバータ回路を形成する半導体装置として、半導体素子の配線を、ワイヤボンディングを用いることなく、バスバーを用いて行うIPM(intelligent power module)が知られている(例えば、特許文献1)。以下、半導体素子の配線を、ワイヤボンディングを用いることなく、バスバーを用いて行う半導体装置を、バスバー直接接続型の半導体装置とも呼ぶ。このような構成により、半導体装置の小型化、配線抵抗の抑制等を図ることができる。 An electric vehicle and a hybrid vehicle include an AC synchronous rotating electric machine and a DC power source such as a storage battery. The rotating electrical machine and the DC power source are connected via an inverter circuit for converting direct current to alternating current when the rotating electrical machine is driven as a motor, or for converting alternating current to direct current when the rotating electrical machine functions as a generator. Has been. As a semiconductor device for forming such an inverter circuit, there is known an IPM (intelligent power module) in which wiring of semiconductor elements is performed using a bus bar without using wire bonding (for example, Patent Document 1). Hereinafter, a semiconductor device in which wiring of semiconductor elements is performed using a bus bar without using wire bonding is also referred to as a bus bar direct connection type semiconductor device. With such a configuration, it is possible to reduce the size of the semiconductor device and suppress wiring resistance.
この半導体装置では、半導体素子、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)の意図しない短絡などにより、意図しない大電流が回転電機に流れることを防止するヒューズ構造が備えられている。具体的には、バスバーの一部分を、電流が流れる方向と垂直な面の断面積を他の部分と比較して小さく構成して、ヒューズとして機能させている。 This semiconductor device includes a fuse structure that prevents an unintended large current from flowing to the rotating electrical machine due to an unintended short circuit of a semiconductor element, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). Specifically, a part of the bus bar is configured so as to function as a fuse by making the cross-sectional area of the plane perpendicular to the direction of current flow smaller than that of the other part.
一方で、半導体素子の保護、および、インバータ回路の制御基板を設置するためのボスの固定等のために、半導体素子およびバスバーを樹脂などの充填材によって封止したバスバー直接接続型の半導体装置が知られている(例えば、特許文献2)。 On the other hand, there is a bus bar direct connection type semiconductor device in which a semiconductor element and a bus bar are sealed with a filler such as a resin for protecting a semiconductor element and fixing a boss for installing a control board of an inverter circuit. Known (for example, Patent Document 2).
ここで、上記半導体装置のバスバーに設けられたヒューズ構造において、ヒューズ機能の確実性の向上が求められている。例えば、充填材によって封止されたバスバーに上記ヒューズ構造を設けた場合には、大電流が流れた場合にバスバーのヒューズ構造部分が溶融したとしても、周囲が充填材によって封止されているので、断線には至らない可能性があった。 Here, in the fuse structure provided in the bus bar of the semiconductor device, it is required to improve the reliability of the fuse function. For example, when the above-mentioned fuse structure is provided in a bus bar sealed with a filler, even if the fuse structure portion of the bus bar melts when a large current flows, the periphery is sealed with the filler. There was a possibility that disconnection would not occur.
本発明の主な利点は、バスバー直接接続型の半導体装置において、ヒューズ機能の確実性を向上できる技術を提供することである。 The main advantage of the present invention is to provide a technology capable of improving the reliability of the fuse function in a bus bar direct connection type semiconductor device.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
回転電機を制御するインバータ回路を形成する半導体装置であって、
半導体素子と、
前記半導体素子とともに前記インバータ回路を構成する配線であるバスバーと、
前記半導体および前記バスバーを収容するケースと、
前記ケースに充填され、前記半導体素子を封止する充填材と、
を備え、
前記バスバーは、
前記充填材に埋設された埋設部と、
前記充填材から外部に露出された露出部と、
を有し、
前記露出部は、電流が流れる方向と垂直な断面の面積が前記バスバーの他の部位より小さくされたヒューズ部を有し、
前記半導体装置には、前記ヒューズ部の下方に配置された高部と、前記高部より高さが低い部分であり前記高部から見て前記ヒューズ部における電流方向に沿った第1の方向に配置された第1低部と、前記高部より高さが低い部分であり前記高部から見て前記第1の方向の反対方向である第2の方向に配置された第2低部と、を有する高低構造が形成されている、半導体装置。
[Application Example 1]
A semiconductor device forming an inverter circuit for controlling a rotating electrical machine,
A semiconductor element;
A bus bar which is a wiring constituting the inverter circuit together with the semiconductor element;
A case for housing the semiconductor and the bus bar;
A filler that fills the case and seals the semiconductor element;
With
The bus bar
An embedded portion embedded in the filler;
An exposed portion exposed to the outside from the filler;
Have
The exposed portion has a fuse portion in which an area of a cross section perpendicular to a direction in which a current flows is smaller than other portions of the bus bar,
The semiconductor device includes a high portion disposed below the fuse portion, and a portion having a height lower than the high portion, and a first direction along a current direction in the fuse portion as viewed from the high portion. A first low portion disposed, a second lower portion disposed in a second direction which is a portion having a height lower than the high portion and is opposite to the first direction when viewed from the high portion, A semiconductor device in which a high-low structure having the structure is formed.
上記構成によれば、半導体素子をバスバーを用いて配線するとともに、半導体素子をケースに充填された充填材で封止する半導体装置において、バスバーの一部を充填材から外部に露出部として露出させている。そして、バスバーの露出部にヒューズ部を設けている。半導体素子の短絡などにより、配線としてのバスバーに、意図しない大電流が流れた場合に、ヒューズ部が溶融する。上記構成によれば、ヒューズ部を露出部に設けているので、溶融したヒューズ部の分離(断線)が充填材によって阻害されないので、半導体装置のヒューズ機能の確実性を向上することができる。 According to the above configuration, in the semiconductor device in which the semiconductor element is wired using the bus bar and the semiconductor element is sealed with the filler filled in the case, a part of the bus bar is exposed to the outside from the filler as an exposed portion. ing. And the fuse part is provided in the exposed part of the bus bar. When an unintended large current flows through a bus bar as a wiring due to a short circuit of a semiconductor element, the fuse portion is melted. According to the above configuration, since the fuse portion is provided in the exposed portion, separation (disconnection) of the melted fuse portion is not hindered by the filler, so that the reliability of the fuse function of the semiconductor device can be improved.
さらに、上記構成によれば、溶融したヒューズ部が下方に落下した場合に、下方に配置された高低構造においてヒューズ部が分離(断線)される可能性を高めることができる。具体的には、高低構造は、高部と、高部の電流方向に沿った第1の方向に第1低部と、高部の第1の方向の反対方向である第2の方向に配置された第2低部とを有している。この結果、溶融して落下したヒューズ部の一部が第1低部に溜まり他の一部は第2低部に溜まることによって、ヒューズ部が分離(断線)される可能性が高められる。この結果、半導体装置のヒューズ機能の確実性を、さらに、向上することができる。 Furthermore, according to the said structure, when the fuse part fuse | melted falls below, possibility that a fuse part will be isolate | separated (disconnection) in the high and low structure arrange | positioned below can be raised. Specifically, the height structure is arranged in a second direction that is opposite to the first low portion in the first direction along the current direction of the high portion, the high portion, and the first direction in the high portion. Second lower portion. As a result, a part of the fuse part that has been melted and dropped accumulates in the first low part and the other part accumulates in the second low part, thereby increasing the possibility that the fuse part is separated (disconnected). As a result, the reliability of the fuse function of the semiconductor device can be further improved.
[適用例2]
適用例1に記載の半導体装置であって、
前記高低構造は、
前記充填材に形成され、前記第1低部としての第1底部と前記第2低部としての第2底部を有する凹部と、
前記凹部の前記第1底部および前記第2底部より上方に突出し、前記高部としての頂部を有する突出部と、
を有し、
前記頂部の高さは、前記充填材の上面より低く、
前記ヒューズ部は、前記突出部の上方であり、かつ、前記充填材の上面より低い位置に配置されている、半導体装置。
[Application Example 2]
A semiconductor device according to Application Example 1,
The height structure is
A recess formed in the filler and having a first bottom as the first low part and a second bottom as the second low part;
A protruding portion that protrudes above the first bottom portion and the second bottom portion of the concave portion and has a top portion as the high portion;
Have
The height of the top is lower than the top surface of the filler;
The semiconductor device, wherein the fuse portion is disposed above the protruding portion and at a position lower than an upper surface of the filler.
上記構成の半導体装置によれば、ヒューズ部は、充填材の上面より低い位置に配置されるので、充填材の上方の構造物(例えば、制御基板)とヒューズ部が干渉することを抑制できる。この結果、半導体装置の大型化を抑制しつつ、半導体装置のヒューズ機能の確実性を向上することができる。 According to the semiconductor device having the above configuration, since the fuse portion is disposed at a position lower than the upper surface of the filler, it is possible to suppress interference between the structure above the filler (for example, the control board) and the fuse portion. As a result, the reliability of the fuse function of the semiconductor device can be improved while suppressing an increase in size of the semiconductor device.
[適用例3]
適用例1に記載の半導体装置であって、
前記高低構造のうち少なくとも前記高部は、前記充填材とは異なる部材で形成されている、半導体装置。
[Application Example 3]
A semiconductor device according to Application Example 1,
In the semiconductor device, at least the high portion of the height structure is formed of a member different from the filler.
上記構成の半導体装置によれば、高低構造のうち少なくとも高部は、充填材とは異なる部材で形成されるので、充填材を高部と低部を有する構造に成形する必要がなく、容易に高低構造を作製することができる。例えば、別部材を充填材に配置するだけで、容易に高低構造を製造することができる。 According to the semiconductor device having the above configuration, at least the high part of the high and low structure is formed of a member different from the filler, so that it is not necessary to mold the filler into a structure having a high part and a low part, and the High and low structures can be produced. For example, the height structure can be easily manufactured only by disposing another member on the filler.
A.実施例:
図1は、実施例における半導体装置1の電気的構成を説明する図である。図1に示すシステムは、半導体装置1と、蓄電池300と、3相交流式の回転電機200とを備えている。
A. Example:
FIG. 1 is a diagram illustrating an electrical configuration of a semiconductor device 1 according to an embodiment. The system shown in FIG. 1 includes a semiconductor device 1, a
半導体装置1は、直流と3相交流とを相互に変換するインバータ回路として用いられる。例えば、半導体装置1は、蓄電池300から供給された直流電力を3相交流電力に変換して、回転電機200をモータとして駆動することができる。また、半導体装置1は、ジェネレータとして機能している回転電機200から供給された3相交流電力を直流電力に変換して、蓄電池300を充電することができる。
The semiconductor device 1 is used as an inverter circuit that mutually converts direct current and three-phase alternating current. For example, the semiconductor device 1 can drive the rotating
半導体装置1は、6つの半導体ユニット5と、第1直流側バスバー7a、第2直流側バスバー7bと、第1交流側バスバー8aと、第2交流側バスバー8bと、第3交流側バスバー8cと、駆動制御回路62とを備えている。半導体ユニット5は、並列に接続されたトランジスタTR(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ))とダイオードDIとを含んでいる。各直流側バスバー7a、7b、および、各交流側バスバー8a、8b、8cは、図1に示す周知のインバータ回路を構成するように、6つの半導体ユニット5を電気的に接続する配線である。直流側バスバー7a、7bの一端は、それぞれ、直流側接続端子9a、9bとされ、蓄電池300と電気的に接続される。3つの交流側バスバー8a、8b、8cの一端は、それぞれ、交流側接続端子10a、10b、10cとされ、回転電機200の3相配線(U、V、W相の配線)と電気的に接続される。3つの交流側バスバー8a、8b、8cには、それぞれ、ヒューズ部100が設けられている。駆動制御回路62は、各トランジスタTRのゲート電極に制御電圧を供給して、インバータ回路として動作させる回路である。駆動制御回路62からトランジスタTRに制御電圧を供給するための配線は、後述するリードピン11(図2、図3)が採用されているが、図1では図示を省略している。
The semiconductor device 1 includes six
以上のような電気的構成を有する半導体装置1の構造について、図2〜図4を参照して説明する。図2は、半導体装置1の分解斜視図である。図3は、半導体装置1の平面図である。図4は、半導体装置1の断面図である。ここで、図の煩雑を避けるため、図2では、図3、図4に示す充填材Rの図示を省略し、図3および図4では、図2に示す回路基板6の図示を省略している。図4は、図3におけるB−B断面を示している。 The structure of the semiconductor device 1 having the above electrical configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor device 1. FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device 1. FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1. Here, in order to avoid complication of the drawing, the illustration of the filler R shown in FIGS. 3 and 4 is omitted in FIG. 2, and the illustration of the circuit board 6 shown in FIG. 2 is omitted in FIGS. Yes. FIG. 4 shows a BB cross section in FIG.
図2に示すように、半導体装置1は、上述した6つの半導体ユニット5と、2つの直流側バスバー7a、7bと、3つの交流側バスバー8a、8b、8cと、駆動制御回路62と、リードピン11に加えて、金属ベース板4と、樹脂ケース3と、回路基板6とを備えている。
As shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 includes the above-described six
金属ベース板4は、平面視外形(Z軸方向から見た外形)が長方形の銅版である。図2、図3に示すように、樹脂ケース3は、平面視外形が金属ベース板4より僅かに小さい長方形に形成されている。樹脂ケース3は、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)あるいはPPS(ポリフェニレンサルファイド)などの樹脂で形成されている。樹脂ケース3は、第1側壁部3bと、第2側壁部3cと、第1接続部3dと、第2接続部3eとを有している。第1側壁部3bは、平面視の短手方向(X軸方向)の一端(−X方向の端)に配置されている。第2側壁部3cは、平面視の短手方向(X軸方向)の他端(+X方向の端)に配置されている。第1接続部3dは、第1側壁部3bの長手方向の一端(−Y方向の端)の下側の略2/3の部分と、第2側壁部3cの長手方向の一端(−Y方向の端)の下側の略2/3の部分とを接続している。第2接続部3eは、第1側壁部3bの長手方向の他端(+Y方向の端)の下側の略2/3の部分と、第2側壁部3cの長手方向の他端(+Y方向の端)の下側の略2/3の部分とを接続している。第1側壁部3b、第2側壁部3c、第1接続部3d、第2接続部3eの底面は、金属ベース板4に接着され、金属ベース板4の平面視の四隅に形成されたボルト孔70bと、樹脂ケース3の平面視の四隅に形成されたボルト孔70aとに螺合されるボルトによって金属ベース板4に固定される。このようにして、樹脂ケース3の第1側壁部3b、第2側壁部3c、第1接続部3d、第2接続部3eと、金属ベース板4とによって、半導体ユニット5が収容される収容部OPが形成されている。
The
図2、図3に示すように、樹脂ケース3には、さらに、収容部OPの上側の略3分の1を6つに区切る枠体3aが形成されている。枠体3aと第1接続部3dと第2接続部3eの上面は、同じ高さに形成され、回路基板6を固定するための複数の支持体2(具体的にはボルト孔を有するボス部材)が固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
金属ベース板4の上面(+Z軸側の面)には、図2および図4に示すように、6つの半導体ユニット5が上述した収容部OPに配置されるように固定されている。半導体ユニット5は、上述したトランジスタTR(図1)に相当する半導体素子53と、上述したダイオードDI(図1)に相当する半導体素子52と、ヒートスプレッダ54と、両面に銅箔55が配設された絶縁基板51とを備えている(図2、図4)。
As shown in FIGS. 2 and 4, six
図4に示すように、絶縁基板51の下方の面に配設された銅箔55は、半田56にて金属ベース板4に固着されている。半導体素子52、53は、絶縁基板51の上方の面に配設された銅箔55上に半田56にて固着されている。ヒートスプレッダ54は、半導体素子52、53の上側に半田56にて固着されている。
As shown in FIG. 4, the
ここで、図3、図4に示すように、上述した樹脂ケース3と金属ベース板4により形成された収容部OPには、充填材R(例えば、エポキシ樹脂)が充填され、半導体ユニット5の全体を封止している。充填材Rの上面は、第1接続部3dと第2接続部3eと枠体3aの上面と同じ高さとされている。
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the accommodating portion OP formed by the
図2に示すように、回路基板6には、半導体チップで構成された駆動制御回路62が実装されている。回路基板6は、樹脂ケース3に固定された上述した支持体2に、回路基板6に形成されたボルト孔70cを用いて、ボルトで固定される。
As shown in FIG. 2, a
リードピン11の上端は、回路基板6の上面に位置し、回路基板6の図示しない基板上配線によって、駆動制御回路62と接続されている。リードピン11は、上端から下方に延び、回路基板6のピン貫通孔11b、樹脂ケース3のピン貫通孔11aを貫通している。リードピン11は、さらに、充填材Rの内部にまで延びて、半導体ユニット5の所定位置に接続されている。図2では、リードピン11の上部については図示を省略している。
The upper end of the
直流側バスバー7a、7bおよび交流側バスバー8a、8b、8cは、良好な導電性を有する材料、例えば、銅やアルミニウムなどの金属で形成されている。第1直流側バスバー7aは、端部が第1側壁部3bの上面に露出して直流側接続端子9aを形成している。第1直流側バスバー7aは、直流側接続端子9aを形成している端部から樹脂ケース3の第1側壁部3bの内部に延び、第1側壁部3bの内部にて3つに枝分かれしている。3つに枝分かれした第1直流側バスバー7aは、第1側壁部3bの内部から充填材Rの内部に向かって延びて、図1に示したインバータ回路を半導体ユニット5とともに構成するように、半導体ユニット5の所定箇所にそれぞれ接続されている(図2、図3、図4)。第2直流側バスバー7bも同様である。
The DC
第1交流側バスバー8aは、端部が第2側壁部3cの上面に露出して交流側接続端子10aを形成している。第1交流側バスバー8aは、交流側接続端子10aを形成している端部から樹脂ケース3の第2側壁部3cの内部に延び、さらに、第2側壁部3cの内部から充填材Rの内部に向かって延びて、図1に示したインバータ回路を半導体ユニット5とともに構成するように、半導体ユニット5の所定箇所にそれぞれ接続されている(図2、図3、図4)。ここで、第1交流側バスバー8aは、第2側壁部3cの内部から半導体ユニット5における接続箇所に至るまでの間において、充填材Rの内部から充填材Rの上方の外部に露出している。
The end of the first
ここで、図3には、この露出している部分の近傍の平面図(Z軸方向から見た図)の拡大図が図示され、図4には、この露出している部分の近傍のY軸方向から見た断面図の拡大図が図示されている。これらの拡大図に示すように、第1交流側バスバー8aは、第1鉛直部8fと第2鉛直部8dと水平露出部8eとからなる部分を有している。第1鉛直部8fと第2鉛直部8dは、上側が充填材Rの上方に露出するとともに下側が充填材Rに埋設されている部分である。水平露出部8eは、全体が充填材Rの上方の外部に露出するとともに第1鉛直部8fの上端と第2鉛直部8dの上端とを接続する部分である。
Here, FIG. 3 shows an enlarged view of a plan view (viewed from the Z-axis direction) in the vicinity of the exposed portion, and FIG. 4 shows Y in the vicinity of the exposed portion. An enlarged view of the cross-sectional view seen from the axial direction is shown. As shown in these enlarged views, the first
以上の説明から解るように、第1交流側バスバー8aは、第2側壁部3cに埋設されている部分(ケース埋設部)と、充填材Rに埋設されている部分(充填材埋設部)と、交流側接続端子10aとは異なる部分であって、外部に露出している部分(露出部)とを有している。露出部は、第1鉛直部8fの上端近傍の部分と、第2鉛直部8dの上端近傍の部分と、水平露出部8eとから構成される。
As understood from the above description, the first
また、図3および図4に示す拡大図から解るように、水平露出部8eには、電流方向と垂直な断面の面積が、第1交流側バスバー8aの他の部分より小さくされたヒューズ部100が形成されている。ヒューズ部100は、本実施例のように第1交流側バスバー8aの幅を他の部分より狭くして形成されても良く、これに代えて、第1交流側バスバー8aの厚さを他の部分より薄くして形成されても良く、幅を他の部分より狭く、かつ、厚さを他の部分より薄くして形成されても良い。
Further, as can be seen from the enlarged views shown in FIGS. 3 and 4, the horizontal exposed
図3、図4に示すように、ヒューズ部100が形成された水平露出部8eの下方の充填材Rには、底部LSaを有する第1の凹部CHaと、底部LSbを有する第2の凹部CHbとが形成されている。第1の凹部CHaと第2の凹部CHbとは、ヒューズ部100の電流方向に沿った中心部を通り電流方向と垂直な鉛直面に対して略対称に形成されている。また、第1の凹部CHaは、第1鉛直部8fの充填材Rから露出している部分の下端の周囲に形成されている。第2の凹部CHbは、第2鉛直部8dの充填材Rから露出している部分の下端の周囲に形成されている。そして、第1の凹部CHaと第2の凹部CHbは、第1の凹部CHaの−X方向の端部と、第2の凹部CHbの+X方向の端部との間に間隔Mを空けて、配置されている。すなわち、第1の凹部CHaと第2の凹部CHbは、水平露出部8eにおける電流方向に、間隔Mを空けて並んでいる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the filler R below the horizontal exposed
このような第1の凹部CHaおよび第2の凹部CHbが形成されている結果、第1の凹部CHaの底部LSbおよび第2の凹部CHbの底部LSaより高い高部HPが、ヒューズ部100の直下を電流方向と垂直な方向に横断するように、配置される。また、高部HPの、電流方向に沿った第1の方向(+X方向)側に、高部HPより高さが低い第1低部としての底部LSaが配置され、第1の方向の反対方向である第2の方向(−X方向)側に、高部HPより高さが低い第2低部としての底部LSaが配置されることになる。
As a result of the formation of the first recess CHa and the second recess CHb as described above, the high portion HP higher than the bottom portion LSb of the first recess CHa and the bottom portion LSa of the second recess CHb is directly below the
以上の説明から解るように、本実施例における第1の凹部CHaと、第2の凹部CHbと、第1の凹部CHaと第2の凹部CHbとの間に配置される高部HPと、の全体が、特許請求の範囲における高低構造に対応する。 As can be understood from the above description, the first recess CHa, the second recess CHb, and the high portion HP disposed between the first recess CHa and the second recess CHb in the present embodiment. The whole corresponds to the height structure in the claims.
以上、第1交流側バスバー8aと、第1交流側バスバー8aのヒューズ部100と、第1交流側バスバー8aのヒューズ部100の近傍部分との構造について説明したが、他の交流側バスバー8b、8cと、これらの交流側バスバー8b、8cのヒューズ部100と、これらの交流側バスバー8a、8bのヒューズ部100の近傍部分の構造も同様の構造を有している(図2、図3)。
The structure of the first
以上説明した構造を有する半導体装置1は、以下のように製造される。図5は、ヒューズ部100の下方における第1の凹部CHa、第2の凹部CHbの形成について説明する図である。まず、所定箇所に支持体2(図2)が固定され、直流側バスバー7a、7b、交流側バスバー8a、8b、8c、リードピン11が埋め込まれた樹脂ケース3と、金属ベース板4と、半導体ユニット5と、回路基板6とが準備される。このとき、交流側バスバー8a、8b、8cのヒューズ部100近傍において、図5(a)に示すように、第1の凹部CHa、第2の凹部CHbの形状に対応する形状を有する凹部形成部材30f、30d(例えば、ゴム材で形成される)が、第1鉛直部8f、第2鉛直部8dの上端部に固定される。
The semiconductor device 1 having the structure described above is manufactured as follows. FIG. 5 is a diagram for explaining the formation of the first concave portion CHa and the second concave portion CHb below the
金属ベース板4の所定箇所に、6つの半導体ユニット5が配置形成される。その後、樹脂ケース3が、金属ベース板4上に固定される。この状態では、樹脂ケース3に埋め込まれた直流側バスバー7a、7b、交流側バスバー8a、8b、8c、リードピン11の各所定端が、半導体ユニット5上の所定接続位置に押し当てられる。この状態で、直流側バスバー7a、7b、交流側バスバー8a、8b、8c、リードピン11の各所定端が、半導体ユニット5上の所定接続位置に半田で接続される。
Six
その後、上方から充填材を形成するための充填材Rが、樹脂ケース3に形成された収容部OPに流し込まれる。その後、流し込まれた充填材Rが硬化される。この結果、充填材Rによって半導体ユニット5が封止されるとともに、枠体3aに固定された支持体2が半導体ユニット5の上方で強固に固定される。また、図5(b)に示すように、第1の凹部CHaおよび第2の凹部CHbが充填材Rに形成される。この後、ゴム材で形成された凹部形成部材30f、30dは、除去される。
Thereafter, the filler R for forming the filler from above is poured into the housing portion OP formed in the
その後、支持体2に回路基板6がボルトで固定され、リードピン11の上端が回路基板6の所定箇所に接続されて、半導体装置1の製造が完了される。
Thereafter, the circuit board 6 is fixed to the
以上説明した半導体装置1は、充填材Rによって、半導体ユニット5および各バスバー7a、7b、8a、8b、8cが強固に固定されるとともに、半導体ユニット5の上方で支持体2が強固に固定されている。この結果、バスバー直接接続型の半導体装置1を、コンパクトで、かつ、耐振動性が高く、信頼性の高いものとすることができる。
In the semiconductor device 1 described above, the
さらに、この半導体装置1では、交流側バスバー8a、8b、8cの一部を充填材Rから外部に露出させている。そして、この露出部の水平露出部8eにヒューズ部100を設けている。半導体素子52、53の短絡などにより、交流側バスバー8a、8b、8cに、大電流が流れた場合に、ヒューズ部100が溶融する。ヒューズ部100を充填材Rから露出した露出部に設けているので、溶融したヒューズ部100の分離(断線)が充填材Rによって阻害されない。この結果、確実性の向上したヒューズ機能を有する半導体装置1を得ることができる。
Furthermore, in this semiconductor device 1, a part of the
さらに、上記半導体装置1では、溶融したヒューズ部100が下方に落下した場合に、ヒューズ部100が分離(断線)される可能性を高めることができる。具体的には、ヒューズ部100の下方に、高部HPと、高部HPの電流方向に沿った第1の方向(+X方向)側に、高部HPより高さが低い底部LSaが配置され、第1の方向の反対方向である第2の方向(−X方向)側に、高部HPより高さが低い底部LSbが配置されている。この結果、溶融して落下したヒューズ部100の一部が底部LSaに溜まり他の一部は底部LSbに溜まることによって、ヒューズ部100が分離(断線)される可能性が高められる。この結果、半導体装置1のヒューズ機能の確実性を、さらに、向上することができる。
Further, in the semiconductor device 1, it is possible to increase the possibility that the
B.変形例:
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in the above embodiment are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
ヒューズ部100の下方には、高部と、高部から見てヒューズ部100における電流方向に沿った第1の方向に配置された第1低部と、高部から見て第1の方向の反対方向である第2の方向に配置された第2低部とを有する高低構造が配置されれば良く、上記実施例に示す形状に限らず、様々な形状が採用され得る。その他の形状の例を、以下に説明する。
Below the
B1.第1変形例:
図6は、第1変形例におけるヒューズ部100の近傍の構造を説明する図である。第1変形例では、実施例における第1の凹部CHaおよび第2の凹部CHbより深さが深い凹部BCHに高部と低部が形成されている。具体的には、凹部BCHの底面のヒューズ部100における電流方向(X軸方向)の略中央部に、ヒューズ部100の直下を電流方向および鉛直方向に垂直な方向(Y軸方向)に横断する突出部CNが形成されている。突出部CNにより、凹部BCHの底面は、突出部CNから見て電流方向に沿った第1の方向(+X方向)側に配置された底部LSaと、突出部CNから見て第1の方向と反対の第2の方向(−X方向)に配置された底部LSbとに、分割される。突出部CNの上面である高部HPは、充填材Rの上面より低い位置とされる。そして、ヒューズ部100が形成された水平露出部8eは、突出部CNの上面である高部HPより高く、かつ、充填材Rの上面より低い位置に配置される。
B1. First modification:
FIG. 6 is a diagram illustrating a structure in the vicinity of the
以上説明した第1変形例では、実施例と同様に、ヒューズ部100の下方に、高部HPと、高部HPから見て第1の方向(+X方向)側に、高部HPより高さが低い第1低部としての底部LSaが配置され、第2の方向(−X方向)側に、高部HPより高さが低い第2低部としての底部LSbが配置されている。この結果、実施例と同様に、ヒューズ部100が溶融した際に、ヒューズ部100が分離(断線)される可能性が高められる。この結果、半導体装置1のヒューズ機能の確実性を、向上することができる。
In the first modification described above, similarly to the embodiment, the height HP is located below the
さらに、第1変形例では、ヒューズ部100を含む露出部の全体が充填材Rの上面より低い位置に配置されるので、充填材Rの上方に配置される回路基板6が実施例より低い位置に配置されたとしても、回路基板6とのクリアランスを確保できる。すなわち、半導体装置1が上下方向(X軸方向)に大型化することなく、半導体装置1のヒューズ機能の確実性を向上することができる。
Further, in the first modification, the entire exposed portion including the
実施例および第1変形例では、充填材Rに高低構造が形成されているが、別部材によって、高低構造を形成しても良い。この例を、第2変形例〜第4変形例として説明する。図7は、第2変形例〜第4変形例におけるヒューズ部100の近傍の構造を説明する図である。図7(a)は第2変形例を、図7(b)は第3変形例を、図7(c)は第4変形例をそれぞれ示している。
In the example and the first modified example, the height structure is formed in the filler R, but the height structure may be formed by a separate member. This example will be described as a second modification to a fourth modification. FIG. 7 is a diagram illustrating the structure in the vicinity of the
B2.第2変形例:
図7(a)に示すように、第2変形例では、高低構造形成部材40が、ヒューズ部100の下方に配置されている。高低構造形成部材40は、基部42と、基部42の上面から上方に突出する突出部41を備えている。基部42は、図7(a)に示すように、Y軸方向から見た形状が、略長方形を有している。この略長方形の−X方向の端部は第2鉛直部8dより−X方向側に位置し、+X方向の端部は第1鉛直部8fより+X方向側に位置し、上端は水平露出部8eより低い位置に位置している。そして、基部42は、この略長方形の断面が、水平露出部8eの−Y方向の端部より−Y方向側の位置から、水平露出部8eの+Y方向の端部より+Y方向側の位置まで延びた板形状を有している。突出部41は、板形状の基部42の上面のX軸方向の略中央部に形成され、基部42のY軸方向の全長に亘って延びている。突出部41により、基部42の上面は、突出部41の電流方向に沿った第1の方向(+X方向)側に配置された上面BSaと、突出部41の第2の方向(−X方向)側に配置された上面BSbとに分割される。突出部41の上面である高部HPは、水平露出部8eより低い位置に配置される。突出部41は、ヒューズ部100の直下をヒューズ部100における電流方向および鉛直方向に垂直な方向(Y軸方向)に横断している。基部42の−X方向の端部は、バスバーの露出部の第2鉛直部8dに固定され、基部42の+X方向の端部は、バスバーの露出部の第1鉛直部8fに固定されている。
B2. Second modification:
As shown in FIG. 7A, in the second modification, the height
以上説明した第2変形例では、実施例と同様に、ヒューズ部100の下方に、高部HPと、高部HPの電流方向に沿った第1の方向(+X方向)に、高部HPより高さが低い第1低部としての上面BSaが配置され、第2の方向(−X方向)に、高部HPより高さ低い第2低部としての上面BSbが配置される。
In the second modification described above, similarly to the embodiment, the high portion HP is located below the
B3.第3変形例:
図7(b)に示すように、第3変形例では、高低構造形成部材40aが、ヒューズ部100の下方に配置されている。第3変形例の高低構造形成部材40aは、第2変形例の高低構造形成部材40(図7(a))の突出部41より−X方向側の部分を無くした形状を有している。すなわち、高低構造形成部材40aは、基部42aと、基部42aの−X方向側の端部から上方に突出する突出部41bを備え、Y軸方向から見た形状がL字形状を有している。そして、高低構造形成部材40aは、このL字形状の断面が、水平露出部8eの−Y方向の端部より−Y方向側の位置から、水平露出部8eの+Y方向の端部より+Y方向側の位置まで延びた形状を有している。突出部41aの上面である高部HPは、水平露出部8eより低い位置に配置される。突出部41aは、Y軸方向にヒューズ部100の直下を横断している。基部42aの+X方向の端部は、バスバーの露出部の第1鉛直部8fに固定されている。
B3. Third modification:
As shown in FIG. 7B, in the third modification, the height
以上説明した第3変形例では、ヒューズ部100の下方に、高部HPと、高部HPの電流方向に沿った第1の方向(+X方向)側に、高部HPより高さが低い第1低部としての基部42aの上面BSaが配置され、第2の方向(−X方向)側に、高部HPより高さ低い第2低部としての充填材Rの上面が配置される。
In the third modification described above, the height HP is lower below the
B4.第4変形例:
図7(c)に示すように、第4変形例では、高低構造形成部材40bの上面である高部HPが、ヒューズ部100の電流方向(X軸方向)の略中央部の下面に接着固定されている。第4変形例の高低構造形成部材40bは、Y軸方向から見た形状が、X軸方向の長さがヒューズ部100のX軸方向の長さより短く、下端が充填材Rに埋設された長方形を有している。そして、高低構造形成部材40bは、この長方形の断面が、水平露出部8eの−Y方向の端部より−Y方向側の位置から、水平露出部8eの+Y方向の端部より+Y方向側の位置まで延びた板形状を有している。
B4. Fourth modification:
As shown in FIG. 7C, in the fourth modification, the high portion HP, which is the upper surface of the height
以上説明した第4変形例では、ヒューズ部100の下方に、高部HPと、高部HPの電流方向に沿った第1の方向(+X方向)および第2の方向(−X方向)に、高部HPより高さが低い第1低部および第2低部としての充填材Rの上面が配置される。
In the fourth modification described above, below the
上述した第2〜第4変形例では、実施例と同様に、ヒューズ部100の下方に、高低構造が配置されるので、実施例と同様に、ヒューズ部100が溶融した際に、ヒューズ部100が分離(断線)される可能性が高められる。この結果、半導体装置1のヒューズ機能の確実性を、向上することができる。
In the second to fourth modifications described above, since the height structure is disposed below the
さらに、第2〜第4変形例では、高低構造形成部材40、40a、40bがバスバーの露出部の所定位置に固定された状態で、充填材Rの充填・硬化を行うことにより、高低構造形成部材40、40a、40bを充填材Rに配置して、ヒューズ部100の下方に容易に高低構造を作製することができる。すなわち、実施例では、充填材Rに凹部を形成するための凹部形成部材30d、30fを、充填材Rを硬化させた後に、除去する工程が必要であるが、第2〜第4変形例では、かかる工程が不要である。
Further, in the second to fourth modified examples, the high and low
1...半導体装置
2...支持体
3...樹脂ケース
4...金属ベース板
5...半導体ユニット
6...回路基板
7a、7b、8a〜8c...バスバー
9a、9b、10a〜10c...接続端子
11...リードピン
40、40a、40b...高低構造形成部材
62...駆動制御回路
100...ヒューズ部
200...回転電機
300...蓄電池
R...充填材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
半導体素子と、
前記半導体素子とともに前記インバータ回路を構成する配線であるバスバーと、
前記半導体および前記バスバーを収容するケースと、
前記ケースに充填され、前記半導体素子を封止する充填材と、
を備え、
前記バスバーは、
前記充填材に埋設された埋設部と、
前記充填材から外部に露出された露出部と、
を有し、
前記露出部は、電流が流れる方向と垂直な断面の面積が前記バスバーの他の部位より小さくされたヒューズ部を有し、
前記半導体装置には、前記ヒューズ部の下方に配置された高部と、前記高部より高さが低い部分であり前記高部から見て前記ヒューズ部における電流方向に沿った第1の方向に配置された第1低部と、前記高部より高さが低い部分であり前記高部から見て前記第1の方向の反対方向である第2の方向に配置された第2低部と、を有する高低構造が形成されている、半導体装置。 A semiconductor device forming an inverter circuit for controlling a rotating electrical machine,
A semiconductor element;
A bus bar which is a wiring constituting the inverter circuit together with the semiconductor element;
A case for housing the semiconductor and the bus bar;
A filler that fills the case and seals the semiconductor element;
With
The bus bar
An embedded portion embedded in the filler;
An exposed portion exposed to the outside from the filler;
Have
The exposed portion has a fuse portion in which an area of a cross section perpendicular to a direction in which a current flows is smaller than other portions of the bus bar,
The semiconductor device includes a high portion disposed below the fuse portion, and a portion having a height lower than the high portion, and a first direction along a current direction in the fuse portion as viewed from the high portion. A first low portion disposed, a second lower portion disposed in a second direction which is a portion having a height lower than the high portion and is opposite to the first direction when viewed from the high portion, A semiconductor device in which a high-low structure having the structure is formed.
前記高低構造部は、
前記充填材に形成され、前記第1低部としての第1底部と前記第2低部としての第2底部を有する凹部と、
前記凹部の前記第1底部および前記第2底部より上方に突出し、前記高部としての頂部を有する突出部と、
を有し、
前記頂部の高さは、前記充填材の上面より低く、
前記ヒューズ部は、前記突出部の上方であり、かつ、前記充填材の上面より低い位置に配置されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The high and low structure part is:
A recess formed in the filler and having a first bottom as the first low part and a second bottom as the second low part;
A protruding portion that protrudes above the first bottom portion and the second bottom portion of the concave portion and has a top portion as the high portion;
Have
The height of the top is lower than the top surface of the filler;
The semiconductor device, wherein the fuse portion is disposed above the protruding portion and at a position lower than an upper surface of the filler.
前記高低構造部のうち少なくとも前記高部は、前記充填材とは異なる部材で形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device in which at least the high portion of the high and low structure portion is formed of a member different from the filler.
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