JP4601874B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特にモジュール化された電力用半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からトランジスタ素子、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子、ダイオード素子等の電力用半導体素子をパッケージングしてモジュール化した構成(以後、半導体装置モジュールと呼称)が知られている。
【0003】
ここで、半導体装置モジュールの一例として、図8にIGBT素子1およびダイオード素子2を有した構成を示す。
【0004】
図8に示すようにダイオード素子2は、フリーホイールダイオードとして機能するように、IGBT素子1に対して順電流が還流する向きに並列に接続されている。
【0005】
IGBT素子1のコレクタは主コレクタ端子板12に接続され、エミッタは主エミッタ端子板11に接続されるとともに、制御エミッタ端子22にも接続されている。
【0006】
制御エミッタ端子22はIGBT素子1の駆動に際して使用され、制御エミッタ端子22とゲート端子21との間にゲート−エミッタ間電圧(例えば15V程度)を印加することでIGBT素子1を駆動することができる。
【0007】
また、IGBT素子1には電流センス電極が設けられており、当該電流センス電極は電流センス端子23に接続されている。電流センス電極とは主エミッタ電極に流れる電流の数千分の1の電流(センス電流)が流れるように形成された電極であり、センス電流を検出することで、IGBT素子1をフィードバック制御して、過電流保護および短絡保護が可能となる。
【0008】
ゲート端子21、制御エミッタ端子22、電流センス端子23等の制御端子は、半導体装置モジュールの外部に導出されて、外部からの制御信号を受けたり、検出したセンス電流を外部に出力するように構成される場合もあるが、昨今では、電力用半導体素子の駆動回路や保護回路等の制御回路を内蔵したIPM(Intelligent Power Module)が開発され、パッケージ内に内蔵された制御回路基板に制御端子が接続される構成も多くなっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
制御端子が外部に導出される半導体装置モジュールにしても、IPMにしても、制御端子のそれぞれは、端子間電圧による絶縁破壊を防止するため、それぞれ端子間距離を有して配設されている。そして、複数の制御端子は、モジュールの小型化や、半導体素子との接続の関係から隣接して配設されている。
【0010】
そのため、ゲート端子21と制御エミッタ端子22、制御エミッタ端子22と電流センス端子23が送信アンテナと受信アンテナのような関係になり、例えばIGBT素子1のスイッチング動作により、エミッタにノイズが出力された場合には、制御エミッタ端子22のノイズがゲート端子21あるいは電流センス端子23に印加され、それぞれの信号がノイズを含む可能性がある。
【0011】
その一例を図9に示す。図9(a)には、ゲート−エミッタ間電圧の正常な波形を、図9(b)には、ゲート−エミッタ間電圧の波形にノイズを含む場合を示す。
【0012】
なお、このようなノイズは、IGBT素子1のスイッチング動作に起因して発生するだけでなく、外部から与えられる場合もある。
【0013】
本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、制御端子にノイズが印加されることを防止した半導体装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項1記載の半導体装置は、パッケージの底面部に収納された電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子に電気的に接続され、前記電力用半導体素子の制御のための制御信号の中継に使用される制御端子とを備え、前記制御端子は、前記底面部に対して垂直方向に延在するように配設され、前記制御信号が流れる中心導体と、前記中心導体を取り囲むように配設された絶縁体と、前記絶縁体を取り囲むように配設された外周導体とを有し、前記外周導体は、前記電力用半導体素子の駆動に際して、基準電位に相当する電位が与えられ、前記中心導体の前記底面部側の第1の端部は、前記外周導体と絶縁を保って前記外周導体の側面から突出して前記電力用半導体素子との電気的接続のための端子台をなし、前記中心導体の前記底面部とは反対側の第2の端部は、前記絶縁体および前記外周導体の端面よりも突出し、前記制御信号の授受部をなしている。
【0015】
本発明に係る請求項2記載の半導体装置は、前記制御端子が複数であって、前記複数の制御端子のそれぞれは、単一の前記中心導体、前記絶縁体および前記外周導体を備えている。
【0016】
本発明に係る請求項3記載の半導体装置は、前記中心導体が複数であって、前記絶縁体は、前記複数の中心導体を個々に取り囲むように複数配設され、前記外周導体は、前記複数の絶縁体を共通して取り囲むように配設されている。
【0017】
本発明に係る請求項4記載の半導体装置は、前記制御端子が、前記パッケージの前記底面部に平行に配設された導体パターン上に配設され、前記外周導体の端面が前記導体パターンに直接に接続される。
【0020】
本発明に係る請求項5記載の半導体装置は、前記半導体装置が、前記電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を内蔵してさらに備え、前記授受部は、前記制御基板に直接に接続される。
【0021】
本発明に係る請求項6記載の半導体装置は、前記半導体装置が、前記電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を、前記パッケージの外部においてさらに備え、前記授受部は、前記パッケージから突出して前記制御基板に直接に接続される。
【0022】
【発明の実施の形態】
<A.実施の形態1>
<A−1.装置構成>
本発明に係る半導体装置の実施の形態1として、図1に半導体装置モジュール100の構成を示す。
【0023】
図1は半導体装置モジュール100の内部構成を示す斜視図であり、樹脂パッケージ10を部分的に省略して内部構成を示している。
【0024】
図1に示すように、樹脂パッケージ10の底部には絶縁性を有する絶縁基板3および中継端子基板6が間隔を開けて配設され、絶縁基板3上にはエミッタパターン4、コレクタパターン5が互いに電気的に分離されて配設され、中継端子基板6上には共通パターン7が配設されている。なお、中継端子基板6は絶縁性を有する基板であれば何でも良い。
【0025】
そして、コレクタパターン5上にはIGBT素子1およびダイオード素子2が1個ずつ配設され、IGBT素子1とエミッタパターン4との間、ダイオード素子2とエミッタパターン4との間は、複数の金属ワイヤーWRによって電気的に接続されている。
【0026】
また、共通パターン7上には、共通パターン7に垂直に延在する円筒状の制御端子T1およびT2が配設され、IGBT素子1のゲートおよび電流センス電極は、金属ワイヤーWRを介して、それぞれ制御端子T1およびT2の基部に設けられた端子台211および231に接続されている。また、IGBT素子1のエミッタは、金属ワイヤーWRを介して共通パターン7に接続されている。
【0027】
制御端子T1およびT2は、それぞれ円柱状あるいは角柱状のゲート端子21および電流センス端子23を中心導体として、その周囲を絶縁体IZ1で囲み、絶縁体IZ1の外周をそれぞれ制御エミッタ端子22で囲んだ構造を有している。なお、制御エミッタ端子22は絶縁体IZ1の外周を囲むように配設されるので外周導体と呼称することができる。
【0028】
そして、制御端子T1およびT2においては、周設された絶縁体IZ1および制御エミッタ端子22の端面よりもゲート端子21および電流センス端子23が突出しており、ゲート端子21および電流センス端子23は、中継端子基板6の上方に配設された制御基板30に電気的に接続される構成となっている。
【0029】
制御基板30には、IGBT素子1の駆動回路や保護回路等の制御回路が配設されており、制御基板30を内蔵することで半導体装置モジュール100はIPMとなっている。なお、制御基板30を内蔵することで、電力用半導体素子からの信号経路が短くなり、制御信号にノイズが印加される可能性を低減できる。
【0030】
また、エミッタパターン4およびコレクタパターン5には、主エミッタ端子板11および主コレクタ端子板12が接続されている。主エミッタ端子板11および主コレクタ端子板12は、細長形状を有し、その長手方向の一端の主面がエミッタパターン4およびコレクタパターン5に接続されるように折り曲げられ、他端の主面が樹脂パッケージ10の上面において露出するように配設されている。
【0031】
ここで、制御端子T2におけるA−A線での断面構成を図2に示す。また、図3に制御端子T2の基部の構造を斜視図で示す。
【0032】
図2に示すように、電流センス端子23の断面形状はL字形状をなし、L字形状の長辺にあたる部分が中心導体として絶縁体IZ1および制御エミッタ端子22で囲まれ、L字形状の短辺にあたる部分が端子台231として露出している。
【0033】
なお、制御エミッタ端子22は、その底面部において中継端子基板6の主面上の共通パターン7に半田付け等で接続されるので、共通パターン7との接触抵抗を低くすることができ、また、制御エミッタ端子22は、その上面部において制御基板30の下主面に設けられた導体パターン302に半田付け等で接続されているので、導体パターン302との接触抵抗を低くすることができる。
【0034】
電流センス端子23は、IGBT素子1のセンス電極に流れるセンス電流の検出信号を制御基板30に中継するので、そこに流れる電気信号は、IGBT素子1を直接に制御するものではないが、センス電流に基づいてIGBT素子1がフィードバック制御されるので、電流センス端子23に流れる電気信号を制御信号と呼称する。
【0035】
なお、図2および図3で示すように、端子台231の下部は絶縁体IZ1で覆われ、共通パターン7とは電気的に絶縁されている。
【0036】
一方、電流センス端子23の長辺先端部は制御基板30を貫通して制御基板30の上主面から突出し、制御基板30の上主面に設けられた導体パターン301に半田付け等で接続されている。導体パターン301および302は、制御基板30上に設けられた制御回路の所定部分に接続され、電気信号(制御信号)の授受によりIGBT素子1およびダイオード素子2の動作を制御することになるが、制御回路の構造および動作については本発明との関連が薄いので説明は省略する。
【0037】
このような構成により、中継端子基板6の主面上の共通パターン7は、制御エミッタ端子22を介して制御基板30の下主面に設けられた導体パターン302に電気的に接続され、電流センス端子23は、制御基板30の上主面に設けられた導体パターン301に電気的に接続されることになる。なお、制御端子T1の構成も制御端子T2と同様である。
【0038】
<A−2.作用効果>
以上説明したように、本発明に係る半導体装置モジュール100においては、ゲート端子21および電流センス端子23を中心導体として、その周囲を絶縁体IZ1で囲み、絶縁体IZ1の外周を、基準電位に相当する電位が与えられる制御エミッタ端子22で囲んだ構造の制御端子T1およびT2を有しているので、制御信号の中継に際して、ゲート端子21と制御エミッタ端子22、制御エミッタ端子22と電流センス端子23が送信アンテナと受信アンテナのような関係になることが防止され、IGBT素子1のスイッチング動作に起因して発生するノイズがゲート端子21および電流センス端子23に流れる電気信号(制御信号)に印加されることを防止できる。
【0039】
また、ゲート端子21および電流センス端子23を電気的にシールドでき、外部からのノイズがゲート端子21および電流センス端子23に流れる電気信号に印加されることを防止できる。
【0040】
さらに、制御端子T1およびT2が独立しているので、制御端子の配設が自由にできる。
【0041】
<B.実施の形態2>
<B−1.装置構成>
本発明に係る半導体装置の実施の形態2として、図4に半導体装置モジュール200の構成を示す。
【0042】
図4は半導体装置モジュール200の内部構成を示す斜視図であるが、制御端子T3以外の構成は図1を用いて説明した半導体装置モジュール100と同じであるので、図示および説明は省略する。
【0043】
図4において、中継端子基板6主面の共通パターン7上には、共通パターン7に垂直に延在する制御端子T3が配設されている。そして、IGBT素子1のゲートおよび電流センス電極は、金属ワイヤーWRを介して、それぞれ制御端子T3の基部に設けられた端子台211および231に接続されている。また、IGBT素子1のエミッタは、金属ワイヤーWRを介して共通パターン7に接続されている。
【0044】
制御端子T3は、共通パターン7上に間を開けて垂直に延在するように配設されたゲート端子21および電流センス端子23を中心導体とし、その周囲をそれぞれ絶縁体IZ1で囲み、2つの絶縁体IZ1の外周を制御エミッタ端子22で共通に囲んだ構造を有している。なお、制御エミッタ端子22は2つの絶縁体IZ1の外周を囲むように配設されるので外周導体と呼称することができる。
【0045】
また、ゲート端子21および電流センス端子23の構造は、図2を用いて説明した制御端子T2と同様である。
【0046】
そして、ゲート端子21および電流センス端子23に周設されたそれぞれの絶縁体IZ1および、2つの絶縁体IZ1を共通に取り囲む制御エミッタ端子22の端面よりも、ゲート端子21および電流センス端子23が突出しており、ゲート端子21および電流センス端子23は、中継端子基板6の上方に配設された制御基板30に電気的に接続される構成となっている。
【0047】
<B−2.作用効果>
以上説明したように、本発明に係る半導体装置モジュール200においては、ゲート端子21および電流センス端子23を中心導体として、その周囲をそれぞれ絶縁体IZ1で囲み、2つの絶縁体IZ1を基準電位に相当する電位が与えられる制御エミッタ端子22で共通に取り囲んだ構造の制御端子T3を有しているので、制御エミッタ端子22の断面積を広くでき、制御信号の中継に際して、ゲート端子21および電流センス端子23に対する電気的なシールド性能を高めることができ、外部からのノイズがゲート端子21および電流センス端子23に流れる電気信号(制御信号)に印加されることを、より効果的に防止できる。
【0048】
<C.実施の形態3>
<C−1.装置構成>
本発明に係る半導体装置の実施の形態3として、図5に半導体装置モジュール300の構成を示す。
【0049】
実施の形態1および2として、図1および図4を用いて説明した半導体装置モジュール100および200においては、円柱状あるいは角柱状のゲート端子21および電流センス端子23を中心導体として、その周囲を絶縁体IZ1が囲む構造の制御端子を有していたが、図5に示す半導体装置モジュール300においては、平板状をなすゲート端子210、制御エミッタ端子220および電流センス端子230等の制御端子を、それらの主面が対向するように配設する構成となっている。
【0050】
すなわち、制御端子であるゲート端子210、制御エミッタ端子220および電流センス端子230は、平面視形状が矩形状の本体部BD21、BD22およびBD23と、それぞれの一方の長辺から延在する突片212、222および232と、他方の長辺から延在する突片211、221および231とを有し、突片211、221および231の主面が中継端子基板6の主面上に接続されるように折り曲げられ、それぞれ端子台211、221および231となっている。
【0051】
そして、基準電位に相当する電位が与えられる制御エミッタ端子220を中央に配置し、制御エミッタ端子220の両主面にそれぞれの主面が対向するようにゲート端子210および電流センス端子230が配設されている。
【0052】
なお、端子台211、221および231は、互いに電気的に分離される必要があるので、突片211、221および231は、本体部BD21、BD22およびBD23の一方の長辺のそれぞれ異なる位置から延在し、互いに接触しないように折り曲げられている。
【0053】
また、中継端子基板6上には、端子台211、221および231が共通して接続されるような導体パターンは設けられておらず、端子台211、221および231をそれぞれ半田付け等で、中継端子基板6上に接続するための部分的な導体パターンが設けられているが、それらは端子台211、221および231と同等の面積を有していれば良いので、端子台211、221および231の載置によって隠れ、図中には示されていない。
【0054】
そして、突片212、222および232が、中継端子基板6の上方に配設された制御基板30に電気的に接続される構成となっている。
【0055】
なお、ゲート端子210、制御エミッタ端子220および電流センス端子230の、それぞれの本体部BD21、BD22およびBD23の間には、樹脂パッケージ10を成形する際に、モールド樹脂が充填されるので、組み立ての段階では間隙を有する構造としていても良いが、確実な絶縁を行うために、絶縁材を挟むようにしても良い。
【0056】
図5に、ゲート端子210、制御エミッタ端子220および電流センス端子230を図4の矢示B方向から見た図を示す。図5に示すように、本体部BD21とBD22との主面間、および本体部BD22とBD23との主面間に、絶縁体IZ2を挟み込んだ構成にすることで、各主面間隔を一定にでき、また、確実な絶縁が可能となる。
【0057】
なお、絶縁体IZ2は、ゲル状の絶縁材を塗布して硬化させて形成しても良く、絶縁シートを挟み込む構成としても良い。
【0058】
なお、その他の構成は図1を用いて説明した半導体装置モジュール100と同じであるので、図示および説明は省略する。
【0059】
<C−2.作用効果>
以上説明したように、本発明に係る半導体装置モジュール300においては、基準電位に相当する電位が与えられる制御エミッタ端子220を中央に配置し、制御エミッタ端子220の両主面にそれぞれの主面が対向するようにゲート端子210および電流センス端子230が配設されているので、制御信号の中継に際して、ゲート端子210と制御エミッタ端子220、制御エミッタ端子220と電流センス端子230が送信アンテナと受信アンテナのような関係になることが防止され、IGBT素子1のスイッチング動作に起因して発生するノイズがゲート端子210および電流センス端子230に流れる電気信号(制御信号)に印加されることを防止できる。また、各端子の主面間隔を絶縁破壊しない程度まで狭くすることで、外部からのノイズがゲート端子210および電流センス端子230に流れる電気信号(制御信号)に印加されることを防止できる。
【0060】
なお、以上の説明においては、制御端子が3つの場合について言及したが、制御端子が3つを越える場合であっても、制御エミッタ端子220を複数設け、それらの両主面に対向するように残りの制御端子を配設することで、制御エミッタ端子220と他の制御端子との間で、送信アンテナと受信アンテナのような関係になることが防止される。
【0061】
<D.変形例>
以上説明した実施の形態1〜3の半導体装置モジュール100〜300においては、制御基板30を内蔵したIPMとして説明したが、制御基板30が外部に配設される構成であっても良い。
【0062】
その場合、制御基板30は樹脂パッケージ10の上面上部に配設され、そこに、例えば、図1に示す制御端子T1およびT2のゲート端子21および電流センス端子23が樹脂パッケージ10の上面から突出して接続され、また、図4に示す制御端子T3のゲート端子21および電流センス端子23が樹脂パッケージ10の上面から突出して接続され、また、図5に示すゲート端子210、制御エミッタ端子220および電流センス端子230の突片212、222および232が樹脂パッケージ10の上面から突出して接続されることになる。このような構成により、半導体装置モジュールを小型化できる。
【0063】
また、実施の形態1〜3の半導体装置モジュール100〜300においては、図8に示したように、IGBT素子1とダイオード素子2の1組の電力用半導体素子を備える構成として説明したが、IGBT素子1とダイオード素子2の組は1組に限定されるものではなく、複数の組が並列に接続されていても良く、また直列に接続されて構成であっても良い。
【0064】
例えば、図7に示すように、IGBT素子1Aおよび1Bが直列に接続され、IGBT素子1Aおよび1Bには、それぞれダイオード素子1Aおよび1Bが逆並列に接続されている。
【0065】
IGBT素子1Aのコレクタは主コレクタ端子板121に接続され、IGBT素子1AのエミッタおよびIGBT素子1Bのコレクタは、共通して出力端子板122に接続されている。この出力端子板122は、外部に設けられたモータなどの誘導性負荷に接続される。そして、IGBT素子1Bのエミッタは主エミッタ端子板123に接続されている。
【0066】
また、IGBT素子1Aおよび1Bのエミッタは、それぞれ制御エミッタ端子22Aおよび22Bに接続され、IGBT素子1Aおよび1Bの電流センス電極は、それぞれ電流センス端子23Aおよび23Bに接続され、IGBT素子1Aおよび1Bのゲートは、それぞれゲート端子21Aおよび21Bに接続されている。
【0067】
このような構成において、ゲート端子21A、制御エミッタ端子22Aおよび電流センス端子23Aの3つの制御端子で1組をなし、ゲート端子21B、制御エミッタ端子22Bおよび電流センス端子23Bの3つの制御端子で1組をなすので、制御端子のそれぞれの組において、実施の形態1〜3の半導体装置モジュール100〜300において示した制御端子の構成を採るようにすれば良い。
【0068】
【発明の効果】
本発明に係る請求項1記載の半導体装置によれば、制御信号が流れる中心導体の周囲を絶縁体で囲み、絶縁体の外周を、基準電位に相当する電位が与えられる外周導体で囲んだ構造の制御端子を備えるので、中心導体がアンテナとなることを防止でき、制御信号の中継に際して、電力用半導体素子のスイッチング動作に起因して発生するノイズが制御信号に印加されることを防止できる。また、中心導体を電気的にシールドでき、外部からのノイズが制御信号に印加されることを防止できる。
【0069】
本発明に係る請求項2記載の半導体装置によれば、外周導体が、複数の制御端子のそれぞれに配設されるので、各制御端子の独立性を保つことができ、制御端子の配設が自由にできる。
【0070】
本発明に係る請求項3記載の半導体装置によれば、複数の中心導体の周囲をそれぞれ絶縁体で囲み、複数の絶縁体の外周を、基準電位に相当する電位が与えられる外周導体で共通に囲んだ構造の制御端子を備えるので、外周導体の断面積を広くでき、制御信号の中継に際して、複数の中心導体に対する電気的なシールド性能を高めることができ、外部からのノイズが複数の中心導体に流れる制御信号に印加されることを、より効果的に防止できる。
【0071】
本発明に係る請求項4記載の半導体装置によれば、外周導体の端面が導体パターンに直接に接続されるので、外周導体と導体パターンとの接触面積を広くでき、接触抵抗を低減できる。
【0074】
本発明に係る請求項5記載の半導体装置によれば、電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を内蔵し、制御信号の授受部が制御基板に直接に接続されるので、電力用半導体素子から制御基板までの信号経路が短くなり、制御信号にノイズが印加される可能性を低減できる。
【0075】
本発明に係る請求項6記載の半導体装置によれば、電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を、樹脂パッケージの外部において備えるので、半導体装置モジュールを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1の半導体装置モジュールの内部構成を示す斜視図である。
【図2】 本発明に係る実施の形態1の半導体装置モジュールの制御端子の構成を示す断面図である。
【図3】 本発明に係る実施の形態1の半導体装置モジュールの制御端子の構成を示す斜視図である。
【図4】 本発明に係る実施の形態2の半導体装置モジュールの内部構成を示す斜視図である。
【図5】 本発明に係る実施の形態3の半導体装置モジュールの内部構成を示す斜視図である。
【図6】 本発明に係る実施の形態3の半導体装置モジュールの制御端子の構成を示す側面図である。
【図7】 電力用半導体素子の組み合わせの一例を示す図である。
【図8】 電力用半導体素子と制御端子との接続関係を示す図である。
【図9】 従来の半導体装置モジュールの問題点を示す図である。
【符号の説明】
21,210 ゲート端子、22,220 制御エミッタ端子、23,230電流センス端子、211,231 端子台、T1,T2,T3 制御端子、IZ1,IZ2 絶縁体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a modularized power semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration in which a power semiconductor element such as a transistor element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element, or a diode element is packaged into a module (hereinafter referred to as a semiconductor device module) is known.
[0003]
Here, as an example of the semiconductor device module, FIG. 8 shows a configuration having an IGBT element 1 and a
[0004]
As shown in FIG. 8, the
[0005]
The collector of the IGBT element 1 is connected to the main
[0006]
The
[0007]
The IGBT element 1 is provided with a current sense electrode, and the current sense electrode is connected to the
[0008]
Control terminals such as the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Regardless of whether the control terminal is a semiconductor device module derived from the outside or the IPM, each of the control terminals is disposed with a distance between the terminals in order to prevent dielectric breakdown due to the voltage between the terminals. . The plurality of control terminals are arranged adjacent to each other in view of the miniaturization of the module and the connection with the semiconductor element.
[0010]
Therefore, when the
[0011]
An example is shown in FIG. FIG. 9A shows a normal waveform of the gate-emitter voltage, and FIG. 9B shows a case where noise is included in the waveform of the gate-emitter voltage.
[0012]
Such noise is not only generated due to the switching operation of the IGBT element 1, but may be given from the outside.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device in which noise is not applied to a control terminal.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a power semiconductor element housed in a bottom portion of a package; and a control for controlling the power semiconductor element that is electrically connected to the power semiconductor element. A control terminal used for signal relay, the control terminal being arranged to extend in a direction perpendicular to the bottom surface portion, and surrounding a central conductor through which the control signal flows And an outer conductor disposed so as to surround the insulator, and the outer conductor is given a potential corresponding to a reference potential when driving the power semiconductor element. A first end portion of the center conductor on the bottom surface side that protrudes from a side surface of the outer peripheral conductor while maintaining insulation with the outer peripheral conductor, and serves as a terminal block for electrical connection with the power semiconductor element. None, before the center conductor The bottom portion second end opposite the insulating body and the outer peripheral conductor protrudes from the end face of the forms a transfer portion of said control signal.
[0015]
In a semiconductor device according to a second aspect of the present invention, the control terminal includes a plurality of control terminals, and each of the plurality of control terminals includes the single central conductor, the insulator, and the outer peripheral conductor.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the third aspect, wherein the plurality of central conductors are provided, the plurality of insulators are disposed so as to individually surround the plurality of central conductors, and the outer peripheral conductors are provided in the plurality. These insulators are arranged so as to surround them in common.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the present invention, the control terminal is disposed on a conductor pattern disposed in parallel to the bottom surface portion of the package, and an end surface of the outer peripheral conductor is directly on the conductor pattern. Connected to.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor device further includes a built-in control board on which a control circuit that performs drive control of the power semiconductor element is disposed, and Connected directly to the control board.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device, the semiconductor device further includes a control board on which a control circuit for controlling driving of the power semiconductor element is disposed outside the package, and the transfer unit Protrudes from the package and is directly connected to the control board.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<A. Embodiment 1>
<A-1. Device configuration>
FIG. 1 shows a configuration of a
[0023]
FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of the
[0024]
As shown in FIG. 1, an insulating substrate 3 and a
[0025]
One IGBT element 1 and one
[0026]
Further, on the
[0027]
The control terminals T1 and T2 each have a cylindrical or
[0028]
At the control terminals T1 and T2, the
[0029]
The
[0030]
A main
[0031]
Here, FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of the control terminal T2 along the line AA. FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the base of the control terminal T2.
[0032]
As shown in FIG. 2, the cross section of the
[0033]
In addition, since the
[0034]
Since the
[0035]
2 and 3, the lower portion of the
[0036]
On the other hand, the front end of the long side of the
[0037]
With such a configuration, the
[0038]
<A-2. Effect>
As described above, in the
[0039]
Further, the
[0040]
Further, since the control terminals T1 and T2 are independent, the control terminals can be arranged freely.
[0041]
<B. Second Embodiment>
<B-1. Device configuration>
As a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention, FIG. 4 shows a configuration of a
[0042]
FIG. 4 is a perspective view showing the internal configuration of the
[0043]
In FIG. 4, a control terminal T <b> 3 extending perpendicularly to the
[0044]
The control terminal T3 has a
[0045]
The structures of the
[0046]
Then, the
[0047]
<B-2. Effect>
As described above, in the
[0048]
<C. Embodiment 3>
<C-1. Device configuration>
FIG. 5 shows a configuration of a
[0049]
In the
[0050]
That is, the
[0051]
The
[0052]
Since the terminal blocks 211, 221 and 231 need to be electrically separated from each other, the projecting
[0053]
Also, no conductor pattern is provided on the
[0054]
The projecting
[0055]
The molding resin is filled between the main body portions BD21, BD22, and BD23 of the
[0056]
FIG. 5 shows a view of the
[0057]
The insulator IZ2 may be formed by applying and curing a gel-like insulating material, or may be configured to sandwich an insulating sheet.
[0058]
Since other configurations are the same as those of the
[0059]
<C-2. Effect>
As described above, in the
[0060]
In the above description, the case where there are three control terminals has been described. However, even when the number of control terminals exceeds three, a plurality of
[0061]
<D. Modification>
In the
[0062]
In that case, the
[0063]
Moreover, in the
[0064]
For example, as shown in FIG. 7,
[0065]
The collector of the
[0066]
The emitters of
[0067]
In such a configuration, the
[0068]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, the center conductor through which the control signal flows is surrounded by the insulator, and the outer periphery of the insulator is surrounded by the outer conductor to which a potential corresponding to the reference potential is applied. Thus, the center conductor can be prevented from becoming an antenna, and noise generated due to the switching operation of the power semiconductor element can be prevented from being applied to the control signal when the control signal is relayed. Further, the central conductor can be electrically shielded, and external noise can be prevented from being applied to the control signal.
[0069]
According to the semiconductor device of the second aspect of the present invention, since the outer conductor is arranged on each of the plurality of control terminals, the independence of each control terminal can be maintained, and the arrangement of the control terminals can be maintained. You can do it freely.
[0070]
According to the semiconductor device of the third aspect of the present invention, the periphery of the plurality of central conductors is respectively surrounded by the insulator, and the outer periphery of the plurality of insulators is shared by the peripheral conductor to which a potential corresponding to the reference potential is applied. Since the control terminal with the enclosed structure is provided, the cross-sectional area of the outer peripheral conductor can be widened, and when the control signal is relayed, the electrical shield performance for the plurality of center conductors can be enhanced, and external noise is generated by the plurality of center conductors. It can prevent more effectively that it is applied to the control signal which flows into.
[0071]
According to the semiconductor device of the fourth aspect of the present invention, since the end face of the outer conductor is directly connected to the conductor pattern, the contact area between the outer conductor and the conductor pattern can be increased, and the contact resistance can be reduced.
[0074]
According to the semiconductor device of the fifth aspect of the present invention, the control board on which the control circuit for controlling the driving of the power semiconductor element is provided is built in, and the control signal transmission / reception unit is directly connected to the control board. Therefore, the signal path from the power semiconductor element to the control board is shortened, and the possibility that noise is applied to the control signal can be reduced.
[0075]
According to the semiconductor device of the sixth aspect of the present invention, since the control board on which the control circuit for controlling the driving of the power semiconductor element is disposed is provided outside the resin package, the semiconductor device module can be reduced in size. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of a semiconductor device module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a control terminal of the semiconductor device module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a control terminal of the semiconductor device module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an internal configuration of a semiconductor device module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing an internal configuration of a semiconductor device module according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view showing a configuration of a control terminal of a semiconductor device module according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a combination of power semiconductor elements.
FIG. 8 is a diagram illustrating a connection relationship between a power semiconductor element and a control terminal.
FIG. 9 is a diagram showing a problem of a conventional semiconductor device module.
[Explanation of symbols]
21,210 Gate terminal, 22,220 Control emitter terminal, 23,230 Current sense terminal, 211,231 terminal block, T1, T2, T3 control terminal, IZ1, IZ2 insulator.
Claims (6)
前記電力用半導体素子に電気的に接続され、前記電力用半導体素子の制御のための制御信号の中継に使用される制御端子と、を備え、
前記制御端子は、
前記底面部に対して垂直方向に延在するように配設され、前記制御信号が流れる中心導体と、
前記中心導体を取り囲むように配設された絶縁体と、
前記絶縁体を取り囲むように配設された外周導体と、を有し、
前記外周導体は、前記電力用半導体素子の駆動に際して、基準電位に相当する電位が与えられ、
前記中心導体の前記底面部側の第1の端部は、前記外周導体と絶縁を保って前記外周導体の側面から突出して前記電力用半導体素子との電気的接続のための端子台をなし、
前記中心導体の前記底面部とは反対側の第2の端部は、前記絶縁体および前記外周導体の端面よりも突出し、前記制御信号の授受部をなす、半導体装置。A power semiconductor element housed in the bottom of the package;
A control terminal electrically connected to the power semiconductor element and used for relaying a control signal for controlling the power semiconductor element;
The control terminal is
A central conductor disposed so as to extend in a direction perpendicular to the bottom surface portion and through which the control signal flows;
An insulator disposed to surround the central conductor;
An outer peripheral conductor disposed so as to surround the insulator,
The outer peripheral conductor is given a potential corresponding to a reference potential when driving the power semiconductor element,
The first end portion on the bottom surface side of the center conductor is a terminal block for electrical connection with the power semiconductor element protruding from the side surface of the outer conductor while maintaining insulation from the outer conductor,
A semiconductor device, wherein a second end portion of the center conductor opposite to the bottom surface portion protrudes from end surfaces of the insulator and the outer peripheral conductor and serves as a control signal transmitting / receiving portion.
前記複数の制御端子のそれぞれは、単一の前記中心導体、前記絶縁体および前記外周導体を備える、請求項1記載の半導体装置。The control terminal is plural,
The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of control terminals includes a single central conductor, the insulator, and the outer peripheral conductor.
前記絶縁体は、前記複数の中心導体を個々に取り囲むように複数配設され、
前記外周導体は、前記複数の絶縁体を共通して取り囲むように配設される、請求項1記載の半導体装置。The center conductor is plural,
A plurality of the insulators are disposed so as to individually surround the plurality of central conductors,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the outer peripheral conductor is disposed so as to surround the plurality of insulators in common.
前記パッケージの前記底面部に平行に配設された導体パターン上に配設され、
前記外周導体の端面が前記導体パターンに直接に接続される、請求項1記載の半導体装置。The control terminal is
Disposed on a conductor pattern disposed in parallel to the bottom surface of the package;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end face of the outer peripheral conductor is directly connected to the conductor pattern.
前記電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を内蔵してさらに備え、
前記授受部は、前記制御基板に直接に接続される、請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device includes:
Further comprising a control board on which a control circuit for controlling the driving of the power semiconductor element is provided,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the transfer unit is directly connected to the control board .
前記電力用半導体素子の駆動制御を行う制御回路が配設された制御基板を、前記パッケージの外部においてさらに備え、
前記授受部は、前記パッケージから突出して前記制御基板に直接に接続される、請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device includes:
A control board on which a control circuit for controlling the driving of the power semiconductor element is disposed, and further provided outside the package;
The transfer unit is configured to protrude from the package are connected directly to the control board, a semiconductor device according to claim 1, wherein.
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