JP5202365B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の半導体装置は、ヒートシンクの上面に絶縁層が設けられ、その絶縁層の上に直流電源の正極に接続される第1の導電層と、信号線に接続される第2の導電層が設けられている。そして、第1の導電層の上方には直流電源の負極に接続される平板状の導体の接続片が平行に配置され、第1の導電層と接続片の間に、パワー半導体素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)がはんだ固定されている。パワー半導体素子は、コレクタ電極部が第1の導電層に接続され、エミッタ電極部が接続片に接続されている。また、絶縁層の上に設置された第2の導電層はワイヤーボンディング等によってパワー半導体素子のゲート電極部に接続されている。
特に、一つのヒートシンクの上面に正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子が並列に配置され、ヒートシンクの上面形状が正方形状とされる場合には、中心からの距離の長いヒートシンクの対角線方向に大きな反りが生じ易くなる。そして、ヒートシンクの対角線方向に大きな反りが生じると、ヒートシンクと反りを生じない接続片とに挟まれたパワー半導体素子に大きな応力が作用することになる。
これにより、パワー半導体素子の発熱時に、ヒートシンクと絶縁層が両者の線膨張係数の差によって撓み変形すると、その撓み応力がパワー半導体素子を通して接続片に入力される。このとき、ヒートシンクは、正方形状であることから、対角線方向に大きく撓み変形する。接続片は、ヒートシンクからの入力を受け、一対の屈曲境界部に沿ってヒートシンクの対角線方向に容易に撓み変形するようになる。
これにより、パワー半導体素子の発熱時に、ヒートシンクと絶縁層が両者の線膨張係数の差によって撓み変形すると、接続片は湾曲部の両縁に沿って容易に撓み変形するようになる。
図1はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット(PCU)1を含む回路の概略構成を示している。このハイブリッド車両はエンジン(図示せず)と、エンジンの機械的出力により駆動される発電機(GEN)2と、発電機2の発電出力により充電される高圧系の直流電源であるバッテリ(BAT)3と、バッテリ3の放電出力と発電機2の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪(図示せず)を駆動する三相交流式のモータ(MOT)4と、を備えている。
モータ4の駆動時には、コンバータ7で昇圧されたバッテリ3の直流電力、若しくは、第2インバータ2で直流に変換された発電機2の発電電力が第1インバータ5によって任意の出力の三相交流電力に変換され、その電力がモータ4に供給される。また、バッテリ3への充電時には、第1インバータ5で直流電力に変換されたモータ4の回生電力、若しくは、第2インバータ6で直流電力に変換された発電機2の発電電力がコンバータ7によって設定電圧の直流電力に降圧され、その電力がバッテリ3に供給される。
コンバータ7、第1インバータ5及び第2インバータ6は、制御基板(ECU)8からの制御指令によりゲートドライブ基板(GDCB)9を介して駆動制御される。
この半導体装置70は、第1インバータ5のU相のハイ側のトランジスタUHとロー側のトランジスタULを、対応するダイオードDUH,DULとともにヒートシンク31上に一体化したものである。なお、第1インバータ5のV相、W相のハイ側とロー側のトランジスタVH,VL,WH,WLとダイオードDVH,DVL,DWH,DWLと、第2インバータ6の各相のハイ側とロー側のトランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLとダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLについても同様の構成の半導体装置70として構成されている。したがって、以下では第1インバータ5のU相の半導体装置70を代表として説明し、他の半導体装置70については異なる構成についてのみ説明するものとする。
なお、V相とW相の半導体装置70においては、OutバスTrU22に代えて、モータ4のV相端子に接続されるOutバスTrV23(図1参照)と、モータ4のW相端子に接続されるOutバスTrW24(図1参照)が用いられている。また、第2インバータ6のU,V,Wの各相の半導体装置70では、OutバスTrU25、OutバスTrV26、OutバスTrW27(図1参照)が用いられている
この実施形態では、第1インバータ5のU相,V相,W相の3つの半導体装置70が一つのパワーモジュール30として一体化されている。
なお、樹脂ケース34は、枠部が最初に半導体装置70と一体化され、その後に各半導体装置70の上部を覆うように枠部内にポッティングが行われる。このため、各半導体装置70の上部は樹脂ケース34のポッディング部内に埋設されるが、Pバスバー20、OutバスTrU22、Nバスバー21の各接続端子部と、端子台69から引き出された信号ピン37は樹脂ケース34の外側に露出している。
流路ケース41の上面には樹脂ケース34が重合され、その状態で樹脂ケース34と流路ケース41がボルト50によって締結固定されている。また、樹脂ケース34と流路ケース41の間には環状のシール部材47が介装されている。
これらの図に示すように、各接続片22a,21aの湾曲部38は、円弧状断面が接続片22a,21aの幅方向に亘って形成されたものであるが、その断面の円弧の半径はヒートシンク31の中心(対角線の交点)側に向かって連続的に増大するようになっている。したがって、各接続片22a,21aの平坦な一般面と湾曲部38の間の二つの境界線L1,L2(屈曲境界線)は、ヒートシンク31の中心側に向かって離間幅が広がっている。この実施形態においては、各接続片22a,21aに設けられた湾曲部38、若しくは、湾曲部38の両縁の境界線L1,L2部分が撓み許容部を構成している。
したがって、接続片22a,21aがヒートシンク31と絶縁層44に追従して容易に撓み変形することから、トランジスUH,ULとダイオードDUH,DULには大きな応力が作用しなくなる。よって、この半導体装置70においては、接続片の22a,21aの形状の工夫によってダイオードDUH,DULやトランジスタUH,ULの劣化を未然に防止することができる。
4…モータ(交流機器)
20…Pバスバー(第1の導体)
21…Nバスバー(第2の導体)
22…OutバスTrU(第3の導体)
21a,22a…接続片
31…ヒートシンク
38…湾曲部
44…絶縁層
70…半導体装置
UH…ハイ側のトランジスタ(正極側パワー半導体素子)
UL…ロー側のトランジスタ(負極側パワー半導体素子)
DUH…ハイ側のダイオード(正極側パワー半導体素子)
DUL…ロー側のダイオード(負極側パワー半導体素子)
L1,L2…境界線(屈曲境界線)
Claims (2)
- 正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子が、略正方形状のヒートシンクの上面に当該ヒートシンクと線膨張係数の異なる絶縁層を介して並列に配置され、
前記正極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第1の導体を介して直流電源の正極に電気的に接続される一方で、
前記負極側パワー半導体素子のエミッタ電極部が第2の導体を介して前記直流電源の負極に電気的に接続され、
前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部と前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部が第3の導体を介して交流機器に電気的に接続されている半導体装置であって、
前記第1,第2,第3の導体のうちの少なくとも一つに平板状の接続片が設けられるとともに、この接続片が前記正極側パワー半導体素子と負極側パワー半導体素子の一方の上面に重合固定され、
前記接続片には、前記ヒートシンクの中心側に向かって離間幅の広がる一対の屈曲境界線が設けられ、これらの屈曲境界線によって、前記ヒートシンクの対角線方向の当該接続片の撓み変形を容易にする撓み許容部が構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記接続片には、前記ヒートシンクの中心側に向かって断面の半径が連続的に増大する湾曲部が設けられ、この湾曲部によって前記撓み許容部が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
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