JP6972686B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
以下、半導体装置としての駆動回路を車両用の駆動装置に適用した第1実施形態について説明する。
図2(a),(b)に示すように、基板Bの表面には、左方から順に配線Wmw,Wpw1,Wpw2が配置されている。配線Wmwは、モータ2のW相に対応するモータ端子Tmへと繋がっている。なお、配線Wmwは、動力線18wの一部を構成する。また、配線Wpw2は、バッテリ11に接続される直流電力の流れる経路である電源端子Tpへと繋がっている。なお、配線Wpw2は、ドレイン配線15wの一部を構成している。配線Wpw2と配線Wpw1との間には、第3上側MOS12Hwが配置されている。第3上側MOS12Hwのドレイン電極deが配線Wpw2に接続され、第3上側MOS12Hwのソース電極seが配線Wpw1に接続されている。また、配線Wpw1と配線Wmwとの間には、第3モータリレー14wが配置されている。第3モータリレー14wのドレイン電極deが配線Wpw1に接続され、第3モータリレー14wのソース電極seが配線Wmwに接続されている。なお、配線Wpw1は、中間配線17wおよび動力線18wの一部を構成している。
基板Bの表面には、左方から順に配線Wmu,Wpu1,Wpu2が配置されている。配線Wmuは、モータ端子Tm(U相)へと繋がっている。また、配線Wpu2は、電源端子Tpへと繋がっている。配線Wpu2と配線Wpu1との間には、第1上側MOS12Huが配置されている。また、配線Wpu1と配線Wmuとの間には、第1モータリレー14uが配置されている。基板Bの裏面には、左方から順に配線Wgu1,Wgu2,Wgu3が配置されている。配線Wgu3は、グランド端子Tgへと繋がっている。また、配線Wgu3と配線Wgu2との間には、第1シャント抵抗21uが配置されている。
基板Bの表面には、左方から順に配線Wmv,Wpv1,Wpv2が配置されている。配線Wmvは、モータ端子Tm(V相)へと繋がっている。また、配線Wpv2は、電源端子Tpへと繋がっている。配線Wpv2と配線Wpv1との間には、第2上側MOS12Hvが配置されている。また、配線Wpv1と配線Wmvとの間には、第2モータリレー14vが配置されている。基板Bの裏面には、左方から順に配線Wgv1,Wgv2,Wgv3が配置されている。配線Wgv3は、グランド端子Tgへと繋がっている。また、配線Wgv3と配線Wgv2との間には、第2シャント抵抗21vが配置されている。
図4(a)には、第3下側MOS12Lwの裏面(基板B側の面)が示されている。第3下側MOS12Lwは、半導体素子(MOS−FET)などを含む本体部30と、本体部30から延びる複数の端子31,32とを有している。本体部30は、半導体素子を絶縁性の樹脂により覆うことにより、パッケージ化されている。一例としては、端子31はドレイン電極deに対応し、端子32はソース電極seに対応している。なお、複数の端子31のうちの一部がゲート電極geで、複数の端子31のうちの残りがドレイン電極deであってもよいし、複数の端子32のうちの一部がゲート電極geで、複数の端子32のうちの残りがソース電極seであってもよい。また本体部30の基板B側の面あるいは基板Bと反対側の面に設けてもよい。なお、第3下側MOS12Lwに限らず、第3上側MOS12Hwなどの他のスイッチング素子についても同様の構造を有している。
(1)まず、比較例として図6に示すように、U相、V相、およびW相の駆動回路を基板Bの同一平面上に、互いに隣り合うように配置した場合について検討する。ここでは、最も配線ループが大きくなると考えられる場合、すなわちバッテリ11から電源端子Tpを介して供給された電力が、U相上側MOSおよびU相モータリレーを通ってモータ2へと伝達されたのち、W相モータリレー、W相下側MOS、およびW相シャント抵抗を通ってグランド端子からグランドに伝達される場合の鎖交磁束について説明する。
(2)図4(a)に示すように、各MOS−FETには、そのソース電極seおよびドレイン電極deに対応した端子31,32が設けられている。ビアVu,Vv,Vwを設けた場合、第1〜第3下側MOS12Lu,12Lv,12Lwを、ビアVu,Vv,VwとX方向において重なるように配置することにより、ビアVu,Vv,Vwの近傍に配置することが可能である。
(4)各MOS−FET(第1〜第3上側MOS12Hu,12Hv,12Hw、第1〜第3下側MOS12Lu,12Lv,12Lw、および第1〜第3モータリレー14u,14v,14w)のソース電極seおよびドレイン電極deの方向は、各配線の方向と一致している。これにより、駆動回路3の配線長をより短くすることが可能となるので、鎖交磁束をより小さくすることが可能である。たとえば、各配線の方向と各FETのソース電極seおよびドレイン電極deの方向とが直交していると、駆動回路3の配線長が長くなってしまうので、鎖交磁束が大きくなる。
以下、半導体装置としての駆動回路を車両用の駆動装置に適用した第2実施形態について説明する。
・各実施形態では、駆動回路3において、U相駆動回路3u、V相駆動回路3v、W相駆動回路3wの順で配置したが、この順番は入れ替えてもよい。
・各実施形態では、第1〜第3シャント抵抗21u,21v,21wを用いた3シャント方式を採用したが、これに限らない。たとえば、シャント抵抗を1つだけ設けた1シャント方式であってもよい。また、シャント抵抗を用いた電流検出手段に限らない。すなわち、第1〜第3シャント抵抗21u,21v,21wは設けなくてもよい。
・駆動回路3を2つ並べることにより、冗長化してもよい。
・図4(c)に示すように、第3下側MOS12Lw(各MOS−FET)の本体部30の表面(基板Bと反対側の面)に放熱パットを設けてもよい。この場合、第3下側MOS12Lwで発生した熱は、基板B側だけでなく、放熱パットからも放熱される。
・ビアVu,Vv,Vwは、孔の内面をめっき加工したスルーホールであってもよいし、孔に導電体のペーストを充填したものであってもよい。すなわち、基板Bの両面の導電性を確保できる経路であればどのようなものであってもよい。
Claims (6)
- 基板と、前記基板に配置され、電源に接続される上側スイッチング素子および接地される下側スイッチング素子が直列に接続された複数のハーフブリッジと、を有し、前記複数のハーフブリッジは並列に配置される半導体装置において、
前記基板の第1面には少なくとも1つの前記上側スイッチング素子が配置され、前記基板における前記第1面と反対側の第2面には前記下側スイッチング素子が配置され、
前記基板には、同一の前記ハーフブリッジに属する前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とを電気的に接続する経路が設けられており、前記経路は前記基板を貫通する部分を有し、
前記基板を、前記第1面と前記第2面との対向する方向から見たとき、
同一の前記ハーフブリッジに属する前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とは、互いに所定のずれ量だけずれた位置に配置されている半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
同一の前記ハーフブリッジに属する前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とは、前記複数相のハーフブリッジが並ぶ方向と直交する方向において並んで配置されている半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子は、そのソース電極およびドレイン電極の並ぶ方向が、前記ハーフブリッジにおける前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との間の配線の延びる方向と一致している半導体装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記基板には、各相を流れる電流を検出するためのシャント抵抗が配置され、
前記基板を、前記第1面と前記第2面との対向する方向から見たとき、
前記シャント抵抗は、同一の前記ハーフブリッジに属する前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子の少なくとも一方に対して、前記複数のハーフブリッジが並ぶ方向と直交する方向において、所定のずれ量だけずれた位置に配置されている半導体装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ハーフブリッジを介して給電対象である3相のモータに電力を供給するものであって、
電源から前記上側スイッチング素子を介して前記給電対象へと流れる電流の向きは、前記給電対象から前記下側スイッチング素子を介してグランドへ流れる電流の向きと、反対あるいは直交する方向からずれた向きである半導体装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置において、
各スイッチング素子には、前記複数のハーフブリッジが並ぶ方向と直交する方向において2つの面を有しており、前記2つの面には、それぞれソース電極に対応した端子およびドレイン電極に対応した端子が延びており、これらの前記端子は、前記基板を前記第1面と前記第2面とが対向する方向から見たとき、前記経路と重なる位置で前記経路と電気的に接続される半導体装置。
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