JPH09135155A

JPH09135155A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH09135155A
Application number: JP7288359A
Authority: JP
Inventors: Koichi Inoue; 広一井上; Kiyoshi Nakada; 仲田　　清; Hideo Kobayashi; 秀男小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチング素子の温度上昇を小さく抑えつ
つ、スイッチング素子，フリーホイールダイオード及び
スナバ回路を搭載した電力用半導体装置を提供するこ
と。【解決手段】スイッチング素子及びスイッチング素子と
逆並列につながれたフリーホイールダイオードからなる
主回路基板，スナバダイオードのみ或いはスナバダイオ
ードと並列につながれたスナバ抵抗からなる副回路基
板，副回路基板から眺めた隣接基板がすべて主回路基板
である基板の配置。【効果】発熱の小さい副回路基板の搭載領域を発熱の大
きい主回路基板の熱拡散領域として利用することで、主
回路基板の温度上昇を抑え半導体装置の信頼性を向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオードのみ、
あるいは抵抗とダイオードが並列に接続された、同じ複
数の副回路基板に隣接する回路基板が、複数のスイッチ
ング素子及びスイッチング素子と逆並列に接続されたダ
イオードを搭載した、同じ主回路基板のみであることを
特徴とする半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機のような誘導負荷を駆動する電力
用スイッチング回路では、スイッチング素子を補助する
二種類の付加回路が必須である。一つがスイッチング素
子と逆並列に接続され、負荷から流入する逆方向電流を
バイパスするフリーホイールダイオードである。もう一
つがダイオード，コンデンサ及び抵抗で構成され、スイ
ッチング時に発生する過渡的な大電力によるスイッチン
グ素子の破壊を防止するスナバ回路である。

【０００３】スナバ回路に使用されるダイオード（スナ
バダイオード）と前記フリーホイールダイオードはスイ
ッチング素子との連携動作が不可欠であるので、できる
だけスイッチング素子の近くに配置して、お互いの間に
存在する誘導成分が最小になるようにすることが肝要で
ある。したがって、スイッチング素子，フリーホイール
ダイオード、及びスナバダイオード（場合によっては、
さらにスナバ抵抗）が一つのモジュールに搭載される構
造が望ましい。

【０００４】ところで、フリーホイールダイオードに
は、スイッチング素子と同じ程度の電流時間積が付加さ
れるので、スイッチング素子と同程度の発熱を生じる。
これに対して、スナバダイオードの動作はスイッチング
の瞬間のみであり、電流は大きいが時間が短いので、ス
イッチング素子に比べると一桁程度発熱が小さい。従っ
てこのような発熱量の相違を考慮した実装形態を採るこ
とが望ましい。

【０００５】特開昭59−68958 号公報では、フリーホイ
ールダイオードをモジュール内の別基板に搭載する構造
について開示している。しかし、スナバ回路についての
開示はない。特開昭57−15453 号公報では、フリーホイ
ールダイオード，ダイオード及び抵抗を搭載した、同一
の回路基板を二つ搭載してモジュールを構成することが
開示されている。しかし、スナバ回路の記載や、発熱量
が異なる回路基板の適正配置についての開示はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術には、スイッチング素子、及びそれを補助する付
加回路、すなわち、フリーホイールダイオード並びにス
ナバ回路のうち少なくともスナバダイオードを搭載した
半導体装置におけるフリーホイールダイオードと、スナ
バダイオードの発熱量の相違を考慮した内部搭載基板の
最適配置に関して、開示がみられない。

【０００７】発熱量の異なる基板が混在すると熱歪の発
生により半導体装置の信頼性の低下を生じ問題となるた
めに内部搭載基板の配置の最適化が課題である。

【０００８】本発明の目的は、上記半導体装置の内部に
搭載される発熱量の異なる回路基板が最適配置された半
導体装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】交流電動機を駆動するイ
ンバータ回路の一例を図２に示す。図２は、直流入力か
ら三相交流出力を得るインバータ回路の１相分を示して
いる。この回路は、直流電源２０１から供給される直流
を交流に変換し、交流出力２０２に導くものである。ま
た、図２に示す回路は、スイッチング素子が２段直列に
つながった２レベルインバータである。この回路は働き
によって大きく二つに分けることができる。すなわち、
スイッチング回路２０３とスナバ回路２０８である。ス
イッチング回路２０３は、上側アームスイッチング素子
２０４と上側アームフリーホイールダイオード２０６と
が逆並列に接続されたものと、下側アームスイッチング
素子２０５と下側アームフリーホイールダイオード２０
７が逆並列に接続されたものが、直列に接続されてい
る。また、スナバ回路２０８は、上側アームスナバダイ
オード２０９，上側アームスナバ抵抗２１１，下側アー
ムスナバダイオード２１０，下側アームスナバ抵抗２１
２、及びコンデンサ３個からなっている。以上のスイッ
チング回路とスナバ回路を構成する素子のうち、スナバ
回路に使われているコンデンサを除く素子をモジュール
に取り込む形態が、本発明による半導体装置である。と
くに、前記上側アームと下側アームを別個のモジュール
とし、これら二つのモジュールを直列に接続する形態が
実用的である。ただし、上側アームスナバ抵抗２１１及
び下側アームスナバ抵抗２１２については、モジュール
で一体化するメリットが上側アームスナバダイオード２
０９及び下側アームスナバダイオード２１０ほど顕著で
はないので、モジュールに含めない場合もある。ここ
で、熱的な特徴について述べる。スイッチング回路２０
３は、スイッチング素子が導通或いは遮断している間、
電流が流れるので、電流が流れている時間が長く、トー
タルの発熱量が大きい。これに対して、スナバ回路２０
８は、スイッチングの瞬間のみ電流が流れる回路であ
り、瞬間の発熱量はスイッチング回路に匹敵するが、ト
ータルの発熱量ではスイッチング回路２０３より一桁程
度小さい。半導体装置内を複数の回路基板に分けて実装
する場合、回路動作上からも、発熱量からも、スイッチ
ング回路とスナバ回路とを別の回路基板に分けることが
合理的である。

【００１０】一つの半導体装置の中に発熱量の大きい回
路基板と発熱量の小さい回路基板が混在している場合の
回路基板の配置方法について述べる。なお、高い発熱量
の回路基板どうし、低い発熱量の回路基板どうしは大き
さ及び発熱量が略等しいとする。図３に示すように回路
基板を一列に配置する場合について述べる。図３は、半
導体装置の底面を形成する熱拡散用ベース基板３０３上
に３枚の高発熱量回路基板３０１と２枚の低発熱量回路
基板３０２を配置した平面図である。ここで、熱拡散用
ベース基板３０３は、例えば銅のように熱伝導率の良い
材料で構成された比較的厚い一枚の板である。また、高
発熱量回路基板３０１及び低発熱量回路基板３０２は、
絶縁性の基板上に導電回路パターンを形成したものであ
り、絶縁性基板の材質は熱伝導性の観点からセラミック
スが好ましい。また、導電回路パターンは、セラミック
スの表面に接着された銅箔等であることが好ましい。さ
らに、図３には、熱拡散用ベース基板３０３の左右方向
に延びる中心線上における温度分布を示す温度グラフ３
０４が重ねて表示されている。温度グラフ３０４の上下
方向は熱拡散用ベース基板３０３の底面（高発熱量回路
基板３０１及び低発熱量回路基板３０２の搭載面でない
側）の表面温度を示し、左右方向は熱拡散用ベース基板
３０３上の位置を示す。

【００１１】図３（ａ）の配置は、高発熱量回路基板３
０１に低発熱量回路基板３０２が挟まれる配置である。
高発熱量回路基板３０１は、低発熱量回路基板３０２よ
り一桁ほど発熱量が大きい。高発熱量回路基板３０１の
直下がもっとも高温になる。また、低発熱量回路基板３
０２の直下も、低発熱量回路基板３０２で発生した熱が
到達するので、わずかではあるが温度が上昇している。
ここで注目したいのは、低発熱量回路基板３０２の下の
部分にまで高発熱量回路基板３０１の温度上昇の裾野が
到達していることである。熱は、高発熱量回路基板３０
１から熱拡散用ベース基板３０３へ板厚方向に（図３で
は紙面の表側から裏側へ）流れるのみならず、板厚に平
行な方向へ（図３では紙面に平行な上下左右方向へ）も
流れる。これが、熱の広がりである。とくに、熱拡散用
ベース基板３０３として熱伝導率の良い銅の金属材料を
使用し、しかも、熱拡散用基板３０３を厚くすると、熱
の広がりが大きくなる。このような条件では、高発熱量
回路基板３０１で発生した熱が低発熱量回路基板３０２
の直下にまで到達する。すなわち図３（ａ）に示す配置
では、高発熱量回路基板３０１から発生した熱を広げる
ための領域として低発熱量回路基板３０２の搭載領域を
利用している。したがって、高発熱量回路基板３０１直
下の最高温度が、３枚の高発熱量回路基板３０１のいず
れにおいても略等しく、しかも、図３（ｂ）や（ｃ）の
回路基板配置より最高温度が低く抑えられる。最高温度
を低く抑えることは、半導体装置の信頼性の向上に直接
寄与する。また、最高温度レベルが、各高発熱量回路基
板３０１でほぼ等しいということは、各高発熱量回路基
板３０１の信頼性レベルが揃うことになり、回路基板間
の信頼性のバランスが採れていて、望ましい状態であ
る。

【００１２】図３（ｂ）は、高発熱量回路基板３０１を
熱拡散用ベース基板３０３の中心に集中して並べ、熱拡
散用基板３０３の周辺に低発熱量回路基板３０２を並べ
る配置である。この配置では、左或いは右の高発熱量回
路基板３０１で発生した熱の一部は、低発熱量回路基板
３０２の下部にまで広がるが、左右の高発熱量回路基板
３０１の中心側（中央の高発熱量回路基板３０１側）で
発生した熱は、中央の高発熱量回路基板３０１によって
熱の広がりが阻害される。したがって、左右の高発熱量
回路基板３０１の温度は、図３（ａ）の配置より上昇す
る。さらに、中央の高発熱量回路基板３０１では、熱の
広がりが左右の高発熱量回路基板３０１により阻害され
るため、左右の高発熱量回路基板３０１よりさらに温度
が上昇する。

【００１３】図３（ｃ）は、高発熱量回路基板３０１を
一個所にまとめるという点では図３（ｂ）と同じ配置で
ある。しかし、低発熱量回路基板３０２を一個所にまと
めたために、外側（図３（ｃ）左側）の低発熱量回路基
板３０２の下部にまで高発熱量回路基板３０１の熱が到
達せず、高発熱量回路基板３０１の熱拡散領域として低
発熱量回路基板３０２の下部を利用することができない
ので、図３（ａ）或いは（ｂ）より、冷却効率が悪い。
その結果、高発熱量回路基板３０１の温度は、図３
（ｂ）よりさらに高くなる。また、中央の高発熱量回路
基板３０１（右から２番目）の温度上昇が左右の高発熱
量回路基板３０１より大きいことは図３(ｂ)と同じであ
る。さらに、低発熱量回路基板３０２の下部を熱拡散領
域として利用できない右側の高発熱量回路基板３０１の
温度が左側の高発熱量回路基板３０１の温度より大きく
なる。図３（ｃ）の配置は、温度の絶対値が図３（ａ）
或いは（ｂ）より高くなるのみならず、高発熱量回路基
板３０１の温度のばらつきが図３（ｂ）より大きくなる
という欠点も有している。

【００１４】以上述べたように、図３（ａ）の配置は、
図３（ｂ）或いは図３（ｃ）より優れている。また、以
上の３種類配置の他に、高発熱量回路基板３０１と低発
熱量回路基板３０２の並べ方に数種類あるが、いずれも
図３（ａ）より、温度上昇が大きい。すなわち、放熱の
観点から眺めると、図３（ａ）の配置が最適である。回
路基板を平面状（二次元）に配置する場合の望ましい配
置の一例を図４に示す。一列に配列する場合の望ましい
配置を二次元に拡大すればよい。すなわち、前後方向，
左右方向とも、高発熱量回路基板４０１によって低発熱
量回路基板４０２が挟まれる配置にすることが望まし
い。このように配置すれば高発熱量回路基板４０１の熱
広がり領域として低発熱量回路基板４０２下部を利用す
ることができる。

【００１５】本発明の半導体装置は、スイッチング素子
及びスイッチング素子と逆並列に接続されたフリーホイ
ールダイオードを備えた、複数の主回路基板、及び、そ
れらを並列接続するための電気的手段、さらに、スナバ
用のダイオードのみ、あるいはスナバ用の抵抗とスナバ
用のダイオードが並列に接続された、少なくとも１つの
副回路基板である。主回路基板は、通電時に発熱するの
で発熱時間が長く、トータルの発熱量、或いは単位時間
あたりの発熱量（すなわち、平均発熱量）が大きい。こ
れに対して、スナバ回路の部品を搭載した副回路基板
は、スイッチング時のみ発熱するので発熱時間が短く、
トータルの発熱量、或いは平均発熱量が小さい。したが
って、同一モジュール内に高い平均発熱量の回路基板と
低い平均発熱量の回路基板が混在する構成である。

【００１６】一方、本発明は大電力を扱う半導体装置を
対象としているので、電気的な特性を満足させるための
構造上の制約が加わる。すなわち、高電圧を扱うための
制約及び大電流を扱うための制約である。高電圧を扱う
ために、絶縁距離を大きくしなければならない。また、
大電流を扱うために、電流経路の誘導成分のバランスを
取らなければならないことである。大電流になると、電
流経路の誘導成分が重要になる。これは、電流の変化に
伴う起電力が、単位時間あたりの電流の変化量と誘導成
分の積に比例することに起因する問題である。大電流を
扱えば、単位時間あたりの電流の変化量が大きくなり、
その結果、同じ誘導成分の量でも起電力が大きくなる。
また、大電力を扱うためには、必然的に半導体装置内で
並列回路を構成することになるので、並列の各ユニット
の誘導成分のバランス，ユニット間を並列に接続するた
めの配線部分の誘導成分のバランスが重要になる。この
理由は、誘導成分に起因する起電力が並列部分で異なる
と、並列部分ごとのスイッチング動作が異なり、どちら
かに電流が集中するという不都合が生じるのである。こ
のことから、各ユニットで扱う電流量を等しくするのみ
ならず、各ユニットは寸法形状が略同じであることが大
電力を扱う半導体装置の構成上必要となる。上記した誘
導成分のバランスに関連して、二つのユニットを並列接
続する場合を例に取り、説明する。二つのユニットを並
列接続する場合の構成を単純化して図５に示す。ユニッ
ト５０１には、コレクタ内部端子５０２及びエミッタ内
部端子５０３が一つずつある。ここで、ユニット内の配
線及びユニットを構成する半導体素子の表示は省略し
た。また、内部端子と命名したのは、半導体装置外部の
外部端子と区別するためである。コレクタ内部端子５０
２にはコレクタ取り出し線５０４が、また、エミッタ内
部端子５０３にはエミッタ取り出し線５０５が、それぞ
れ接続されている。誘導成分は、配線の長さ及び断面形
状に直接左右されるので、コレクタ取り出し線５０４ど
うし、及びエミッタ取り出し線５０５どうしは、誘導成
分を等しくするため同じ形状で同じ長さであることが望
ましい。つぎに、コレクタ並列線５０６及びエミッタ並
列線５０７で、両ユニットの電流が合流する。コレクタ
合流線５０８及びエミッタ合流線５０９のコレクタ並列
線５０６及びエミッタ並列線５０７への接続部は、コレ
クタ並列線５０６及びエミッタ並列線５０７のちょうど
中央であることが望ましい。左右の誘導成分を揃えるた
めである。

【００１７】以上述べたように、大電流を扱う回路で
は、配線のバランスが重要である。本発明の基本的な構
成要件であるスイッチング素子及びフリーホイールダイ
オードを搭載した主回路基板は、大電流を扱うので、以
上の構成が必要不可欠である。また、スナバ用のダイオ
ードのみ、あるいはスナバ用の抵抗とスナバ用のダイオ
ードが並列に接続された副回路基板においては、平均電
流は小さいが、瞬時に流れる電流は大きいので、電流の
変化率は主回路基板と同等である。従って副回路基板に
おいても主回路基板と同等の配線のバランスに関する配
慮が必要であることに、変わりはない。

【００１８】図６を用いて、誘導バランスに配慮した、
しかも熱的にバランスの取れた回路基板の配置につい
て、説明する。図６は、平均発熱量の大きい主回路基板
６０１が２枚、平均発熱量の小さい副回路基板６０２が
１枚の場合の最適配置である。主回路基板６０１には、
コレクタ内部端子６０３及びエミッタ内部端子６０４が
一つずつある。また、副回路基板６０２には、アノード
内部端子６０５及びカソード内部端子６０６が一つずつ
ある。図５と同様に、各回路基板内の配線及び半導体素
子の表示は省略した。

【００１９】まず、熱的なバランスについて述べる。図
６の各回路基板の配置は、平均発熱量の小さい副回路基
板６０２を平均発熱量の大きい主回路基板６０１が挟む
配置である。これは図３（ａ）と同様であり、平均発熱
量の小さい副回路基板６０２の搭載されている領域を平
均発熱量の大きい主回路基板６０１の熱拡散領域として
利用する最適配置になっていて、主回路基板６０１の温
度上昇が抑えられている。

【００２０】つぎに、電気特性から見た配置の良否につ
いて述べる。副回路基板６０２は、スナバ回路であり、
スイッチング回路とは異なった働きをする回路である。
電気的に見ても、この配置は好ましい。それは、主にス
イッチング回路を形成し、並列に接続される両端の主回
路基板６０１から半導体装置外部の端子に至る経路に関
係する。とくに、主電流が流れるコレクタ内部端子６０
３及びエミッタ内部端子６０４から半導体装置外への経
路は、並列接続された左右の経路の誘導成分が揃ってい
る必要があり、その要求にこの配置は合致しているので
ある。コレクタ内部端子６０３どうし、エミッタ内部端
子６０４どうしを、誘導成分を等しく保ちながら一つに
まとめると、コレクタ並列線６０７及びエミッタ並列線
６０８に○で示すように、副回路基板６０２の中心線上
になる。図に示すように、コレクタ並列線６０７とエミ
ッタ並列線６０８を近づける配線にすれば、アノード内
部端子６０５及びカソード内部端子６０６の配線のじゃ
まにはならない。しかも、コレクタ並列線６０７とエミ
ッタ並列線６０８を近接すれば、相互誘導の作用で、配
線の誘導成分が小さくなる副次的な効果もある。左右の
主回路基板を左右対称にしているのは、コレクタ合流線
及びエミッタ合流線（図示せず、図５参照）を半導体装
置の略中心に配置するためである。半導体装置を組み合
わせてシステムを構成する際に、コレクタ及びエミッタ
の外部端子が半導体装置の中心線上だと都合が良い。左
右の主回路基板を線対称に配置しなければ、すなわち、
コレクタ内部端子６０３どうし及びエミッタ内部端子６
０４どうしを左右対称に配置しなければ、配線距離を等
しくしなければならないから、図５に示すように、コレ
クタ合流線５０８とエミッタ合流線５０９は、左右にず
れるので、外部端子も左右にずれる。これを回避するに
は、相互誘導を利用して左右の誘導成分を調整する必要
があり、構造が複雑になる。

【００２１】図６は、もっとも理想に近い配置である
が、半導体装置が横長の形状になる。用途によっては、
横長の形状が好ましくない場合もある。そのような用途
では、半導体装置の主回路基板，副回路基板の配置を図
６と同じにして、外部端子の配置を半導体装置全体で９
０度回転させる構成もある。また、主回路基板が２枚の
場合に限れば、次善の配置として、図７に示すように副
回路基板７０２を２枚の主回路基板７０１の中心を結ぶ
線分の垂直二等分線上に配置する構成でも良い。この場
合、図７（ｂ）に示すように、副回路基板７０２を２枚
にして、上下に配置すると、熱的なバランスが、さらに
良くなる。

【００２２】本発明によれば、スイッチング素子とフリ
ーホイールダイオードを搭載した高発熱量回路基板、す
なわち、主回路基板に、スナバダイオードのみ或いはス
ナバダイオードとスナバ抵抗を並列接続した低発熱量回
路基板、すなわち、副回路基板が挟まれる配置、或い
は、主回路基板が２枚の場合に限れば、副回路基板の中
心が二つの主回路基板から等距離になる配置とすること
によって、半導体装置内の熱的なバランスと電気的バラ
ンスも満足させることができる。

【００２３】本発明の基本的な構成は、スイッチング素
子及びフリーホイールダイオードを備えた複数の主回路
基板、及び、それらを並列接続するための電気的手段、
さらに、スナバ用のダイオードのみ、あるいはスナバ用
の抵抗とスナバ用のダイオードが並列に接続された、複
数の副回路基板が内部に搭載された半導体装置におい
て、副回路基板に隣接して配置される回路基板が主回路
基板であるように配置する、内部基板の配置である。こ
の配置は、大電力、とくに、大電流を扱うスイッチング
モジュールにおいて、発熱量が異なる複数の回路基板が
混在する場合に有効である。

【００２４】図８に、本発明による半導体装置の典型的
な形状を示す。本来は、有機樹脂でできたケースで覆
い、ケースの外に外部端子を取り付けるが、その部分は
表示を省略した。すなわち、図８は半導体装置内部の形
状を示す。基本部分は、熱伝導の良い金属製のベース基
板８２３上に、３枚のセラミックス配線基板、すなわ
ち、図８の左から左側主回路基板８０１，副回路基板８
０３、そして右側主回路基板８０２の順に配置し、それ
らをはんだで固定したものである。この配置は、図３
(ａ)と同じである。さらに、左側主回路基板８０１及び
右側主回路基板８０２のコレクタどうし，エミッタどう
し，ゲートどうしを結び、外部端子に導くための、コレ
クタ配線８１８，エミッタ配線８１９、及びゲート配線
８２０が、各配線基板表面のコレクタ配線パターン８０
４，エミッタ配線パターン８０５、及びゲート配線パタ
ーン８０６にはんだ付けされている。各配線パターン上
の各配線とのはんだ付け点が、上記した各内部端子に相
当する。スイッチング素子８０９，フリーホイールダイ
オード８１０，スナバダイオード８１１のみならず、ス
ナバ抵抗８１２もシリコンチップである。これらの片方
の内部端子、すなわち、コレクタ，カソード、及び抵抗
の内部端子は、チップの裏面に形成された電極から、は
んだ付けによってコレクタ配線パターン８０４、及びカ
ソード配線パターン８０７を経由して導かれている。ま
た、エミッタ配線パターン８０５，ゲート配線パターン
８０６、及びアノード配線パターン８０８には、各チッ
プからエミッタワイヤ８１３，ゲートワイヤ８１４，ア
ノードワイヤ８１５，アノードワイヤ８１６、及び抵抗
接続ワイヤ８１７で接続されている。

【００２５】まず、熱の問題について説明する。主回路
基板８０１及び８０２の発熱量は、１枚あたり１００Ｗ
程度である。副回路基板８０３の発熱量は、スナバ回路
の発熱の大半を生ずるスナバ抵抗８１２を入れているの
で少し大きいが、それでも１０Ｗ程度である。図８の温
度分布は図３（ａ）に示したようになっている。すなわ
ち、副回路基板８０３を搭載している部分にまで主回路
基板８０１及び802で発生した熱が廻り込んでいる。図
８の副回路基板８０３直下の部分と、副回路基板８０３
での、ベース板８２３が露出している部分を、主回路基
板８０１及び８０２で発生した熱を拡散させる領域とし
て利用していることになる。したがって、主回路基板８
０１及び８０２の温度上昇を小さく抑え込んでいる。ま
た、図３（ａ）と同じく、左側主回路基板８０１から眺
めた熱的状況、すなわち、左側主回路基板８０１の周り
のベース基板８２３の広がり及び副回路基板８０３の発
熱部位と、右側主回路基板８０２から眺めた熱的状況
は、スナバダイオード811の発熱量とスナバ抵抗８１２
の発熱量の相違のみの違いであり、これらの発熱量は絶
対値が小さいので影響が小さいため、両主回路基板の温
度上昇はほぼ等しい。すなわち、信頼性のレベルが揃っ
ている。

【００２６】以上述べたように、図８に示す構成により
熱的にバランスの取れた配置になっている。つぎに、電
気的なバランスについて述べる。まず、左右の主回路基
板８０１及び８０２の回路パターンである。左側主回路
基板８０１の回路パターンと右側主回路基板８０２の回
路パターンを左右逆にしている。その結果、左側主回路
基板８０１と右側主回路基板８０２は、ベース板８０２
上で、回路パターンまで含めて線対称になっている。コ
レクタ配線８１８とエミッタ配線８１９が、半導体装置
中心に対して左右線対称になり、半導体装置の中心線上
で電流が合流する。誘導成分のバランスを最も取らなけ
ればならないコレクタ配線８１８とエミッタ配線８１９
がバランスを保つ構造である。しかも、半導体装置の中
心は、副回路基板８０３上であり、比較的空いている空
間がある。その空間を利用して外部への接続を実現して
いる。

【００２７】主回路基板のパターンの左右反転は部品点
数の増大につながるので、できれば避けたいが、図８に
示す構造では、モジュール外部の主端子、すなわち、コ
レクタ外部端子とエミッタ外部端子（どちらも図示せ
ず）をモジュールの中心線上に並べる構造を例として取
り上げたため、左右対称とした。左右反転のパターンを
使用しない場合には、厳密にバランスを取ると、図５に
示したように、主電流が流れるコレクタ配線とエミッタ
配線が左右にずれる。ゲートに関しては、電流が少ない
ので、左右の配線長さを合わせる必要はない。したがっ
て、ゲート配線８２０の合流点は、モジュールの中心線
上でなく、例えば外部回路との兼ね合いで右に偏ってい
ても良い。また、副回路基板８０３、すなわち、スナバ
回路の外部端子も同様に外部回路との兼ね合いで左に寄
せても良い。

【００２８】図８は、ワイヤボンディングの形態を取っ
たが、もちろん、ワイヤボンディングに限定される必要
はない。はんだ付け，圧接等、公知のチップの実装方法
であれば何でもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、実施例によりさ
らに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例に
限定されない。

【００３０】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例による半導体装置を斜めから眺めたところである。同
図は、内部が見えるように、一部を切り抜いてある。

【００３１】本発明の半導体装置はニッケルめっきを施
した銅ベース基板１０１上に樹脂ケース１０２及び樹脂
蓋１０３が載った構造になっている。図９は、第１の実
施例による半導体装置を使用したモーター制御用三相交
流インバータ回路の１相分の回路図である。直流電源９
０１のプラス側に、（プラス側）モジュール９０３のコ
レクタ外部端子１１２及びアノード外部端子１１６を接
続し、直流電源９０１のマイナス側にもう１台の（マイ
ナス側）モジュール９０３のエミッタ外部端子１１３及
びカソード外部端子１１７を接続する。また、プラス側
モジュール903のエミッタ外部端子１１３とマイナス側
モジュール９０３のコレクタ外部端子１１２を接続す
る。このポイントが１相分の交流出力９０２になる。こ
の回路図から明らかなように、本インバータは２レベル
インバータである。３つのコンデンサで構成されたスナ
バコンデンサ９０４を、交流出力９０２，プラス側モジ
ュール９０３のカソード外部端子１１７及びマイナス側
モジュール９０３のアノード外部端子１１６に接続す
る。図９の回路を３組用意し、直流側を並列に接続して
三相交流の出力を得る。実装形態としては、３相分を一
つのブロックとしてまとめる。一枚のアルミニウム製の
固定板（図示せず）に各相２個ずつで合計６個のモジュ
ール９０３を取り付ける。この固定板はヒートシンクを
兼ねている。固定板への取り付けのために、モジュール
の銅ベース１０１の四隅には取り付け穴１１８が開けて
ある。樹脂蓋１０３の中心線上に、コレクタ外部端子１
１２及びエミッタ外部端子１１３が取り付けられてい
る。これらは、メインの電流、すなわち、主電流が流れ
る主端子である。これら主端子の右側には、補助エミッ
タ外部端子１１４及びゲート外部端子１１５が、また、
左側には、スナバ回路のアノード外部端子１１６及びカ
ソード外部端子１１７が取り付けられている。

【００３２】半導体装置内部には、図１に示すように２
枚のスイッチング回路基板１０４が対向する形、すなわ
ち、左右対称に搭載されている。また、２枚のスイッチ
ング回路基板１０４に挟まれる位置（中央部）にスナバ
回路基板１０５が搭載されている。スイッチング回路基
板１０４の詳細を図１０に、また、スナバ回路基板１０
５の詳細を図１１に示す。コレクタ配線パターン１００
１上のコレクタ内部端子１００９どうしを接続し、コレ
クタ外部端子１１２に導くコレクタ配線106及びエミッ
タ内部端子１０１０どうしを結んでエミッタ外部端子１
１３に導くエミッタ配線１０７が、左右のスイッチング
回路基板１０４に接続されている。これらの配線は、本
発明によるモジュール９０３の主電流を担う。２個所の
コレクタ内部端子１００９からコレクタ外部端子１１２
に至る経路における誘導成分は、左右両経路間で、でき
るだけ差がないことが要求される。また、エミッタ内部
端子１０１０からエミッタ外部端子１１３に至る経路に
おいても同様である。その点、２枚のスイッチング回路
基板１０４が左右対称に配置されていて、しかも、両外
部端子がモジュールの中心線上に位置している本実施例
では、ほぼ厳密に同じ値である。なお、各内部端子は、
各配線パターン上の各配線との接続点（はんだ付け点）
につけた説明上の名称であり、特別な構造があるわけで
はない。その他、スイッチング回路基板１０４の補助エ
ミッタ内部端子を結び補助エミッタ外部端子１１４に導
く、補助エミッタ配線１０８及びゲート内部端子１０１
２どうしを結びゲート外部端子１１７に導く、ゲート配
線１０９が、スイッチング回路基板１０４に接続されて
いる。これらの配線は、電流がほとんど流れないため誘
導成分の調整が不要であり、とくに配線経路の長さの調
整をせずに、モジュールの中心線から離れた両外部端子
に接続されている。ただし、ゲート回路は、後述するよ
うに、インピーダンスの高いＭＯＳ(Metal Oxide Semic
onductor）である場合には、主電流による撹乱を受けや
すく、補助エミッタ配線１０８とゲート配線１０９の経
路にはノイズに対する注意が必要である。補助エミッタ
配線108とゲート配線１０９を撚り合わせると、撹乱防
止に効果がある。

【００３３】本実施例では、スイッチング素子としてＩ
ＧＣＴ(Insulated Gate ControlledThyristor）を使っ
ている。この素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipol
ar Transistor）に近い特性を持っているスイッチング
素子である。すなわち、MOSで駆動する、電圧駆動型の
スイッチング素子である。さらに、ＩＧＢＴでは、主電
流の流れる部分をトランジスタで構成しているのに対し
てＩＧＣＴではサイリスタを使用しているため、同一耐
圧，同一電流密度では、ＩＧＢＴより直流電圧降下が小
さい特性を有している。高耐圧素子では、その構造上、
必然的に直流電圧降下が大きくなるので、ＩＧＣＴは高
耐圧用途に設計すると、長所が生きる素子である。

【００３４】スイッチング回路基板１０４には、IGCT10
04が４個，フリーホイールダイオード１００５が２個搭
載されている。チップの寸法は、どちらも一辺１３mmの
正方形である。スナバ回路基板１０５には、スナバダイ
オード１１０３が１個，スナバ抵抗１１０４が２個搭載
されている。スナバダイオード１１０３は、フリーホイ
ールダイオードと同じものである。したがって、極性
は、チップ底面側、すなわちはんだ付け部側がカソー
ド，チップ表面側がアノードである。また、スナバ抵抗
１１０４は、２個搭載されている。これは、シリコンの
拡散層の抵抗分を利用している。寸法は、スナバダイオ
ードと同じである。

【００３５】IGCT1004は、耐圧４０００Ｖ，電流容量４
１Ａである。したがって、半導体装置９０３の定格は、
耐圧４０００Ｖ，電流容量３２８Ａである。また、半導
体装置９０３の外形寸法は、横１４８mm，縦９０mmであ
る。

【００３６】スイッチング回路基板１０４は、コレクタ
配線パターン１００１，エミッタ配線パターン１００２
及びゲート配線パターン１００３のいずれもが上下に線
対称である。したがって、１種類のスイッチング回路基
板１０４を１８０度回転させるだけで、左右のスイッチ
ング回路基板１０４を線対称に配置することができ、基
板を右側用と左側用の２種類用意しなくてよい。

【００３７】モーター負荷でピーク電流が３２８Ａであ
る場合には、IGCT1004は１チップあたり約９０Ｗ、フリ
ーホイールダイオード１００５は１チップ当り約１００
Ｗ発熱する。スイッチング回路基板１０４１枚当りで
は、約５６０Ｗの発熱となる。これに対して、スナバ回
路基板１０５での発熱は、約５０Ｗである。スナバ回路
基板１０５の直下の銅ベース１０１の部分を熱の広がり
領域として利用しているため、半導体装置１つ当りトー
タル１１７０Ｗの発熱でも、IGCT1004の温度上昇を、半
導体装置底面より約２０℃に抑えることができた。これ
に対して、スナバ回路基板１０５を搭載しない半導体装
置では、スナバ回路からの発熱がないにもかかわらず放
熱のための半導体装置底面積が小さくなるので、発熱量
が１１２０Ｗと小さいにもかかわらず、約２６℃も温度
上昇した。

【００３８】スナバダイオードは、以下に示すような要
求があるため、半導体装置内に搭載する必然性がある。

【００３９】（１）電気的要求スイッチングの速度にスナバダイオードが追従するため
には、スイッチング素子とスナバダイオードの間に存在
する誘導成分を極力小さくする必要がある。

【００４０】（２）熱的要求半導体装置外で上記（１）を満たすには、空中にダイオ
ードを保持しなければならないので、放熱が困難であ
る。

【００４１】スナバ抵抗は必ずしも半導体装置内に搭載
する必要がない。まず、電気的には、スナバ抵抗の動作
は遅くてもよい。したがって、スイッチング回路との間
の誘導成分が大きくても構わない。また、熱的には、ス
ナバ回路の中でかなりの比率の熱をスナバ抵抗が出すの
で、半導体装置の発熱量を押し上げることになる。半導
体装置の発熱が増すと、ヒートシンクの能力を増さねば
ならず、システムの大型化を招く。

【００４２】ところが、本実施例ではシステムの小型
化，簡素化するためにスナバ抵抗をモジュール内に搭載
した。理由を列挙する。

【００４３】（１）スナバ回路中では最大でも、スイッ
チング回路に比べるとスナバ抵抗の発熱量（絶対値）は
小さい。

【００４４】（２）スナバ抵抗を外付けにすることによ
る半導体装置の小型化の効果が小さい。

【００４５】たとえば、図１１でスナバ抵抗１１０４を
省いても、上下方向に基板が小さくなるだけで、半導体
装置全体の寸法を小さくする効果が小さい。

【００４６】（３）外部の付加回路が小さくなるスナバ抵抗を外付けにすると、空冷になるのでかなり大
きくなる。したがって、スナバ抵抗を半導体装置に搭載
する方がシステムとして小型化を図れる。さらに、外付
け回路がシンプルになるというメリットもある。

【００４７】本実施例の半導体装置の製造方法を図１３
に従って説明する。図は、左半分が製造工程、右半分が
各工程終了後（つぎの工程開始前）の状態を断面で示し
ている。

【００４８】（０）前工程（図示せず）スイッチング回路基板１０４にIGCT1004及びフリーホイ
ールダイオード1005をはんだ付けし、その後ワイヤボン
ディングを施す。同時に、スナバ回路基板にスナバダイ
オード１１０３及びスナバ抵抗１１０４をはんだ付け
し、その後ワイヤボンディングを施す。

【００４９】（１）回路基板接着 IGCT1004及びフリーホイールダイオード１００５（図示
せず）を搭載したスイッチング回路基板１０４、並びに
スナバダイオード１１０３及びスナバ抵抗1104（図示せ
ず）を搭載したスナバ回路基板１０５を銅ベース１０１
にはんだ付けする。

【００５０】（２）内部端子はんだ付け各配線（コレクタ配線１０６のみ図示）をあらかじめ固
定した樹脂蓋１０３をスイッチング回路基板１０４及び
スナバ回路基板１０５上に載置する。各配線の先端と各
配線パターンとの接触部にペースト状のはんだを置き、
はんだ付けする。この位置が内部端子である。図では、
コレクタ内部端子１００９のみ表示した。

【００５１】（３）樹脂ケース接着樹脂ケース１０２を銅ベース１０１と樹脂蓋１０３に接
着剤で接着する。

【００５２】本実施例では、スイッチング回路基板１０
４のパターンを上下対称にしたので、１種類の回路基板
で左右のスイッチング回路基板１０４を左右対称に配置
することができた。回路によっては、上下対称のパター
ンを取れない場合もあり得る。そのときは、次の３つの
対応策を取ることができる。

【００５３】（ａ）２種類のスイッチング回路基板を用
意して、左右対称を実現する。

【００５４】（ｂ）コレクタ外部端子及びエミッタ外部
端子の位置が半導体装置の中心線上でなく左右にずれる
ことを許容して、左右のスイッチング回路基板に至るコ
レクタ配線及びエミッタ配線の長さを合わせる。

【００５５】（ｃ）半導体装置内で、相互誘導による誘
導成分の相殺作用を利用して、コレクタ配線及びエミッ
タ配線の長さを合わせなくても、左右のスイッチング回
路基板に至る誘導成分を合わせる。この方法によれば、
コレクタ外部端子及びエミッタ外部端子の位置を半導体
装置の中心線上に配置することができる。

【００５６】いずれの対策も、スイッチング回路基板が
スナバ回路基板を挟む配置である。（実施例２）本実施例１の半導体装置を使用したインバ
ータを図１２に示す。全体の機能としては、直流入力端
子プラス側１２０１及び直流入力端子マイナス側１２０
２に供給される直流を交流出力端子Ｕ相１２０３，交流
出力端子Ｖ相１２０４及び交流出力端子Ｗ相１２０５に
三相交流として出力する。本発明のモジュール９０３
は、各相に２個ずつ、合計６個使われている。プラス側
では、直流電源にプラス側のモジュール９０３のコレク
タ外部端子１１２及びアノード外部端子１１６を接続す
る。また、マイナス側では、直流電源にマイナス側のモ
ジュール９０３のエミッタ外部端子１１３及びカソード
外部端子１１７を接続する。出力側では、プラス側モジ
ュール９０３のエミッタ外部端子１１３と、マイナス側
モジュール９０３のコレクタ外部端子１１２を接続し、
交流出力端子Ｕ相１２０３，交流出力端子Ｖ相１２０４
及び交流出力端子Ｗ相１２０５につなぐ。外付けのスナ
バ回路は、スナバコンデンサ９０４のみである。図９に
示すように、内部に３個のコンデンサを実装したもので
ある。外観上は、３つの端子が一列に並んでいるもので
ある。上側の端子をプラス側モジュール９０３のカソー
ド外部端子１１７に、下側の端子をマイナス側モジュー
ル９０３のアノード外部端子１１６に、それぞれつな
ぎ、中央のコンデンサ中央端子１２０６を中央短絡板１
２０７、すなわち、プラス側モジュール９０３のエミッ
タ外部端子１１３と、マイナス側モジュール９０３のコ
レクタ外部端子１１２を接続したポイントに接続する。
図１２から明らかなように、スナバ回路を含めて実装形
態が簡素で、コンパクトにまとまっている。モジュール
９０３の外部端子の配列が、インバータ全体の形態に大
きく影響を与えているわけである。とくに重要なのは、
中央に主端子（できれば、左右にずれないこと），右側
にゲート等の制御端子，左側にスナバ端子を配置してい
ることである。もちろん、左右を逆にした端子配置も同
様の効果を示す。たとえば、図５に示したように、左右
のユニット５０１のコレクタ内部端子５０２及びエミッ
タ内部端子５０３の位置が左右対称でない場合には、コ
レクタ外部端子とエミッタ外部端子の位置が左右にずれ
る。そのときは、ずれの分だけ中央短絡板１２０７の寸
法が左右に大きくなる。半導体装置の外部端子の間隔
は、耐圧を持たせるために一定距離以上離さなければな
らないので、中央短絡板１２０７が大きくなると、半導
体装置全体の大きさに影響を与える。したがって、でき
るだけコレクタ外部端子１１２及びエミッタ外部端子１
１３は、左右にずれない配置が望ましい。

【００５７】（実施例３）本発明の別の実施例につい
て、図１４乃至図１７を参照して説明する。

【００５８】図１４は、本実施例による半導体装置の内
部を斜めから眺めたところである。本実施例は、実施例
１に比べて出力電流が１.５倍であり、半導体装置の外
形寸法が大きい。しかし、外観上は構成部材，構成材料
及び外部端子の配置が実施例１と同じである。したがっ
て、図では半導体装置の外部構造を省略して配線基板及
び配線基板から半導体装置の外部端子に至る各端子の配
線のみを表示した。図面が複雑になるのを避けるため、
さらに、ゲート周りの配線、すなわち、ゲート配線及び
補助エミッタ配線を省略した。

【００５９】半導体装置の外形寸法は、縦１３０mm×横
１６５mmである。中には、図１４に示すように、同じ方
向を向いた３枚のスイッチング回路基板１４０１が並
び、スイッチング回路基板１４０１に挟まれる位置に、
同じ方向を向いた２枚のスナバ回路基板１４０２が配置
されている。スイッチング回路基板１４０１には、４個
のIGCT1409と２個のフリーホイールダイオード１４１０
を一列に並べた。さらに、コレクタ内部端子１４１６及
びエミッタ内部端子１４１７をスイッチング回路基板１
４０１の上下、すなわち、長手方向に配置して、細長い
形にした。このようにスイッチング回路基板１４０１を
細長くしたことで、３枚並べても半導体装置の横寸法を
抑えることができた。また、ゲート配線パターンを二つ
に分離し、上側ゲート配線パターン１４０４及び下側ゲ
ート配線パターン１４０６とした。二つのゲート配線パ
ターンの間にできた凹みを利用して、スナバ回路基板14
02を配置し、スナバ回路基板１４０２を挿入することに
よる寸法増加を抑えた。ゲート配線パターンを分離した
ことによって、素子の並ぶ順序を、実施例１とは異な
り、中央に２個のフリーホイールダイオード１４１０、
その上下にIGCT1409が２個ずつとした。

【００６０】つぎに、スナバ回路基板１４０２には、ス
ナバダイオード１４１１を１個搭載した。実施例１で述
べたように、電気的な要求として、スナバ抵抗はスイッ
チング回路の近くに配置する必要がない。本実施例で
は、できるだけ半導体装置を小さくまとめることに主眼
を置き、スナバ抵抗を内蔵せず、半導体装置の外にディ
スクリート素子として接続することにした。スナバ抵抗
を内蔵しないため、スナバ回路基板１４０２の寸法が小
さく、スイッチング回路基板１４０１の凹みに挿入する
ことができた。さらに、スナバダイオード１４１１を縦
長にして、半導体装置の横方向の寸法増加を抑えた。

【００６１】すでに述べたように、スイッチング回路基
板１４０１で発生する大量の熱を、発熱の小さいスナバ
回路基板１４０２を搭載した領域で拡散する、本実施例
の基板配置は、熱的に理想に近いものである。とくに、
本実施例では、スナバ回路基板１４０２搭載部の、図面
で上下にあるスイッチング回路基板１４０１の部分が、
上側ゲート配線パターン１４０５及び下側ゲート配線パ
ターン１４０６で、ほとんど発熱しない部分であるの
で、一列に並んだスイッチング回路基板１４０１上のど
のチップに対しても、放熱条件がほぼ同じになった。さ
らに、スイッチング回路基板１４０１の間にスナバ回路
基板１４０２が１個ずつ挟まった配置であるので、３個
のどのスイッチング回路基板１４０１も、発生した熱を
逃がすための熱広がり条件がほぼ同じである。したがっ
て、１２個のIGCT1409の温度上昇及び６個のフリーホイ
ールダイオード１４１０の温度上昇をほぼ揃っている。
IGCT1409は１チップあたり約９０Ｗ、フリーホイールダ
イオード１４１０は１チップあたり約１００Ｗ発熱す
る。スイッチング回路基板１４０１あたりでは、約５６
０Ｗとなる。これは、実施例１と同じである。これに対
して、スナバ回路基板１４０２では、１基板につき約１
０Ｗしか発熱しない。スナバ抵抗を外付けにし、しか
も、スナバ回路基板１４０２を２枚に分割したため、実
施例１に比べて１基板あたりの発熱量が小さいのであ
る。本実施例のように、スナバ抵抗を外付けにし、しか
も、スナバ回路基板１４０２を２枚にする構成では、ス
ナバ回路基板１４０２の発熱が小さくなると共に、スナ
バ回路基板１４０２の搭載部が分散されるので、スイッ
チング回路基板１４０１の発熱を拡散する領域として、
実施例１よりさらに有効に利用できる。半導体装置１つ
当りトータル１７００Ｗ発熱しても、IGCT1409の温度上
昇を、実施例１より低い、半導体装置底面より約１８℃
アップに抑えることができた。発熱量は実施例１より約
１.５倍であるが、半導体装置の底面積が約１.６倍で
あり、単位底面積あたりの発熱量が小さいことと、スナ
バ回路基板１４０２の分割という熱的な底面の有効利用
がなされているためである。

【００６２】電気的な面では、本実施例は実施例１には
ない問題がある。すなわち、スイッチング回路基板１４
０１が３個の並列接続，スナバ回路基板１４０２が２個
の並列接続だという点である。いずれの回路も大電流の
断続があるため、配線の誘導成分を揃えなければならな
い。

【００６３】まず、スナバ回路基板１４０２の並列接続
について述べる。図１５は、図１４からカソード配線１
４２６のみを抜き出した図である。アノード配線１４２
５についても、同じであるので、省略した。２つの回路
の並列接続は、実施例１のスイッチング回路基板１０４
におけるコレクタ配線１０６及びエミッタ配線１０７と
同じである。すなわち、２個所のカソード内部端子１４
２２からカソード合流点１５０１までの距離を等しくす
ることが必要である。したがって、カソード合流点１５
０１は、半導体装置の中心線上に位置することになる。
合流してからの配線は、実施例１では、図５のコレクタ
合流線５０８及びエミッタ合流線５０９のように、半導
体装置外部に垂直に取り出されている。ところが、本実
施例では、アノード外部端子及びカソード外部端子(い
ずれも図示せず)が、実施例１と同じく、いずれも半導
体装置左側に位置するため、合流後のアノード配線１４
２５及びカソード配線１４２６の位置を、左にずらされ
なければならない。ずらすことによる配線の相互誘導を
完全に避けることはできないが、できるだけ影響を少な
くするため、左側アーム１５０２と合流後水平部１５０
３の距離を２０mmとした。その結果、左側のカソード内
部端子１４２２から左側アーム１５０２，カソード合流
点１５０１，合流後水平部１５０３を経由してカソード
外部端子位置１５０５に至る経路と、右側のカソード内
部端子１４２２から右側アーム1504,カソード合流点１
５０１，合流後水平部１５０３を経由してカソード外部
端子位置１５０５に至る経路とでは、誘導成分の差が約
５ｎＨ（ナノヘンリー）で、実用上差し支えない値であ
った。

【００６４】つぎに、スイッチング回路基板１４０１の
並列接続について説明する。スイッチング回路基板１４
０１は、３個とも同じ方向を向いている。この配置は、
３個の並列接続では有利である。すなわち、各回路基板
を同一方向に配置することで、３個所のコレクタ内部端
子１４１６の間隔及び３個所のエミッタ内部端子1417の
間隔が等しくなるのである。このことは、中央の内部端
子から眺めて、左右の内部端子が同じ距離に配置されて
いることになる。誘導成分は、配線長に直接影響され
る。そのため、３端子の並列接続では誘導成分の整合を
取ることが難しい。しかし、この配置では、少なくとも
左右の両端の内部端子に至る誘導成分については最初か
ら整合が取れている。そのため、中心の内部端子と両端
の内部端子の誘導成分の整合を考慮するだけでよい。こ
れが、本配置の大きなメリットである。中心の内部端子
から外部端子に至る経路における誘導成分と左右の内部
端子から外部端子に至る経路における誘導成分との整合
を、エミッタ配線１４２４について、図１６を使用して
説明する。なお、図１６は、図１４からエミッタ配線１
４２４のみを抜き出した図である。

【００６５】エミッタ内部端子１４１７は、３個所が同
じ間隔で一直線上に並んでいる。３個所のエミッタ内部
端子１４１７に電流が流れ込む状況を想定する。電流
は、エミッタ外部端子位置１６０１からエミッタ合流点
１６０２までは、一つの流れである。エミッタ合流点１
６０２で、左右に半分ずつの電流に分かれる。左側誘導
成分調整アーム１６０３に流れた電流は、左側一部合流
点１６０５でさらに２つに分かれる。電流の３分の２は
左側のエミッタ内部端子１４１７に流れ込む。残りの３
分の１は左側アーム１６０８に流れる。一方、エミッタ
合流点１６０２で右側誘導成分調整アーム１６０４に流
れた残り半分の電流は、右側一部合流点１６０６でさら
に２つに分かれる。電流の３分の２は右側のエミッタ内
部端子１４１７に流れ込む。残りの３分の１は右側アー
ム１６０９に流れる。最後に、左側アーム１６０８と右
側アーム１６０９の電流がエミッタ中央分離点１６０７
で合流し、中央のエミッタ内部端子１４１７に流れ込
む。

【００６６】ここで、電流の向きについて説明する。左
側誘導成分調整アーム１６０３を流れる電流の方向は、
今の場合、右から左である。これに対して、左側アーム
1608を流れる電流は、左から右である。右側半分につい
ても同様に、上下の平行しているアームでは、電流が逆
方向に流れる。近接して逆方向に電流が流れると、相互
誘導により、誘導成分の相殺作用が働く。別の見方をす
ると、次のように考えることができる。すなわち、両ア
ームの間隔が充分大きいと、中央のエミッタ内部端子１
４１７への経路の方が、両端のエミッタ内部端子１４１
７への経路より長いので、中央のエミッタ内部端子１４
１７への誘導成分が両端のエミッタ内部端子１４１７へ
の誘導成分より大きくなる。ところが、両アームの間隔
がゼロになると、距離関係が逆転し、中央のエミッタ内
部端子１４１７への誘導成分の方が小さくなる。この間
隔を適当な値にすると、中央のエミッタ内部端子１４１
７に至る誘導成分と両端のエミッタ内部端子１４１７に
至る誘導成分と等しくすることができる。半導体装置の
形状によるが、この間隔は１０mm以下に最適値がある。
本実施例では、８mmにした時、エミッタ外部端子位置１
６０１から３個のエミッタ内部端子１４１７までの誘導
成分が、すべて同じになった。

【００６７】電流の流れ方、すなわち、誘導成分の観点
からは、本実施例のスイッチング回路基板１４０１の配
置は有利である。しかし、半導体装置寸法の観点から
は、右端のスイッチング回路基板１４０１を左右反転パ
ターンで構成した方が、無駄な面積がさらに減って、都
合がよい。

【００６８】（実施例４）実施例３の半導体装置を使用
したインバータを図１７に示す。半導体装置の寸法が大
きくなっただけで、基本的には実施例２と変わらないの
で、インバータの形状も図１２と似ている。実施例２と
異なり、本実施例ではスナバ抵抗１７０１を外付けにし
た点が異なっている。図に示すように、スナバ抵抗１７
０１としてはディスクリート素子を用い、空中に浮かせ
る実装形態とした。一つには、スナバ抵抗の動作が高速
性を要求されないので、離れた位置に配置しても構わな
いこと、もう一つには、スナバ抵抗から発生する熱を、
半導体装置の放熱用フィン１７０７に伝えないためであ
る。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子、及
びそれを補助する付加回路、すなわち、フリーホイール
ダイオード並びに少なくともスナバダイオードを搭載し
た半導体装置、内部に搭載される回路基板の最適配置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す一部断面斜視図。

【図２】本発明の第１の実施例に対応する回路図。

【図３】高発熱量回路基板と低発熱量回路基板の配置と
温度分布を示す説明図。

【図４】高発熱量回路基板と低発熱量回路基板の配置を
示す説明図。

【図５】本発明のユニット間の誘導成分のバランスを示
す説明図。

【図６】本発明のユニット間の誘導成分のバランスと発
熱のバランスとを説明するための説明図。

【図７】本発明の半導体装置の発熱量の異なる基板の配
置を示す平面図。

【図８】本発明の半導体装置を示す斜視図。

【図９】本発明の第１の実施例に対応する回路図。

【図１０】本発明の第１の実施例のスイッチング回路基
板を示す平面図。

【図１１】本発明の第１の実施例のスナバ回路を示す平
面図。

【図１２】本発明の第２の実施例のインバータ装置を示
す図。

【図１３】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造工
程を説明する図。

【図１４】本発明の第３の実施例の半導体装置を示す斜
視図。

【図１５】本発明の第３の実施例のカソード配線を示す
斜視図。

【図１６】本発明の第３の実施例のエミッタ配線を示す
斜視図。

【図１７】本発明の第４の実施例のインバータ装置を示
す平面図。

【符号の説明】

１０１…銅ベース基板、１０２…樹脂ケース、１０３…
樹脂蓋、１０４，1401…スイッチング回路基板、１０
５，１４０２…スナバ回路基板、１０６，８１８，１４
２３…コレクタ配線、１０７，８１９，１４２４…エミ
ッタ配線、１０８…補助エミッタ配線、１０９，８２０
…ゲート配線、１１０，８２２，１４２６…カソード配
線、１１１，８２１，１４２５…アノード配線、１１２
…コレクタ外部端子、１１３…エミッタ外部端子、１１
４…補助エミッタ外部端子、１１５…ゲート外部端子、
１１６…アノード外部端子、１１７…カソード外部端
子、１１８…取り付け穴、２０１，９０１…直流電源、
２０２，９０２…交流出力、２０３…スイッチング回
路、２０４…上側アームスイッチング素子、２０５…下
側アームスイッチング素子、２０６…上側アームフリー
ホイールダイオード、２０７…下側アームフリーホイー
ルダイオード、２０８…スナバ回路、２０９…上側アー
ムスナバダイオード、２１０…下側アームスナバダイオ
ード、２１１…上側アームスナバ抵抗、２１２…下側ア
ームスナバ抵抗、３０１，４０１…高発熱量回路基板、
３０２，４０２…低発熱量回路基板、３０３，４０３…
熱拡散用ベース基板、３０４…温度グラフ、５０１…ユ
ニット、５０２，６０３，７０３，１００９，１４１６
…コレクタ内部端子、５０３，６０４，７０４，１０１
０，１４１７…エミッタ内部端子、５０４…コレクタ取
り出し線、５０５…エミッタ取り出し線、５０６，６０
７…コレクタ並列線、５０７，６０８…エミッタ並列
線、５０８…コレクタ合流線、５０９…エミッタ合流
線、６０１，７０１…主回路基板、６０２，７０２，８
０３…副回路基板、６０５，７０５，１１０８，１４２
１…アノード内部端子、６０６，７０６，１１０７，１
４２２…カソード内部端子、８０１…左側主回路基板、
８０２…右側主回路基板、８０４，1001,１４０３…コ
レクタ配線パターン、８０５，１００２，１４０４…エ
ミッタ配線パターン、８０６，１００３…ゲート配線パ
ターン、８０７，１１０１，1408…カソード配線パター
ン、８０８，１１０２，１４０７…アノード配線パター
ン、８０９…スイッチング素子、８１０，１００５，１
４１０…フリーホイールダイオード、８１１，１１０
３，１４１１…スナバダイオード、８１２，１１０４，
１７０１…スナバ抵抗、８１３，１００６，１４１２…
エミッタワイヤ、８１４，１００７，１４１３…ゲート
ワイヤ、８１５，８１６，１００８，１１０５，１４１
４，１４１５…アノードワイヤ、８１７，１１０６…抵
抗接続ワイヤ、８２３…ベース基板、９０３…モジュー
ル、９０４…スナバコンデンサ、1004,１４０９…ＩＧ
ＣＴ、１０１１，１４１８…補助エミッタ内部端子、１
０１２…ゲート内部端子、１２０１，１７０２…直流入
力端子プラス側、１２０２，1703…直流入力端子マイナ
ス側、１２０３，１７０４…交流出力端子Ｕ相、１２０
４，１７０５…交流出力端子Ｖ相、１２０５，１７０６
…交流出力端子Ｗ相、１２０６…コンデンサ中央端子、
１２０７…中央短絡板、１４０５…上側ゲート配線パタ
ーン、１４０６…下側ゲート配線パターン、１４１９…
上側ゲート内部端子、１４２０…下側ゲート内部端子、
１５０１…カソード合流点、１５０２，１６０８…左側
アーム、１５０３…合流後水平部、１５０４，１６０９
…右側アーム、1505…カソード外部端子位置、１６０１
…エミッタ外部端子位置、１６０２…エミッタ合流点、
１６０３…左側誘導成分調整アーム、１６０４…右側誘
導成分調整アーム、１６０５…左側一部合流点、１６０
６…右側一部合流点、１６０７…エミッタ中央分離点、
１７０７…放熱用フィン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース基板上に複数のスイッチング素子及
び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた、複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された少なくとも１つの副回路
基板とを備えた半導体装置において、該副回路基板に隣
接して配置される回路基板が該主回路基板であることを
特徴とする半導体装置。
【請求項２】ベース基板上に複数のスイッチング素子及
び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた、二つの主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された一つの副回路基板とを備
えた半導体装置において、該副回路基板の中心点が二つ
の該主回路基板中心点から略等距離にあることを特徴と
する半導体装置。
【請求項３】該主回路基板がベース基板上で左右対称に
配置されることを特徴とする、請求項２項記載の半導体
装置。
【請求項４】該副回路基板が、該主回路基板に挟まれる
配置であることを特徴とする、請求項２項記載の半導体
装置。
【請求項５】該副回路基板が、該主回路基板で囲まれる
配置であることを特徴とする、請求項２項に記載の半導
体装置。
【請求項６】該主回路基板が隣接する配置であることを
特徴とする、請求項２項に記載の半導体装置。
【請求項７】該主回路基板は、該副回路基板より発熱量
が大きいことを特徴とする、請求項１項或いは２項のい
ずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】請求項７に記載の半導体装置において、前
記発熱量が大きい主回路基板と発熱量が小さな副回路基
板とを前記ベース基板上に交互に配置したことを特徴と
する半導体装置。
【請求項９】ベース基板上にスイッチング素子及び該ス
イッチング素子と逆並列に接続されたダイオードを備え
た複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続する電
気的手段とダイオードあるいは電気部品とダイオードと
が並列に接続された少なくとも１つの副回路基板とを備
えた半導体装置において、主電流の取り出し線が略同一
形状であり、該取り出し線の誘導成分が略等しくなるよ
うに前記主回路基板と副回路基板とを配置したことを特
徴とする半導体装置。
【請求項１０】ベース基板上に複数のスイッチング素子
と該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード
を備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続
する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダイ
オードとが並列に接続された少なくとも１つの副回路基
板とを備えた半導体装置において、前記主回路基板の動
作時の最高温度が前記いずれの主回路基板においても略
等しいことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】ベース基板上に複数のスイッチング素子
及び該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオー
ドを備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接
続する電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダ
イオードとが並列に接続された少なくとも１つの副回路
基板とを備えた半導体装置において、該半導体装置の主
端子間の耐圧が３０００Ｖ以上で、かつ該半導体装置の
ピーク電流出力が３００Ａ以上で、かつ、該半導体装置
内の最も高温のスイッチング素子の温度と該素子の直下
の該半導体装置の外部底面の温度との差が２５℃以下で
あることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】直流から三相交流に変換するインバータ
において、ベース基板上に複数のスイッチング素子及び
該スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードを
備えた複数の主回路基板と、該主回路基板を並列接続す
る電気的手段と、ダイオードあるいは電気部品とダイオ
ードとが並列に接続された少なくとも１つの副回路基板
とを備えた半導体装置であり、該副回路基板に隣接して
配置される回路基板が該主回路基板である半導体装置を
単独或いは複数個並列接続した半導体装置ユニットを２
段に直列接続し、両端を直流電源に接続し、両半導体装
置ユニット同士の直列接続点を交流出力端子とするグル
ープを１相分とし、該グループ３個を直流電源に並列接
続することによって、三相交流出力を得ることを特徴と
するインバータ。