(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサとを一つの筐体に内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個の上記コンデンサが接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が、相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサとを内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個の上記コンデンサが接続され、複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されているていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
相間接続導体が少なくとも２つの導体からなり、上記相間接続導体の一方が各Ｐ電極に接続され、他方が各Ｎ電極に接続され、互いに重なり合うように近接して配置されていることを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置。
【請求項５】
相間接続導体が平板状であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
平板状の相間接続導体の間に絶縁板を有することを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
平板状の相間接続導体と絶縁板とが接着層によって接着されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
相間接続導体がプリント配線板に形成された導体であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項９】
コンデンサの一方の外部電極が、一方の相間接続導体に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が、他方の相間接続導体に接続されていることを特徴とする請求項７または８記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、相間接続導体が位置決めおよび支持されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項１１】
コンデンサが支持板に固定されていることを特徴とする請求項１または３記載の半導体装置。
【請求項１２】
複数のコンデンサが１つの支持板の一方または両方の面に固定されていることを特徴とする請求項１または３記載の半導体装置。
【請求項１３】
半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、支持板が位置決めおよび支持されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
支持板が絶縁体からなり、この支持板に電気的に絶縁された２つ以上の導体が一体的に設けられ、コンデンサが上記導体を介してＰ電極とＮ電極に接続されることを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置。
【請求項１５】
導体が、絶縁体からなる支持板の両面に互いに重なり合うように形成され、コンデンサの一方の外部電極が支持板の一方の面に形成された導体を介してＰ電極に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が上記支持板の他方の面に形成された導体を介してＮ電極に接続されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置。
【請求項１６】
コンデンサの外部電極の各部とパワーモジュールのＰ電極またはＮ電極間の電流経路のインピーダンスを略均一化したことを特徴とする請求項１４または１５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置を構成する際に用いられる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータは、各種民生用あるいは産業用の電気機器に広く用いられている。例えば、交流モータによって推進される電気自動車や、エンジンと交流モータによって推進されるハイブリッドカーにおいては、図１５（ｃ）に示すように、モータと直流電源の間にインバータ１が介在している。インバータ１は、図１５（ａ）の平面図および図１５（ｂ）の断面図に示すように、半導体装置２と半導体装置２の外部に配置されたコンデンサ１０によって構成される。コンデンサ１０は直流電源のリプル電圧変動を抑制するために必要とするものである。半導体装置２は、絶縁基板２５に搭載されたスイッチング素子２０とダイオード２１によって直流を交流に変換する、またはその逆に交流を直流に変換するものであり、３相交流モータを使用する場合には、Ｕ相４０、Ｖ相４１およびＷ相４２の３つの相で構成されている。絶縁基板２５は放熱板６０に搭載され放熱板６０は合成樹脂性のケース５０に固定されている。ケース５０には、内部配線のための複数の導体がインサート形成されており、この導体は、その一部がケース５０の表面に露出し、直流側のＰ端子３０とＮ端子３１および交流側のＵ端子３２とＶ端子３３とＷ端子３４を形成するとともに、絶縁基板２５の表面に形成された図示していない配線パターンやアルミワイヤによってスイッチング素子２０とダイオード２１に接続され、図１５（ｃ）に示した回路を構成している。Ｐ端子３０とＮ端子３１には直流電源が接続され、交流側のＵ端子３２とＶ端子３３とＷ端子３４には三相交流モータが接続される。
【０００３】
上記のように、従来の半導体装置はインバータを構成する際に、半導体装置２の外部にコンデンサ１０を配置し、図１５（ａ）および（ｂ）に示したように、コンデンサ１０の電極端子１１ａおよび１１ｂと半導体装置のＰ端子３０およびＮ端子３１とを接続するために、絶縁板１５によって絶縁されたバスバー１６および１７を必要とし、インバータ構成部品点数の増加、組立の煩雑化、コストアップの原因になっていた。
【０００４】
また、コンデンサ１０は半導体装置２の外部に配置されているため、コンデンサ１０と半導体装置２内部のスイッチング素子２０との間の配線経路が長く、インダクタンスが大きくなり、サージ電圧が大きくなるため素子電圧を高くしなければならず高コストであった。また、インダクタンスが大きくなることで直流電源のリプル電圧を抑制するためにコンデンサ１０の静電容量を大きくする必要があり、コンデンサ１０の大型化、ひいてはインバータ１の大型化の原因になっていた。
【０００５】
さらに、静電容量が大きなコンデンサとして、円筒形等の電解コンデンサを使用するのが一般的でスペースの有効利用が困難であり、インバータ１の小型化を阻害していた。
【０００６】
特開平１０−２８５９０７号公報には、平滑コンデンサからモジュールに至る配線経路を短くするため、ＩＧＢＴ、還流ダイオード、スナバダイオードを共通の平面電極に実装し、さらに絶縁板を介して金属板に搭載し、スナバコンデンサ、ゲート回路、保護回路とともに共通の外囲器に収納したＩＧＢＴモジュールが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のインバータは外部にコンデンサを配置するために、インバータ構成部品点数の増加、組立の煩雑化、コストアップの原因になっていた。
【０００８】
また、特開平１０−２８５９０７号公報に記載されたＩＧＢＴモジュールも、インバータを構成するためにはＩＧＢＴモジュールの外部に平滑コンデンサを必要とし、平滑コンデンサからＩＧＢＴモジュールに至る配線インダクタンスの低減には限界があり、そのためサージ電圧を抑えるためのスナバコンデンサが必要になり、従って部品点数の増加、組立の煩雑化、ＩＧＢＴモジュールの大型化、平滑コンデンサの大型化、ひいてはインバータ全体の大型化の原因になっていた。
【０００９】
本発明は、平滑コンデンサを半導体装置内に内蔵させ、配線インダクタンスを低減してコンデンサを小型化し、ひいては電力変換装置（インバータ）全体を小型化することを目的とする。
【００１０】
また、部品点数を削減し、組立を容易にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の半導体装置は、半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサとを一つの筐体に内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個の上記コンデンサが接続されているものである。
【００１２】
本発明に係る第２の半導体装置は、上記第１の半導体装置において、複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が、相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されているものである。
【００１３】
本発明に係る第３の半導体装置は、半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサを内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個の上記コンデンサが接続され、複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されているものである。
【００１４】
本発明に係る第４の半導体装置は、上記第２または３の半導体装置において、相間接続導体が少なくとも２つの導体からなり、上記相間接続導体の一方が各Ｐ電極に接続され、他方が各Ｎ電極に接続され、互いに重なり合うように近接して配置されているものである。
【００１５】
本発明に係る第５の半導体装置は、上記第４の半導体装置において、相間接続導体が平板状であるものである。
【００１６】
本発明に係る第６の半導体装置は、上記第５の半導体装置において、平板状の相間接続導体の間に絶縁板を有するものである。
【００１７】
本発明に係る第７の半導体装置は、上記第６の半導体装置において、平板状の相間接続導体と絶縁板とが接着層によって接着されているものである。
【００１８】
本発明に係る第８の半導体装置は、上記第５の半導体装置において、相間接続導体がプリント配線板に形成された導体であるものである。
【００１９】
本発明に係る第９の半導体装置は、上記第７または８の半導体装置において、コンデンサの一方の外部電極が、一方の相間接続導体に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が、他方の相間接続導体に接続されているものである。
【００２０】
本発明に係る第１０の半導体装置は、上記第２または３の半導体装置において、半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、相間接続導体が位置決めおよび支持されているものである。
【００２１】
本発明に係る第１１の半導体装置は、上記第１または３の半導体装置において、コンデンサが支持板に固定されているものである。
【００２２】
本発明に係る第１２の半導体装置は、上記第１または３の半導体装置において、複数のコンデンサが１つの支持板の一方または両方の面に固定されているものである。
【００２３】
本発明に係る第１３の半導体装置は、上記第１１または１２の半導体装置において、半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、支持板が位置決めおよび支持されているものである。
【００２４】
本発明に係る第１４の半導体装置は、上記第１１または１２の半導体装置において、支持板が絶縁体からなり、この支持板に電気的に絶縁された２つ以上の導体が一体的に設けられ、コンデンサが上記導体を介してＰ電極とＮ電極に接続されるものである。
【００２５】
本発明に係る第１５の半導体装置は、上記第１１または１２の半導体装置において、導体が、絶縁体からなる支持板の両面に互いに重なり合うように形成され、コンデンサの一方の外部電極が支持板の一方の面に形成された導体を介してＰ電極に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が上記支持板の他方の面に形成された導体を介してＮ電極に接続されているものである。
【００２６】
本発明に係る第１６の半導体装置は、上記第１４または１５の半導体装置において、コンデンサの外部電極の各部とパワーモジュールのＰ電極またはＮ電極間の電流経路のインピーダンスを略均一化したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および回路構成図（ｃ）である。本実施の形態における半導体装置２は、ケース５０と放熱板６０によって形成された空間の放熱板６０上に、絶縁基板２５に搭載されたスイッチング素子２０とダイオード２１、ブロック状または平板状のコンデンサ１０が、Ｕ相４０、Ｖ相４１およびＷ相４２の３つの相それぞれに設けられ、各相のコンデンサ１０の外部電極は各相に形成された導体３０ａおよび３１ａに接続されている。導体３０ａ、３１ａは、一端側がそれぞれケース５０にインサート形成されて直流側のＰ端子３０とＮ端子３１に接続され、他端側が絶縁基板２５の表面に形成された図示していない配線パターンやアルミワイヤによってスイッチング素子２０とダイオード２１に接続され、交流側のＵ端子３２とＶ端子３３とＷ端子３４には三相交流モータが接続され、図１（ｃ）に示した回路を構成している。
【００２８】
本実施の形態によれば、コンデンサ１０を内蔵することでコンデンサ１０−スイッチング素子２０間の配線経路が短くなり、インダクタンスを低減できるので、サージ電圧が抑制され、スイッチング素子２０の破壊を防止できる。
【００２９】
また、インダクタンスの低減により、コンデンサ１０の静電容量が少なくても直流電源のリプル電圧変動を抑制することが可能となるので、コンデンサ１０を小型化でき、半導体装置２の小型化に効果がある。
【００３０】
また、コンデンサ１０が従来の電解コンデンサのような円筒形ではなく平板状またはブロック状なのでスペースを有効に活用でき、半導体装置２を小型化することができる。
【００３１】
また、コンデンサ１０を内蔵することによって、半導体装置２だけでインバータとしての機能を満足するので、インバータとしての部品点数削減、組立容易化、コストダウンを実現できる。
【００３２】
また、コンデンサ１０と各相のスイッチング素子２０の間の配線経路長さが均一でなく、相によってインダクタンスが異なると、発生するサージ電圧が異なるため、スイッチング素子２０の素子耐圧を最もインダクタンスが大きい相に発生するサージ電圧に耐えられるように向上させるか、最もインダクタンスが大きい相のスイッチング素子２０のスイッチング速度を低下させてサージ電圧を抑制するなどの対策が必要であるが、どちらも電力損失が大きくなり、半導体装置としての性能を低下させることになるが、本実施の形態によれば、Ｕ相４０、Ｖ相４１、Ｗ相４２のそれぞれに対応したコンデンサ１０と各相のスイッチング素子２０の間の配線経路長さが均一になるため、インダクタンスが均一化されることにより、発生するサージ電圧が各相とも均一になるとともに、サージ電圧の絶対値も低減できるので、半導体装置の性能が向上する。
【００３３】
なお、本実施の形態においては半導体装置２を３相構成としたが、これに限定されるものではない。
【００３４】
実施の形態２．
図２は実施の形態２に係る半導体装置の回路構成図である。本実施の形態は、Ｕ相４０、Ｖ相４１、Ｗ相４２の導体３０ａおよび３１ａそれぞれ同士を、スイッチング素子２０とコンデンサ１０との間で接続し、分流バランスを改善するものである。
【００３５】
図１（ｃ）においては、例えば、Ｕ相４０がスイッチングした場合に発生するリプル電圧変動をおさえるために、Ｕ相４０に対応したコンデンサ１０から電流が供給されるほか、Ｖ相４１とＷ相４２に対応したコンデンサ１０からも電流が供給されるが、これらの電流は一旦Ｐ端子３０の方向へ流れ、各相の導体３０ａを接続している部分を通り、Ｕ相４０の導体３０ａを通ってＵ相４０に流れる。これに対して、本実施の形態においては、各相の導体３０ａおよび３１ａそれぞれ同士が、スイッチング素子２０とコンデンサ１０の間で接続されており、この相間接続部を通る電流経路の方が、Ｐ端子３０とＮ端子３１に近い相間接続部を通る電流経路よりも短く、インダクタンスも低くなるので、Ｕ相４０がスイッチングした場合に、Ｖ相４１とＷ相４２に対応したコンデンサ１０からＵ相４０に供給される電流が図１（ｃ）の回路構成よりも増加するので分流バランスが改善される。これはＵ相４０に限らず、どの相がスイッチングした場合でも同様であることはいうまでもない。分流バランスが改善されると、個々のコンデンサ１０の静電容量が小さくてもリプル電圧変動を抑えることができ、コンデンサ１０の小型化はもちろん、半導体装置２の小型化にも効果がある。
【００３６】
実施の形態３．
図３は実施の形態３に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。本実施の形態における回路構成は先に述べた図２の回路構成と同一である。図に示すように、相間接続導体４５および４６が各相の導体３０ａおよび３１ａそれぞれ同士を各相のスイッチング素子２０とコンデンサ１０との間で接続し、図３（ｃ）に示すように平板状で、互いに重なりあうように近接して配置されている。
【００３７】
本実施の形態によれば、相間インダクタンスを、より一層低減することができる。例えば、Ｕ相４０がスイッチングした場合に、Ｖ相４１とＷ相４２に対応したコンデンサ１０からＵ相４０に供給される電流は相間接続導体４５と４６を通るが、この際、相間接続導体４５にはＶ相４１とＷ相４２に対応したコンデンサ１０からＵ相に向かう電流が、相間接続導体４６に流れる電流とは逆向きに流れ、それぞれの電流が流れることによって生じる磁界がキャンセルされる。この磁界のキャンセル効果によって相間インダクタンスを低減できる。
【００３８】
磁界のキャンセル効果は、対向する電流が流れる２つの導体の距離が小さいほど強く、また重なり合う面積が多いほど強く働くので、相間接続導体４５と４６を、電気的な絶縁を確保しつつ可能な限り近接して配置すること、また、相間接続導体４５と４６の面積を可能な限り大きくし、重なり合う面積が多くなるようにすることが重要である。
【００３９】
また、スイッチング素子２０の動作周波数が高くなると、相間接続導体４５と４６に流れる電流も高周波的になり、表皮効果によって導体表面にしか電流が流れない状態になり、インピーダンスが高くなる。そこで本実施の形態のように相間接続導体４５、４６を平板状とし、表面積を大きくすることによって表皮効果によるインピーダンスの増加を抑制することができる。
【００４０】
なお、相間インダクタンス低減効果を得るためには、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す位置に相間接続導体４５、４６を配置するの最適であるが、他の位置に配置しても同様の効果が得られることは明らかである。
【００４１】
実施の形態４．
図４は実施の形態４に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は先に述べた図３（ａ）および（ｂ）の構成とほぼ同一であるが、相間接続導体４５と４６の間に絶縁板４７を設けたことが特徴である。絶縁板４７は相間接続導体４５と４６またはケース５０によって支持・固定されている。絶縁板４７の材料としては、絶縁耐圧が高く、軽量で、安価な材料、例えば、プリント配線板の基材に用いられるガラスエポキシ板などが適している。なお、相間接続導体４５と４６の電位差が小さい場合はポリイミドやポリエチレンなどの薄いフィルム状の絶縁物でも機能上問題はない。
【００４２】
絶縁板４７を設けることによって、相間接続導体４５と４６の間隔を小さくしても十分な絶縁耐圧を確保できることはいうまでもないが、例えば、相間接続導体４５と４６の電位差が１ｋＶであった場合、絶縁板がなくても約０．３ｍｍという小さな間隔で絶縁耐圧を確保することが理論上可能であり、強いて絶縁板４７を設ける必要はない。しかし、半導体装置２が電気自動車などに搭載されることを考えた場合、半導体装置２の振動が加わることは避け難く、絶縁板４７を設けずに相間接続導体４５と４６の間隔を小さくすると、振動によって相間接続導体４５、４６が変形して間隔が変化し、絶縁耐圧を確保するために必要な最小間隔以下になる、あるいは最悪の場合、相間接続導体４５と４６が接触してショートする可能性があり、絶縁を確保することが困難になるため、装置を大型化する必要がある。
【００４３】
本実施の形態においては、絶縁板４７を設けることによって、振動が加わっても小さい導体間隔で確実に絶縁でき、磁界のキャンセル効果がより大きくなり、相間インダクタンスをより低減できるとともに、装置を小型化できる。
【００４４】
実施の形態５．
図５は実施の形態５に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は先に述べた図４（ａ）および（ｂ）の構成とほぼ同一であるが、平板状導体４５と４６が接着層４８によって絶縁板４７に接着されていることが特徴である。
【００４５】
これによって平板状導体４５、４６および絶縁板４７を一つの部品として扱うことができ、半導体装置２の組立が容易になる。
【００４６】
また、半導体装置２に振動が加わっても、平板状導体４５と４６の間隔が変わることがなく、安定した磁界のキャンセル効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態６．
図６は実施の形態６に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は先に述べた図５（ａ）および（ｂ）の構成とほぼ同一であるが、絶縁板に導体が接合された相間接続導体４５、４６を１枚のプリント配線板６５によって実現していることが特徴である。
【００４８】
プリント配線板６５は４層基板であり、第１層と第３層には各相の導体３０ａ同士を接続する相間接続導体４５ａと４５ｂが形成され、第２層と第４層には各相の導体３１ａ同士を接続する相間接続導体４６ａと４６ｂが形成されており、相間接続導体４５ａと４５ｂ、相間接続導体４６ａと４６ｂはそれぞれスルーホール７５によって電気的に接続されている。
【００４９】
プリント配線板６５は各種電気機器に一般的に使用されているプリント配線板と同様のものである。従って、所望の形状・寸法の導体形成が容易であり、大量生産が容易であり、入手が容易なので、実施の形態５と同様の効果を安価に実現できる。
【００５０】
なお、本実施の形態ではプリント配線板６５の層数は４層としているが、必要に応じて層数を変えることは容易であり、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５１】
実施の形態７．
図７は実施の形態７に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）およびコンデンサモジュールを示す正面図（ｃ）およびその断面図（ｄ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成はコンデンサモジュール１２を内蔵していることが特徴である。コンデンサモジュール１２は、図８（ｃ）および（ｄ）に示したように、Ｊ形状に成形された外部端子１２ａおよび１２ｂを有する複数のコンデンサ１０がプリント配線板６５の両面に表面実装されたものである。コンデンサ１０とプリント配線板６５の間にはアンダーフィル６５ａが設けられており、コンデンサ１０とプリント配線板６５を固着している。プリント配線板６５は４層基板であり、第１層に相間接続導体４５ａ、４６ｃおよび４６ｄが形成され、第２層に相間接続導体４６ａが形成され、第３層に相間接続導体４６ｂが形成され、第４層に相間接続導体４５ｂ、４６ｃおよび４６ｄが形成されており、各相間接続導体４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは平板状で互いに重なり合っている。相間接続導体４５ａと４５ｂが貫通スルーホール７５で電気的に接続されてＰ極導体を形成し、相間接続導体４６ａ、４６ｂ、４６ｃおよび４６ｄが貫通スルーホール７５で電気的に接続されてＮ極導体を形成している。Ｐ極導体は各相の導体３０ａ同士を接続し、Ｎ極導体は各相の導体３１ａ同士を接続している。また、各コンデンサ１０の外部端子１２ａはＰ極導体に、外部端子１２ｂはＮ極導体にそれぞれ接合材料６５ｂによって接合されている。接合材料としては半田や導電性接着剤を用いる。
【００５２】
本実施の形態においては、プリント配線板の所定の位置に接合材料６５ｂを塗布し、コンデンサ１０の外部端子１２ａおよび１２ｂが接合材料を塗布した部分に合うように位置決めし、アンダーフィル６５ａでコンデンサ１０とプリント配線板６５を固着した状態で加熱することで、複数のコンデンサ１０を一括で表面実装できるので、接合作業が容易になる。
【００５３】
また、コンデンサ１０の実装が完了した時点でコンデンサ１０とプリント配線板はコンデンサモジュール１２という１つの部品として扱えるので、半導体装置の組立が容易になる。
【００５４】
また、コンデンサ１０はアンダーフィル６５ａによってプリント配線板６５に固着されているので、半導体装置に振動が加わった場合でも、外部端子１２ａ、１２ｂおよび接合材料６５ｂには過大な応力が発生することがなく、接合部の寿命や信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、コンデンサ１０の内部には外部端子１２ａから１２ｂに向かう電流が流れ、導体４６ａと４６ｂにはこれと対向する電流が流れるため磁界のキャンセル効果が発生し、コンデンサ１０を含む電流経路のインダクタンスが低減される。
【００５６】
また、例えば、半導体装置２のＵ相がスイッチングした場合のリプル電圧変動を抑えるためにコンデンサ１０から供給される電流は、相間接続導体４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂを通るが、これらの各導体は平板状で互いに重なり合っており、相間接続導体４５ａおよび４５ｂに流れる電流と、相間接続導体４６ａおよび４６ｂに流れる電流は互いに逆方向に流れるので、磁界のキャンセル効果が発生し、相間のインダクタンスが低減される。この磁界のキャンセル効果はＵ相がスイッチングした場合に限らず、どの相がスイッチングした場合でも同様に発生することはいうまでもない。
【００５７】
なお、本実施の形態においてはコンデンサ１０の外部端子１２ａおよび１２ｂをＪ形状としたが、これに限定するものではなく、ガルウィング形状などの表面実装が可能な形状であれば機能上問題はない。
また、本実施の形態においてはプリント配線板の層数は４相としたが、必要に応じて層数を変えることは容易であり、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５８】
実施の形態８．
図８は実施の形態８に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、ケース５０にスリット５１を設け、スリット５１によってプリント配線板６５を位置決め、かつ支持するように構成したことが特徴である。
【００５９】
この構成により、プリント配線板６５はスリット５１に差し込むだけでケース５０の内部に位置決めされるので、半導体装置２の組立が容易になるだけでなく、半導体装置２に振動が加わった場合でも、スリット５１によってプリント配線板６５の変形が抑制されるので、プリント配線板６５に過大な変形および応力が生じるのを防止でき、耐震性が向上する。
【００６０】
実施の形態９．
図９は実施の形態９に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、コンデンサ１０が支持板６１に固着されていることが特徴である。
【００６１】
このように、コンデンサ１０が支持板６１に固着された１つの部品とすることによって、支持板６１を持ってハンドリングできるので、コンデンサ１０本体に触れることなく半導体装置２に組み込むことができ、コンデンサ１０の機械的破損あるいは電気的破損を防止することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態においては支持板６１の片面に１個のコンデンサ１０を固着しているが、支持板６１の両面にコンデンサ１０を１個ずつ固着することによって同様の効果が得られるとともに、複数のコンデンサ１０を１つの部品として扱うことができ、半導体装置の組立が容易になる。
【００６３】
実施の形態１０．
図１０は実施の形態１０に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、複数のコンデンサ１０が１つの支持板６１に固着されていることが特徴である。
【００６４】
このように、複数のコンデンサ１０が１つの支持板６１に固着された１つの部品とすることによって、上記実施の形態９と同様に、コンデンサ１０の機械的破損あるいは電気的破損を防止することができるとともに、複数のコンデンサ１０を１つの部品として扱えるので、半導体装置の組立が容易になる。
【００６５】
実施の形態１１．
図１１は実施の形態１１に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、コンデンサ１０が固着された支持板６１を位置決めし固定するためのスリット５１がケース５０に形成されていることを特徴とする。
【００６６】
本実施の形態によれば、ケース５０に形成されたスリット５１に支持板６１を挿入することによって、コンデンサ１０の位置が決まり固定されるので、半導体装置２の組立が容易になる。
【００６７】
実施の形態１２．
図１２は実施の形態１２に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、支持板６１に導体４５、４６を一体に形成したもので、コンデンサ１０の外部電極が導体４５および４６を介してそれぞれＰ電極およびＮ電極に接続されるようにしたものである。
【００６８】
本実施の形態によれば、支持板６１に導体６２、６３が一体に形成されているので、半導体装置の組立が容易になる。
【００６９】
実施の形態１３．
図１３は実施の形態１３に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、支持板６１の一方の面にコンデンサ１０の一方の電極とＰ電極に接続される導体６２が一体に形成され、支持板１４の他方の面にコンデンサ１０の他方の電極とＮ電極が接続される導体６３が一体に形成され、導体６２と導体６３は支持板６１を介して重なり合うように互いに近接して配置されている。
【００７０】
本実施の形態によれば、支持板６１に導体６２、６３が一体に形成されているので、半導体装置の組立が容易になるとともに、導体６２および６３には互いに逆向きの電流が流れるために、磁界のキャンセル効果によりインダクタンスを低減することができる。
【００７１】
実施の形態１４．
図１４は実施の形態１４に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および支持板の両面に一体に形成した導体の構造を示す正面図である。本実施の形態における半導体装置２の構成は、支持板６１の一方の面と他方の面に一体に形成された導体６２と導体６３にスリット６４が形成されていることを特徴とする。
【００７２】
図１４（ｃ）に示したように、コンデンサ１０には複数の外部端子１２ａ、１２ｂが設けられており、外部端子１２ａは導体６２に接続され、外部端子１２ｂは導体６３に接続されている。
【００７３】
スリット６４がない場合、電流は電流経路長が短くインピーダンスが小さい部分に集中し、コンデンサ１０内部においても電流分布に偏りが生じ、コンデンサ１０の静電容量を有効に活用することができないが、本実施の形態においては、スリット６４を設けているので、図中矢印で示すように、コンデンサ１０の一方の端に配置された外部端子と他方の端に配置された外部端子への電流経路が略均一化され、インピーダンスの差が小さくなり、電流が外部端子１２ａ、１２ｂの一部に集中するのを防ぐことができる。従って、コンデンサ１０の静電容量を有効に活用することができ、コンデンサ１０の小型化、ひいては半導体装置の小型化を可能にする。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体装置によれば、半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサを一つの筐体に内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個のコンデンサが接続されているので、コンデンサとスイッチング素子間の配線経路が短くなり、インダクタンスを低減できるので、サージ電圧が抑制され、スイッチング素子の破壊を防止できる。
【００７５】
また、インダクタンスの低減により、コンデンサの静電容量が少なくても直流電源のリプル電圧変動を抑制することが可能となるので、コンデンサを小型化でき、半導体装置の小型化ができる。
【００７６】
また、コンデンサが従来の電解コンデンサのような円筒形ではなく平板状またはブロック状なのでスペースを有効に活用でき、半導体装置を小型化することができる。
【００７７】
また、コンデンサを内蔵することによって、半導体装置だけでインバータとしての機能を満足するので、インバータとしての部品点数削減、組立容易化、コストダウンを実現できる。
【００７８】
また、コンデンサと各相のスイッチング素子の間の配線経路長さが均一になるため、インダクタンスが均一化され、半導体装置の性能が向上する。
【００７９】
本発明に係る第２の半導体装置によれば、複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が、相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されているので、電流経路が短くなり、インダクタンスも低くなるので、スイッチングした場合に、分流バランスが改善され、コンデンサの小型化、半導体装置の小型化ができる。
【００８０】
本発明に係る第３の半導体装置によれば、半導体装置のＰ電極およびＮ電極と、スイッチング素子およびダイオードとを有する複数相と、この複数相の各相に接続された平板状またはブロック状のコンデンサとを内蔵し、上記各相それぞれのＰ電極およびＮ電極に１個または複数個の上記コンデンサが接続され、複数相の各Ｐ電極同士および各Ｎ電極同士が相間接続導体によってスイッチング素子とコンデンサとの間で電気的に接続されているものであるので、コンデンサとスイッチング素子間の配線経路が短くなり、インダクタンスを低減できるので、サージ電圧が抑制され、スイッチング素子の破壊を防止できる。
【００８１】
また、インダクタンスの低減により、コンデンサの静電容量が少なくても直流電源のリプル電圧変動を抑制することが可能となるので、コンデンサを小型化でき、半導体装置の小型化ができる。
【００８２】
また、コンデンサが従来の電解コンデンサのような円筒形ではなく平板状またはブロック状なのでスペースを有効に活用でき、半導体装置を小型化することができる。
【００８３】
また、コンデンサを内蔵することによって、半導体装置だけでインバータとしての機能を満足するので、インバータとしての部品点数削減、組立容易化、コストダウンを実現できる。
【００８４】
また、コンデンサと各相のスイッチング素子の間の配線経路長さが均一になるため、インダクタンスが均一化され、半導体装置の性能が向上する。
【００８５】
また、電流経路が短くなり、インダクタンスも低くなるので、スイッチングした場合に、分流バランスが改善され、コンデンサの小型化、半導体装置の小型化ができる。
【００８６】
本発明に係る第４の半導体装置によれば、相間接続導体が少なくとも２つの導体からなり、この相間接続導体の一方が各Ｐ電極に接続され、他方が各Ｎ電極に接続され、互いに重なり合うように近接して配置されているので、相間接続導体に互いに逆向きの電流が流れ、それぞれの電流が流れることによって生じる磁界がキャンセルされ、この磁界のキャンセル効果によって相間インダクタンスを低減できる。
【００８７】
本発明に係る第５の半導体装置によれば、相間接続導体が平板状であるので、表面積を大きくし、スイッチング素子の動作周波数が高くなった場合も、表皮効果によるインピーダンスの増加を抑制することができる。
【００８８】
本発明に係る第６の半導体装置によれば、平板状の相間接続導体の間に絶縁板を有するので、振動が加わっても小さい導体間隔で確実に絶縁でき、磁界のキャンセル効果がより大きくなり、相間インダクタンスをより低減できる。
【００８９】
本発明に係る第７の半導体装置によれば、相間接続導体と絶縁板とが接着層によって接着されているので、相間接続導体および絶縁板を一つの部品として扱うことができ、半導体装置の組立が容易になる。
【００９０】
また、半導体装置に振動が加わっても、平板状の導体の間隔が変わることがなく、安定した磁界のキャンセル効果を得ることができる。
【００９１】
本発明に係る第８の半導体装置によれば、相間接続導体がプリント配線板に形成された導体であるので、一般的に使用されているプリント配線板を使用することができ、所望の形状・寸法の導体形成が容易であり、大量生産が容易であり、入手が容易なので、安価になる。
【００９２】
本発明に係る第９の半導体装置によれば、コンデンサの一方の外部電極が、一方の相間接続導体に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が、他方の相間接続導体に接続されているので、コンデンサが相間接続導体に実装されたコンデンサモジュールという１つの部品として扱えるので、半導体装置の組立が容易になる。
【００９３】
また、コンデンサの内部には外部端子には、相間接続導体に流れる電流と逆向きの電流が流れるため磁界のキャンセル効果が発生し、コンデンサを含む電流経路のインダクタンスが低減される。
【００９４】
また、各相間接続導体には互いに逆方向の電流が流れるので、磁界のキャンセル効果が発生し、相間のインダクタンスが低減される。
【００９５】
本発明に係る第１０の半導体装置によれば、半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、相間接続導体が位置決めおよび支持されるので、半導体装置の組立が容易になるとともに、導体の変形が抑制され、導体に過大な変形および応力が生じるのを防止でき、耐震性が向上する。
【００９６】
本発明に係る第１１の半導体装置によれば、コンデンサが支持板に固定されているので、支持板を持ってハンドリングでき、コンデンサ本体に触れることなく半導体装置に組み込むことができ、コンデンサの機械的破損あるいは電気的破損を防止することができる。
【００９７】
本発明に係る第１２の半導体装置によれば、複数のコンデンサが１つの支持板の一方または両方の面に固定されているので、複数のコンデンサを１つの部品として取り扱うことができ、半導体装置の組立が容易になる。
【００９８】
本発明に係る第１３の半導体装置によれば、半導体装置の筐体にスリットが設けられ、このスリットによって、支持板が位置決めおよび支持されるので、半導体装置の組立が容易になる。
【００９９】
本発明に係る第１４の半導体装置によれば、支持板が絶縁体からなり、この支持板に電気的に絶縁された２つ以上の導体が一体的に設けられ、コンデンサが上記導体を介してＰ電極とＮ電極に接続されるので、半導体装置の組立が容易になる。
【０１００】
本発明に係る第１５の半導体装置によれば、導体が、絶縁体からなる支持板の両面に互いに重なり合うように形成され、コンデンサの一方の外部電極が支持板の一方の面に形成された導体を介してＰ電極に接続され、上記コンデンサの他方の外部電極が上記支持板の他方の面に形成された導体を介してＮ電極に接続されているので、各導体には互いに逆向きの電流が流れ、磁界のキャンセル効果によりインダクタンスを低減することができる。
【０１０１】
本発明に係る第１６の半導体装置によれば、コンデンサの外部電極の各部とパワーモジュールのＰ電極またはＮ電極間の電流経路のインピーダンスを略均一化したので、コンデンサの静電容量を有効に活用することができ、コンデンサの小型化、ひいては半導体装置の小型化を可能にする。また、コンデンサの発熱を均一化でき、コンデンサを長寿命にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および回路構成図（ｃ）である。
【図２】実施の形態２に係る半導体装置の回路構成図である。
【図３】実施の形態３に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体をを示す正面図（ｃ）である。
【図４】実施の形態４に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。
【図５】実施の形態５に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。
【図６】実施の形態６に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および相間接続導体を示す正面図（ｃ）である。
【図７】実施の形態７に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）およびコンデンサモジュールを示す正面図（ｃ）およびその断面図（ｄ）である。
【図８】実施の形態８に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図９】実施の形態９に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１０】実施の形態１０に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１１】実施の形態１１に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１２】実施の形態１２に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１３】実施の形態１３に係る半導体装置の内部透視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１４】実施の形態１４に係る半導体装置の内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および支持板の両面に一体に形成した導体の構造を示す正面図である。
【図１５】従来のインバータの内部透視図（ａ）、断面図（ｂ）および回路構成図（ｃ）である。
【符号の説明】
１  インバータ、２  半導体装置、１０  コンデンサ、
１１ａ，１１ｂ  電極端子、１２  コンデンサモジュール、
１２ａ，１２ｂ  外部端子、１５  絶縁板、１６，１７  バスバー、
２０  スイッチング素子、２１  ダイオード、２５  絶縁基板、３０  Ｐ端子、
３０ａ，３１ａ  導体、３１  Ｎ端子、３２  Ｕ端子、３３  Ｖ端子、
３４  Ｗ端子、４０  Ｕ相、４１  Ｖ相、４２  Ｗ相、
４５，４６，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ  相間接続導体、
４７  絶縁板、４８  接着層、５０  ケース、５１  スリット、６０  放熱板、
６１  支持板、６２，６３  導体、６２ａ  スリット、６５  プリント配線板、
６５ａ  アンダーフィル、６５ｂ  接合材料、７５  スルーホール。
【図１】
0003622782.tif 000002
【図２】
0003622782.tif 000003
【図３】
0003622782.tif 000004
【図４】
0003622782.tif 000005
【図５】
0003622782.tif 000006
【図６】
0003622782.tif 000007
【図７】
0003622782.tif 000008
【図８】
0003622782.tif 000009
【図９】
0003622782.tif 000010
【図１０】
0003622782.tif 000011
【図１１】
0003622782.tif 000012
【図１２】
0003622782.tif 000013
【図１３】
0003622782.tif 000014
【図１４】
0003622782.tif 000015
【図１５】
0003622782.tif 000016