(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に固定された正極ブスバーおよび出力ブスバーと、
電気的に絶縁されて少なくとも前記正極ブスバーに近接配置された負極ブスバーと、
前記正極ブスバーおよび前記出力ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記正極ブスバー上に固着された正極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップと、
前記出力ブスバーおよび前記負極ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記出力ブスバー上に固着された負極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記負極ブスバーは、少なくとも前記正極ブスバーの上方に近接配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、
前記電気的な接続は、ワイヤボンディングで行われていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電流を高速スイッチングする半導体装置に係り、特に、電気車駆動装置や車載用モ−タ制御装置に用いる好適な半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気車、特に電気自動車では、駆動装置の小型軽量化が要求されている。かかる駆動装置では、バッテリー等の直流電源からモーターを駆動する交流を得るために、大電流を高速スイッチングする半導体装置が用いられている。特に、最近のパワ−エレクトロニクスの進歩によって、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの高速大電力半導体が開発されるにいたり、その発生損失の低減のため、内部インダクタンスを小さくすることが重要視されている。
【０００３】
そこで、例えば、特公平５−２５３９２号公報に記載されているように、トランジスタのコレクタに至る通電路とエミッタに至る通電路とが互いに平行になるように近接することにより、磁界をキャンセルしてインダクタンスを小さくすることが知られている。
【０００４】
さらに、例えば、特開平６−６９４１５号公報に記載のように、トランジスタとダイオードの直列回路を並列に配置する２回路内蔵方式が知られている。かかる２回路内蔵方式においても、トランジスタのコレクタに至る通電路とエミッタに至る通電路とを近接平行として、インダクタンスを小さくすることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２回路内蔵方式にあっては、第１の回路と第２の回路を接続するために、ジャンパープレートを用いているため、このジャンパープレートによるインダクタンスの増加が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、内部インダクタンスの小さな２回路内蔵方式の半導体装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板上に固定された正極ブスバーおよび出力ブスバーと、電気的に絶縁されて少なくとも前記正極ブスバーに近接配置された負極ブスバーと、前記正極ブスバーおよび前記出力ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記正極ブスバー上に固着された正極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップと、前記出力ブスバーおよび前記負極ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記出力ブスバー上に固着された負極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップとを有するようにしたものであり、かかる構成とすることにより、インダクタンスを低減し得るものとなる。
【０００８】
上記半導体装置において、好ましくは、前記負極ブスバーは、少なくとも前記正極ブスバーの上方に近接配置したものである。
【０００９】
上記半導体装置において、好ましくは、前記電気的な接続は、ワイヤボンディングで行うようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による半導体装置の平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ断面図であり、図３は、本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図である。
【００１１】
図１において、四角形の絶縁板１０の上には、四角形の枠状のケース１２が固定されている。絶縁板１０は、例えば、窒化アルミ板からなる。絶縁板１０の上であって、図面に向かって左側の方には、長方形の正電極端子として用いられる正極ブスバー２０が、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。また、正極ブスバー２０の右側であって、絶縁板１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー２２が、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、同一の絶縁板１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、長方形の正極ブスバー２０の長軸方向と出力ブスバー２２の長軸方向は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、互いに平行である。
【００１２】
正極ブスバー２０の上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂと転流用のダイオード４２Ａ，４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂのコレクタとダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノードが、正極ブスバー２０に接続されている。
【００１３】
ここで、ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの電流容量を１００Ａとすると、パワーモジュール全体の電流容量を２００Ａとするために、ＩＧＢＴチップ３０ＡとＩＧＢＴチップ３０Ｂは互いに平行に接続されている。従って、パワーモジュール全体の電流容量が１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａだけを用いればよい。
【００１４】
また、出力ブスバー２２の上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂと転流用のダイオード４０Ａ，４０Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂのコレクタとダイオード４０Ａ，４０Ｂのアノードが、出力ブスバー２２に接続されている。
【００１５】
ここで、ＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの電流容量を１００Ａとすると、パワーモジュール全体の電流容量を２００Ａとするために、ＩＧＢＴチップ３２ＡとＩＧＢＴチップ３２Ｂは互いに平行に接続されている。従って、パワーモジュール全体の電流容量が１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａだけを用いればよい。
【００１６】
出力ブスバー２２は、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２２ｘ１，２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４を有しており、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ１によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ２に接続され、ＩＧＢＴチップ３０Ｂのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ２によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ３に接続されている。また、ダイオード４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ５０Ａ４によって、出力ブスバー２２の接続端子２２ｘ１に接続され、ダイオード４２Ａのアノードが、アルミワイヤ５０Ａ３によって、出力ブスバー２２の接続端子２２ｘ４に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００１７】
正極ブスバー２０の上には、３本の円柱形の絶縁物６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが固定されている。また、出力ブスバー２２の上には、３本の円柱形の絶縁物６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆが固定されている。そして、６本の絶縁物６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆの上には、負極ブスバー２４が固定されている。従って、負極ブスバー２４は、正極ブスバー２０と互いに平行になっており、また、負極ブスバー２４と正極ブスバー２０を流れる電流の向きは、逆方向となっている。負極ブスバー２４は、ケース１２によっても保持されている。
【００１８】
負極ブスバー２４の右側には、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２４ｘ１，２４ｘ２，２４ｘ３，２４ｘ４を有しており、ＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ１によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ２に接続され、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ２によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ３に接続されている。また、ダイオード４０Ａのアノードが、アルミワイヤ５０Ｂ３によって、負極ブスバー２４の接続端子２４ｘ１に接続され、ダイオード４０Ｂのアノードが、アルミワイヤ５０Ｂ４によって、負極ブスバー２４の接続端子２４ｘ４に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００１９】
ここで、アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４とアルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、この点については、図２を用いて詳述するが、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ２とアルミワイヤ５０Ｂ２が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。さらに、アルミワイヤ５０Ａ３とアルミワイヤ５０Ｂ３が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ４とアルミワイヤ５０Ｂ４が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００２０】
従って、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタは、ダイオード４０Ａのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３０Ｂのエミッタは、ダイオード４０Ｂのカソードに接続され、これも、第１の直列回路を構成している。ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路は、ＩＧＢＴチップ３０Ｂとダイオード４０Ｂの直列回路と並列接続されている。ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路の電流容量を１００Ａとし、ＩＧＢＴチップ３０Ｂとダイオード４０Ｂの直列回路の電流容量を１００Ａとすると、これらの回路は並列接続されており、電流容量を２００Ａとしている。従って、電流容量を１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路だけを用いればよい。
【００２１】
また、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタは、ダイオード４２Ａのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのコレクタは、ダイオード４２Ｂのアノードに接続され、これも、第２の直列回路を構成している。ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路は、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂの直列回路と並列接続されている。ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路の電流容量を１００Ａとし、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂの直列回路の電流容量を１００Ａとすると、これらの回路は並列接続されており、電流容量を２００Ａとしている。従って、電流容量を１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路だけを用いればよい。
【００２２】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのアノードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのカソードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー２２に共通接続されている。
【００２３】
さらに、正極ブスバー２０の左側であって、絶縁板１０の上には、端子台７０が取り付けられている。端子台７０のうえには、半田により、ゲート抵抗７４Ａ，７４Ｂが固定されている。ゲート抵抗７４Ａは、アルミワイヤ７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに接続されている。ゲート抵抗７４Ｂは、アルミワイヤ７８Ｂ１によりＩＧＢＴチップ３０Ｂのベースに接続されている。また、出力ブスバー２２の右側であって、絶縁板１０の上には、端子台７２が取り付けられている。端子台７２のうえには、半田により、ゲート抵抗７６Ａ，７６Ｂが固定されている。ゲート抵抗７６Ａは、アルミワイヤ７８Ａ２によりＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに接続されている。ゲート抵抗７６Ｂは、アルミワイヤ７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ３２Ｂのベースに接続されている。
【００２４】
ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１０を介して行われる。
【００２５】
次に、図２を用いて、図１に示した本発明の一実施の形態による半導体装置の断面構造について説明する。
【００２６】
絶縁板１０の上には、枠状のケース１２が固定されている。絶縁板１０の上であって、図面に向かって左側の方には、正電極端子として用いられる正極ブスバー２０が、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。また、正極ブスバー２０の右側であって、絶縁板１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー２２が、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、同一の絶縁板１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、正極ブスバー２０の長軸方向（図面に直交する方向）と出力ブスバー２２の長軸方向（図面に直交する方向）は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、互いに平行である。
【００２７】
正極ブスバー２０の上には、半田８０により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３０Ａと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３０Ａのコレクタとダイオードのアノードが、正極ブスバー２０に接続されている。
【００２８】
また、出力ブスバー２２の上には、半田８２により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３２Ａと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタとダイオードのアノードが、出力ブスバー２２に接続されている。
【００２９】
出力ブスバー２２は、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２２ｘ２を有しており、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ１によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ２に接続されている。また、図示しないダイオードのカソードが、アルミワイヤによって、出力ブスバー２２の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ａ１は複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ａ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００３０】
正極ブスバー２０の上には、円柱形の絶縁物６０Ｂが固定されている。また、出力ブスバー２２の上には、円柱形の絶縁物６０Ｅが固定されている。そして、これらの絶縁物６０Ｂ，６０Ｅの上には、負極ブスバー２４が固定されている。従って、負極ブスバー２４は、正極ブスバー２０と互いに平行になっており、また、負極ブスバー２４と正極ブスバー２０を流れる電流の向きは、逆方向となっている。
【００３１】
負極ブスバー２４の右側には、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２４ｘ２を有しており、ＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ１によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ２に接続されている。また、図示しないダイオードのカソードが、アルミワイヤによって、負極ブスバー２４の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ｂ１複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ｂ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００３２】
また、負極ブスバー２４は、絶縁物６０Ｂ，６０Ｅを介して、正極ブスバー２０や出力ブスバー２２とは、異なる平面上に支持されているので、負極ブスバー２４とＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタの間には、段差があり、従来のワイヤボンデイング技術では、このような段差がある場合には、アルミワイヤによるボンデイングが不可能であったが、近年、このような段差のある箇所にも適用可能なボンデイング技術が開発されたため、このような配置が可能となっている。また、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４の間には、円柱状の絶縁物６０Ｂ，６０Ｅを用いているため、超音波ボンデイング時の共振現象を防止できる。
【００３３】
ここで、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００３４】
従って、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタは、出力ブスバー２２の上に固定された図示しないダイオードのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタは、正極ブスバー２０の上に固定された図示しないダイオードのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。
【００３５】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー２２に共通接続されている。
【００３６】
さらに、正極ブスバー２０の左側であって、絶縁板１０の上には、端子台７０が取り付けられている。端子台７０のうえには、半田により、ゲート抵抗７４Ａが固定されている。ゲート抵抗７４Ａは、アルミワイヤ７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー２２の右側であって、絶縁板１０の上には、端子台７２が取り付けられている。端子台７２のうえには、半田により、ゲート抵抗７６Ａが固定されている。ゲート抵抗７６Ａは、アルミワイヤ７８Ａ２によりＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに接続されている。絶縁板１０の裏には、銅パターン９０が形成されており、ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１０を介して行われる。
【００３７】
正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、絶縁板１０の上に、０．４ｍｍ程度に薄くした部分をロー付けにより、接合している。
【００３８】
ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３２Ａの表面は、チップ保護のためのコーテイング剤で覆われ、さらに、絶縁板１０の上に固定された枠状のケース１２によって形成される空間には、チップ保護のために、ゲル１００が充填されている。
【００３９】
本実施の形態によれば、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２が互いに平行に配置されているため、インダクタンスを低減することができる。
【００４０】
また、ＩＧＢＴチップが正極ブスバー２０及び出力ブスバー２２の上に直接ついているので、配線距離をさらに、短くできる。
【００４１】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置され、しかも、正極ブスバー２０を流れる電流の向きと負極ブスバー２４を流れる電流の向きが逆方向であるため、インダクタンスを低減することができる。
【００４２】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置したため、従来のようなジャンパープレートを使用する必要がないため、インダクタンスを低減できる。
【００４３】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置し、さらに、負極ブスバー２４と出力ブスバー２２の上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタを接続するアルミワイヤと、正極ブスバー２０の上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタと出力ブスバー２２を接続するアルミワイヤとを互いに平行にし、しかも、それらを流れる電流の向きを逆方向とすることにより、さらに、インダクタンスを低減できる。
【００４４】
次に、図３を用いて本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図について説明する。
【００４５】
ここで、図１に示した平面図では、４個のＩＧＢＴチップと４個のダイオードが配置されているが、これは、第１の直列回路が並列配置され、さらに、第２の直列回路も並列配置されているためであり、ここでは、１個のＩＧＢＴチップとダイオードからなる第１の直列回路と１個のＩＧＢＴチップとダイオードからなる第２の直列回路だけについて説明する。
【００４６】
図３において、太い実線は、ブスバーを表し、破線は、アルミワイヤを表している。
【００４７】
ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａからなる直列回路により第１の回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂからなる直列回路により第２の回路を構成している。
【００４８】
正極ブスバー２０は、ＩＧＢＴチップ３０Ａのコレクタ及びダイオード４２Ａのカソードに接続されている。負極ブスバー２４は、ダイオード４０Ａのアノード側にアルミワイヤ５０Ｂ３を介して接続され、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのエミッタ側にアルミワイヤ５０Ｂ２を介して接続されている。
【００４９】
また、出力ブスバー２２は、ＩＧＢＴチップ３０Ａに対してアルミワイヤ５０Ａ１を介した点とダイオード４０Ａのカソードの接続点及びＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタとダイオード４２Ａのアノード側にアルミワイヤ５０Ａ３を介した点との接続点に接続されている。
【００５０】
ＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに信号が印加されると、正の半波が出力ブスバー２２を介して取り出され、ＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに信号が印加されると、負の半波が出力ブスバー２２を介して取り出されて、交流信号を得られる。
【００５１】
ダイオード４０Ａ及びダイオード４２Ａは、転流用のダイオードである。
【００５２】
ここで、本実施の形態によれば、正極ブスバーと負極ブスバーは、互いに平行に配置されるとともに、それぞれを流れる電流の方向は逆方向であるため、インダクタンスを低減できる。
【００５３】
また、出力ブスバーと正極ブスバーも互いに平行に配置されており、インダクタンスを低減できる。
【００５４】
また、アルミワイヤは、対アームであるアルミワイヤと互いに平行であり、しかも、流れる電流の方向は、逆方向となっており、インダクタンスを低減できる。
【００５５】
また、正極から電流が流れチップを通って出力端子に戻ってくるまでの往復線間は、ワイヤ高さと絶縁物高さ程度に小さくできるので、磁界キャンセリング作用により、インダクタンスを低減できる。そのため、各部における自己インダクタンスおよび相互インダクタンスが大きく減少し、それによりサ−ジ電圧を低減でき、スイッチング損失を低減できる。複数チップで遠い位置のチップのインダクタンスが大きく、電流アンバランスが発生しやすいため、極力内部わん曲をなくし、近接並行としインダクタンスを低減している。
【００５６】
チップの線膨張係数は、銅の約１／６倍で、窒化アルミの線膨張係数は、銅の約１／５倍で、チップ、銅、窒化アルミの順に接続されているため、熱ストレスの影響をうけることが予想されるが、ブスバーのＩＧＢＴチップマウント部の厚さを最適とすることにより熱応力作用によりはんだ寿命に影響しないようすることが可能である。
【００５７】
以下、本発明の他の実施の形態について、図４及び図５を用いて説明する。  図４は、本発明の他の実施の形態による半導体装置の平面図であり、図５は、図４のＹ−Ｙ断面図である。
【００５８】
本実施の形態では、ＩＧＢＴチップとこれに直列配置されるダイオードを近接させる配置としている。また、ブスバーを上下対称に、即ち、対アームを形成する第１の直列回路と第２の直列回路を対称に配置し、これに対してブスバーを対称に配置している。なお、ここでは、２個のＩＧＢＴチップと２個のダイオードからなる配置を示しているが、図１と同様にして、４個のＩＧＢＴチップと４個のダイオードからなる配置としてもよい。
【００５９】
図４において、四角形の絶縁板１１０の上であって、図面に向かって左側の方には、長方形の正電極端子として用いられる正極ブスバー１２０Ｂが、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。絶縁板１１０は、例えば、窒化アルミ板からなる。また、正極ブスバー１２０の右側であって、絶縁板１１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー１２２Ａが、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、同一の絶縁板１１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、長方形の正極ブスバー１２０Ｂの長軸方向と出力ブスバー１２２Ａの長軸方向は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、互いに平行である。
【００６０】
正極ブスバー１２０Ｂの上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３０Ａと転流用のダイオード１４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのコレクタとダイオード１４２Ｂのカソードが、正極ブスバー１２０Ｂに接続されている。
【００６１】
また、出力ブスバー１２２Ａの上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３２Ｂと転流用のダイオード１４０Ａが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタとダイオード１４０Ａのカソードが、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。
【００６２】
ＩＧＢＴチップ１３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ａ１によって、出力ブスバー１２２Ａに接続され、ダイオード１４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ１５０Ａ３によって、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００６３】
正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａの上には、３本の円柱形の絶縁物１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃが固定されている。そして、この絶縁物１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃの上には、負極ブスバー１２４が固定されている。従って、負極ブスバー１２４は、正極ブスバー１２０Ｂと互いに平行になっており、また、負極ブスバー１２４と正極ブスバー１２０Ｂを流れる電流の向きは、逆方向となっている。
【００６４】
負極ブスバー１２４には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ｂ１によって接続され、ダイオード１４０Ａのアノードが、アルミワイヤ１５０Ｂ３によって接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００６５】
ここで、アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、この点については、図５を用いて詳述するが、アルミワイヤ１５０Ａ１とアルミワイヤ１５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ３とアルミワイヤ５０Ｂ３が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００６６】
従って、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのエミッタは、ダイオード１４０Ａのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタは、ダイオード１４２Ｂのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。第１の直列回路を構成するＩＧＢＴチップ１３０Ａとダイオード１４０Ａは近接して配置されているため、インバータの転流動作時に、電流がＩＧＢＴチップからダイオードに移った時の交流分による磁界キャンセリングが行える。また、第２の直列回路を構成するＩＧＢＴチップ１３２Ｂとダイオード１４２Ｂも同じ理由から近接して配置されている。
【００６７】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー１２２Ａに共通接続されている。
【００６８】
さらに、正極ブスバー１２０Ｂの左側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７０が取り付けられている。端子台１７０のうえには、半田により、ゲート抵抗１７４Ａが固定されている。ゲート抵抗１７４Ａは、アルミワイヤ１７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ１３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー１２２Ａの右側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７２が取り付けられている。端子台１７２のうえには、半田により、ゲート抵抗１７６Ｂ１が固定されている。ゲート抵抗１７６Ｂ１は、アルミワイヤ１７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ１３２Ｂのベースに接続されている。
【００６９】
また、正極ブスバー１２０Ｂには、正極ブスバー１２０Ａが接続されており、正極ブスバー１２０Ａと負極ブスバー１２４の左側の端子部分は、互いに平行になっている。出力ブスバー１２２Ａには、出力ブスバー１２２Ｂが接続されている。正極ブスバー１２０Ａと出力ブスバー１２２Ｂの構成については、図５を用いて後述する。
【００７０】
ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１１０を介して行われる。
【００７１】
次に、図５を用いて、図４に示した本発明の他の実施の形態による半導体装置の断面構造について説明する。
【００７２】
絶縁板１１０の上であって、図面に向かって左側の方には、正電極端子として用いられる正極ブスバー１２０Ｂが、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。正極ブスバー１２０Ｂには、入力端子として用いるＬ字状の正極ブスバー１２０Ａが半田付けされている。また、正極ブスバー１２０Ｂの右側であって、絶縁板１１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー１２２Ａが、ロー付けにより接合されている。出力ブスバー１２２Ａには、出力端子として用いるＬ字状の出力ブスバー１２２Ｂが半田付けされている。正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、同一の絶縁板１１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、正極ブスバー１２０Ｂの長軸方向（図面に直交する方向）と出力ブスバー１２２Ａの長軸方向（図面に直交する方向）は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、互いに平行である。
【００７３】
正極ブスバー１２０Ｂの上には、半田１８０により、図示しないパワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップと転流用のダイオード１４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのコレクタとダイオード１４２Ｂのカソードが、正極ブスバー１２０Ｂに接続されている。
【００７４】
また、出力ブスバー１２２Ａの上には、半田１８２により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３２Ｂと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタとダイオード１４２Ｂのアノードが、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。
【００７５】
出力ブスバー１２２Ａには、ダイオード１４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ１５０Ａ３によって接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ａ３は複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ａ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００７６】
正極ブスバー１２０Ｂ及び出力ブスバー１２２Ａの上には、円柱形の絶縁物１６０Ｂが固定されている。そして、絶縁物１６０Ｂの上には、負極ブスバー１２４が固定されている。従って、負極ブスバー１２４は、正極ブスバー１２０Ｂ及び正極ブスバー１２０Ａと互いに平行になっており、また、負極ブスバー１２４と正極ブスバー１２０Ａ，１２０Ｂを流れる電流の向きは、逆方向となっている。また、正極ブスバー１２０Ａと負極ブスバー１２４の間には、絶縁物製のスペーサ１９２を介して固定されている。
【００７７】
負極ブスバー１２４の右側には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ｂ１によって接続されている。また、図示しないダイオードのアノードが、アルミワイヤによって、負極ブスバー１２４の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ｂ１は、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ｂ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００７８】
また、負極ブスバー１２４は、絶縁物１６０Ｂを介して、正極ブスバー１２０Ｂや出力ブスバー１２２Ａとは、異なる平面上に支持されているので、負極ブスバー１２４とＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタの間には、段差があり、従来のワイヤボンデイング技術では、このような段差がある場合には、アルミワイヤによるボンデイングが不可能であったが、近年、このような段差のある箇所にも適用可能なボンデイング技術が開発されたため、このような配置が可能となっている。また、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４の間には、円柱状の絶縁物１６０Ｂを用いているため、超音波ボンデイング時の共振現象を防止できる。
【００７９】
ここで、アルミワイヤ１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、アルミワイヤ１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００８０】
従って、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタは、正極ブスバー１２０Ｂの上に固定された図示しないダイオードのアノードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、正極ブスバー１２０Ｂの上に固定された図示しないＩＧＢＴチップのエミッタは、出力ブスバー１２２Ａの上に固定されたダイオードのカソードに接続され、第２の直列回路を構成している。また、第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー１２２Ａに共通接続されている。また、第１の回路と第２の回路は、対称配置されているため、正極ブスバー１２０Ａ，１２０Ｂ及び負極ブスバー１２４を対称形にすることができ、第１及び第２の回路に均等に流れるため、電流配分が均等になり、電流アンバランスを小さくできる。
【００８１】
さらに、正極ブスバー１２０Ｂの左側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７０が取り付けられている。端子台１７０のうえには、半田により、ゲート抵抗１７４Ａが固定されている。ゲート抵抗１７４Ａは、アルミワイヤ１７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ１３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー１２２Ａの右側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７２が取り付けられている。端子台１７２のうえには、半田により、ゲート抵抗１７６Ｂが固定されている。ゲート抵抗１７６Ｂは、アルミワイヤ１７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ１３２Ｂのベースに接続されている。絶縁板１１０の裏には、銅パターン１９０が形成されており、ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１１０を介して行われる。
【００８２】
正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、絶縁板１１０の上に、０．４ｍｍ程度に薄くした部分をロー付けにより、接合している。
【００８３】
ＩＧＢＴチップの表面は、チップ保護のためのコーテイング剤で覆われ、さらに、その上には、チップ保護のために、ゲル１００が充填されている。
【００８４】
本実施の形態によれば、第１の回路と第２の回路を対称に配置したため、正極ブスバー及び負極ブスバーからの電流が均等に流れるため、電流配分が均等になる。
【００８５】
また、第１の回路を構成するＩＧＢＴチップとダイオードを近接して配置しているため、交流分による磁界キャンセリングが可能となる。
【００８６】
また、正極ブスバーと出力ブスバーが互いに平行に配置されているため、インダクタンスを低減することができる。
【００８７】
また、ＩＧＢＴチップが正極ブスバー及び出力ブスバーの上に直接ついているので、配線距離をさらに、短くできる。
【００８８】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置され、しかも、正極ブスバーを流れる電流の向きと負極ブスバーを流れる電流の向きが逆方向であるため、インダクタンスを低減することができる。
【００８９】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置したため、従来のようなジャンパープレートを使用する必要がないため、インダクタンスを低減できる。
【００９０】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置し、さらに、負極ブスバーと出力ブスバーの上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタを接続するアルミワイヤと、正極ブスバーの上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタと出力ブスバーを接続するアルミワイヤとを互いに平行にし、しかも、それらを流れる電流の向きを逆方向とすることにより、さらに、インダクタンスを低減できる。
【００９１】
また、正極から電流が流れチップを通って出力端子に戻ってくるまでの往復線間は、ワイヤ高さと絶縁物高さ程度に小さくできるので、磁界キャンセリング作用により、インダクタンスを低減できる。そのため、各部における自己インダクタンスおよび相互インダクタンスが大きく減少し、それによりサ−ジ電圧を低減でき、スイッチング損失を低減できる。複数チップで遠い位置のチップのインダクタンスが大きく、電流アンバランスが発生しやすいため、極力内部わん曲をなくし、近接並行としインダクタンスを低減している。
【００９２】
チップの線膨張係数は、銅の約１／６倍で、窒化アルミの線膨張係数は、銅の約１／５倍で、チップ、銅、窒化アルミの順に接続されているため、熱ストレスの影響をうけることが予想されるが、ブスバーのＩＧＢＴチップマウント部の厚さを最適とすることにより熱応力作用によりはんだ寿命に影響しないようすることが可能である。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、２回路内蔵方式の半導体装置における内部インダクタンスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による半導体装置の平面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１０，１１０…絶縁板
１２…ケ−ス
２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…正極ブスバ−
２２，１２４Ａ，１２４Ｂ…出力ブスバ−
２４，１２４…負極ブスバ−
３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…ＩＧＢＴチップ
４０Ａ，４０Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ…ダイオ−ドチップ
５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４，５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４，７８Ａ１，７８Ａ２，７８Ｂ１，７８Ｂ２…アルミワイヤ
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆ…絶縁物
７０，７２…端子台
７４Ａ，７４Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ…チップ抵抗
８０，８２，１８０，１８２…半田
９０…銅板
１００…ゲル
１９２…スペ−サ
【図１】
0003629222.tif 000002
【図２】
0003629222.tif 000003
【図３】
0003629222.tif 000004
【図４】
0003629222.tif 000005
【図５】
0003629222.tif 000006