(57)【要約】【課題】磁気抵抗センサを有する半導体装置を提供する。【解決手段】第１半導体モジュールと、第１半導体モジュールと電気的に接続された第１板状導体と、コアレスの磁気抵抗センサとを備え、第１板状導体は、予め定められた第１方向に延伸する第１本体部と、一端が第１本体部の一端に連結され、第１本体部から第１方向と異なる第２方向に屈曲する第１屈曲部とを有し、磁気抵抗センサは、第１本体部と第１屈曲部とで形成される屈曲面に隣接して設けられる半導体装置を提供する。【選択図】図４
2019082361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体モジュールと、
前記第１半導体モジュールと電気的に接続された第１板状導体と、
コアレスの第１磁気抵抗センサと
を備え、
前記第１板状導体は、
予め定められた第１方向に延伸する第１本体部と、
一端が前記第１本体部の一端に連結され、前記第１本体部から前記第１方向と異なる第２方向に屈曲する第１屈曲部と
を有し、
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１本体部と前記第１屈曲部とで形成される屈曲面に隣接して設けられる
半導体装置。
【請求項２】
前記第１磁気抵抗センサは、前記屈曲面の内面側に設けられる
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１磁気抵抗センサは、前記屈曲面のうち前記第１屈曲部に隣接して設けられる
請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１磁気抵抗センサは、前記屈曲面における前記第１本体部と前記第１屈曲部との境界を中心として、前記第１屈曲部の長さＬを半径とした屈曲領域に設けられる
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１半導体モジュールに備えられる第１半導体ユニットの上面を含む平面の外側にある
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１半導体モジュールに備えられる第１半導体ユニットの側面を含む平面の外側にある
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１板状導体の屈曲角度が７５°以上である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１板状導体は、一端が、前記第１屈曲部の他端に接続され、前記第１方向に延伸する第２本体部を更に備え、
前記第１本体部は、前記第１半導体モジュールに連結されている
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１本体部と前記第１屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられる
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第２本体部と前記第１屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられる
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
第２半導体モジュールと、
前記第２半導体モジュールと電気的に接続され、前記第１方向に延伸した第３本体部と、一端が前記第３本体部に接続され、前記第１方向と異なる第３方向に延伸した第２屈曲部と、一端が前記第２屈曲部の他端に接続され、前記第１方向に延伸した第４本体部とを有する第２板状導体と、
を更に備え、
前記第２本体部および前記第４本体部は、電気的に接続されている
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１屈曲部と、前記第２本体部と、前記第２屈曲部と、前記第４本体部とで囲まれた領域の内側において、前記第１屈曲部に隣接して設けられる
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１板状導体は、
一端が、前記第１本体部の他端に接続され、前記第１本体部から前記第２方向に屈曲する第３屈曲部と、
前記第３屈曲部の他端に接続され、前記第１方向に延伸する第５本体部と
を更に備える
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１磁気抵抗センサは、前記第１屈曲部と、前記第１本体部と、前記第３屈曲部とで囲まれた領域の内側において、前記第１屈曲部に隣接して設けられる
請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１板状導体に隣接して設けられた樹脂部を更に備え、
前記第１磁気抵抗センサは、前記樹脂部に固定されている
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１半導体モジュールは、ＳｉＣ半導体チップを備える
請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バスバーを有する半導体装置において、磁気抵抗センサをバスバーに近接して設けることにより、バスバーに流れる電流を検出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２０１４−０６１２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁気抵抗センサの磁気検出感度を向上させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１半導体モジュールと、第１半導体モジュールと電気的に接続された第１板状導体と、コアレスの第１磁気抵抗センサとを備え、第１板状導体は、予め定められた第１方向に延伸する第１本体部と、一端が第１本体部の一端に連結され、第１本体部から第１方向と異なる第２方向に屈曲する第１屈曲部とを有し、第１磁気抵抗センサは、第１本体部と第１屈曲部とで形成される屈曲面に隣接して設けられる半導体装置を提供する。
【０００５】
第１磁気抵抗センサは、屈曲面の内面側に設けられてよい。
【０００６】
第１磁気抵抗センサは、屈曲面のうち第１屈曲部に隣接して設けられてよい。
【０００７】
第１磁気抵抗センサは、屈曲面における第１本体部と第１屈曲部との境界を中心として、第１屈曲部の長さＬを半径とした屈曲領域に設けられてよい。
【０００８】
第１磁気抵抗センサは、第１半導体モジュールに備えられる第１半導体ユニットの上面を含む平面の外側にあってよい。
【０００９】
第１磁気抵抗センサは、第１半導体モジュールに備えられる第１半導体ユニットの側面を含む平面の外側にあってよい。
【００１０】
第１板状導体の屈曲角度が７５°以上であってよい。
【００１１】
第１板状導体は、一端が、第１屈曲部の他端に接続され、第１方向に延伸する第２本体部を更に備えてよい。
【００１２】
第１磁気抵抗センサは、第１本体部と第１屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられてよい。
【００１３】
第１磁気抵抗センサは、第２本体部と第１屈曲部と形成された屈曲面の内面側に設けられてよい。
【００１４】
半導体装置は、第２半導体モジュールと、第２半導体モジュールと電気的に接続され、第１方向に延伸した第３本体部と、一端が第３本体部に接続され、第１方向と異なる第３方向に延伸した第２屈曲部と、一端が第２屈曲部の他端に接続され、第１方向に延伸した第４本体部とを有する第２板状導体と、を更に備えてよい。第２本体部および第４本体部は、電気的に接続されてよい。
【００１５】
第１磁気抵抗センサは、第１屈曲部と、第２本体部と、第２屈曲部と、第４本体部とで囲まれた領域の内側において、第１屈曲部に隣接して設けられてよい。
【００１６】
第１板状導体は、一端が、第１本体部の他端に接続され、第１本体部から第２方向に屈曲する第３屈曲部と、第３屈曲部の他端に接続され、第１方向に延伸する第５本体部とを更に備えてよい。
【００１７】
第１磁気抵抗センサは、第１屈曲部と、第１本体部と、第３屈曲部とで囲まれた領域の内側において、第１屈曲部に隣接して設けられてよい。
【００１８】
半導体装置は、第１板状導体に隣接して設けられた樹脂部を更に備えてよい。第１磁気抵抗センサは、樹脂部に固定されていてよい。
【００１９】
第１半導体モジュールは、ＳｉＣ半導体であってよい。
【００２０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】半導体モジュール３００の上面側の斜視図の一例を示す。
【図１Ｂ】半導体モジュール３００の底面側の斜視図の一例を示す。
【図２】半導体モジュール３００が備える半導体ユニット１０の一例を示す。
【図３】図２の半導体モジュール３００におけるＡ−Ａ断面の一例を示す。
【図４】半導体装置１００における磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。
【図５】比較例に係るバスバー５２０の周囲に生じる磁場の向きを示す。
【図６】屈曲部２４を有する板状導体２０の周囲に生じる磁場の向きを示す。
【図７】板状導体２０の周囲に形成される屈曲領域Ｒｂの一例を示す。
【図８】磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。
【図９】クランク形状を有する板状導体２０の屈曲角度θの一例を示す。
【図１０】クランク形状を有する板状導体２０の屈曲角度θの一例を示す。
【図１１】クランク形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。
【図１２】Ｕ字形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。
【図１３】連結形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。
【図１４】連結形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。
【図１５】連結形状を有する板状導体２０の周囲の磁場強度を説明するための図である。
【図１６】磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。
【図１７】板状導体２０の形状の一例を示す。
【図１８】半導体モジュール３００の動作波形の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２３】
図１Ａは、半導体モジュール３００の上面側の斜視図の一例を示す。半導体モジュール３００は、筐体２００の内部に半導体チップを搭載している。半導体モジュール３００は、電力変換装置を構成するインバータ装置に用いられるパワー半導体モジュールである。筐体２００には、上面に複数の導電端子ピン１１０が設けられている。
【００２４】
図１Ｂは、半導体モジュール３００の底面側の斜視図の一例を示す。半導体モジュール３００は、筐体２００の底面に放熱パターン１２０を備える。放熱パターン１２０は、半導体モジュール３００が有する半導体チップで発生した熱を放熱する部材である。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂにおいては半導体モジュール３００の底面と平行な面をＸＹ面とする。また、筐体２００のおもて面の長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向とする。但し、短手方向がＸ方向であり、長手方向がＹ方向であってもよい。また、ＸＹ面と垂直な方向をＺ方向とする。本明細書では、Ｚ方向を高さ方向とみたて、半導体モジュール３００の底面から、おもて面に向かう方向を上、おもて面から底部に向かう方向を下と称する場合がある。ただし上下の方向は重力方向とは必ずしも一致しない。また、各図に示したＸＹＺ座標軸において、矢印を付した側を正側、逆側を負側とする。
【００２６】
図２は、半導体モジュール３００が備える半導体ユニット１０の一例を示す。本例の半導体ユニット１０は、２つの半導体ユニットを備える。一例において、半導体ユニット１０は、積層基板１３０、積層基板１３０上に実装された半導体チップ１３２と導電部材１３３とを備えている。
【００２７】
積層基板１３０は、絶縁板１３６のおもて面に配線パターン１３８、裏面に放熱パターン１２０を備える。積層基板１３０は、配線パターン１３８に半導体チップ１３２を搭載している。１つの積層基板１３０の上面には、８つの半導体チップ１３２、および複数の導電部材１３３が実装されている。半導体チップ１３２や導電部材１３３の個数はこれに限られない。
【００２８】
半導体チップ１３２は、ＳｉＣの半導体チップを備える。また、半導体チップ１３２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体チップを備えてよい。
【００２９】
導電部材１３３は、積層基板１３０の配線パターン１３８や半導体チップ１３２に実装されている。図２では、導電部材１３３は、ポスト電極である。但し、導電部材１３３は、ポスト電極に限らず、リードフレーム、ボンディングワイヤ等導電性の部材であればよい。
【００３０】
図３は、図２の半導体モジュール３００におけるＡ−Ａ断面の一例を示す。半導体モジュール３００は、半導体ユニット１０と、筐体２００と、導電端子ピン１１０とを備える。なお、半導体モジュール３００は、筐体２００の代わりに、封止樹脂を備えてもよい。
【００３１】
半導体ユニット１０は、積層基板１３０と、半導体チップ１３２と、導電部材１３３と、プリント基板１３４とを備える。半導体ユニット１０は、半導体チップ１３２と、積層基板１３０、導電部材１３３、プリント基板１３４等の配線部材とからなるパワー半導体回路を構成する部分である。図２および図３に点線で、半導体ユニット１０を示す。
【００３２】
プリント基板１３４は、導電部材１３３を介して半導体チップ１３２と積層基板１３０の配線パターン１３８とを接続する。プリント基板１３４は、導電部材１３３を介して半導体チップ１３２と別の半導体チップ１３２とを接続する。また、絶縁板１３６の配線パターン１３８は、半導体チップ１３２に接続されている。このようにして、半導体ユニット１０は、半導体モジュール３００の内部でパワー半導体回路を構成する。さらに、配線パターン１３８は、導電部材１３３を介して導電端子ピン１１０と半導体チップ１３２とを導通させる。
【００３３】
図４は、半導体装置１００における磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。半導体装置１００は、半導体モジュール３００と、板状導体２０と、連結部２９と、磁気抵抗センサ３０とを備える。
【００３４】
板状導体２０は、導電性を有する板状のバスバーである。板状導体２０は、半導体モジュール３００と電気的に接続されている。また、板状導体２０は、連結部２９において導電端子ピン１１０と電気的に接続される。板状導体２０には、予め定められた電流Ｉが流れる。本例では、電流Ｉが本体部２２から屈曲部２４に向けて流れる。板状導体２０は、本体部２２および屈曲部２４を有する。
【００３５】
本体部２２は、予め定められた第１方向に延伸する。本明細書では、第１方向をＹ軸方向として説明する。但し、本体部２２が延伸する方向は本例に限られない。
【００３６】
連結部２９は、本体部２２を半導体モジュール３００と連結させる。連結部２９は、板状導体２０を半導体モジュール３００に固定し、半導体モジュール３００の導電端子ピン１１０と板状導体２０とを電気的に接続する。連結部２９は、板状導体２０を半導体モジュール３００に固定し、半導体モジュール３００と板状導体２０とを電気的に接続できるものであれば、本例の構造に限定されない。
【００３７】
屈曲部２４は、本体部２２から、第１方向と異なる第２方向に屈曲する。屈曲部２４は、Ｚ軸方向に延伸している。本例の屈曲部２４は、本体部２２と直交する方向に屈曲しているが、本体部２２に対して鋭角又は鈍角に屈曲していてもよい。板状導体２０は、本体部２２および屈曲部２４を有することにより、半導体装置１００の内部構造に応じた適当な形状に設計される。
【００３８】
磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０と隣接して設けられる。磁気抵抗センサ３０は、本体部２２と屈曲部２４とで形成される屈曲面に隣接して設けられる。本例の磁気抵抗センサ３０は、屈曲面のうち屈曲部２４と隣接して設けられる。磁気抵抗センサ３０は、屈曲部２４の近傍において隣接して設けられる場合であっても、屈曲部２４とわずかな隙間が設けられてよい。即ち、磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０との絶縁性が確保される範囲で、板状導体２０と近接して設けられることが好ましい。本明細書において、屈曲面とは、予め定められた屈曲角度θで屈曲した面であり、本体部２２および屈曲部２４の２つの部材で構成される。屈曲面は、直角の屈曲角度θを有してもよく、鈍角の屈曲角度θを有してもよく、鋭角の屈曲角度θを有してもよい。
【００３９】
本例の磁気抵抗センサ３０は、磁束を集束して感度を高めるための磁気コアを有さないコアレスの磁気抵抗センサである。磁気抵抗センサ３０は、磁気コアを有さないので小型化が可能であり、板状導体２０の形状に応じて自由に配置できる。例えば、磁気抵抗センサ３０は、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子およびＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等の高感度の磁気抵抗素子である。
【００４０】
磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０に流れる電流Ｉにより生じた磁場を検出する。これにより、磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０に流れる電流Ｉを検出する。磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０に流れる電流Ｉにより発生する磁場の強度が高い位置に配置されるのが好ましい。磁気抵抗センサ３０は、高い磁場強度の位置に配置されることにより、信号雑音比（ＳＮＲ）を向上できる。例えば、磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０に流れる電流Ｉを検出することにより、半導体装置１００の短絡保護機能および過電流保護機能を実現する。
【００４１】
本例の磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の上面１２を含む平面の外側に設けられる。上面１２を含む平面の外側とは、上面１２を含む平面よりもＺ軸方向の正側の領域であれば特に限定されない。即ち、上面１２を含む平面の外側とは、半導体ユニット１０の上方であっても、半導体ユニット１０の上方から外れた位置であってもよい。磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の漏れ磁場の影響を受けにくくなる。例えば、磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の内部の電流経路に起因する磁界とのクロスカップリングによる影響が小さくなる。
【００４２】
なお、半導体ユニット１０の上面１２とは、実質的に、半導体ユニット１０内で主電流等の比較的大きな電流が流れる回路の上面を指して良い。言い換えると、制御電流やセンス電流等の主電流と比較して小さな電流を流れる回路は、磁気抵抗センサ３０に与える影響が小さいので、実質的に半導体ユニット１０に含まれなくてよい。
【００４３】
ここで、ＳｉＣの半導体チップは、ＳｉＣの結晶品質に起因する歩留り低下の問題があるので、Ｓｉの半導体チップよりも小型化される。本例の半導体装置１００は、板状導体２０に隣接して磁気抵抗センサ３０を設けるので、半導体チップ１３２にセンストランジスタを設ける必要がなく、半導体チップ１３２を小型化できる。また、本例の半導体装置１００は、半導体ユニット１０の外部に設けるので、半導体ユニット１０の内部回路による複雑な磁場のカップリングの影響を受けにくい。なお、本例では、半導体装置１００が１つの磁気抵抗センサ３０を有する場合について説明するが、半導体装置１００は、複数の磁気抵抗センサ３０を備えてもよい。
【００４４】
図５は、比較例に係るバスバー５２０の周囲に生じる磁場の向きを示す。バスバー５２０の周囲には、電流Ｉが流れる方向に対して、アンペールの右ねじの法則に応じた向きの磁場が生じる。本例では、バスバー５２０が屈曲部を有さずに、直線形状を有する場合について説明する。電流Ｉの流れる方向の右側の領域（即ち、バスバー５２０のＺ軸方向の正側の領域）では紙面の奥向きの磁場が生じる。また、電流Ｉの流れる方向の左側の領域（即ち、バスバー５２０のＺ軸方向の負側の領域）では紙面の手前向きに磁場が生じる。
【００４５】
図６は、屈曲部２４を有する板状導体２０の周囲に生じる磁場の向きを示す。本例の板状導体２０は、本体部２２および屈曲部２４を有する。この場合も、板状導体２０の周囲には、電流Ｉが流れる方向に対して、アンペールの右ねじの法則に応じた向きの磁場が生じる。但し、本例では、本体部２２で電流Ｉの流れる方向の右側の領域（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側の領域）と、屈曲部２４で電流Ｉの流れる方向の右側の領域（即ち、屈曲部２４のＹ軸方向の正側の領域）とが重なる領域がある。この領域では、本体部２２および屈曲部２４に流れる電流Ｉの両方から、紙面の奥向きの磁場が生じるので、磁場が強まる領域となる。
【００４６】
図７は、板状導体２０の周囲に形成される屈曲領域Ｒｂの一例を示す。本例の板状導体２０は、本体部２２および屈曲部２４を有する。
【００４７】
強磁場領域Ｒｓは、板状導体２０に電流Ｉが流れた場合に、本体部２２および屈曲部２４に流れる電流Ｉにより生じる磁場が強め合う領域を示す。本例の強磁場領域Ｒｓは、電流Ｉの流れる方向に対して、本体部２２の右側（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側）であって、且つ、屈曲部２４の右側（即ち、屈曲部２４のＹ軸方向の正側）の領域である。
【００４８】
弱磁場領域Ｒｗは、板状導体２０に電流Ｉが流れた場合に、本体部２２または屈曲部２４に流れる電流Ｉにより生じる磁場のうち、いずれか一方のみの影響を受ける領域を示す。本例の弱磁場領域Ｒｗは、電流Ｉの流れる方向に対して、本体部２２の左側（即ち、本体部２２のＺ軸方向の負側）であって、且つ、屈曲部２４の右側（即ち、屈曲部２４のＹ軸方向の正側）の領域である。
【００４９】
屈曲領域Ｒｂは、磁気抵抗センサ３０を配置することにより、磁場を強め合う効果が得られる領域を指す。例えば、本例の屈曲領域Ｒｂは、板状導体２０の屈曲面の内面側（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側および屈曲部２４のＹ軸方向の正側）の領域である。屈曲面の内面側とは、本体部２２における屈曲面と、屈曲部２４における屈曲面とのいずれにも対向する側を指す。例えば、本例の屈曲領域Ｒｂは、屈曲面における本体部２２と屈曲部２４との境界を中心として、屈曲部２４の長さＬを半径とした円の内側の領域である。板状導体２０に流れる電流Ｉにより生じる磁場の強度は、距離に反比例するので、屈曲領域Ｒｂが長さＬを半径とした円で示される。磁気抵抗センサ３０は、屈曲領域Ｒｂに配置されることにより、電流Ｉの検出感度を向上することができる。また、磁気抵抗センサ３０が屈曲領域Ｒｂに設けられるので、ＳＮＲが向上し、周波数特性およびゲイン特性が安定する。
【００５０】
図８は、磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。本例の磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の側面１４を含む平面の外側に設けられる点で図４の場合と相違する。
【００５１】
磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の上面１２を含む平面の外側に設けられる。また、磁気抵抗センサ３０は、半導体ユニット１０の側面１４を含む平面の外側に設けられる。ここで、側面１４を含む平面の外側とは、側面１４が半導体ユニット１０のＹ軸方向の負側の側面の場合、側面１４を含む平面よりもＹ軸方向の負側の領域を指す。本例の磁気抵抗センサ３０は、側面１４を含む平面の外側に設けられることにより、半導体ユニット１０の漏れ磁場の影響を受けにくい。これにより、磁気抵抗センサ３０のＳＮＲが向上し、センサの誤差が抑制される。本例の半導体装置１００は、磁気抵抗センサ３０を、上面１２を含む平面の外側であって、且つ、側面１４を含む平面の外側に設けるので、半導体ユニット１０からの影響を更に受けにくくなる。
【００５２】
なお、半導体ユニット１０の側面１４とは、実質的に、半導体ユニット１０内で主電流と制御電流等の比較的大きな電流が流れる回路の側面を指して良い。即ち、センス電流等の主電流と比較して小さな電流を流れる回路は、磁気抵抗センサ３０に与える影響が小さいので、実質的に半導体ユニット１０に含まれなくてよい。
【００５３】
また、本例の磁気抵抗センサ３０は、屈曲部２４に対して半導体ユニット１０側の面に隣接して設けられる。この場合、板状導体２０は、磁気抵抗センサ３０が側面１４を含む平面の外側に配置できるように、側面１４を含む平面の外側に設けられた屈曲部２４を有する。
【００５４】
図９は、クランク形状を有する板状導体２０の屈曲角度θの一例を示す。本例の板状導体２０は、屈曲部２４に接続された本体部２２および本体部２６により、クランク形状を構成している。本体部２２は、第１本体部の一例である。本体部２６は、第２本体部の一例である。
【００５５】
本体部２６は、本体部２２と同一の方向に延伸している。本体部２６および本体部２２は、共にＹ軸方向に延伸している。屈曲部２４は、一端が本体部２２に接続され、他端が本体部２６に接続されている。本体部２２と本体部２６は、屈曲部２４から見た時に、Ｙ軸方向の正負逆側に延伸している。
【００５６】
屈曲角度θは、本体部２２と屈曲部２４の屈曲する度合いを示す。本例の屈曲角度θは、９０°である。屈曲角度θが大きい程、本体部２２に対して屈曲部２４が大きく屈曲する。本例の屈曲角度θは９０°であるため、本体部２２および屈曲部２４が直交する。本例の磁気抵抗センサ３０は、屈曲領域Ｒｂにおいて、屈曲部２４に隣接して設けられる。
【００５７】
図１０は、クランク形状を有する板状導体２０の屈曲角度θの一例を示す。本例は、屈曲角度θ≧９０°の場合である。即ち、本例の板状導体２０は、本体部２２と屈曲部２４の屈曲する度合いが大きい。この場合、屈曲領域Ｒｂと本体部２２および屈曲部２４との距離がそれぞれ近づくので、屈曲領域Ｒｂで生じる磁場の強度が強くなる。これにより、磁気抵抗センサ３０は、磁場の検出感度を向上できる。
【００５８】
例えば、屈曲角度θは、７５°≦θ≦１５０°であってよく、７５°≦θ≦１３５°であってよく、９０°≦θ≦１２０°であってよい。屈曲角度θを大きくすることにより、磁気抵抗センサ３０と本体部２２および屈曲部２４との距離を近くできるので、磁場強度を向上させやすくなる。但し、屈曲角度θを大きくし過ぎると、互いに打ち消し合う磁束が生じることにより信号強度が低下する場合がある。
【００５９】
なお、本例では、クランク形状を有する板状導体２０の屈曲角度θについて説明したが、図４および図８で示したＬ字形状を有する板状導体２０の屈曲角度θについても同様に屈曲角度θ≧９０°としてもよい。また、Ｌ字形状を有する板状導体２０の屈曲角度θは、屈曲角度θ≦９０°であってもよい。
【００６０】
図１１は、クランク形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。本例の板状導体２０は、本体部２２と、屈曲部２４と、本体部２６とを備える。本例の板状導体２０は、屈曲部２４に接続された本体部２２および本体部２６により、クランク形状を構成している。本例の屈曲角度θは、９０°である。本体部２２は、第１本体部の一例である。本体部２６は、第２本体部の一例である。本体部２２は、半導体ユニット１０に連結されてよい。
【００６１】
板状導体２０は、強磁場領域Ｒｓ１および強磁場領域Ｒｓ２の２つの強磁場領域Ｒｓを形成する。強磁場領域Ｒｓ１は、電流Ｉの流れる方向に対して、本体部２２および屈曲部２４の右側の領域（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側の領域および屈曲部２４のＹ軸方向の正側の領域）である。本例の強磁場領域Ｒｓ１は、本体部２２と屈曲部２４で形成される屈曲面の内面側の領域である。強磁場領域Ｒｓ２は、電流Ｉの流れる方向に対して、屈曲部２４および本体部２６の左側の領域（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側の領域および屈曲部２４のＹ軸方向の負側の領域）である。本例の強磁場領域Ｒｓ２は、屈曲部２４と本体部２６で形成される屈曲面の内面側の領域である。このように、板状導体２０がクランク形状を有することにより、磁気抵抗センサ３０の配置の自由度が向上する。
【００６２】
図１２は、Ｕ字形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。本例の板状導体２０は、本体部２２と、屈曲部２４と、本体部２６とを備える。本例の板状導体２０は、屈曲部２４に接続された本体部２２および本体部２６により、Ｕ字形状を構成している。即ち、本例の板状導体２０は、本体部２６が屈曲部２４に対してＹ軸方向の正側に延伸している点で、図１１のクランク形状の場合と相違する。本例の屈曲角度θは、９０°である。本体部２２は、第１本体部の一例である。本体部２６は、第２本体部の一例である。
【００６３】
板状導体２０は、Ｕ字形状で囲んだ領域に強磁場領域Ｒｓを形成する。強磁場領域Ｒｓは、電流Ｉの流れる方向に対して、本体部２２、屈曲部２４および本体部２６の右側の領域（即ち、本体部２２のＺ軸方向の正側の領域、屈曲部２４のＹ軸方向の正側の領域、および本体部２６のＺ軸方向の負側の領域）である。本例の強磁場領域Ｒｓは、本体部２２と屈曲部２４と本体部２６とで形成される屈曲面の内面側の領域である。このように、板状導体２０がＵ字形状を有することにより、磁気抵抗センサ３０の配置の自由度が向上する。また、磁気抵抗センサ３０をＵ字形状の内側に配置する場合、板状導体２０によって周囲のノイズ等から磁気抵抗センサ３０が保護される。
【００６４】
図１３は、連結形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。本例の板状導体２０は、連結した板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂを有する。板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂは、それぞれクランク形状を有する。本例の半導体装置１００は、半導体ユニット１０ａおよび半導体ユニット１０ｂを備える。半導体ユニット１０ａは、第１半導体ユニットの一例である。半導体ユニット１０ｂは、第２半導体モジュールの一例である。
【００６５】
板状導体２０ａは、本体部２２ａと、屈曲部２４ａと、本体部２６ａとを有する。本体部２２ａは、第１本体部の一例である。屈曲部２４ａは、第１屈曲部の一例である。本体部２６ａは、第２本体部の一例である。板状導体２０ａには、電流Ｉａが流れる。
【００６６】
本体部２２ａは、予め定められた第１方向に延伸する。本体部２２ａは、Ｙ軸方向の正側に延伸している。本体部２２ａは、半導体ユニット１０ａと電気的に接続されている。
【００６７】
屈曲部２４ａは、本体部２２ａと異なる第２方向に延伸する。本例の屈曲部２４ａは、Ｚ軸方向の正側に延伸している。本例の屈曲部２４ａは、一端が本体部２２ａに接続され、他端が本体部２６ａの一端に接続されている。
【００６８】
本体部２６ａは、本体部２２ａと同一の方向に延伸する。本体部２６ａは、Ｙ軸方向の正側に延伸している。本例の本体部２６ａは、本体部２２ａよりも短い。但し、本体部２６ａの長さは、半導体ユニット１０ａの配置等に応じて適宜変更されてよい。
【００６９】
板状導体２０ｂは、本体部２２ｂと、屈曲部２４ｂと、本体部２６ｂとを有する。本体部２２ｂは、第３本体部の一例である。屈曲部２４ｂは、第２屈曲部の一例である。本体部２６ｂは、第４本体部の一例である。板状導体２０ｂには、電流Ｉｂが流れる。
【００７０】
本体部２２ｂは、予め定められた第１方向に延伸する。本体部２２ｂは、Ｙ軸方向の負側に延伸している。本体部２２ｂは、半導体ユニット１０ｂと電気的に接続されている。
【００７１】
屈曲部２４ｂは、本体部２２ｂと異なる第３方向に延伸する。屈曲部２４ｂは、Ｚ軸方向の正側に延伸している。本例の屈曲部２４ｂは、一端が本体部２２ｂに接続され、他端が本体部２６ｂの一端に接続されている。
【００７２】
本体部２６ｂは、本体部２２ｂと同一の方向に延伸する。本体部２６ｂは、Ｙ軸方向の負側に延伸している。本例の本体部２６ｂは、本体部２２ｂよりも短い。但し、本体部２６ｂの長さは、半導体ユニット１０ｂの配置等に応じて適宜変更されてよい。
【００７３】
外部接続ボード４０は、板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂに電気的に接続されている。外部接続ボード４０は、本体部２６ａおよび本体部２６ｂに連結されている。外部接続ボード４０には、板状導体２０ａから電流Ｉａが入力され、板状導体２０ｂから電流Ｉｂが入力される。
【００７４】
なお、板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂは、外部接続ボード４０に依らず、直接接続されることで互いに電気的に接続されていてもよい。この際、本体部２６ａの他端と、本体部２６ｂの他端とが、接続されている。接続された板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂは、ハット形状を有する。
【００７５】
磁気抵抗センサ３０ａは、半導体ユニット１０ａの上面１２ａを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット１０ａの側面１４ａを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ａは、半導体ユニット１０ａの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ３０ａは、屈曲部２４ａよりも半導体ユニット１０ａ側の屈曲領域Ｒｂに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ａは、電流Ｉａにより生じる高強度の磁場を検出する。
【００７６】
磁気抵抗センサ３０ｂは、半導体ユニット１０ｂの上面１２ｂを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット１０ｂの側面１４ｂを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ｂは、半導体ユニット１０ｂの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ３０ｂは、屈曲部２４ｂよりも半導体ユニット１０ｂ側の屈曲領域Ｒｂに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ｂは、電流Ｉｂにより生じる高強度の磁場を検出する。
【００７７】
磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂの両側に設けられている。但し、磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０ａおよび板状導体２０ｂのいずれか一方に設けられてもよい。電流をセンシングしたい半導体モジュールに対して、適宜選択可能である。
【００７８】
図１４は、連結形状を有する板状導体２０の構成の一例を示す。本例の半導体装置１００は、磁気抵抗センサ３０を設ける領域が図１３の場合と相違する。
【００７９】
磁気抵抗センサ３０ａは、半導体ユニット１０ａの上面１２ａを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット１０ａの側面１４ａを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ａは、半導体ユニット１０ａの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ３０ａは、屈曲部２４ａと、本体部２６ａと、屈曲部２４ｂと、本体部２６ｂとで囲まれた領域の内側において、屈曲部２４ａに隣接して設けられている。即ち、磁気抵抗センサ３０ａは、屈曲部２４ａに対して半導体ユニット１０ａと反対側の屈曲領域Ｒｂに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ａは、電流Ｉａにより生じる高強度の磁場を検出する。また、本例の磁気抵抗センサ３０は、板状導体２０で囲まれた領域の内側に設けられるので、板状導体２０によって周囲のノイズ等から保護される。本例の磁気抵抗センサ３０ａは、第１磁気抵抗センサの一例である。
【００８０】
磁気抵抗センサ３０ｂは、半導体ユニット１０ｂの上面１２ｂを含む平面の外側であって、且つ、半導体ユニット１０ｂの側面１４ｂを含む平面の外側に設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ｂは、半導体ユニット１０ｂの漏れ磁場により生じる雑音磁場の影響を避けることができる。また、磁気抵抗センサ３０ｂは、屈曲部２４ａと、本体部２６ａと、屈曲部２４ｂと、本体部２６ｂとで囲まれた領域の内側において、屈曲部２４ｂに隣接して設けられている。即ち、磁気抵抗センサ３０ｂは、屈曲部２４ｂに対して半導体ユニット１０ｂと反対側の屈曲領域Ｒｂに設けられる。これにより、磁気抵抗センサ３０ｂは、電流Ｉｂにより生じる高強度の磁場を検出する。本例の磁気抵抗センサ３０ｂは、第２磁気抵抗センサの一例である。
【００８１】
図１５は、連結形状を有する板状導体２０の周囲の磁場強度を説明するための図である。連結形状を有する板状導体２０では、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域に、強磁場領域Ｒｓおよび弱磁場領域Ｒｗの両方を有する。
【００８２】
強磁場領域Ｒｓ３は、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域において、電流Ｉａにより生じる磁場が互いに強め合う領域である。即ち、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域では、屈曲部２４ａおよび本体部２６ａに流れる電流Ｉａにより、互いに強め合う方向の磁場が生じている。
【００８３】
強磁場領域Ｒｓ４は、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域において、電流Ｉｂにより生じる磁場が互いに強め合う領域である。即ち、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域では、屈曲部２４ｂおよび本体部２６ｂに流れる電流Ｉｂにより、互いに強め合う方向の磁場が生じている。
【００８４】
弱磁場領域Ｒｗ３は、屈曲部２４および本体部２６で囲まれた領域において、屈曲部２４ａおよび本体部２６ａに流れる電流Ｉａにより生じる磁場と、屈曲部２４ｂおよび本体部２６ｂに流れる電流Ｉｂにより生じる磁場とが互いに打ち消し合う領域である。
【００８５】
弱磁場領域Ｒｗ４は、屈曲部２４および本体部２６で囲まれていない領域である。弱磁場領域Ｒｗ４は、屈曲領域Ｒｂではないので、磁場強度が弱められる。
【００８６】
図１６は、磁気抵抗センサ３０の配置の一例を示す。本例の半導体装置１００は、樹脂部５０を備える。
【００８７】
樹脂部５０は、半導体ユニット１０および板状導体２０の周囲を覆う。例えば、樹脂部５０は、エポキシ樹脂等の絶縁材料である。特に、半導体ユニット１０が高温で動作するＳｉＣデバイスである場合、樹脂部５０の材料は高温に耐えることが望ましい。
【００８８】
磁気抵抗センサ３０は、屈曲部２４に隣接して設けられる。本例の磁気抵抗センサ３０は、樹脂部５０に固定されることにより、屈曲部２４に隣接する位置に配置されている。
【００８９】
図１７は、板状導体２０の形状の一例を示す。本例の板状導体２０は、複数の屈曲部２４を有する。板状導体２０は、凹部形状を有する。
【００９０】
板状導体２０は、本体部２２と、屈曲部２４と、本体部２６と、屈曲部２７と、本体部２８とを有する。本例において、本体部２２は、第１本体部の一例である。本体部２６は、第２本体部の一例である。本体部２８は、第５本体部の一例である。屈曲部２４は、第１屈曲部の一例である。屈曲部２７は、第３屈曲部の一例である。
【００９１】
屈曲部２７は、一端が、本体部２２の他端に接続され、本体部２２から第２方向に屈曲する。また、屈曲部２７は、他端が本体部２８に接続されている。
【００９２】
本体部２８は、一端が、屈曲部２７の他端に接続され、Ｙ軸方向に延伸する。本体部２８は、他端が外部接続ボード４０に接続されてよい。
【００９３】
磁気抵抗センサ３０は、屈曲部２４と、本体部２２と、屈曲部２７とで囲まれた領域の内側に設けられる。即ち、磁気抵抗センサ３０は、屈曲部２４と、本体部２２と、屈曲部２７とで形成された凹部に配置される。また、磁気抵抗センサ３０は、樹脂部５０に固定され、屈曲部２４に隣接して設けられる。
【００９４】
このように、半導体装置１００は、コアレスの磁気抵抗センサ３０を用いることにより、磁気抵抗センサ３０を板状導体２０に隣接させて自由に配置できる。本例の半導体装置１００は、磁気抵抗センサ３０の配置の自由度および配線の自由度が大きいので、小型化を実現できる。
【００９５】
図１８は、半導体モジュール３００の動作波形の一例を示す。縦軸は電流［Ａ］を示し、横軸は任意の時間を示す。本例の半導体モジュール３００は、波形Ａで示される電流が流れた場合に、波形Ｂおよび波形Ｃで示される２つの磁気抵抗センサから得られる波形Ｄを出力する。この場合、半導体モジュール３００は、波形Ａが３００Ａを超えた時点で、波形Ｅで示される短絡波形を出力する。このように、半導体モジュール３００は、短絡から半導体ユニット１０を保護する。
【００９６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００９７】
１０・・・半導体ユニット、１２・・・上面、１４・・・側面、２０・・・板状導体、２２・・・本体部、２４・・・屈曲部、２６・・・本体部、２７・・・屈曲部、２８・・・本体部、２９・・・連結部、３０・・・磁気抵抗センサ、４０・・・外部接続ボード、５０・・・樹脂部、１００・・・半導体装置、１１０・・・導電端子ピン、１２０・・・放熱パターン、１３０・・・積層基板、１３２・・・半導体チップ、１３３・・・導電部材、１３４・・・プリント基板、１３６・・・絶縁板、１３８・・・配線パターン、２００・・・筐体、３００・・・半導体モジュール、５２０・・・バスバー
【図１Ａ】
2019082361.tif 000003
【図１Ｂ】
2019082361.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019082361.tif 000018
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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