(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相隔てて配置される正電極材および負電極材と、
前記正電極材の側面と前記負電極材の側面との間の領域であって前記正電極材および前記負電極材の上面と下面との間の領域に、前記正電極材と前記負電極材を結ぶ直線と平行となる平行部を有する導電層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記導電層は、前記正電極材と前記負電極材の上部を覆い、前記正電極材と前記負電極材の間に連なって設けられ、
前記平行部は、前記導電層を前記正電極材と前記負電極材の上部の位置よりも前記正電極材と前記負電極材の下部の側に窪ませて形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記正電極材と前記負電極材の上部を覆い、前記正電極材と前記負電極材の間に連なって設けられる第２の導電層をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記正電極材と前記負電極材の下部に配され、前記正電極材および前記負電極材の位置から前記正電極材と前記負電極材の間に連なって設けられている第２の導電層をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記正電極材および前記負電極材はバスバーである、請求項１〜４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、相隔てて配置される正電極材および負電極材を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、相隔てて配置される正電極材および負電極材を有し、例えば電力変換用スイッチングに用いられる半導体装置が知られている。このような半導体装置では、電極材に生じる自己インダクタンスを低減するために、両電極材に対向して導電層（導電材）が設けられる。例えば特開平９−１７２１３９号公報には、両電極材に対向して設けられた平板状の導電材が開示されている。
【０００３】
このような半導体装置では、両電極材に主電流が流れると、主電流の回りに磁界が形成され、導電層のうち各電極材に対向する部分に主電流とは逆向きの誘導電流が流れる。すると、誘導電流の回りに反抗磁界が形成され、反抗磁界によって主電流による磁界が弱められ、よって電極材に生じる自己インダクタンスが低減することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７２１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、自己インダクタンスを十分に低減するためには、誘導電流を効率的に発生させる必要がある。誘導電流は、主電流による磁束が集中する箇所、つまり両電極材の間に導電層を配置することで効率的に発生する。しかし、従来技術に係る半導体装置では、平板状の導電材を両電極材に対向して配置するにすぎないので、導電層（導電材）は、両電極材の間に位置せず、両電極材から離れて位置することになる。よって、導電層に磁束が集中せず、誘導電流が効率的に発生しないので、電極材に生じる自己インダクタンスを十分に低減できない。
【０００６】
そこで、本発明は、電極材に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上させた半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、相隔てて配置される正電極材および負電極材と、正電極材の側面と負電極材の側面との間の領域であって正電極材および負電極材の上面と下面との間の領域に、正電極材と前記負電極材を結ぶ直線と平行となる平行部を有する導電層とを備えた半導体装置が提供される。
【０００８】
かかる構成によれば、導電層が、正電極材と負電極材の間において、正電極材と負電極材を結ぶ直線と平行となる平行部を有するので、主電流による磁束が集中する箇所に導電層の一部が配置されることになる。よって、従来技術に係る半導体装置と比べて、導電層に磁束が集中し、誘導電流を効率的に発生可能となり、電極材に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上させることができる。
【０００９】
ここで、正電極材と負電極材の間とは、両電極材の上面同士を両電極材の形状に沿って結ぶ直線（または曲線）と下面同士を同様に結ぶ直線（または曲線）の間の領域を意味する。また、正電極材と負電極材を結ぶ直線（または曲線）とは、両電極材の上面同士、下面同士、または軸心同士を両電極材の形状に沿って結ぶ直線（または曲線）を意味する。
【００１０】
また、導電層は、正電極材と負電極材の上部を覆い、正電極材と負電極材の間に連なって設けられ、平行部は、導電層を正電極材と負電極材の上部の位置よりも正電極材と負電極材の下部の側に窪ませて形成されてもよい。かかる構成によれば、導電層を正電極材と負電極材の上部の位置よりも下部の側に窪ませて平行部が形成されているので、導電層の組立性に優れた半導体装置を提供できる。
【００１１】
また、半導体装置は、正電極材と負電極材の上部を覆い、正電極材と負電極材の間に連なって設けられる第２の導電層をさらに備えてもよい。かかる構成によれば、平行部を有する導電層とは別に第２の導電層が設けられているので、導電層の加工性に優れた半導体装置を提供できる。
【００１２】
また、半導体装置が、正電極材と負電極材の下部に配され、正電極材および負電極材の位置から正電極材と負電極材の間に連なって設けられている第２の導電層をさらに備えてもよい。かかる構成によれば、正電極材と負電極材の下部に配され、正電極材および負電極材の位置から正電極材と負電極材の間に連なって第２の導電層をさらに備えるので、第２の導電層により発生する追加的な誘導電流によって、電極材に生じる自己インダクタンスの低減性能に優れた半導体装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、電極材に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上させた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置について、主電流による磁界と導電層との位置関係を示す図である。
【図３】図１に示した半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図４】図１に示した半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図５】図１に示した半導体装置の第３の変形例を示す断面図である。
【図６】図１に示した半導体装置の第４の変形例を示す断面図である。
【図７】従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。
【図８】図７に示した半導体装置について、主電流による磁界と導電層との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１に示した半導体装置について、主電流による磁界と導電層との位置関係を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る半導体装置では、相隔てて配置された正電極材１１および負電極材１３に対向して、凹部１５ａを有する単一の導電材１５が設けられる。ここで、電力変換用スイッチングに用いる半導体装置では、両電極材１１、１３がバスバーとして構成されうる。
【００１７】
導電材１５は、両電極材１１、１３の上部を覆い、両電極材１１、１３の間に連なって設けられる。凹部１５ａは、導電材１５を両電極材１１、１３の上部の位置よりも両電極材１１、１３の下部の側に窪ませて形成される。ここで、凹部１５ａは、両電極材１１、１３の間において、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと平行となる平行部に相当しており、または両電極材１１、１３の上下面と平行となる平行部であってもよい。結果的に、両電極材１１、１３は、直線ＳＬ上に相隔てて配置される。また、凹部１５ａを含む導電材１５は、導電層を構成する。
【００１８】
なお、両電極材１１、１３の間とは、両電極材１１、１３の上面同士を両電極材１１、１３の形状に沿って、つまり直線状に結ぶ直線と下面同士を同様に結ぶ直線の間の領域を意味する。具体的には、負電極材１３に対する正電極材１１の側面（図１では左側面）と正電極材１１に対する負電極材１３の側面（図１では右側面）との間の領域であって、かつ正電極材１１および負電極材１３の上面と下面との間の領域を意味する。また、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬとは、両電極材１１、１３の上面同士、下面同士、または軸心（図１では各電極材１１、１３の中心）同士を結ぶ直線を意味する。
【００１９】
あるいは、凹部１５ａは、導電材１５のうち両電極材１１、１３の中間に位置する部分（窪み部）を、両電極材１１、１３に対向する部分よりも両電極材１１、１３の下部の側に窪めて形成される。つまり、導電材１５は、両電極材１１、１３の中間部分の上面が、両電極材１１、１３に対向する部分の上面よりも両電極材１１、１３の下部の側に位置するように形成される。また、導電材１５は、両電極材１１、１３の中間部分の上面が、両電極材１１、１３の上面よりも両電極材１１、１３の下部の側に位置するように形成されてもよい。
【００２０】
より詳しくは、両電極材１１、１３上には、両電極材１１、１３を連続して覆う絶縁材１７が設けられ、さらに絶縁材１７上に導電材１５が積層される。ここで、導電材１５および絶縁材１７は、両電極材１１、１３の中間に位置する部分を、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと略平行にすると共に、両電極材１１、１３の下部の側に窪めて形成される。そして、凹部１５ａは、導電材１５のうち両電極材１１、１３の中間に位置する部分を、両電極材１１、１３の上部の位置よりも両電極材１１、１３の下部の側に窪ませて形成される。半導体装置では、これらの部材がモールドされ、ケース（不図示）に収納される。
【００２１】
なお、両電極材１１、１３は、銅などの導電性材料からなり、凹部１５ａを含む導電材１５は、例えば銅、アルミニウムなど、透磁率μ＝１の導電性材料からなることが好ましく、絶縁材１７は、ガラスエポキシなどの絶縁性材料からなる。
【００２２】
半導体装置では、両電極材１１、１３に主電流が流れると、主電流の回りに磁界が形成され、導電材１５のうち各電極材１１、１３に対向する部分に主電流とは逆向きの誘導電流が流れる。すると、誘導電流の回りに反抗磁界が形成され、反抗磁界によって主電流による磁界が弱められ、よって電極材１１、１３に生じる自己インダクタンスが低減する。
【００２３】
図２には、本発明の実施形態に係る半導体装置について、主電流による磁界と、導電層（凹部１５ａを含む導電材１５）（図中では太い破線で示されている）との位置関係が示されている。図２には、両電極材１１、１３に、紙面に垂直方向で互いに逆向きに流れる主電流によって、両電極材１１、１３を取り巻くように形成された磁束ベクトルが示されている。
【００２４】
図２に示すように、本発明の実施形態に係る半導体装置では、凹部１５ａ（平行部）は、主電流による磁束が集中する箇所に、磁束の向きに対して略垂直をなすように配置されている。よって、導電層に磁束が集中し、誘導電流が効率的に発生するので、後述するように従来技術に係る半導体装置と比べて、電極材１１、１３に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上できる。
【００２５】
そして、図１に示した構成によれば、両電極材１１、１３の間において、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと平行をなし、導電材１５（導電層）を両電極材１１、１３の上部の位置よりも両電極材１１、１３の下部の側に窪ませて凹部１５ａ（平行部）が形成されているので、単一の導電材１５により、電極材１１、１３の自己インダクタンスの低減性能を向上可能な、導電層の組立性に優れた半導体装置を提供できる。
【００２６】
ここで、図７および図８を参照して、従来技術に係る半導体装置について説明する。図７は、従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。図８は、図７に示した半導体装置について、主電流による磁界と導電層との位置関係を示す図である。
【００２７】
図７に示すように、従来技術に係る半導体装置では、同一直線上に相隔てて配置された正電極材１０１および負電極材１０３に対向して、平板状の単一の導電材１０５が設けられる。より詳しくは、両電極材１０１、１０３上には、両電極材１０１、１０３を連続して覆う平板状の絶縁材１０７が設けられ、さらに絶縁材１０７上に平板状の導電材１０５が積層される。よって、導電材１０５は、両電極材１０１、１０３の上面から絶縁材１０７の厚さだけ離れた（図７では上方向に離れた）平面上に配置されることになる。
【００２８】
図８には、従来技術に係る半導体装置について、主電流による磁界と、導電層（導電材１０５）（図中では太い破線で示されている）との位置関係が示されている。図８には、両電極材１０１、１０３に、紙面に垂直方向で互いに逆向きに流れる主電流によって、両電極材１０１、１０３を取り巻くように形成された磁束ベクトルが示されている。
【００２９】
図８に示すように、従来技術に係る半導体装置では、導電材１０５は、主電流による磁束が集中する箇所から離れて（図８では下方向に離れて）、磁束の向きに対して略垂直をなさないように配置されている。よって、導電層に磁束が集中せず、誘導電流が効率的に発生しないので、後述するように電極材１０１、１０３に生じる自己インダクタンスを十分に低減できない。
【００３０】
つぎに、図３〜図６を参照して、図１に示した半導体装置の変形例について説明する。図３〜図６は、それぞれに図１に示した半導体装置の第１から第４の変形例を示す断面図である。なお、以下では、図１に示した半導体装置と重複する説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、半導体装置の第１の変形例では、図１に示した半導体装置の構成に加えて、両電極材１１、１３の下部に配され、両電極材１１、１３の位置から両電極材１１、１３の間に連なって第２の導電材２１が設けられる。第２の導電材２１は、第２の導電層に相当する。
【００３２】
より詳しくは、両電極材１１、１３下には、両電極材１１、１３を連続して覆う絶縁材１７が設けられ、さらに絶縁材１７下に導電材１５が積層される。なお、第２の導電材２１は、平板状の導電材として示されているが、導電材１５と同様に、両電極材１１、１３の中間に位置する部分を、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと略平行にすると共に、両電極材１１、１３の上部の側（図３では上側）に窪めて形成されてもよい。
【００３３】
そして、図３に示した構成によれば、両電極材１１、１３の下部に配され、両電極材１１、１３の位置から両電極材１１、１３の間に連なって設けられた第２の導電材２１（第２の導電層）をさらに備えるので、第２の導電材２１（第２の導電層）により追加的な誘導電流を発生させて、電極材１１、１３に生じる自己インダクタンスの低減性能をさらに向上可能な半導体装置を提供できる。
【００３４】
図４に示すように、半導体装置の第２の変形例では、相隔てて配置された正電極材１１および負電極材１３に対向して、平板状の単一の導電材１５が設けられるとともに、導電材１５から独立した単一の補助導電材２３が設けられる。補助導電材２３は、独立した部材として、両電極材１１、１３の上部の位置よりも両電極材１１、１３の下部の側に設けられる。ここで、導電材１５は、両電極材１１、１３の上部を覆い、両電極材１１、１３の間に連なって設けられる第２の導電層に相当し、補助導電材２３は、両電極材１１、１３の間において、両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと平行となる平行部に相当する。補助導電材２３は、図４では平板状であるが、多少湾曲していてもよい。
【００３５】
あるいは、補助導電材２３は、導電材１５のうち両電極材１１、１３に対向する部分よりも両電極材１１、１３の下部の側に配置される。つまり、補助導電材２３は、その上面が、導電材１５のうち両電極材１１、１３に対向する部分の上面よりも両電極材１１、１３の下部の側に位置するように形成される。また、補助導電材２３は、その上面が、両電極材１１、１３の上面よりも両電極材１１、１３の下部の側に位置するように形成されてもよい。
【００３６】
より詳しくは、両電極材１１、１３上には、両電極材１１、１３を連続して覆う絶縁材１７が設けられ、さらに絶縁材１７上に導電材１５が積層されるとともに、両電極材１１、１３の間で絶縁材１７下に補助導電材２３が設けられる。ここで、導電材１５、絶縁材１７、および補助導電材２３は、平板状に構成される。
【００３７】
そして、図４に示した構成によれば、両電極材１１、１３の間で両電極材１１、１３を結ぶ直線ＳＬと平行をなす補助導電材２３（平行部）とは別に、両電極材１１、１３の上部を覆い、両電極材１１、１３の間に連なって設けられた導電材１５（第２の導電層）が設けられているので、図１に示した実施形態のように導電材１５（および絶縁材１７）を折曲げ加工しなくても、補助導電材２３（平行部）によって、電極材１１、１３に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上可能な、導電層の加工性に優れた半導体装置を提供できる。
【００３８】
図５に示すように、半導体装置の第３の変形例では、図５に示した半導体装置の構成において、単一の補助導電材２３に代えて、複数の補助導電材２３、２５が設けられる。複数の補助導電材２３、２５は、両電極材１１、１３の上部の位置よりも両電極材１１、１３の下部の側に設けられる。
【００３９】
より詳しくは、両電極材１１、１３上には、両電極材１１、１３を連続して覆う絶縁材１７が設けられ、さらに絶縁材１７上に導電材１５が積層されるとともに、両電極材１１、１３の間で絶縁材１７下に補助導電材２３が設けられる。また、補助導電材２３下に絶縁材１７を介してさらに補助導電材２５が設けられる。補助導電材２３、２５は、図５では平板状であるが、多少湾曲していてもよい。
【００４０】
図６に示すように、半導体装置の第４の変形例では、図４に示した第２の変形例の構成において、相隔てて配置された弧状の正電極材３１および負電極材３３に対向して、導電材３５および絶縁材３７が設けられるとともに、導電材３５から独立した単一の補助導電材４３が設けられる。
【００４１】
導電材３５および絶縁材３７は、両電極材３１、３３の上部を覆い、両電極材３１、３３の形状に沿って、つまり弧状に両電極材３１、３３の間に連なって設けられる。補助導電材４３は、両電極材３１、３３の間において、両電極材３１、３３を結ぶ曲線ＣＬの接線ＴＬと平行となる平行部に相当する。結果的に、両電極材３１、３３は、曲線ＣＬ上に相隔てて配置される。補助導電材４３は、図６では平板状に形成されるが、弧状に形成されてもよい。
【００４２】
なお、両電極材３１、３３の間とは、両電極材３１、３３の上面同士を両電極材３１、３３の形状に沿って、つまり弧状に結ぶ曲線と下面同士を同様に結ぶ曲線の間の領域を意味する。また、両電極材３１、３３を結ぶ曲線ＣＬの接線ＴＬとは、両電極材３１、３３の上面同士、下面同士、または軸心（図６では各電極材３１、３３の中心）同士を両電極材３１、３３の形状に沿って結ぶ曲線の接線を意味する。ここで、接線ＴＬは、曲線ＣＬ上の任意位置に設定されるが、図６に示すように曲線ＣＬの中心位置に設定されることが好ましい。
【００４３】
そして、図６に示した構成によれば、両電極材３１、３３に、紙面に垂直方向で互いに逆向きに流れる主電流によって、弧状の両電極材３１、３３を取り巻くように磁束ベクトルが形成される。そして、補助導電材４３は、両電極材３１、３３の間において、主電流による磁束が集中する箇所に、磁束の向きに対して略垂直をなすように配置されることになる。よって、図１に示した半導体装置と同様の効果を奏することになる。なお、平板状の両電極材１１、１３に代えて弧状の両電極材３１、３３を設ける構成は、第１または第３の変形例に係る半導体装置にも同様に適用できる。
【００４４】
最後に、本発明の実施形態に係る半導体装置と他の半導体装置について、自己インダクタンスの低減率を対比して示す。表には、前述したような異なる導電層の構成を有する半導体装置を対象として行われた磁場解析の結果が示されている。
【００４５】
解析結果として示されている実施例１は、図１に示した半導体装置に相当し、実施例２は、図３に示した半導体装置に相当し、比較例１は、図７に示した半導体装置に相当し、比較例２は、図１に示した半導体装置において、導電材１５の凹部１５ａの中央部にスリットを設けて、導電材１５を非連続にした構成に相当する。
【００４６】
【表１】
0005680516.tif 000002
【００４７】
表に示す以外の解析条件として、電極材１１、１３、１０１、１０３には銅材Ｃ１１００（厚さ１ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）、絶縁材１７、１０７にはガラスエポキシ材（厚さ１ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ９０ｍｍ）、導電材１５および補助導電材２１には銅箔（厚さ０．０７ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ９０ｍｍ）をそれぞれ用いた。周波数は、１ＭＨｚとした。ここで、自己インダクタンス低減率（％）は、｛１−（導電層があるときのインダクタンス）／（導電層がないときのインダクタンス）｝×１００として定義される。
【００４８】
表に示すように、実施例１では、６０％の解析値が得られ、実施例２では、６２％の解析値が得られた一方、比較例１では、５０％の解析値が得られ、比較例２では、３５％の解析値が得られた。このことから、本発明の実施形態に係る半導体装置（実施例１）では、従来技術に係る半導体装置（比較例１）と比べて自己インダクタンスの低減率が１０％程度向上することが明らかにされた。また、導電材１５および第２の導電材２１からなる２つの導電層を設けた半導体装置（実施例２）では、さらに自己インダクタンスの低減率が２％程度向上することも認められた。なお、導電材１５を非連続にした半導体装置（比較例２）では、導電材１５の非連続部分から磁束が漏れてしまうので、自己インダクタンスの低減率が大幅に低下することも認められた。
【００４９】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、導電層が、正電極材１１、３１と負電極材１３、３３の間において、正電極材１１と負電極材１３を結ぶ直線ＳＬと平行となる平行部（凹部１５ａ、補助導電材２３、２５）、または正電極材３１と負電極材３３を結ぶ曲線ＣＬの接線ＴＬと平行となる平行部（補助導電材４３）を有するので、主電流による磁束が集中する箇所に導電層の一部が配置されることになる。よって、従来技術に係る半導体装置と比べて、導電層に磁束が集中し、誘導電流を効率的に発生可能となり、電極材１１、３１、１３、３３に生じる自己インダクタンスの低減性能を向上させることができる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前述した実施形態に係る半導体装置に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
例えば、前述した本発明の実施形態に係る半導体装置は、両電極材１１、１３、３１、３３の上部に導電層１５、３５および絶縁層１７、３７が設けられた構造を基本構造としているが、両電極材１１、１３、３１、３３の下部に導電層１５、３５および絶縁層１７、３７が設けられてもよい。また、本発明の実施形態に係る半導体装置は、上下に反転させた状態または横転させた状態でも使用される。また、両電極材１１、１３の形状は、平板状ではなく丸状（○）であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１１、３１、１０１…正電極材、１３、３３、１０３…負電極材、１５、３５、１０５…導電材、１７、３７、１０７…絶縁材、１５ａ…凹部、２１…第２の導電材、２３、２５、４３…補助導電材
【図１】
0005680516.tif 000003
【図２】
0005680516.tif 000004
【図３】
0005680516.tif 000005
【図４】
0005680516.tif 000006
【図５】
0005680516.tif 000007
【図６】
0005680516.tif 000008
【図７】
0005680516.tif 000009
【図８】
0005680516.tif 000010