(57)【要約】      （修正有）【課題】特定のスイッチング素子に過大なサージ電圧が発生することを防止することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０において、半導体モジュールは、主回路基板に、３相インバータ回路の各相それぞれの上アーム用の第１、第４、及び第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５、及び下アーム用の第２、第３、及び第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６がそれぞれ主回路基板に並設されてなる。コンデンサモジュール３０は、コンデンサ基板３１に、３相インバータ回路に対し並列接続された複数のコンデンサ３２が搭載されてなる。コンデンサ基板３１上において複数のコンデンサ３２は、上面視で、主回路基板の各相の上アーム用の１、第４、及び第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５、及び下アーム用の第２、第３、及び第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６上方に重なる位置に配置されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
３相インバータ回路の各相を構成する、複数の半導体素子が一列に配列されてなる上アーム用半導体素子、及び複数の半導体素子が一列に配列されてなる下アーム用半導体素子が、それぞれ主回路基板上に並設されてなる半導体モジュールと、
コンデンサ基板に、前記３相インバータ回路に対し並列接続された複数のコンデンサが搭載されてなるコンデンサモジュールと、を備える半導体装置であって、
前記主回路基板の上方かつ前記主回路基板と対向する位置に前記コンデンサ基板が配置され、
前記主回路基板における各相を構成する前記上アーム用半導体素子、及び前記下アーム用半導体素子の両側には前記コンデンサ基板と前記主回路基板とを電気的に接続する接続電極部を備え、
前記コンデンサ基板上において前記複数のコンデンサは、上面視で、前記主回路基板の各相の上アーム用の半導体素子及び下アーム用の半導体素子の上方に重なる位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、主回路基板に、３相インバータ回路の各相それぞれの上アーム用の複数の半導体素子、及び下アーム用の複数の半導体素子がそれぞれ一列に並設されてなる半導体モジュールと、コンデンサが複数搭載されてなるコンデンサモジュールと、を備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モータに可変電流のＡＣ電力を供給するインバータ装置（半導体装置）は、スイッチング素子としての半導体素子が搭載された主回路基板を備える半導体モジュールを備えるとともに、半導体モジュールで電力変換された電力の出力端子を備える（例えば、特許文献１参照）。図８に示すように、特許文献１に開示のＡＣコントローラ９０（半導体装置）において、ベース９５の中央には、直流電力を交流電力に変換するインバータ９１が設置されている。このインバータ９１には、直流電力を入力するための入力端子９１ａが設けられるとともに、３相の交流電力を出力するための出力端子９１ｂが設けられている。インバータ９１の入力端子９１ａ側の側方には、入力電力を安定して供給するためのコンデンサ９２が複数設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３５５９１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のＡＣコントローラ９０において、コンデンサ９２はインバータ９１の側方に複数併設されている。そして、複数のコンデンサ９２には、インバータ９１に近いものもあれば、インバータ９１に遠いものもあり、複数のコンデンサ９２の間でインバータ９１との距離に差が生じている。すると、コンデンサ９２からインバータ９１の各スイッチング素子への電流経路の長さに差が生じ、電流経路が長くなればなるほどインダクタンスが大きくなってしまい、スイッチング時の損失が大きくなってしまう。さらに、インダクタンスが大きくなると、スイッチング素子のスイッチング時に過大なサージ電圧が発生して、スイッチング素子が損傷を受けてしまう恐れがある。
【０００５】
本考案は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特定のスイッチング素子に過大なサージ電圧が発生することを防止することができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の考案は、３相インバータ回路の各相を構成する、複数の半導体素子が一列に配列されてなる上アーム用半導体素子、及び複数の半導体素子が一列に配列されてなる下アーム用半導体素子が、それぞれ主回路基板上に並設されてなる半導体モジュールと、コンデンサ基板に、前記３相インバータ回路に対し並列接続された複数のコンデンサが搭載されてなるコンデンサモジュールと、を備える半導体装置に関する。前記主回路基板の上方かつ前記主回路基板と対向する位置に前記コンデンサ基板が配置され、前記主回路基板における各相を構成する前記上アーム用半導体素子、及び前記下アーム用半導体素子の両側には前記コンデンサ基板と前記主回路基板とを電気的に接続する接続電極部を備え、前記コンデンサ基板上において前記複数のコンデンサは、上面視で、前記主回路基板の各相の上アーム用の半導体素子及び下アーム用の半導体素子の上方に重なる位置に配置されている。
【０００７】
例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム及び下アームが六列に並設されてなる半導体モジュールにおいて、それぞれ複数の半導体素子が並列接続されて構成される上アーム用半導体素子及び下アーム用半導体素子の列方向の一端側にコンデンサが纏めて配置されていると、それらコンデンサから上下各アーム用半導体素子の列方向の他端側の半導体素子までの電流経路が長くなり、その半導体素子に関しては配線インダクタンスが大きくなってしまう。また、３相の上アーム用半導体素子及び下アーム用半導体素子が六列に並設され、かつ上アーム用半導体素子及び下アーム用半導体素子の列方向に直交する方向の両側にコンデンサが分散されて配置されているとする。この場合、３相のうち真ん中の相の上下アーム用半導体素子においては、両側の相の上下アーム用半導体素子に比べてコンデンサからの電流経路が長くなり、配線インダクタンスが大きくなってしまう。
【０００８】
しかし、本考案によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム用半導体素子及び下アーム用半導体素子それぞれに重なる位置にコンデンサが配置され、かつ、各アームに隣接してコンデンサ基板から主回路基板への電流経路が構成されている。このため、複数の半導体素子が一列に配置されるとともに互いに並列接続されてなる各アームにおいて、コンデンサから各半導体素子への電流経路は均等化される。したがって、各相において、各アームを構成する一列に配列された複数の半導体素子間における配線インダクタンスの差を小さくすることができるとともに、特定の半導体素子に過大なサージ電圧が発生することを抑制できる。
【考案の効果】
【０００９】
本考案によれば、特定のスイッチング素子に過大なサージ電圧が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の半導体装置を示す分解斜視図。
【図２】実施形態の半導体装置を示す側面図。
【図３】半導体装置の回路構成図。
【図４】コンデンサと半導体素子との上下関係を示す平面図。
【図５】別例の半導体装置における半導体モジュールを示す平面図。
【図６】別例の半導体装置におけるコンデンサモジュールを示す平面図。
【図７】別例の半導体装置におけるコンデンサモジュールを示す平面図。
【図８】背景技術を示す図。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
以下、本考案を車両に搭載される半導体装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
半導体装置１０は車載走行モータを駆動する３相インバータである。まず、半導体装置１０の３相インバータ回路を説明する。図３に示すように、３相インバータ回路の主回路基板２２には、スイッチング素子Ｑとそのスイッチング素子Ｑに逆並列されたダイオードＤをワンチップ化した半導体素子２３が複数実装されている。図１に示すように、主回路基板２２には複数の半導体素子２３が実装されるが、図３では３相インバータ回路の説明を簡単にするため、図１の３相インバータ回路を等価的に示している。
【００１２】
さて、３相インバータ回路は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ）が使用されている。３相インバータ回路は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレインとソース間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に接続されている。第１、第４及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５及び第１、第４及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５に接続されたダイオードＤ１，Ｄ４，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第２、第３及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６及び第２、第３及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６に接続されたダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。
【００１３】
なお、図１に示すように、主回路基板２２の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子２３が並列接続されて、第１の半導体素子群Ｇ１が構成されている。なお、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第１の半導体素子群Ｇ１を、Ｑ１とＤ１として等価的に表示している。同様に、主回路基板２２の幅方向に並べて設置された６個の半導体素子２３が並列接続されて、第２〜第６の半導体素子群Ｇ２〜第６が構成されている。なお、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第２の半導体素子群Ｇ２を、Ｑ２とＤ２として等価的に表示し、６個並列接続された半導体素子２３からなる第３の半導体素子群Ｇ３を、Ｑ３とＤ３として等価的に表示している。さらに、図３では、６個並列接続された半導体素子２３からなる第４の半導体素子群Ｇ４を、Ｑ４とＤ４として等価的に表示し、６個並列接続された半導体素子２３からなる第５の半導体素子群Ｇ５を、Ｑ５とＤ５として等価的に表示している。また、６個並列接続された半導体素子２３からなる第６の半導体素子群Ｇ６を、Ｑ６とＤ６として等価的に表示している。
【００１４】
そして、第１の半導体素子群Ｇ１がＵ相の上アーム用半導体素子群を、第４の半導体素子群Ｇ４がＶ相の上アーム用半導体素子群を、第５の半導体素子群Ｇ５がＷ相の上アーム用半導体素子群を構成している。また、第２の半導体素子群Ｇ２がＵ相の下アーム用半導体素子群を、第３の半導体素子群Ｇ３がＶ相の下アーム用半導体素子群を、第６の半導体素子群Ｇ６がＷ相の下アーム用半導体素子群を構成している。
【００１５】
したがって、第１の半導体素子群Ｇ１の各半導体素子２３がＵ相の上アーム用の半導体素子を、第４の半導体素子群Ｇ４の各半導体素子２３がＶ相の上アーム用の半導体素子を、第５の半導体素子群Ｇ５の各半導体素子２３がＷ相の上アーム用の半導体素子を構成している。また、第２の半導体素子群Ｇ２の各半導体素子２３がＵ相の下アーム用の半導体素子を、第３の半導体素子群Ｇ３の各半導体素子２３がＶ相の下アーム用の半導体素子を、第６の半導体素子群Ｇ６の各半導体素子２３がＷ相の下アーム用の半導体素子を構成している。
【００１６】
また、Ｕ相においては、上アームの第１の半導体素子群Ｇ１と下アームの第２の半導体素子群Ｇ２が直列に接続されるとともに、Ｖ相においては、上アームの第４の半導体素子群Ｇ４と下アームの第３の半導体素子群Ｇ３とが直列に接続されている。さらに、Ｗ相においては、上アームの第５の半導体素子群Ｇ５と下アームの第６の半導体素子群Ｇ６が直列に接続されている。
【００１７】
図３に示すように、３相インバータ回路は、車載バッテリ２０に電気的に接続された正極側入力電極２７と負極側入力電極２８を有する。また、図１に示すように、正極側入力電極２７には、正極側中継端子２６が電気的に接続されるとともに、負極側入力電極２８には、負極側中継端子２５が電気的に接続されている。
【００１８】
そして、第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン用の導体パターンは、正極側入力電極２７に電気的に接続されている。第４及び第５のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のドレイン用の導体パターンは、正極側中継端子２６を介して正極側入力電極２７に電気的に接続されている。また、第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のソース用の導体パターンは、負極側中継端子２５を介して負極側入力電極２８と電気的に接続されている。さらに、第６のスイッチング素子Ｑ６のソース用の導体パターンは、負極側入力電極２８と電気的に接続されている。
【００１９】
また、正極側入力電極２７と負極側入力電極２８の間には複数のコンデンサ３２が並列に接続されている。これらコンデンサ３２は、直列に接続された上アーム（第１、第４、第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５）と下アーム（第２、第３、第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６）、すなわち、３相インバータ回路に対して並列に接続されているとともに、コンデンサ基板３１に複数実装されている。
【００２０】
なお、図１に示すように、コンデンサ３２は、コンデンサ基板３１に多数実装されるが、３相インバータ回路の説明を簡単にするため、図３では、等価的にコンデンサ３２を示している。そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極側の導体パターンを介して正極側入力電極２７に接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極側の導体パターンを介して負極側入力電極２８に接続されている。そして、車載バッテリ２０からの主電流が、正極側入力電極２７からコンデンサ３２に流れると、コンデンサ３２に充電される。コンデンサ３２に充電された電流は、コンデンサ３２から半導体素子２３へと供給される。
【００２１】
図３に示すように、第１と第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点はＵ相出力端子Ｕに、第３と第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点はＶ相出力端子Ｖに、第５と第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点はＷ相出力端子Ｗに、それぞれ接続されている。そして、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗは、出力機器としての車載走行モータ（図示せず）に接続されている。
【００２２】
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートは制御回路基板４０に接続されている。そして、制御回路基板４０の制御回路によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がスイッチング制御されて車載走行モータに電力を供給するようになっている。
【００２３】
次に、半導体装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、半導体装置１０のヒートシンク１１は、アルミニウム系金属や銅等で矩形板状に形成されるとともに、このヒートシンク１１の上面には、半導体モジュール１２が支持されている。半導体モジュール１２は、主回路基板２２に複数の半導体素子２３が実装されてなる。主回路基板２２は矩形板状をなす。ここで、主回路基板２２の長辺方向を長さ方向とし、長さ方向に直交する方向を幅方向とする。
【００２４】
主回路基板２２は、金属基板の上面に絶縁コーティングを施し、その絶縁コーティングの上に銅又はアルミ製の導体パターンが形成されて構成されている。図４の２点鎖線に示すように、主回路基板２２の導体パターンＰは、主回路基板２２の幅方向へ細長に延びるシート状に形成されている部分を備える。
【００２５】
主回路基板２２の上面には、半導体素子２３が複数実装されている。具体的には、半導体素子２３は半田付けにて主回路基板２２の導体パターンＰと接合されている。
複数の半導体素子２３は、主回路基板２２の幅方向に沿って１列に延びるように並設された半導体素子群Ｇが、主回路基板２２の長さ方向に複数列（６列）並ぶように配設されている。各半導体素子群Ｇは、それぞれ個別の導体パターンＰに電気的に接続されるとともに、各半導体素子群Ｇの複数の半導体素子２３それぞれは導体パターンＰに並列に接続されている。
【００２６】
なお、６列の半導体素子群Ｇを、図４の右側から第１の半導体素子群Ｇ１とし、左側に向けて第２の半導体素子群Ｇ２、第３の半導体素子群Ｇ３、第４の半導体素子群Ｇ４、第５の半導体素子群Ｇ５、第６の半導体素子群Ｇ６とする。また、主回路基板２２の長さ方向に隣り合う半導体素子群Ｇは、互いに間隔を空けて配設されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、主回路基板２２の長さ方向の一端側には、アルミニウムにより略棒状に形成された接続電極部としての正極側入力電極２７が配置されるとともに、長さ方向の他端側には、アルミニウムにより略棒状に形成された接続電極部としての負極側入力電極２８が配置されている。正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８は、主回路基板２２の導体パターンＰ上に配置されるパターン接続用電極部２７ａ，２８ａを備える。パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、主回路基板２２の幅方向に細長に延びる矩形板状（帯状）に形成されている。そして、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、その長さ方向が導体パターンＰの長さ方向に沿うように配置されるとともに、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａは導体パターンＰに対し面接触して電気的に接続されている。
【００２８】
正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８において、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａの長さ方向の中央には丸棒状をなす外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃが立設されている。正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃは、第１の半導体素子群Ｇ１の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に隣り合うように配設されている。また、負極側入力電極２８の外部接続用電極部２８ｃは、第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に隣り合うように配設されている。
【００２９】
図４に示すように、第１の半導体素子群Ｇ１の６個の半導体素子２３を、主回路基板２２の幅方向の一端側（図４の上側）から第１半導体素子２３ａ、第２半導体素子２３ｂ、第３半導体素子２３ｃ、第４半導体素子２３ｄ、第５半導体素子２３ｅ、第６半導体素子２３ｆとする。この場合、第１半導体素子２３ａから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第６半導体素子２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになる。また、第２半導体素子２３ｂから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第５半導体素子２３ｅから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離より短くなる。さらに、第３半導体素子２３ｃから外部接続用電極部２７ｃまでの距離と、第４半導体素子２３ｄから外部接続用電極部２７ｃまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用電極部２７ｃまでの距離、さらには、第２及び第５半導体素子２３ｂ，２３ｅから外部接続用電極部２７ｃまでの距離より短くなる。すなわち、このように外部接続用電極部２７ｃを配置することで、主回路基板２２の幅方向に複数並べて配置された各半導体素子２３から外部接続用電極部２７ｃまでの電流経路を考えた場合、最も遠い電流経路と最も近い電流経路の差が最小となる。
【００３０】
図２に示すように、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａの上面は、コンデンサ基板３１を支持するコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆを構成している。さらに、外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃにおいて、コンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆより上側の周面からは、制御回路基板４０を支持する制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇが突設されている。
【００３１】
そして、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２７ａ，２８ａは、その下面が、導体パターンＰに面接触するとともに、主回路基板２２を介してヒートシンク１１に面接触し、パターン接続用電極部２７ａ，２８ａとヒートシンク１１とは熱的に結合されている。
【００３２】
図１に示すように、３相インバータ回路は、車載走行モータに接続されるＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗを備える。Ｕ相の上アーム用半導体素子群（第１の半導体素子群Ｇ１）と下アーム用半導体素子群（第２の半導体素子群Ｇ２）との間にＵ相出力端子Ｕが配置されるとともに、Ｖ相の上アーム用半導体素子群（第４の半導体素子群Ｇ４）と下アーム用半導体素子群（第３の半導体素子群Ｇ３）との間にＶ相出力端子Ｖが配置されている。さらに、Ｗ相の上アーム用半導体素子群（第５の半導体素子群Ｇ５）と下アーム用半導体素子群（第６の半導体素子群Ｇ６）との間にＷ相出力端子Ｗが配置されている。
【００３３】
Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗは、主回路基板２２の導体パターンＰ上に配置される基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａをそれぞれ備え、各基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは矩形板状（帯状）に形成されている。そして、基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは、その長さ方向が第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向に延びるように配置されるとともに、基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは導体パターンＰに対し面接触して電気的に接続されている。Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗにおいて、各基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａの長さ方向の中央には丸棒状をなす外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂが立設されている。そして、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗの各外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂが車載走行モータに接続されている。
【００３４】
Ｕ相出力端子Ｕの外部接続用端子部Ｕｂは、第１の半導体素子群Ｇ１及び第２の半導体素子群Ｇ２の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に配置されている。Ｖ相出力端子Ｖの外部接続用端子部Ｖｂは、第３の半導体素子群Ｇ３と第４の半導体素子群Ｇ４の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に配置されている。Ｗ相出力端子Ｗの外部接続用端子部Ｗｂは、第５の半導体素子群Ｇ５と第６の半導体素子群Ｇ６の複数の半導体素子２３が並ぶ幅方向中央に配置されている。
【００３５】
ここで、Ｕ相の上アーム用半導体素子群である第１の半導体素子群Ｇ１、及びＵ相の下アーム用半導体素子群である第２の半導体素子群Ｇ２の６個の半導体素子２３を、上記と同様に第１〜第６半導体素子２３ａ〜２３ｆとする。この場合、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第１半導体素子２３ａから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第６半導体素子２３ｆから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになる。また、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第２半導体素子２３ｂから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第５半導体素子２３ｅから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになり、第１及び第６半導体素子２３ａ，２３ｆから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離より短くなる。さらに、両半導体素子群Ｇ１，Ｇ２の第３半導体素子２３ｃから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離と、第４半導体素子２３ｄから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離は同じになり、第２及び第５半導体素子２３ｂ，２３ｅから外部接続用端子部Ｕｂまでの距離より短くなる。すなわち、このように外部接続用端子部Ｕｂを配置することで、主回路基板２２の幅方向に複数並べて配置された各半導体素子２３から外部接続用端子部Ｕｂまでの電流経路を考えた場合、最も遠い電流経路と最も近い電流経路の差が最小となる。
【００３６】
また、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂの上端から主回路基板２２の上面までの距離（高さ）は、主回路基板２２の幅方向への長さ（幅）より短くなっている。
【００３７】
主回路基板２２の長さ方向に隣り合う第２の半導体素子群Ｇ２と第３の半導体素子群Ｇ３の間には、接続電極部としての負極側中継端子２５が配設されるとともに、第４の半導体素子群Ｇ４と第５の半導体素子群Ｇ５の間には、接続電極部としての正極側中継端子２６が配設されている。よって、Ｕ相の上アーム用半導体素子群（第１の半導体素子群Ｇ１）には正極側入力電極２７が隣接し、下アーム用半導体素子群（第２の半導体素子群Ｇ２）には負極側中継端子２５が隣接している。また、Ｖ相の上アーム用半導体素子群（第４の半導体素子群Ｇ４）には正極側中継端子２６が隣接し、下アーム用半導体素子群（第３の半導体素子群Ｇ３）には負極側中継端子２６が隣接している。さらに、Ｗ相の上アーム用半導体素子群（第５の半導体素子群Ｇ５）には正極側中継端子２６が隣接し、下アーム用半導体素子群（第６の半導体素子群Ｇ６）には負極側入力電極２８が隣接している。なお、正極側中継端子２６及び負極側中継端子２５の高さは、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの基部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａよりも高くなっている。
【００３８】
そして、第１の半導体素子群Ｇ１のドレイン用の導体パターンＰは、正極側入力電極２７のパターン接続用電極部２７ａに電気的に接続されている。第３及び第５の半導体素子群Ｇ３，Ｇ５のドレイン用の導体パターンＰは、正極側中継端子２６を介して正極側入力電極２７に電気的に接続されている。また、第２及び第４の半導体素子群Ｇ２，Ｇ４のソース用の導体パターンＰは、負極側中継端子３４を介して負極側入力電極２８と電気的に接続されている。さらに、第６の半導体素子群Ｇ６のソース用の導体パターンＰは、負極側中継端子３４を介して負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２８ａと電気的に接続されている。なお、主回路基板２２には、主回路側コネクタ部２２ｂが設けられている。
【００３９】
さらに、第１の半導体素子群Ｇ１のソース電極は、Ｕ相出力端子Ｕの基部Ｕａに電気的に接続され、第２の半導体素子群Ｇ２のドレイン電極はＵ相出力端子Ｕの基部Ｕａに電気的に接続されている。第４の半導体素子群Ｇ４のソース電極は、Ｖ相出力端子Ｖの基部Ｖａに電気的に接続され、第３の半導体素子群Ｇ３のドレイン電極はＶ相出力端子Ｖの基部Ｖａに電気的に接続されている。さらに、第５の半導体素子群Ｇ５のソース電極は、Ｗ相出力端子Ｗの基部Ｗａに電気的に接続され、第６の半導体素子群Ｇ６のドレイン電極はＷ相出力端子Ｗの基部Ｗａに電気的に接続されている。
【００４０】
図１及び図２に示すように、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８のコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆ上には、コンデンサモジュール３０が支持され、主回路基板２２の上方にコンデンサモジュール３０が配置されている。このコンデンサモジュール３０は、コンデンサ基板３１とコンデンサ３２とから構成されている。コンデンサ基板３１は、主回路基板２２とほぼ同じ矩形状に形成されるとともに、主回路基板２２の上方に配置されている。そして、コンデンサ基板３１は、その下面が主回路基板２２に対向するように横置きされて、主回路基板２２上に段積みされている。
【００４１】
図４に示すように、コンデンサ３２は、第１の半導体素子群Ｇ１（Ｕ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第２の半導体素子群Ｇ２（Ｕ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。また、コンデンサ３２は、第４の半導体素子群Ｇ４（Ｖ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第３の半導体素子群Ｇ３（Ｖ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。さらに、コンデンサ３２は、第５の半導体素子群Ｇ５（Ｗ相の上アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられるとともに、第６の半導体素子群Ｇ６（Ｗ相の下アーム用半導体素子群）に対応して複数設けられている。
【００４２】
そして、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれにおいて、半導体装置１０の上面視において、コンデンサ３２の下方に重なる位置に半導体素子２３が配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれにおいて、主回路基板２２の幅方向の両側に複数のコンデンサ３２が配置されるとともに、幅方向の両側に分散されたコンデンサ３２は、それぞれ各相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂを中心に点対称に配置されている。したがって、幅方向の両側に分散されたコンデンサ３２それぞれから外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂまでの距離が同じになっている。
【００４３】
そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極側の導体パターンを介して正極側入力電極２７のパターン接続用電極部２７ａに接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極側の導体パターンを介して負極側入力電極２８のパターン接続用電極部２８ａに接続されている。
【００４４】
図１及び図２に示すように、主回路基板２２上には、補助ブラケット５０が支持されている。この補助ブラケット５０は、主回路基板２２の長さ方向に延びる矩形板状のブラケット本体５１と、ブラケット本体５１の長さ方向の両側に形成された一対の脚部５２とからなる。そして、一対の脚部５２が、主回路基板２２の長さ方向の両端に固定されるとともに、ブラケット本体５１が、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８の制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇに支持されている。
【００４５】
ブラケット本体５１上には制御回路基板４０が支持されるとともに、制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇには、ブラケット本体５１を介して制御回路基板４０が支持されている。制御回路基板４０は、ブラケット本体５１とほぼ同じ矩形状に形成されるとともに、制御回路基板４０は、コンデンサ基板３１、及び主回路基板２２とほぼ同じ形状に形成されている。また、制御回路基板４０は、その下面がコンデンサ基板３１に対向するように横置きされて、主回路基板２２上に段積みされている。
【００４６】
したがって、半導体装置１０においては、ヒートシンク１１から上に向かって、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０が段積みされるとともに、三枚の基板２２，３１，４０が互いに間隔を空けて平行に配列されている。詳細には、主回路基板２２上の半導体素子２３の上方にコンデンサ基板３１が配置されるとともに、コンデンサ基板３１上のコンデンサ３２の上方に制御回路基板４０が配置されている。さらに、制御回路基板４０上に電子部品４１が配置されている。したがって、ヒートシンク１１から上に向かって、主回路基板２２、半導体素子２３、コンデンサ基板３１、コンデンサ３２、制御回路基板４０、及び電子部品４１が積み重ねられている。
【００４７】
図２に示すように、半導体装置１０の全体の体格において、最も高い位置は、正極側入力電極２７、負極側入力電極２８、Ｕ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗの上端である。これら正極側入力電極２７、負極側入力電極２８、及び各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの上端より下側で、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、制御回路基板４０が段積みされている。また、図４に示すように、半導体装置１０の全体の体格において、主回路基板２２の幅方向及び長さ方向では、ヒートシンク１１が一番大きくなっており、主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０は、ヒートシンク１１のサイズ内に収まるように形成されている。
【００４８】
正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８において、制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇには、導電カラー５３が支持されるとともに、導電カラー５３は制御回路基板４０の導電パターン（図示せず）と電気的に接続されている。そして、この導電カラー５３を介して、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８と制御回路基板４０が電気的に接続されている。
【００４９】
制御回路基板４０の上面には、複数の電子部品４１から構成される制御回路が設けられるとともに、この制御回路により各半導体素子２３がスイッチング制御されて車載走行モータに電力を供給することができるようになっている。制御回路基板４０の上面には制御回路側コネクタ部４２が設けられている。そして、制御回路側コネクタ部４２と、主回路基板２２の主回路側コネクタ部２２ｂとが、接続部材としてのフラットケーブル５５によって信号接続されている。
【００５０】
次に、上記構成の半導体装置１０の作用について説明する。
車載バッテリ２０からの直流電流が、正極側入力電極２７の外部接続用電極部２７ｃからパターン接続用電極部２７ａを流れて、コンデンサ３２を流れるとともに、第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６に流れる。上アームの第１、第４及び第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５、及び下アームの第２、第３及び第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６が、電子部品４１によって制御され、それぞれ所定周期でオン、オフ制御される。すると、交流電流がＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ、及びＷ相出力端子Ｗを経て車載走行モータに供給されて駆動される。そして、電流は負極側入力電極２８から車載バッテリ２０に流れる。
【００５１】
このような半導体装置１０において、主回路基板２２の上方にコンデンサ基板３１が配設され、Ｕ相のコンデンサ３２は、Ｕ相の上アーム用の半導体素子（第１の半導体素子群Ｇ１）及び下アーム用の半導体素子（第２の半導体素子群Ｇ２）の上方に重なる位置に配置されている。また、Ｖ相のコンデンサ３２は、Ｖ相の上アーム用の半導体素子（第４の半導体素子群Ｇ４）及び下アーム用の半導体素子（第３の半導体素子群Ｇ３）の上方に重なる位置に配置されている。さらに、Ｖ相のコンデンサ３２は、Ｖ相の上アーム用の半導体素子（第５の半導体素子群Ｇ５）及び下アーム用の半導体素子（第６の半導体素子群Ｇ６）の上方に重なる位置に配置されている。
【００５２】
さらに、半導体装置１０において、各相の上アーム用の第１、第４、第５の半導体素子群Ｇ１、Ｇ４，Ｇ５に隣接して正極側入力電極２７、正極側中継端子２６が配置され、下アーム用の第２、第３、第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６に隣接して負極側入力電極２８、負極側中継端子２５が配置されている。さらに、上下各アームに隣接してコンデンサ基板３１から主回路基板２２への電流経路が構成されている。よって、複数の半導体素子２３が一列に配置されるとともに互いに並列接続されてなる各アームの第１〜第６の半導体素子群Ｇ１〜Ｇ６においてコンデンサ３２から各半導体素子２３への電流経路は均等化される。
【００５３】
さらに、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８には、コンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆが形成されるとともに、それらコンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆの上部に制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇが形成されている。そして、コンデンサ基板用支持部２７ｆ，２８ｆにコンデンサ基板３１が支持されるとともに、制御回路基板用支持部２７ｇ，２８ｇに制御回路基板４０が支持されている。このため、ヒートシンク１１から上に向かって主回路基板２２、コンデンサ基板３１、及び制御回路基板４０が段積みされ、制御回路基板４０は外部接続用端子部Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂの上端より低い位置に配設されている。
【００５４】
また、半導体装置１０において、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８の外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃが、主電流が流れることに伴い発熱すると、この熱は外部接続用電極部２７ｃ，２８ｃからパターン接続用電極部２７ａ，２８ａを伝わり、半導体モジュール１２の主回路基板２２に伝わる。そして、主回路基板２２に伝わった熱は、ヒートシンク１１に伝わり、ヒートシンク１１から放熱される結果、正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８が冷却され、温度上昇が抑えられる。
【００５５】
さらに、コンデンサ３２が通電に伴い発熱するが、この熱はコンデンサ基板３１を介して正極側入力電極２７及び負極側入力電極２８に伝わり、コンデンサ３２が冷却される。加えて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が通電に伴い発熱するが、この熱は主回路基板２２を介してヒートシンク１１に伝わり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が冷却される。
【００５６】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半導体装置１０は、主回路基板２２の上方にコンデンサ基板３１が配設されている。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム用半導体素子（第１、第４、第５の半導体素子群Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５）及び下アーム用半導体素子（第２、第３、第６の半導体素子群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６）それぞれに重なる位置にコンデンサ３２が配置されている。さらに、各アームに隣接してコンデンサ基板３１から主回路基板２２への電流経路が構成されている。このため、複数の半導体素子２３が一列に配置されるとともに互いに並列接続されてなる上下各アームにおいてコンデンサ３２から各半導体素子２３への電流経路は均等化される。したがって、各相において、各アームを構成する一列に配列された複数の半導体素子２３間における配線インダクタンスの差を小さくすることができるとともに、特定の半導体素子２３に過大なサージ電圧が発生することを抑制できる。
【００５７】
（２）また、コンデンサ３２から半導体素子２３への電流経路は短く、しかも半導体素子２３とコンデンサ３２との間の電流経路に差がほとんど無くなる。このため、半導体素子２３の間での発熱量の差も小さくすることができる。
【００５８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、ヒートシンク１１を金属板製としたが、ヒートシンク１１を熱伝導率の高い合成樹脂製に変更してもよい。さらには、ヒートシンク１１にフィン等を設けてもよいし、冷媒をヒートシンク１１内に流通可能にしたものであってもよい。
【００５９】
○  半導体装置１０の用途は、車両に搭載されるものに限らず、家電製品や産業機械に適用してもよい。
○  半導体素子２３の数及びコンデンサ３２の数は任意に変更してもよく、数の変更に合わせて主回路基板２２及びコンデンサ基板３１の大きさを変更してもよい。図５に示すように、ヒートシンク１１及び主回路基板２２を幅方向に拡大し、半導体素子２３の数を実施形態より多くしてもよい。さらに、図６に示すように、半導体素子２３の増加に合わせてコンデンサモジュール３０におけるコンデンサ基板３１を幅方向に拡大する。そして、半導体素子２３の上方にコンデンサ３２が位置するようにコンデンサ３２を増加させてもよい。また、図７に示すようにＵ相の外部接続用端子部Ｕｂの両側、Ｖ相の外部接続用端子部Ｖｂの両側、及びＷ相の外部接続用端子部Ｗｂの両側に、コンデンサ基板３１の幅方向全体に亘って複数のコンデンサ３２を並べてもよい。
【００６０】
○  スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳＦＥＴに限らず、他のパワートランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ））やサイリスタを使用してもよい。
【００６１】
○  半導体装置１０は、３相インバータ回路に限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
Ｇ１，Ｇ４，Ｇ５…上アーム用半導体素子としての第１、第４、第５の半導体素子群、Ｇ２，Ｇ３，Ｇ６…下アーム用半導体素子としての第２、第３、第６の半導体素子群、１０…半導体装置、１２…半導体モジュール、２２…主回路基板、２３…半導体素子、３０…コンデンサモジュール、３１…コンデンサ基板、３２…コンデンサ。
【図１】
0003173512.tif 000003
【図２】
0003173512.tif 000004
【図３】
0003173512.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003173512.tif 000007
【図６】
0003173512.tif 000008
【図７】
0003173512.tif 000009
【図８】
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