JP2005192328A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極線の配置構造を改善して実装面積を縮小した半導体装置を提供する。
【解決手段】 絶縁基板３４上に正極導体基板１０、負極導体基板１２および出力導体基板１４が設けられる。正極バスバー１６および負極バスバー１８は、それぞれ正極導体基板１０および負極導体基板１２に接続され、対応する各導体基板の略法線方向に立設される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、基板上に設けられる回路に電流を入出力する電極線の配置構造に関する。

２枚の幅広電極を絶縁体を介して対向して配置すると、これらの電極に互いに逆方向の電流が流れるとき、各々の電極から発生する磁界が相殺されて減少し、電極のインダクタンスを低減できることが一般的に知られている。

そして、特開２００１−３３２６８８号公報では、相補的に開閉するスイッチング素子が２個直列に接続され、かつ、その直列接続された２個のスイッチング素子の両端にそれぞれ電源からの高電位電力線および低電位電力線が接続され、さらに、その２個のスイッチング素子の接続点から負荷への出力線が引き出された回路であって、厚さよりも幅が大きい幅広電極で各電力線および出力線が形成され、かつ、絶縁体を介して高電位電力線、出力線、および低電位電力線の順に厚さ方向に積層された３層幅広電極構造を有する半導体装置が開示されている。

この発明によると、出力線に流れるのと同じ電流が高電位電力線または低電位電力線のいずれかを出力線と反対方向に流れるため、電流によって発生する磁界を相殺することができ、これによって配線インダクタンスを効果的に低減することができる。
特開２００１−３３２６８８号公報 特開平６−３８５０７号公報

しかしながら、特開２００１−３３２６８８号公報に記載された半導体装置では、３層幅広電極は、スイッチング素子が搭載される絶縁基板に平行に設けられるので、半導体装置の実装面積が大きくなってしまう。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極線の配置構造を改善して実装面積を縮小した半導体装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、電極線の配置構造を改善して実装面積を縮小し、かつ、電極の配線インダクタンスを低減した半導体装置を提供することである。

この発明によれば、半導体装置は、基板上に設けられた回路に電流を入出力する第１および第２の電極線を備え、第１および第２の電極線の各々は、基板の略法線方向に基板から引き出される。

好ましくは、第１および第２の電極線の各々は、厚さよりも幅が大きい幅広電極板である。

好ましくは、第２の電極線は、第１の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、回路に電流を入出力し、第１および第２の電極線は、互いに近接して平行に配設される。

好ましくは、第１および第２の電極線は、絶縁層を介して厚さ方向に積層される。

また、この発明によれば、半導体装置は、第１および第２の電力線の間に直列に接続され、かつ、各々の接続部に第３の電力線が接続される第１および第２のスイッチング回路を備えた半導体装置であって、第１の電力線を構成し、かつ、基板上に設けられた第１のスイッチング回路に電流を入出力する第１の電極線と、第２の電力線を構成し、かつ、基板上に設けられた第２のスイッチング回路に電流を入出力する第２の電極線と、第３の電力線を構成し、かつ、接続部に電流を入出力する第３の電極線とを備え、第１から第３の電極線は、基板の略法線方向に基板から引き出される。

好ましくは、第３の電極線は、第１の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、接続部に電流を入出力し、第２の電極線は、第３の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、第２のスイッチング回路に電流を入出力し、第１から第３の電極線の各々は、厚さよりも幅が大きい幅広電極板であり、第１から第３の電極線は、第１の電極線、第３の電極線、第２の電極線の順に絶縁層を介して厚さ方向に積層される。

好ましくは、半導体装置は、基板上に設けられ、かつ、第１から第３の電極線がそれぞれ接続される第１から第３の導体基板をさらに備え、第１および第３の導体基板は、基板の平面方向に隣接して配設され、第２の導体基板は、第３の導体基板に囲まれるように配設され、第１から第３の電極線は、第１から第３の導体基板の各々の一部が第１の導体基板、第３の導体基板、第２の導体基板の順に配置される部位に接続される。

好ましくは、第１および第２のスイッチング回路は、それぞれ第１および第３の導体基板上に搭載され、かつ、それぞれ第３および第２の導体基板と電気的に接続される。

好ましくは、半導体装置は、基板上に設けられ、かつ、第１から第３の電極線がそれぞれ接続される第１から第３の導体基板をさらに備え、第２および第３の導体基板は、基板の平面方向に隣接して配設され、第１の導体基板は、第３の導体基板に囲まれるように配設され、第１から第３の電極線は、第１から第３の導体基板の各々の一部が第１の導体基板、第３の導体基板、第２の導体基板の順に配置される部位に接続される。

好ましくは、第１および第２のスイッチング回路は、それぞれ第３および第２の導体基板上に搭載され、かつ、それぞれ第１および第３の導体基板と電気的に接続される。

好ましくは、第１および第２のスイッチング回路の各々は、スイッチングトランジスタと、スイッチングトランジスタに並列して設けられる還流ダイオードとを含み、第１および第２の電極線は、それぞれ正極および負極の電力線であり、第３の電極線は、電気負荷に接続される。

この発明による半導体装置においては、第１および第２の電極線が基板の略法線方向に基板から引き出されるので、第１および第２の電極線は、基板の平面方向に面積を大きく占有しない。

したがって、この発明によれば、半導体装置の実装面積を縮小できる。

また、この発明による半導体装置においては、第１および第２の電極線が幅広電極板からなるが、第１および第２の電極線が基板の略法線方向に基板から引き出されるので、第１および第２の電極線は、基板の平面方向に面積を大きく占有しない。

したがって、この発明によれば、半導体装置の実装面積を縮小できる。

また、この発明による半導体装置においては、互いに逆方向の電流が流れる第１および第２の電極線が互いに近接して平行に配設されるので、各電極から発生する磁界が相殺される。

したがって、この発明によれば、各電極の配線インダクタンスを低減できる。

また、この発明による半導体装置においては、幅広の第１および第２の電極線が絶縁層を介して厚さ方向に積層されるので、各電極から発生する磁界が相殺される。

したがって、この発明によれば、各電極の配線インダクタンスを低減できる。

また、この発明による半導体装置においては、第１から第３の電極線が基板の略法線方向に基板から引き出されるので、第１から第３の電極線は、基板の平面方向に面積を大きく占有しない。

したがって、この発明によれば、半導体装置の実装面積を縮小できる。

また、この発明による半導体装置においては、隣接する電極線とは逆方向の電流が流れる幅広の第１から第３の電極線が絶縁層を介して厚さ方向に積層されるので、各電極から発生する磁界が相殺される。

したがって、この発明によれば、各電極の配線インダクタンスを低減できる。

また、この発明による半導体装置においては、第１および第３の導体基板が基板の平面方向に隣接して配設され、第２の導体基板が第３の導体基板に囲まれるように配設され、第１から第３の導体基板の各々の一部が第１，第３，第２の導体基板の順に配置される部位に第１から第３の電極線が接続されるので、第１から第３の電極線が互いに近接かつ積層して基板の略法線方向に基板から引き出される。

したがって、この発明によれば、半導体装置の実装面積を縮小でき、かつ、各電極の配線インダクタンスを低減できる。

また、この発明による半導体装置においては、第２および第３の導体基板が基板の平面方向に隣接して配設され、第１の導体基板が第３の導体基板に囲まれるように配設され、第１から第３の導体基板の各々の一部が第１，第３，第２の導体基板の順に配置される部位に第１から第３の電極線が接続されるので、第１から第３の電極線が互いに近接かつ積層して基板の略法線方向に基板から引き出される。

したがって、この発明によれば、半導体装置の実装面積を縮小でき、かつ、各電極の配線インダクタンスを低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による半導体装置の一例として示される負荷駆動装置の主要部の構成を示す回路図である。

図１を参照して、負荷駆動装置１００は、コンバータ２１０と、インバータ２２０と、信号生成回路２３０，２４０と、制御回路２５０と、電流センサ２６０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。コンバータ２１０は、リアクトルＬ１と、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ドライバ２７１，２７２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とからなる。インバータ２２０は、パワートランジスタＱ３〜Ｑ８と、ドライバ２７３〜２７８と、ダイオードＤ３〜Ｄ８とからなる。

直流電源であるバッテリ２００は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、直流電圧を負荷駆動装置１００へ供給するとともに、負荷駆動装置１００からの直流電圧によって充電される。

回転機Ｍ１は、３相交流同期回転機もしくは誘導回転機であって、インバータ２２０から交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、回転機Ｍ１は、発電機としても使用され、減速時の発電作用（回生発電）により発電された電圧は、コンバータ２１０を用いて降圧され、バッテリ２００に供給される。

コンバータ２１０を構成するパワートランジスタＱ１，Ｑ２は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ライン２９２と接地ライン２９３との間に直列に接続される。また、各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。

ドライバ２７１，２７２は、信号生成回路２３０からＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ受け、そのＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてそれぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング動作を行なう。

リアクトルＬ１は、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じてコイルに流される電流を磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリ２００からの直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ライン２９２に供給する。

平滑コンデンサＣ１は、電源ライン２９１と接地ライン２９３との間に接続され、電圧変動に起因するバッテリ２００およびコンバータ２１０に対しての影響を低減する。

インバータ２２０を構成するパワートランジスタＱ３〜Ｑ８は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と同様に、たとえば、ＩＧＢＴからなる。パワートランジスタＱ３，Ｑ４は、Ｕ相アーム２８１を構成し、パワートランジスタＱ５，Ｑ６は、Ｖ相アーム２８２を構成し、パワートランジスタＱ７，Ｑ８は、Ｗ相アーム２８３を構成し、Ｕ相アーム２８１、Ｖ相アーム２８２およびＷ相アーム２８３は、電源ライン２９２と接地ライン２９３との間に並列に接続される。また、各パワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

ドライバ２７３〜２７８は、信号生成回路２４０からＰＷＭ信号Ｓ３〜Ｓ８をそれぞれ受け、そのＰＷＭ信号Ｓ３〜Ｓ８に基づいてそれぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング動作を行なう。

そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、回転機Ｍ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、回転機Ｍ１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、パワートランジスタＱ３，Ｑ４の接続点にＵ相コイルの他端が接続され、パワートランジスタＱ５，Ｑ６の接続点にＶ相コイルの他端が接続され、パワートランジスタＱ７，Ｑ８の接続点にＷ相コイルの他端が接続されている。

平滑コンデンサＣ２は、電源ライン２９２と接地ライン２９３との間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２２０およびコンバータ２１０に対しての影響を低減する。

信号生成回路２３０は、制御回路２５０によって算出されたパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比の演算結果を制御回路２５０から受け、パワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２を生成してそれぞれコンバータ２１０のドライバ２７１，２７２へ出力する。

信号生成回路２４０は、制御回路２５０によって算出された各相の電圧演算結果を制御回路２５０から受け、パワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してそれぞれインバータ２２０のドライバ２７３〜２７８へ出力する。

制御回路２５０は、モータトルク指令値、回転機Ｍ１の各相の電流値、およびインバータ２２０の入力電圧を入力して回転機Ｍ１の各相コイルの電圧を演算し、その演算結果を信号生成回路２４０へ出力する。回転機Ｍ１の各相の電流値は、電流センサ２６０により検出され、インバータ２２０の入力電圧は、図示されない電圧センサにより検出される。

また、制御回路２５０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数を入力してインバータ２２０の入力電圧の最適値（目標値）を演算する。そして、制御回路２５０は、この入力電圧の目標値、インバータ２２０の入力電圧、およびバッテリ２００の電圧に基づいて、インバータ２２０の入力電圧をその目標値にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果を信号生成回路２３０へ出力する。

なお、上記において、インバータ２２０およびコンバータ２１０における各上アームは、「第１のスイッチング回路」を構成し、インバータ２２０およびコンバータ２１０における各下アームは、「第２のスイッチング回路」を構成する。また、電源ライン２９２および接地ライン２９３は、それぞれ「第１の電力線」および「第２の電力線」を構成し、各出力ライン２９４〜２９６は、「第３の電力線」を構成する。また、各パワートランジスタＱ１〜Ｑ８は、「スイッチングトランジスタ」を構成し、各ダイオードＤ１〜Ｄ８は、「還流ダイオード」を構成する。

この負荷駆動装置１００においては、チョッパ式のコンバータ２１０は、信号生成回路２３０からの指令に基づいて、バッテリ２００から受ける直流電圧を昇圧して電源ライン２９２に供給する。そして、インバータ２２０は、平滑コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ライン２９２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転機Ｍ１へ出力する。

また、インバータ２２０は、回転機Ｍ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ライン２９２へ出力する。そして、コンバータ２１０は、平滑コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ライン２９２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ２００へ供給する。

このように、負荷駆動装置１００は、バッテリ２００からの直流電圧を昇圧して回転機Ｍ１を駆動するとともに、回転機Ｍ１によって発電された電力をバッテリ２００へ供給する。

図２は、図１に示されたインバータ２２０のＵ相アームの構造を示す平面図であり、図３は、図２に示されたＵ相アームの断面ＩＩＩ−ＩＩＩの構造を示す断面図である。なお、図３に示すように、このＵ相アームの上面にはバスバーＡＳＳＹ４２が設けられているが、図２においては、Ｕ相アームの内部を図示する関係上、バスバーＡＳＳＹ４２については図示していない。また、図１に示されたインバータ２２０のその他の各相アームおよびコンバータ２１０のアームの構造も、図２，図３に示すＵ相アームの構造と同じであるので、説明は繰り返さない。

図２，図３を参照して、このＵ相アームは、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２と、ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２と、正極導体基板１０と、負極導体基板１２と、出力導体基板１４と、正極バスバー１６と、負極バスバー１８と、絶縁層２２と、ワイヤ２６〜３２と、絶縁基板３４と、ボルト３６と、支柱３７と、冷却器３８とを含む。

パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２は、図１に示されるＵ相上アームを構成する。すなわち、図１の回路図に示されたＵ相上アームは、実際には、並列接続された２つのパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２と、それらにそれぞれ並列接続される２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２から構成されている。そして、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２は、正極導体基板１０上に搭載され、正極導体基板１０とは電気的に接続されている。

パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２は、図１に示されるＵ相下アームを構成する。すなわち、図１の回路図に示されたＵ相下アームは、実際には、並列接続された２つのパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２と、それらにそれぞれ並列接続される２つのダイオードＤ４１，Ｄ４２から構成されている。そして、パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２は、出力導体基板１４上に搭載され、出力導体基板１４とは電気的に接続されている。

正極導体基板１０、負極導体基板１２および出力導体基板１４は、たとえば銅からなる電極板であり、絶縁基板３４上に設けられる。正極導体基板１０および負極導体基板１２には、それぞれ正極バスバー１６および負極バスバー１８が接続され、出力導体基板１４にも、図示されない出力バスバーが接続される。

すなわち、正極導体基板１０は、正極導体基板１０に搭載されるパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２を正極バスバー１６と電気的に接続する。

出力導体基板１４は、凹形状をしており、凹部が正極導体基板１０に対向するようにして正極導体基板１０に隣接して配置され、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２とワイヤ２６，２８によって電気的に接続される。すなわち、出力導体基板１４は、ワイヤ２６，２８によって電気的に接続されたパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２を出力導体基板１４上に搭載されるパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２と電気的に接続する。

負極導体基板１２は、出力導体基板１４の凹部におさまるようにして正極導体基板１０に隣接して配置され、出力導体基板１４上に搭載されるパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２とワイヤ３０，３２によって電気的に接続される。すなわち、負極導体基板１２は、ワイヤ３０，３２によって電気的に接続されたパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２を負極バスバー１８と電気的に接続する。

正極バスバー１６および負極バスバー１８は、たとえば銅からなる厚さよりも幅の広い幅広電極である。

正極バスバー１６は、負極導体基板１２に近接する位置であって、かつ、幅広面が負極導体基板１２に対向するように正極導体基板１０上に立設される。この正極バスバー１６は、図１に示される電源ライン２９２を構成し、バスバーＡＳＳＹ４２内に配線されてインバータ２２０におけるその他の各相上アームの正極導体基板に接続される。

負極バスバー１８は、正極バスバー１６に近接する位置であって、かつ、幅広面が正極バスバー１６の幅広面と対向するように負極導体基板１２上に立設される。この負極バスバー１８は、図１に示される接地ライン２９３を構成し、バスバーＡＳＳＹ４２内に配線されてインバータ２２０におけるその他の各相下アームの負極導体基板に接続される。

絶縁層２２は、正極バスバー１６と負極バスバー１８との間に設けられ、正極バスバー１６および負極バスバー１８を電気的に絶縁する。

ワイヤ２６〜３２は、たとえばアルミからなる電線である。ワイヤ２６は、パワートランジスタＱ３１およびダイオードＤ３１を出力導体基板１４と電気的に接続し、ワイヤ２８は、パワートランジスタＱ３２およびダイオードＤ３２を出力導体基板１４と電気的に接続する。また、ワイヤ３０は、パワートランジスタＱ４１およびダイオードＤ４１を負極導体基板１２と電気的に接続し、ワイヤ３２は、パワートランジスタＱ４２およびダイオードＤ４２を負極導体基板１２と電気的に接続する。

絶縁基板３４は、正極導体基板１０、負極導体基板１２および出力導体基板１４を冷却器３８と電気的に絶縁する。一方、絶縁基板３４は、たとえばアルミナなどの高熱伝導率を有するフィラーを含有しており、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２から正極導体基板１０に伝わった熱、ならびにパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２から出力導体基板１４に伝わった熱を冷却器３８へ伝熱する。

冷却器３８は、内部に複数の冷媒路４０を含み、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２から発生した熱を冷媒路４０を通流する冷媒に放熱する。

バスバーＡＳＳＹ４２は、基板上部に基板と平行に設けられ、正極導体基板１０および負極導体基板１２からそれぞれ法線方向に引き出された正極バスバー１６および負極バスバー１８の格納および配線ケースである。

なお、上記において、正極バスバー１６および負極バスバー１８は、それぞれ「第１の電極線」および「第２の電極線」を構成する。

このＵ相アームにおいては、正極バスバー１６および負極バスバー１８は、それぞれ正極導体基板１０および負極導体基板１２上に立設される。すなわち、各バスバーは、対応する導体基板から基板の法線方向に引き出される。したがって、正極バスバー１６および負極バスバー１８は、この半導体装置において平面的に面積を大きく占有することはない。

また、このＵ相アームにおいては、正極導体基板１０上に搭載されるパワートランジスタＱ３１およびダイオードＤ３１、ならびにパワートランジスタＱ３２およびダイオードＤ３２を正極導体基板１０の両側寄りに対称配置し、また、出力導体基板１４上に搭載されるパワートランジスタＱ４１およびダイオードＤ４１、ならびにパワートランジスタＱ４２およびダイオードＤ４２を出力導体基板１４の中央寄りに対称配置することによって、各ワイヤ２６〜３２の配線距離をできるだけ短く、かつ、均等にしてある。したがって、各ワイヤ２６〜３２における配線インダクタンスのばらつきが小さい。

以上のように、この発明による実施の形態１によれば、正極バスバー１６および負極バスバー１８がそれぞれ正極導体基板１０および負極導体基板１２の法線方向に引き出されるので、正極バスバー１６および負極バスバー１８は、装置の平面方向に面積を大きく占有することがなく、負荷駆動装置１００の実装面積を縮小できる。

［実施の形態２］
実施の形態２による負荷駆動装置１００Ａの全体構成は、図１に示される実施の形態１における負荷駆動装置１００の構成と同じである。

図４は、実施の形態２におけるインバータのＵ相アームの構造を示す平面図であり、図５は、図４に示されたＵ相アームの断面Ｖ−Ｖの構造を示す断面図である。なお、図５に示すように、このＵ相アームの上面にはバスバーＡＳＳＹ４２が設けられているが、図４においては、Ｕ相アームの内部を図示する関係上、バスバーＡＳＳＹ４２については図示していない。また、インバータにおけるその他の各相アームおよびコンバータのアームの構造も、図４，図５に示すＵ相アームの構造と同じであるので、説明は繰り返さない。

図４，図５を参照して、このＵ相アームは、図２，図３に示される実施の形態１におけるアームの構成において、負極導体基板１２、出力導体基板１４、正極バスバー１６、負極バスバー１８および絶縁層２２に代えて、負極導体基板１２Ａ、出力導体基板１４Ａ、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび絶縁層２２Ａ，２２Ｂを含み、出力バスバー２０をさらに含む。

負極導体基板１２Ａおよび出力導体基板１４Ａは、たとえば銅からなる電極板であり、絶縁基板３４上に設けられる。そして、負極導体基板１２Ａおよび出力導体基板１４Ａには、それぞれ負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０が接続される。

出力導体基板１４Ａは、正極導体基板１０に隣接して配置される。出力導体基板１４Ａ上には、パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２が搭載され、パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２とは電気的に接続されている。また、出力導体基板１４Ａは、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２とワイヤ２６，２８によって電気的に接続される。すなわち、出力導体基板１４Ａは、ワイヤ２６，２８によって電気的に接続されたパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２を出力バスバー２０と電気的に接続し、さらに、出力導体基板１４Ａ上に搭載されるパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２を出力バスバー２０と電気的に接続する。

負極導体基板１２Ａは、出力導体基板１４Ａに囲まれるように配置され、出力導体基板１４Ａ上に搭載されるパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２とワイヤ３０，３２によって電気的に接続される。すなわち、負極導体基板１２Ａは、ワイヤ３０，３２によって電気的に接続されたパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２を負極バスバー１８Ａと電気的に接続する。

正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０は、たとえば銅からなる厚さよりも幅の広い幅広電極である。

正極バスバー１６Ａは、出力導体基板１４Ａに近接する位置であって、かつ、幅広面が出力導体基板１４Ａに対向するように正極導体基板１０上に立設される。この正極バスバー１６Ａは、図１に示される電源ライン２９２を構成し、バスバーＡＳＳＹ４２内に配線されてインバータ２２０におけるその他の各相上アームの正極導体基板に接続される。

出力バスバー２０は、正極バスバー１６Ａに近接する位置であって、かつ、幅広面が正極バスバー１６Ａの幅広面と対向するように出力導体基板１４Ａ上に立設される。この出力バスバー２０は、図１に示されるＵ相出力ライン２９４を構成し、バスバーＡＳＳＹ４２内に配線されて図示されない回転機Ｍ１のＵ相コイルに接続される。

負極バスバー１８Ａは、出力バスバー２０に近接する位置であって、かつ、幅広面が出力バスバー２０の幅広面と対向するように負極導体基板１２Ａ上に立設される。この負極バスバー１８Ａは、図１に示される接地ライン２９３を構成し、バスバーＡＳＳＹ４２内に配線されてインバータ２２０におけるその他の各相下アームの負極導体基板に接続される。

絶縁層２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ正極バスバー１６Ａと出力バスバー２０との間、および負極バスバー１８Ａと出力バスバー２０との間に設けられ、正極バスバー１６Ａ、出力バスバー２０および負極バスバー１８Ａを電気的に絶縁する。

その他のワイヤ２６〜３２、絶縁基板３４、冷却器３８、バスバーＡＳＳＹ４２については、実施の形態１において既に説明したので、説明は繰り返さない。

なお、上記において、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０は、それぞれ「第１の電極線」、「第２の電極線」および「第３の電極線」を構成し、正極導体基板１０、負極導体基板１２Ａおよび出力導体基板１４Ａは、それぞれ「第１の導体基板」、「第２の導体基板」および「第３の導体基板」を構成する。また、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２は、「第１のスイッチング回路」を構成し、パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２は、「第２のスイッチング回路」を構成する。さらに、各パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２は、「スイッチングトランジスタ」を構成し、各ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２は、「還流ダイオード」を構成する。

このＵ相アームにおいても、実施の形態１と同様に、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０は、それぞれ正極導体基板１０、負極導体基板１２Ａおよび出力導体基板１４Ａ上に立設される。すなわち、各バスバーは、対応する導体基板から基板の法線方向に引き出される。したがって、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０は、この半導体装置において平面的に面積を大きく占有することはない。

また、このＵ相アームにおいては、正極導体基板１０に隣接して出力導体基板１４Ａが配設され、さらに、出力導体基板１４Ａに囲まれるように負極導体基板１２Ａが配設される。そして、正極導体基板１０、出力導体基板１４Ａおよび負極導体基板１２Ａの各々の一部がその順に隣接する位置に、それぞれ正極バスバー１６Ａ、出力バスバー２０および負極バスバー１８Ａが絶縁層２２Ａ，２２Ｂを介して近接して立設される。

ここで、隣接する正極バスバー１６Ａおよび出力バスバー２０、ならびに出力バスバー２０および負極バスバー１８Ａには、互いに逆方向の電流が流されるため、各バスバーに電流が流れるときに各バスバーから発生する磁界が互いに打ち消しあって相殺される。

図６は、これを説明するための図であって、図６は、この実施の形態２による負荷駆動装置１００Ａにおける電流の流れの一例を示す回路図である。なお、図６においては、バッテリ２００から出力される電流が、インバータ２２０のＵ相アーム２８１の上アーム、回転機Ｍ１のＵ相コイルおよびＶ相コイル、ならびにインバータ２２０のＶ相アーム２８２の下アームを介してバッテリ２００に還流する場合について代表的に示されている。また、図６では、コンバータ２１０については、記載を省略している。

図６を参照して、インバータ２２０は、Ｕ相アーム２８１の上アーム２８１．１と、アーム２８１．１において立設される正極バスバー１６．１および出力バスバー２０．１と、Ｖ相アーム２８２の下アーム２８２．２と、アーム２８２．２において立設される負極バスバー１８．２および出力バスバー２０．２とを含む。なお、正極バスバー１６．１、負極バスバー１８．２および出力バスバー２０．１，２０．２は、それぞれ図４，５に示される正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０に対応するものであり、各アーム２８１．１，２８２．２に対応して新たに符号を付したものである。

バッテリ２００から出力された電流は、正極バスバー１６．１を流れてアーム２８１．１に供給される。そして、電流は、アーム２８１．１から出力バスバー２０．１を流れて回転機Ｍ１に供給され、回転機Ｍ１のＵ相コイルおよびＶ相コイルを流れた後、出力バスバー２０．２を流れてアーム２８２．２に供給される。そして、電流は、アーム２８２．２から負極バスバー１８．２を流れてバッテリ２００に還流する。

すなわち、Ｕ相アーム２８１においては、隣接する正極バスバー１６．１および出力バスバー２０．１を互いに逆方向に電流が流れるので、正極バスバー１６．１および出力バスバー２０．１から発生する磁界が互いに打ち消しあって相殺される。また、Ｖ相アーム２８２においては、隣接する出力バスバー２０．２および負極バスバー１８．２を互いに逆方向に電流が流れるので、出力バスバー２０．２および負極バスバー１８．２から発生する磁界が互いに打ち消しあって相殺される。したがって、各バスバーにおける配線インダクタンスが低減される。

以上のように、この発明による実施の形態２によれば、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０がそれぞれ正極導体基板１０、負極導体基板１２Ａおよび出力導体基板１４Ａの法線方向に引き出されるので、正極バスバー１６Ａ、負極バスバー１８Ａおよび出力バスバー２０は、装置の平面方向に面積を大きく占有することがなく、負荷駆動装置１００Ａの実装面積を縮小できる。

また、この実施の形態２によれば、幅広の正極バスバー１６Ａ、出力バスバー２０および負極バスバー１８Ａは、絶縁層２２Ａ，２２Ｂを介してその順で厚さ方向に近接して積層され、かつ、隣接する正極バスバー１６Ａおよび出力バスバー２０、ならびに出力バスバー２０および負極バスバー１８Ａには、互いに逆方向の電流が流れるので、各バスバーから発生する磁界が相殺され、各バスバーの配線インダクタンスが低減される。

［実施の形態３］
実施の形態３による負荷駆動装置１００Ｂの全体構成は、図１に示される実施の形態１における負荷駆動装置１００の構成と同じである。

図７は、実施の形態３におけるインバータのＵ相アームの構造を示す平面図であり、図８は、図７に示されたＵ相アームの断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの構造を示す断面図である。なお、図８に示すように、このＵ相アームの上面にはバスバーＡＳＳＹ４２が設けられているが、図７においては、Ｕ相アームの内部を図示する関係上、バスバーＡＳＳＹ４２については図示していない。また、インバータにおけるその他の各相アームおよびコンバータのアームの構造も、図７，図８に示すＵ相アームの構造と同じであるので、説明は繰り返さない。

図７，図８を参照して、実施の形態３におけるインバータのＵ相アームは、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２と、ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２と、正極導体基板５０と、負極導体基板５２と、出力導体基板５４と、正極バスバー５６と、負極バスバー５８と、出力バスバー６０と、絶縁層６２，６４と、ワイヤ６６〜７２と、絶縁基板３４と、ボルト３６と、支柱３７と、冷却器３８とを含む。

この実施の形態３においては、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２は、出力導体基板５４上に搭載され、出力導体基板５４と電気的に接続されている。また、パワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２は、負極導体基板５２上に搭載され、負極導体基板５２と電気的に接続されている。

正極導体基板５０、負極導体基板５２および出力導体基板５４は、絶縁基板３４上に搭載され、負極導体基板５２および出力導体基板５４が隣接して配設され、出力導体基板５４に囲まれるように正極導体基板５０が配設される。

正極バスバー５６、出力バスバー６０および負極バスバー５８は、幅広電極であり、正極導体基板５０、出力導体基板５４および負極導体基板５２の各々の一部がその順に隣接する位置に、絶縁層６２，６４を介して近接してそれぞれ立設される。

そして、上アームを構成するパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２は、ワイヤ６６，６８によって正極導体基板５０と電気的に接続され、下アームを構成するパワートランジスタＱ４１，Ｑ４２およびダイオードＤ４１，Ｄ４２は、ワイヤ７０，７２によって出力導体基板５４と電気的に接続される。

その他の絶縁基板３４、冷却器３８、バスバーＡＳＳＹ４２については、実施の形態１において既に説明したので、説明は繰り返さない。

なお、上記において、正極バスバー５６、負極バスバー５８および出力バスバー６０は、それぞれ「第１の電極線」、「第２の電極線」および「第３の電極線」を構成し、正極導体基板５０、負極導体基板５２および出力導体基板５４は、それぞれ「第１の導体基板」、「第２の導体基板」および「第３の導体基板」を構成する。

この実施の形態３におけるインバータのＵ相アームにおいても、正極バスバー５６、負極バスバー５８および出力バスバー６０は、それぞれ正極導体基板５０、負極導体基板５２および出力導体基板５４上に立設される。すなわち、各バスバーは、対応する導体基板から基板の法線方向に引き出される。したがって、正極バスバー５６、負極バスバー５８および出力バスバー６０は、この半導体装置において平面的に面積を大きく占有することはない。

また、図６において説明した実施の形態２の場合と同様に、隣接する正極バスバー５６および出力バスバー６０、ならびに出力バスバー６０および負極バスバー５８には、互いに逆方向の電流が流されるため、各バスバーに電流が流れるときに各バスバーから発生する磁界が互いに打ち消しあって相殺される。したがって、各バスバーにおける配線インダクタンスが低減される。

以上のように、この発明による実施の形態３によれば、正極バスバー５６、負極バスバー５８および出力バスバー６０がそれぞれ正極導体基板５０、負極導体基板５２および出力導体基板５４の法線方向に引き出されるので、正極バスバー５６、負極バスバー５８および出力バスバー６０は、装置の平面方向に面積を大きく占有することがなく、負荷駆動装置の実装面積を縮小できる。

また、この実施の形態３によれば、幅広の正極バスバー５６、出力バスバー６０および負極バスバー５８は、絶縁層６２，６４を介してその順で厚さ方向に近接して積層され、かつ、隣接する正極バスバー５６および出力バスバー６０、ならびに出力バスバー６０および負極バスバー５８には、互いに逆方向の電流が流れるので、各バスバーから発生する磁界が相殺され、各バスバーの配線インダクタンスが低減される。

なお、上記の各実施の形態においては、この発明による半導体装置の一例として負荷駆動装置を代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、負荷駆動装置に限られるものではなく、半導体装置全般に適用することができる。

なお、この発明による半導体装置は、たとえば、近年大きく注目されているハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などにおいて好適である。すなわち、このような車両システムにおいては、小型化、高効率、信頼性などが強く要求されるところ、この半導体装置によれば、上述のように装置の実装面積を縮小することによって小型化に寄与することができ、また、上記の実施の形態２，３による半導体装置によれば、配線インダクタンスの低減により、低損失化すなわち高効率化およびスイッチング時のサージ電圧の低減による装置の信頼性向上を実現できるからである。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による半導体装置の一例として示される負荷駆動装置の主要部の構成を示す回路図である。 図１に示されたインバータのＵ相アームの構造を示す平面図である。 図２に示されたＵ相アームの断面ＩＩＩ−ＩＩＩの構造を示す断面図である。 実施の形態２におけるインバータのＵ相アームの構造を示す平面図である。 図４に示されたＵ相アームの断面Ｖ−Ｖの構造を示す断面図である。 実施の形態２による負荷駆動装置における電流の流れの一例を示す回路図である。 実施の形態３におけるインバータのＵ相アームの構造を示す平面図である。 図７に示されたＵ相アームの断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの構造を示す断面図である。

符号の説明

１０，５０ 正極導体基板、１２，１２Ａ，５２ 負極導体基板、１４，１４Ａ，５４ 出力導体基板、１６，１６Ａ，１６．１，５６ 正極バスバー、１８，１８Ａ，１８．２，５８ 負極バスバー、２０，２０．１，２０．２，６０ 出力バスバー、２２，２２Ａ，２２Ｂ，６２，６４ 絶縁層、２６〜３２，６６〜７２ ワイヤ、３４ 絶縁基板、３６ ボルト、３７ 支柱、３８ 冷却器、４０ 冷媒路、４２ バスバーＡＳＳＹ、１００，１００Ａ，１００Ｂ 負荷駆動装置、２００ バッテリ、２１０ コンバータ、２２０ インバータ、２３０，２４０ 信号生成回路、２５０ 制御回路、２６０ 電流センサ、２７１〜２７８ ドライバ、２８１ Ｕ相アーム、２８１．１ Ｕ相上アーム、２８２ Ｖ相アーム、２８２．２ Ｖ相下アーム、２８３ Ｗ相アーム、２９１，２９２ 電源ライン、２９３ 接地ライン、２９４ Ｕ相出力ライン、２９５ Ｖ相出力ライン、２９６ Ｗ相出力ライン、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｌ１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２ パワートランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２ ダイオード、Ｍ１ 回転機。

Claims (11)

1. 基板上に設けられた回路に電流を入出力する第１および第２の電極線を備え、
   前記第１および第２の電極線の各々は、前記基板の略法線方向に前記基板から引き出される、半導体装置。
2. 前記第１および第２の電極線の各々は、厚さよりも幅が大きい幅広電極板である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の電極線は、前記第１の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、前記回路に電流を入出力し、
   前記第１および第２の電極線は、互いに近接して平行に配設される、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１および第２の電極線は、絶縁層を介して厚さ方向に積層される、請求項３に記載の半導体装置。
5. 第１および第２の電力線の間に直列に接続され、かつ、各々の接続部に第３の電力線が接続される第１および第２のスイッチング回路を備えた半導体装置であって、
   前記第１の電力線を構成し、基板上に設けられた前記第１のスイッチング回路に電流を入出力する第１の電極線と、
   前記第２の電力線を構成し、前記基板上に設けられた前記第２のスイッチング回路に電流を入出力する第２の電極線と、
   前記第３の電力線を構成し、前記接続部に電流を入出力する第３の電極線とを備え、
   前記第１から第３の電極線は、前記基板の略法線方向に前記基板から引き出される、半導体装置。
6. 前記第３の電極線は、前記第１の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、前記接続部に電流を入出力し、
   前記第２の電極線は、前記第３の電極線に流れる電流の方向と逆方向に、前記第２のスイッチング回路に電流を入出力し、
   前記第１から第３の電極線の各々は、厚さよりも幅が大きい幅広電極板であり、
   前記第１から第３の電極線は、前記第１の電極線、前記第３の電極線、前記第２の電極線の順に絶縁層を介して厚さ方向に積層される、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記基板上に設けられ、前記第１から第３の電極線がそれぞれ接続される第１から第３の導体基板をさらに備え、
   前記第１および第３の導体基板は、前記基板の平面方向に隣接して配設され、
   前記第２の導体基板は、前記第３の導体基板に囲まれるように配設され、
   前記第１から第３の電極線は、前記第１から第３の導体基板の一部が前記第１の導体基板、前記第３の導体基板、前記第２の導体基板の順に配置される部位に接続される、請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記第１および第２のスイッチング回路は、それぞれ前記第１および第３の導体基板上に搭載され、かつ、それぞれ前記第３および第２の導体基板と電気的に接続される、請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記基板上に設けられ、前記第１から第３の電極線がそれぞれ接続される第１から第３の導体基板をさらに備え、
   前記第２および第３の導体基板は、前記基板の平面方向に隣接して配設され、
   前記第１の導体基板は、前記第３の電極基板に囲まれるように配設され、
   前記第１から第３の電極線は、前記第１から第３の導体基板の一部が前記第１の導体基板、前記第３の導体基板、前記第２の導体基板の順に配置される部位に接続される、請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
10. 前記第１および第２のスイッチング回路は、それぞれ前記第３および第２の導体基板上に搭載され、かつ、それぞれ前記第１および第３の導体基板と電気的に接続される、請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記第１および第２のスイッチング回路の各々は、
    スイッチングトランジスタと、
    前記スイッチングトランジスタに並列して設けられる還流ダイオードとを含み、
    前記第１および第２の電極線は、それぞれ正極および負極の電力線であり、
    前記第３の電極線は、電気負荷に接続される、請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置。

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