JP4988676B2 - Semiconductor circuit device - Google Patents
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Description
本発明は、所定の周波数を有する交番電流を制御する半導体回路装置に関するものであり、特に、高周波電流が流れる回路の通電抵抗が低い半導体回路装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor circuit device that controls an alternating current having a predetermined frequency, and more particularly, to a semiconductor circuit device having a low current resistance of a circuit through which a high-frequency current flows.
高周波電流が流れる回路を有する半導体回路装置としては、例えば、電源電圧を昇圧あるいは降圧したりする半導体回路装置、または、直流を交流に変換したりあるいは交流を直流に変換する半導体回路装置が挙げられる。これらの半導体回路装置では、その回路にスイッチング素子による半導体スイッチが設けられており、半導体スイッチのオンオフ動作が繰り返されている。例えば、DC/DCコンバータのような昇圧回路は、スイッチング素子を有するインバータ回路で直流を比較的高い周波数の交番電流とした後、トランスを介して電圧を昇圧し、さらにスイッチング素子による整流回路を通して直流に変換している。
このような半導体回路装置において、高周波電流が流れる回路の導体は、表皮効果により、その表皮近傍しか電流が流れない。このことは、導体の電気抵抗を大きくし、導体での発熱を増大させることとなるので、半導体回路装置の損失が大きくなり、その効率を大きく損ねることとなる。
Examples of the semiconductor circuit device having a circuit through which a high-frequency current flows include a semiconductor circuit device that boosts or lowers a power supply voltage, or a semiconductor circuit device that converts direct current into alternating current or converts alternating current into direct current. . In these semiconductor circuit devices, a semiconductor switch by a switching element is provided in the circuit, and the on / off operation of the semiconductor switch is repeated. For example, a booster circuit such as a DC / DC converter uses an inverter circuit having a switching element to convert a direct current into an alternating current having a relatively high frequency, then boosts the voltage through a transformer, and further passes the direct current through a rectifier circuit using the switching element. Has been converted.
In such a semiconductor circuit device, current flows only in the vicinity of the skin of the conductor of the circuit through which the high-frequency current flows, due to the skin effect. This increases the electrical resistance of the conductor and increases the heat generation in the conductor, which increases the loss of the semiconductor circuit device and greatly impairs its efficiency.
このような問題を解決する、高周波電流が流れる配線導体を備えたプリント配線板として、絶縁基板の表面に形成された配線導体本体の表面に、この配線導体本体に流れる高周波電流の方向に沿って追加の導体を、接触させて形成したプリント配線板が開示されている。このプリント配線板は、配線導体を配線導体本体と追加の導体とで形成することにより、配線導体の表面積を増大させて、高周波電流に対する電気抵抗を抑制している(例えば、特許文献1参照)。 As a printed wiring board having a wiring conductor through which a high-frequency current flows, which solves such a problem, the surface of the wiring conductor body formed on the surface of the insulating substrate, along the direction of the high-frequency current flowing through the wiring conductor body. A printed wiring board formed by contacting an additional conductor is disclosed. In this printed wiring board, a wiring conductor is formed of a wiring conductor body and an additional conductor, thereby increasing the surface area of the wiring conductor and suppressing electrical resistance against high-frequency current (for example, see Patent Document 1). .
また、上記のスイッチング素子を備えた半導体回路装置では、電力が大きくなるにしたがって配線部の発熱が増大するので、この熱を効率的に放散させて、配線部を冷却する必要がある。そのため、配線基板には、図12の部分断面模式図に示すような、アルミニウムあるいは銅等といった伝熱性の良い金属基体77の上に樹脂あるいはセラミックスからなる絶縁層78を形成し、その上に電流が流れる配線導体70を形成した絶縁基板701が用いられる。
Further, in the semiconductor circuit device having the above switching element, the heat generation of the wiring portion increases as the electric power increases. Therefore, it is necessary to efficiently dissipate this heat and cool the wiring portion. Therefore, on the wiring board, an
絶縁基板の表面に形成された配線導体本体の表面に、配線導体本体に流れる高周波電流の方向に沿って追加の導体を、接触させて形成したプリント配線板では、配線導体の表面積は増加するが、その増加分は追加の導体の両側面部のみであり、配線導体の表面積の増加効果が乏しく、高周波電流を流した時の通電抵抗がなお大きく、プリント配線板の配線部の発熱を抑制することができず、半導体回路装置の高電流化、高効率化ができないとの問題があった。 In a printed wiring board formed by bringing an additional conductor in contact with the surface of the wiring conductor body formed on the surface of the insulating substrate along the direction of the high-frequency current flowing in the wiring conductor body, the surface area of the wiring conductor increases. , The increase is only on both sides of the additional conductor, the effect of increasing the surface area of the wiring conductor is poor, energization resistance when high-frequency current is passed is still large, suppressing the heat generation of the wiring part of the printed wiring board There is a problem that the semiconductor circuit device cannot be increased in current and efficiency.
また、図12に示すような、金属基体77を備えた冷却性に優れた絶縁基板701では、金属基体77と配線導体70とが絶縁層78を介して対向している。そして、配線導体70に高周波電流を流すと配線導体70の表皮近傍にのみ電流が流れるが、配線導体70の金属基体77と対向する面に生じる表皮近傍通電路(底面表皮近傍通電路と記す)70nに流れる電流により、金属基体77に生じる渦電流発生部78に、渦電流が流れ、この渦電流により発熱が生じるとの問題があった。
それと、配線導体70の表皮近傍に流れる電流は、配線導体70と金属基体77との間の近接効果により、底面表皮近傍通電路70nに偏って流れるため、通電抵抗が大きくなり、配線部での発熱が増大するとの問題もあった。
Further, in an
In addition, the current flowing in the vicinity of the skin of the
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、スイッチング素子により発生させた交番電流が流れる回路を有する半導体回路装置等、高周波電流が流れる回路を備えた半導体回路装置において、配線回路からの発熱を抑え、高電流化と高信頼化が可能な半導体回路装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor having a circuit in which a high-frequency current flows, such as a semiconductor circuit device having a circuit in which an alternating current generated by a switching element flows. It is an object of the present invention to provide a semiconductor circuit device capable of suppressing heat generation from a wiring circuit and increasing current and reliability.
本発明に係わる第1の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されているものである。 A first semiconductor circuit device according to the present invention is formed of a metal substrate, an insulating layer provided on the surface of the metal substrate, and a wiring conductor provided on the surface of the insulating layer and mounting a switching element. A semiconductor circuit device including a circuit board, wherein the wiring conductor is a plurality of input-side wiring conductors, a plurality of output-side wiring conductors that are energized with a high-frequency current and that includes a bottom surface portion and a side wall portion, and a plurality of controls. A side wiring conductor is formed, and side walls of adjacent output side wiring conductors in a plurality of output side wiring conductors are arranged substantially in parallel with each other.
本発明に係わる第1の半導体回路装置は、金属基体と、金属基体の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、且つスイッチング素子が搭載される配線導体とで形成される回路基板を備えた半導体回路装置であって、配線導体が、複数の入力側配線導体と、高周波電流が通電され、且つ底面部と側壁部とを備える複数の出力側配線導体と、複数の制御側配線導体とで形成され、複数の出力側配線導体における、隣り合う出力側配線導体の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されているものであり、高周波電流が流れる出力側配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さいので、回路基板からの発熱が抑制でき、大電流化と高信頼化が実現できる。 A first semiconductor circuit device according to the present invention is formed of a metal substrate, an insulating layer provided on the surface of the metal substrate, and a wiring conductor provided on the surface of the insulating layer and mounting a switching element. A semiconductor circuit device including a circuit board, wherein the wiring conductor is a plurality of input-side wiring conductors, a plurality of output-side wiring conductors that are energized with a high-frequency current and that includes a bottom surface portion and a side wall portion, and a plurality of controls. The side wall portions of the adjacent output side wiring conductors in the plurality of output side wiring conductors are arranged in close proximity to each other, and the skin of the output side wiring conductor through which a high-frequency current flows. Since the area of the nearby energization path is large and the energization resistance is low, and the eddy current generated in the metal substrate is small, heat generation from the circuit board can be suppressed, and a large current and high reliability can be realized.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体回路装置の回路図である。
図1において、本実施の形態の半導体回路装置100の回路は、図中の点線部であり、電源3から供給される直流電力をスイッチング素子1の駆動により、交流に変換して出力端子1aに出力する回路である。
スイッチング素子1は、図示していない制御部から、ゲート端子1bに駆動するための電圧もしくは電流が印加された場合にスイッチがオンとなり、電流を流す。また、電源3と並列にあるコンデンサ4はスイッチング素子1との間のインダクタンスを、電源3からのインダクタンスに比べて非常に小さくしており、スイッチング素子1がオンになった場合の電流を瞬時に供給できるために設けられている。
半導体回路装置100と電源3とはハーネス5で接続されており、例えば、ハーネス5は半導体回路装置100側に設けられた端子台6に固定される。また、端子台6からコンデンサ4およびスイッチング素子1までの間、あるいは、スイッチング素子1同士は、半導体回路装置100内に設けられたバスバーや回路基板上の配線で、電気的に繋がっている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor circuit device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the circuit of the
The
The
図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体回路装置におけるスイッチング素子を搭載した回路基板の一実施例を示す斜視模式図である。
図2に示すように、本実施の形態の半導体回路装置100における回路基板101は、金属基体7と、この金属基体7の表面に設けられた樹脂からなる絶縁層8と、この絶縁層8における金属基体7との接合面に対向する面(絶縁層の表面と記す)に設けられた配線導体10とで形成されている。
また、配線導体10は、直流をスイッチング素子1に供給する入力側配線導体12と、スイッチング素子1からの交流が出力される出力側配線導体13と、制御部からの信号をスイッチング素子1のゲート端子1bに通電する制御側配線導体14とを備えている。そして、出力側配線導体13はコの字型の形状であり、隣り合う出力側配線導体13の側壁部同士が互いに略平行に近接配置されている。
また、回路基板101の所定の位置には、スイッチング素子1が、例えばはんだ付け等の接合方法により、搭載されている。
スイッチング素子1はモールド樹脂でパッケージングされており、モールド樹脂パッケージの側面から突出したリード端子11が対応する配線導体と接合している。図示していないが、モールド樹脂パッケージ裏面に設けられた電極と対応する配線導体との接合であっても良い。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing one example of a circuit board on which a switching element is mounted in the semiconductor circuit device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the
The
Further, the
The
図3は、本発明の実施の形態1に係る半導体回路装置の効果を説明するために用いられたモデル回路基板の断面模式図である。このモデル回路基板の断面は、配線導体の通電方向に対して垂直な断面である。
図3に示すように、モデル回路基板102は、金属基体7と、その表面に設けられた樹脂絶縁層8と、絶縁層8の表面に設けられた幅と厚さとがともに10mmである、第1の配線導体10aと第2の配線導体10bと、第1の配線導体10aの壁面と第2の配線導体10bの壁面との間隙に充填された絶縁部材15とを備えている。このモデル回路基板102では、第1の配線導体10aと第2の配線導体10bとに位相の異なる交流を、各配線導体の断面に対する垂直方向に通電できる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a model circuit board used for explaining the effects of the semiconductor circuit device according to the first embodiment of the present invention. The cross section of the model circuit board is a cross section perpendicular to the energization direction of the wiring conductor.
As shown in FIG. 3, the
図3に示すモデル回路基板102において、絶縁部材15を介して接する第1の配線導体10aの壁面と第2の配線導体10bの壁面との距離(配線導体間距離と記す)Dを変えて、配線導体に60kHzの位相の異なる交流を流した場合の配線導体の通電抵抗を求め、図4に示した。図4のグラフにおいて、横軸は配線導体間距離Dであり、縦軸は通電抵抗である。図4に示すように、配線導体間距離Dが特定の値Xより小さくなると、配線導体間距離Dの減少とともに、通電抵抗が低下することを見出した。
これは、対向した配線導体に位相の異なる交流を流した場合、配線導体同士が対向する面に生じる表皮近傍通電路10mの面積が増加し、近接効果によって電流を多く流せるようになるためである。
図3に示したモデル回路基板102では、第1の配線導体10aの壁面と第2の配線導体10bの壁面との間隙に絶縁部材15が充填されている。図示していないが、所定の動作電圧に基づく必要な沿面距離と絶縁距離とが確保できれば、絶縁部材15を設けることなく、配線部材同士を近接させることで、通電抵抗を低下させることができる。
In the
This is because, when alternating currents having different phases are passed through the opposing wiring conductors, the area of the near-skinded
In the
図5は、本発明の実施の形態1に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。ここで示した回路基板の断面は、出力側配線導体部における通電方向に対して垂直な断面である。
図5に示すように、本実施の形態の回路基板101では、金属基体7に設けられた絶縁層8の表面に、通電方向に対して垂直な断面がコの字形状の、第1の出力側配線導体13aと第2の出力側配線導体13bと第3の出力側配線導体13cとが、並列に設けられている。
そして、第1の出力側配線導体13aの一方側の側壁部(第1の一方側側壁部と記す)13abと、これに隣り合う第2の出力側配線導体13bの一方側の側壁部(第2の一方側側壁部と記す)13baとが、略平行に近接しており、第3の出力側配線導体13cの一方側の側壁部(第3の一方側側壁部と記す)13cbと、これに隣り合う第2の出力側配線導体13bの他方側の側壁部(第2の他方側側壁部と記す)13bcとが、略平行に近接している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the output-side wiring conductor portion in the circuit board of the semiconductor circuit device according to
As shown in FIG. 5, in the
And one side wall part (referred to as first one side wall part) 13ab of the first output
本実施の形態の半導体回路装置100は、回路基板101が、このような構造であるので、第1の出力側配線導体13aと第2の出力側配線導体13bと第3の出力側配線導体13cとに、位相の異なる高周波電流が流れると、第1の一方側側壁部13abと、第2の一方側の側壁部13baと、第2の他方側の側壁部13bcと、第3の一方側側壁部13cbとでは、配線導体同士の近接効果により、他の出力側配線導体と対向する面側に生じる表皮近傍通電路(側面表皮近傍通電路と記す)13mの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
また、本実施の形態の半導体回路装置100の回路基板101は、第1の出力側配線導体13aの底部(第1の底部と記す)13adと第2の出力側配線導体13bの底部(第2の底部と記す)13bdと第3の出力側配線導体13cの底部(第3の底部と記す)13cdとが、金属基体7と絶縁層8を介して対向しているので、近接効果により、金属基体7と対向する面側に表皮近傍通電路(底面表皮近傍通電路と記す)13nを生じる。しかし、各出力側配線導体の側壁部13ab、13ba、13bc、13cbにおける側面表皮近傍通電路13mの面積が増加し、この部分に多く電流が流れるので、底面表皮近傍通電路13nに流れる電流が低減され、この電流によって金属基体7の渦電流発生部13fに生じる渦電流を少なくできる。
In the
Further, the
本実施の形態の半導体回路装置100は、高周波電流が流れる出力側配線導体13の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体7に生じる渦電流が小さく、回路基板101からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態の半導体回路装置100では、隣り合う出力側配線導体間は空隙となっているが、図6に示す回路基板101aのように、隣り合う出力側配線導体間に絶縁部材16を設けても良い。図6では出力側配線導体の側壁の頂部も絶縁部材16覆っており、隣り合う出力側配線導体間の距離が近くても、十分な沿面絶縁距離を保持できる。しかし、半導体回路装置100の電圧が特に高くなければ、絶縁部材16が出力側配線導体の側壁の頂部を覆っていなくても良い。
また、隣り合う出力側配線導体間に絶縁部材を充填すると、隣り合う出力側配線導体間への異物の進入を防止でき、出力側配線導同士を近づけた場合の絶縁信頼性が向上する。
また、出力側配線導体の断面形状が矩形状であっても、側壁を近接して隣り合うように配置すれば同様の効果を奏するが、本実施の形態の半導体回路装置100では、出力側配線導体13の断面形状がコの字形状であるので、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除されており、回路基板の軽量化も図ることができる。
本実施の形態では、絶縁層8に樹脂を用いたが、これに限定されずセラミックスであっても良い。
In the
In the
Further, when an insulating member is filled between adjacent output side wiring conductors, foreign matter can be prevented from entering between adjacent output side wiring conductors, and insulation reliability when the output side wiring conductors are brought close to each other is improved.
Further, even if the output side wiring conductor has a rectangular cross-sectional shape, the same effect can be obtained if the side walls are arranged close to each other. However, in the
In the present embodiment, resin is used for the insulating
本実施の形態の半導体回路装置では、スイッチング素子にMOSFETを用いた場合に、効果が顕著である。MOSFETは、高周波動作が可能な素子であるが、高周波動作させると渦電流損失が大きくなり、本来の機能を発揮させることができない。しかし、本実施の形態にあるように、渦電流を低減できる構造であれば、MOSFETの高周波低損失の機能を十分に引き出した、効率の高い半導体回路装置を実現できる。
また、本実施の形態の半導体回路装置は、周波数が数十kHzを超えるような周波数領域の高周波電流に対して効果が大きいので、スイッチング素子に、従来のSi素子より高周波動作が可能なSiC素子を用いた場合に、特に優れた効果を有する。すなわち、SiCを用いた高周波動作の半導体回路装置では、配線導体が設けられた回路部分で渦電流損失が大きくなるが、本実施の形態の半導体回路装置では、この渦電流損失を低減できるので、SiC素子の高周波低損失の機能を十分に引き出した、効率の高い半導体回路装置が実現できる。
また、本実施の形態の半導体回路装置が有する効果は、図1に示す回路のものに限定されるものではなく、例えばDC/DCコンバータ等、スイッチング素子によって周波数が高い交番電流を扱う回路を有するものであれば良い。
また、他の実施の形態の半導体回路装置において、スイッチング素子にMOSFETやSiC素子を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。
In the semiconductor circuit device of the present embodiment, the effect is remarkable when a MOSFET is used as the switching element. A MOSFET is an element capable of high-frequency operation. However, when operated at a high frequency, eddy current loss increases, and the original function cannot be exhibited. However, as described in this embodiment, a structure that can reduce eddy current can realize a highly efficient semiconductor circuit device that sufficiently draws out the high-frequency and low-loss function of the MOSFET.
In addition, since the semiconductor circuit device according to the present embodiment is highly effective for high-frequency currents in a frequency region in which the frequency exceeds several tens of kHz, the switching element is a SiC element that can operate at a higher frequency than a conventional Si element. In particular, it has an excellent effect. That is, in the semiconductor circuit device of high frequency operation using SiC, the eddy current loss increases in the circuit portion provided with the wiring conductor, but in the semiconductor circuit device of the present embodiment, this eddy current loss can be reduced. A highly efficient semiconductor circuit device can be realized in which the high frequency and low loss function of the SiC element is sufficiently extracted.
Further, the effects of the semiconductor circuit device of the present embodiment are not limited to those of the circuit shown in FIG. 1, but include a circuit that handles an alternating current having a high frequency by a switching element such as a DC / DC converter. Anything is fine.
In the semiconductor circuit device of another embodiment, the same effect can be obtained even when a MOSFET or SiC element is used as the switching element.
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2に係る半導体回路装置の回路基板における出力側配線導体部の断面模式図である。
図7に示すように、本実施の形態の半導体回路装置に用いられる回路基板201は、実施の形態1の各出力配線導体13と絶縁部材16とが、金属基体7と金属基体7の表面に設けられた絶縁層8と絶縁層8の表面に設けられた金属パターン20a、20b、20cとからなる配線基板20に設けられている以外、実施の形態1の半導体回路装置と同様である。各出力配線導体13は対応する金属パターン20a、20b、20cにはんだ付、接着などの方法で接合されている。
本実施の形態においても、隣り合う出力側配線導体間が空隙であっても良い。
本実施の形態の半導体回路装置は、実施の形態1の半導体回路装置と同様な効果を有するとともに、回路基板の製造コストが安価になる。本実施の形態において、絶縁層8に用いられる部材としては、樹脂やセラミックスが挙げられる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the output-side wiring conductor portion in the circuit board of the semiconductor circuit device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the
Also in the present embodiment, a gap may be present between adjacent output side wiring conductors.
The semiconductor circuit device according to the present embodiment has the same effect as the semiconductor circuit device according to the first embodiment, and the manufacturing cost of the circuit board is reduced. In the present embodiment, examples of the member used for the insulating
実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図8に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板301は、金属基体7と、その表面に設けられた絶縁層8と、絶縁層8の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に対して垂直な断面がL字型である第1のL字型配線導体30aおよび第2のL字型配線導体30bと、第1のL字型配線導体30aの側壁部30abと第2のL字型配線導体30bの側壁部30baとの間隙に充填された絶縁部材36とを備えている。そして、第1のL字型配線導体30aと第2のL字型配線導体30bとに、位相が異なる高周波電流を通電できる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a wiring conductor portion in a circuit board of a semiconductor circuit device according to Embodiment 3 of the present invention. The cross section of the wiring conductor portion shown here is a cross section perpendicular to the energization direction.
As shown in FIG. 8, the
本実施の形態では、第1のL字型配線導体30aの側壁部30abと第2のL字型配線導体30bの側壁部30baとが、絶縁部材36を介して接して設けられているので、近接効果により、側壁部30abと側壁部30baとの、他のL字型配線導体と対向する各面側に生じる側面表皮近傍通電路30mの面積が増加し、配線導体の通電抵抗が低下する。
また、側面表皮近傍通電路30mに流れる電流が増加するので、第1のL字型配線導体30aの底部30adと第2のL字型配線導体30bの底部30bdとの、金属基体7と対向する各面に生じる底面表皮近傍通電路30nの面積が小さくなり、各L字型配線導体の底部30ad、30bdとに流れる電流が小さくなる。このことにより、金属基体7の渦電流発生部30fに発生する渦電流も小さくなる。
In the present embodiment, the side wall portion 30ab of the first L-shaped wiring conductor 30a and the side wall portion 30ba of the second L-shaped
Further, since the current flowing through the side skin
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
また、本実施の形態では、配線導体が、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除された形状であるので、回路基板の軽量化を図ることができる。
本実施の形態では、配線導体の断面をL字型にしたが、他の配線導体と隣接できる側壁部を有し、表皮効果のために実質的に電流が流れない中心部付近が削除された断面形状であれば、断面がL字型の配線導体に限定されない。例えば、断面が中空状の配線導体等であっても良い。
The semiconductor circuit device of the present embodiment has a large area near the skin of the wiring conductor through which high-frequency current flows, a low energization resistance, a small eddy current generated in the metal substrate, and heat generation from the circuit board is suppressed. Therefore, the current capacity can be increased and the reliability is excellent.
In the present embodiment, since the wiring conductor has a shape in which the vicinity of the central portion where current does not substantially flow due to the skin effect is deleted, the circuit board can be reduced in weight.
In this embodiment, the cross section of the wiring conductor is L-shaped, but has a side wall portion that can be adjacent to other wiring conductors, and the vicinity of the central portion where no current substantially flows due to the skin effect has been deleted. The cross-sectional shape is not limited to the wiring conductor having an L-shaped cross section. For example, a wiring conductor having a hollow cross section may be used.
また、本実施の形態における回路基板301では、第1のL字型配線導体30aの側壁部30abと第2のL字型配線導体30bの側壁部30baとの間隙に絶縁部材36が充填されているが、絶縁部材36を用いずに、第1のL字型配線導体30aの側壁部30abと第2のL字型配線導体30bの側壁部30baとの間が空隙であっても良い。
また、第2のL字型配線導体を、配線回路から独立させて、高周波電流が流れない導電部材としても良い。
本実施の形態では、配線導体は、絶縁層の表面に設けられているが、金属基体と金属基体の表面に設けられた絶縁層と絶縁層の表面に設けられた金属パターンとからなる配線基板における金属パターンの上にはんだ付などの方法で接合されていても良い。この場合、絶縁層の材質としては、樹脂やセラミックスが挙げられ、回路基板の製造コストが安価になる。このような構成はこの後に記す実施の形態4から実施の形態6の半導体回路装置にも適用でき、同様な効果が得られる。
In the
Further, the second L-shaped wiring conductor may be a conductive member that does not flow a high-frequency current, independent of the wiring circuit.
In the present embodiment, the wiring conductor is provided on the surface of the insulating layer. However, the wiring substrate includes a metal base, an insulating layer provided on the surface of the metal base, and a metal pattern provided on the surface of the insulating layer. It may be joined on the metal pattern by a method such as soldering. In this case, examples of the material for the insulating layer include resin and ceramics, and the manufacturing cost of the circuit board is reduced. Such a configuration can be applied to the semiconductor circuit devices of Embodiments 4 to 6 described later, and similar effects can be obtained.
実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図9に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板401は、金属基体7と、その表面に設けられた絶縁層8と、絶縁層8の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に対して垂直な断面が矩形状である配線導体40と、配線導体40の絶縁層8に接合した面に対向する面(配線導体の上面と記す)に絶縁部材46を介して設けられた導電部材47を備えている。この導電部材47は配線回路として用いられ、配線導体40と位相の異なる高周波電流を流すことができる。
配線導体部は、配線導体40を絶縁層8に接合し搭載した後、配線導体40に、絶縁部材46を介して導電部材47を接合して形成する。あるいは、あらかじめ絶縁部材46を介して導電部材47が設けられた配線導体40を、絶縁層8に接合し搭載して形成する。
本実施の形態では、配線導体40の上面が導電部材47と近接しているので、配線導体40の上面に生じる上面表皮近傍通電路40kの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
また、導電部材47の底面に生じる底面表皮近傍通電路47nの面積も増加し、導電部材47の通電抵抗も低下する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a wiring conductor portion in a circuit board of a semiconductor circuit device according to Embodiment 4 of the present invention. The cross section of the wiring conductor portion shown here is a cross section perpendicular to the energization direction.
As shown in FIG. 9, the
The wiring conductor portion is formed by bonding and mounting the
In the present embodiment, since the upper surface of the
Further, the area of the bottom surface near-
また、配線導体40の絶縁層8との接合面(配線導体の底面と記す)は金属基体7に近接しているので、この部分に底面表皮近傍通電路40nが発生する。しかし、近接効果により、上面表皮近傍通電路40kに流れる電流が大きいので、底面表皮近傍通電路40nに流れる電流が小さくなり、金属基体7の渦電流発生部40fに発生する渦電流も小さくなる。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態では、導電部材47に配線導体40と位相の異なる高周波電流を流せる構造となっており、導電部材47は配線導体となっているが、導電部材47が配線回路から独立していても良い。導電部材47が配線回路である時より効果は小さいが、この場合でも、近接効果により上面表皮近傍通電路40kの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
Further, since the joint surface of the
The semiconductor circuit device of the present embodiment has a large area near the skin of the wiring conductor through which high-frequency current flows, a low energization resistance, a small eddy current generated in the metal substrate, and heat generation from the circuit board is suppressed. Therefore, the current capacity can be increased and the reliability is excellent.
In the present embodiment, the
実施の形態5.
図10は、本発明の実施の形態5に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図10に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板501は、金属基体7と、その表面に設けられた絶縁層8と、絶縁層8の表面に設けられた高周波電流が通電され、且つ通電方向に垂直な断面が矩形状である配線導体50と、配線導体50の側面および上面を覆って設けられた絶縁部材56と、この絶縁部材56の表面に設けられた導電部材57とを備えている。この導電部材57は配線回路として用いられ、配線導体50と位相の異なる高周波電流を流すことができる。
本実施の形態では、配線導体50の上面および両側面が導電部材57と近接しているので、配線導体50の、上面に生じる上面表皮近傍通電路50kの面積と、両側面に生じる側面表皮近傍通電路50mの面積が増加し、配線導体50の通電抵抗が低下する。
また、導電部材57の内面に生じる内面表皮近傍通電路50iの面積も増加し、導電部材57の通電抵抗も低下する。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a wiring conductor portion in a circuit board of a semiconductor circuit device according to
As shown in FIG. 10, the
In the present embodiment, since the upper surface and both side surfaces of the
In addition, the area of the inner skin near-
また、配線導体50の底面は金属基体7に近接しているので、この部分に底面表皮近傍通電路50nが発生する。しかし、近接効果により、上面および側面表皮近傍通電路50k、50mに流れる電流が大きいので、底面表皮近傍通電路50nに流れる電流が小さくなり、金属基体7の渦電流発生部50fに発生する渦電流も小さくなる。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
本実施の形態では、導電部材57に配線導体50と位相の異なる高周波電流を流せる構造となっており、導電部材57は配線導体となっているが、導電部材57が配線回路から独立していても良い。導電部材57が配線回路である時より効果は小さいが、この場合でも、近接効果により上面および側面表皮近傍通電路50k、50mの面積が増加し、通電抵抗が低下する。
Further, since the bottom surface of the
The semiconductor circuit device of the present embodiment has a large area near the skin of the wiring conductor through which high-frequency current flows, a low energization resistance, a small eddy current generated in the metal substrate, and heat generation from the circuit board is suppressed. Therefore, the current capacity can be increased and the reliability is excellent.
In the present embodiment, the
実施の形態6.
図11は、本発明の実施の形態6に係る半導体回路装置の回路基板における配線導体部の断面模式図である。ここで示した配線導体部の断面は、通電方向に対して垂直な断面である。
図11に示すように、本実施の形態の半導体回路装置の回路基板601は、金属基体7と、その表面に設けられた絶縁層8と、絶縁層8の表面に設けられた複数の薄板状の配線導体60と、薄板状の配線導体60間に設けられた絶縁部材66とを備えている。
本実施の形態では、第1の薄板状の配線導体60aの平面部と第2の薄板状の配線導体60bの平面部との間、および、第2の薄板状の配線導体60bの平面部と第3の薄板状の配線導体60cの平面部との間に絶縁部材66が設けられている。各薄板状の配線導体60a、60b、60cには、位相の異なる高周波電流を流すことができる。
本実施の形態では、各薄板状の配線導体60a、60b、60cの絶縁層8を介して金属基体7と対向する部分(配線導体の底面部と記す)の幅Wに比べて、その高さHが十分に大きいので、近接効果により、各薄板状の配線導体の平面部における、隣り合わせの薄板状の配線導体と対向する面に生じる表皮近傍通電路の面積が、特に大きくなり、通電抵抗を低減させる効果が高い。
また、各薄板状の配線導体60a、60b、60cの底面部の幅Wが小さいので、金属基体7に発生する渦電流も小さい。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a wiring conductor portion in a circuit board of a semiconductor circuit device according to
As shown in FIG. 11, the
In the present embodiment, between the flat portion of the first thin plate-
In the present embodiment, the height of the thin plate-
Further, since the width W of the bottom surface portion of each
本実施の形態では、第1から第3の3本の配線導体と2枚の絶縁部材66を備えているが、第1の薄板状の配線導体60aと第2の薄板状の配線導体60bと、これら薄板状の配線導体との間に設けた絶縁部材66との構成でも良い。
また、本実施の形態では、位相の異なる高周波電流を流す第1から第3の3本の配線導体を備えているが、そのいずれかを、配線回路から独立させて、高周波電流が流れない導電部材としても良い。
薄板状の配線導体60と絶縁部材66とのサンドイッチ構造体は、板状あるいは箔状の配線導体と絶縁部材とを積層して、加圧プレスで一体化したり、各層を接着したりして製造する。また、板状あるいは箔状の配線導体を絶縁部材面に、あらかじめ形成したものを、積層接着して製造しても良い。また、絶縁部材面にめっきなどの膜形成工程で膜状の配線導体を形成したものを積層接着して製造しても良い。
本実施の形態の半導体回路装置は、高周波電流が流れる配線導体の表皮近傍通電路の面積が特に大きく、通電抵抗が低いとともに、金属基体に生じる渦電流が小さく、回路基板からの発熱が抑制されているので、電流容量を大きくでき、且つ信頼性に優れている。
In this embodiment, the first to third three wiring conductors and the two insulating
In the present embodiment, the first to third wiring conductors that flow high-frequency currents having different phases are provided. Any one of them is independent from the wiring circuit, and the high-frequency current does not flow. It is good also as a member.
A sandwich structure of a thin plate-
The semiconductor circuit device of the present embodiment has a particularly large area near the skin of the wiring conductor through which a high-frequency current flows, a low current resistance, a small eddy current generated in the metal substrate, and heat generation from the circuit board is suppressed. Therefore, the current capacity can be increased and the reliability is excellent.
本発明に係る半導体回路装置は、高周波電流が流れる回路からの発熱を抑えることができるので、高電流化と高信頼化が要求される電機機器に有効に利用できる。 Since the semiconductor circuit device according to the present invention can suppress heat generation from a circuit through which a high-frequency current flows, it can be effectively used for electrical equipment that requires high current and high reliability.
1 スイッチング素子、1a 出力端子、1b ゲート端子、3 電源、
4 コンデンサ、5 ハーネス、6 端子台、7,77 金属基体、8,78 絶縁層、
10,40,50,60,70 配線導体、10a 第1の配線導体、
10b 第2の配線導体、10m 表皮近傍通電路、11 リード端子、
12 入力側配線導体、13 出力側配線導体、14 制御側配線導体、
13a 第1の出力側配線導体、13b 第2の出力側配線導体、
13c 第3の出力側配線導体、13ab 第1の一方側側壁部、
13ba 第2の一方側側壁部、13bc 第2の他方側側壁部、
13cb 第3の一方側側壁部、13ad 第1の底部、13bd 第2の底部、
13cd 第3の底部、13f,30f,40f,50f,70f 渦電流発生部、
13n,30n,40n,47n,50n,70n 底面表皮近傍通電路、
13m,30m,50m 側面表皮近傍通電路、
15,16,36,46,56,66 絶縁部材、20 配線基板、
20a,20b,20c 金属パターン、30a 第1のL字型配線導体、
30b 第2のL字型配線導体、30ab 第1のL字型配線導体の側壁部、
30ba 第2のL字型配線導体の側壁部、30ad 第1のL字型配線導体の底部、
30bd 第2のL字型配線導体の底部、40k,50k 上面表皮近傍通電路、
47,57 導電部材、50i 内面表皮近傍通電路、
60a 第1の薄板状の配線導体、60b 第2の薄板状の配線導体、
60c 第3の薄板状の配線導体、
101,101a,201,301,401,501,601 回路基板、
100 半導体回路装置、102 モデル回路基板、701 絶縁基板。
1 switching element, 1a output terminal, 1b gate terminal, 3 power supply,
4 capacitor, 5 harness, 6 terminal block, 7,77 metal base, 8,78 insulating layer,
10, 40, 50, 60, 70 wiring conductor, 10a first wiring conductor,
10b Second wiring conductor, 10m near-surface energization path, 11 lead terminal,
12 input side wiring conductor, 13 output side wiring conductor, 14 control side wiring conductor,
13a 1st output side wiring conductor, 13b 2nd output side wiring conductor,
13c 3rd output side wiring conductor, 13ab 1st one side wall part,
13ba second side wall portion, 13bc second side wall portion,
13cb third one side wall, 13ad first bottom, 13bd second bottom,
13cd 3rd bottom part, 13f, 30f, 40f, 50f, 70f Eddy current generation part,
13n, 30n, 40n, 47n, 50n, 70n Bottom surface skin vicinity energization path,
13m, 30m, 50m side surface near the current path,
15, 16, 36, 46, 56, 66 insulating member, 20 wiring board,
20a, 20b, 20c metal pattern, 30a first L-shaped wiring conductor,
30b Second L-shaped wiring conductor, 30ab Side wall portion of the first L-shaped wiring conductor,
30ba Side wall portion of the second L-shaped wiring conductor, 30ad Bottom portion of the first L-shaped wiring conductor,
30bd bottom of second L-shaped wiring conductor, 40k, 50k upper surface near-surface energization path,
47,57 conductive member, 50i inner surface near-surface conduction path,
60a first thin plate-like wiring conductor, 60b second thin plate-like wiring conductor,
60c Third thin plate-like wiring conductor,
101, 101a, 201, 301, 401, 501, 601 circuit board,
100 Semiconductor circuit device, 102 Model circuit board, 701 Insulating board.
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