JP4190710B2

JP4190710B2 - Semiconductor device

Info

Publication number: JP4190710B2
Application number: JP2000259143A
Authority: JP
Inventors: 信剛谷口; 伸二奈須
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: JP2002076260A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積半導体デバイスに、より詳しくは、例えばインバータ装置等の電力変換用装置への利用に適した半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１つの筐体内に複数個の電子素子が組み込まれた集積デバイスが多用されている。かかる集積デバイスとしては、例えば、絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子等の半導体スイッチング素子とともに、そのスイッチング素子を駆動させる駆動制御回路が組み込まれ、主にインバータ装置等の電力変換装置に利用されるスイッチング用半導体デバイスが知られている。
【０００３】
図５に、従来のスイッチング用半導体デバイスの内部構造を概略的に示す。この半導体デバイス６０では、本体外形をなす筐体６１内で、ベース板６３上に、半導体チップであるスイッチング素子６２Ａ，６２Ｂが、絶縁プレート６４Ａ，６４Ｂを介して配置されるとともに、電極端子６５Ａ，６５Ｂの一端部が接合されている。電極端子６５Ａ，６５Ｂは、曲折しつつ上方へ延び、その他端部が、筐体６１の上面から露出して、外部端子として用いられる。
【０００４】
また、半導体デバイス６０では、絶縁プレート６４Ａの上方に、プリント基板６６と、該プリント基板６６上に実装されたスイッチング素子駆動制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等を含む各種素子（これらをまとめて符号６７であらわす）とからなる駆動制御回路６８が配設されている。駆動制御回路６８における各種素子６７は、電極端子６５Ａの水平部分６５ａとプリント基板６６との間に配置されている。
【０００５】
このように、スイッチング用半導体デバイス６０を含む集積デバイスでは、一般に、デバイス本体の小型化を図るべく、半導体素子（ここではスイッチング素子）及びその制御回路が同一の筐体内に内蔵される構造を有し、筐体内に、各種の素子及び電極端子の導電部分が近接した状態で配置される。かかる構造では、スイッチングしようとする直流主回路に電圧を印加するに伴ない、上記導電部分の間の領域に静電界が発生し得る。上記スイッチング用半導体デバイス６０の場合には、電極端子６５Ａの水平部分とプリント基板６６上の配線パターンとの間の領域８０（網目状のハッチングで示す）に、静電界が発生する。この静電界の強さは、導電部分間の距離に反比例し、印加電圧に比例するため、半導体デバイスの小型化及び高電圧化に伴ない、大きくなることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動制御回路６８における制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等の能動素子は、通常、外部環境からの保護等を目的として、樹脂封止されている。この封止剤としては、例えばＢｒ化合物，Ｓｂ化合物等の樹脂を難燃化する成分が添加されたものが用いられる。樹脂内では、Ｂｒ化合物のごく微量のみがイオン化する。この臭素イオンは、樹脂内で均等に分布しており、全体としては中和状態を保っている。
【０００７】
しかしながら、前述したように直流主回路に電圧を印加するに伴ない、半導体デバイス内の導電部分間の領域に静電界が発生すると、図７で特定の能動素子７０の場合について示すように、臭素イオンは、樹脂６９内で分極現象をあらわす。静電界は、矢印方向に印加される。これにより、樹脂６９内のイオンが駆動制御回路６８に含まれる各能動素子に対しあたかもゲートのように作用して、駆動制御回路６８の誤作動を引き起こす。その結果、駆動制御回路６８の駆動対象であるスイッチング素子６２Ａ，６２Ｂの動作に異常を来たす惧れがある。
【０００８】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、スイッチングしようとする所定の回路への電圧印加に伴ない、デバイス内の導電部分間に生じる静電界の影響を受けずに、駆動制御回路の正常動作を確保し得る半導体デバイスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と、該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される上記能動素子が、上記筐体内で平行に対向配置された上記電極端子と上記プリント基板とによって挟まれた領域の外に配置されていることを特徴としたものである。
【００１０】
また、本願の第２の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記駆動制御回路を構成する素子のうち、回路の主動作を制御可能な制御ＩＣのみが、上記筐体内で平行に対向配置された上記電極端子と上記プリント基板とによって挟まれた領域の外に配置されていることを特徴としたものである。
【００１１】
更に、本願の第３の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記筐体内で平行に対向配置された上記電極端子と上記プリント基板とによって挟まれた領域内において、上記駆動制御回路と上記電極端子との間に遮蔽部材が設けられたことを特徴としたものである。
【００１２】
また、更に、本願の第４の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記筐体内で平行に対向配置された上記電極端子と上記プリント基板とによって挟まれた領域内において、上記駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子の上面側に遮蔽部材が取り付けられたことを特徴としたものである。
【００１３】
また、更に、本願の第５の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記筐体内で平行に対向配置された上記電極端子と上記プリント基板とによって挟まれた領域内において、上記駆動制御回路を構成する素子のうち、回路の主動作を制御可能な制御ＩＣのみの上面側に遮蔽部材が取り付けられたことを特徴としたものである。
【００１４】
また、更に、本願の第６の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子の封止剤として、外部の静電界に対する特性変動耐性が所定以上である樹脂が用いられることを特徴としたものである。
【００１５】
また、更に、本願の第７の発明は、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させるためにプリント基板に素子が設けられた駆動制御回路とを筐体内に備え、
上記半導体素子に接続された電極端子と上記プリント基板とが上記筐体内で平行に対向配置され、該電極端子を介して該半導体素子に電圧を印加した場合に、該電極端子と該プリント基板との間に静電界が発生する半導体デバイスにおいて、
上記駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子として、樹脂内におけるイオンの分極現象に対する特性変動耐性が所定以上である素子が用いられることを特徴としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。この半導体デバイス１０は、インバータ装置等の電力変換装置内のスイッチング用デバイスとして利用可能であり、半導体チップである半導体スイッチング素子２Ａ，２Ｂとともに、該スイッチング素子２Ａ，２Ｂを駆動させる駆動制御回路８が同一の筐体１に組み込まれてなるものである。
【００１７】
筐体１内では、スイッチング素子２Ａ，２Ｂが、本体底面をなすベース板３上の絶縁プレート４Ａ，４Ｂに、銅製の配線パターン１１Ａ，１１Ｂを介して設けられている。スイッチング素子２Ａ，２Ｂとしては、絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子が用いられる。また、ベース板３上の絶縁プレート４Ａ，４Ｂに、銅製の配線パターン１２Ａ，１２Ｂを介して電極端子５Ａ，５Ｂの一端部が接合されている。これら電極端子５Ａ，５Ｂは、曲折しつつ上方へ延び、その他端部が、筐体１の上面から露出し、外部端子として作用する。
【００１８】
更に、この実施の形態１では、各電極や素子の導電部分間の領域、すなわち静電界が発生し得る領域（ここでは、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側領域１２）の外に、プリント基板６と該プリント基板６上に実装された複数個の制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等の各種素子（これらをまとめて符号７で示す）とからなる駆動制御回路８が配設されている。プリント基板６には、その平面方向に沿って、各種素子を接続するための配線パターン（不図示）が形成されている。プリント基板６は、絶縁プレート４Ａ，４Ｂ上の各配線パターン１１Ａ，１２Ｂに、それぞれ、アルミワイヤ１３，１４を介して接続されている。
【００１９】
更に、スイッチング素子２Ａと絶縁プレート４Ａ上の配線パターン１２Ａとが、アルミワイヤ９Ａを介して接続されるとともに、スイッチング素子２Ｂと絶縁プレート４Ｂ上の配線パターン１２Ｂとが、アルミワイヤ９Ｂを介して接続されている。すなわち、この半導体デバイス１０では、電極端子５Ａ→絶縁プレート４Ａ上の配線パターン１２Ａ→アルミワイヤ電極９Ａ→スイッチング素子４Ａ→絶縁プレート４Ａ上の配線パターン１１Ａ→アルミワイヤ１３→プリント基板６上の配線パターン→各種素子７→プリント基板６上の配線パターン→アルミワイヤ１４→絶縁プレート４Ｂ上の配線パターン１２Ｂ→電極端子５Ｂという電流経路が構成されている。
【００２０】
この半導体デバイス１０を用いてスイッチングしようとする直流主回路に電圧を印加するに伴ない、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側領域１５に、静電界が発生し得る。半導体デバイス１０では、駆動制御回路８が、静電界が発生し得る領域１５の外に配置されているため、図６及び７を参照して説明したように、駆動制御回路８を構成する各種の能動素子が静電界から影響を受けて、能動素子を封止する樹脂内のイオンが分極される惧れはない。その結果、スイッチング素子２Ａ，２Ｂを駆動させる駆動制御回路８の誤作動を抑制することができ、スイッチング素子２Ａ，２Ｂの正常動作を確保することが可能となる。
【００２１】
以下、本発明の別の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上記実施の形態１における場合と同じものについては、同一の符号を付し、それ以上の説明を省略する。
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。半導体デバイス２０は、上記実施の形態１に係る半導体デバイスとほぼ同じ構成を有するもので、この実施の形態２では、駆動制御回路２８を構成し、プリント基板２６上に実装される各種素子のうち、制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等の樹脂封止される能動素子（これらをまとめて符号２７であらわす）が、静電界が発生し得る領域（ここでは、プリント基板２６と電極端子５Ａの水平部分５ａとの間の領域１２）の外に配置されている。
【００２２】
これにより、半導体デバイス２０では、駆動制御回路８を構成する各種の能動素子が静電界から影響を受けて、上記能動素子を封止する樹脂内のイオンが分極される惧れはない。その結果、スイッチング素子２Ａ，２Ｂを駆動させる駆動制御回路２８の誤作動を抑制することができ、スイッチング素子２Ａ，２Ｂの正常動作を確保することが可能である。
【００２３】
なお、この実施の形態２では、駆動制御回路２８を構成する素子のうち、制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等の樹脂封止された能動素子が、静電界が発生し得る領域の外に配置されているが、これに限定されることはなく、例えば、駆動制御回路２８を構成する素子のうち、回路の主動作を制御可能な制御ＩＣのみが、静電界が発生し得る領域の外に配置されていても、実施の形態２における場合と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。この半導体デバイス３０では、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側に、プリント基板３６と、該プリント基板３６上に実装された複数個の制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等を含む各種素子（これらをまとめて符号３７であらわす）とからなる駆動制御回路３８が配設されている。更に、この実施の形態３では、駆動制御回路３８の上側に、そのサイズにほぼ対応する遮蔽プレート３３がプリント基板３６と水平に取り付けられている。この遮蔽プレート３３は、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側に発生し得る静電界から駆動制御回路３８を遮蔽することができる材質（例えば金属など）からなるものである。これにより、この半導体デバイス３０では、駆動制御回路３８が、静電界が発生し得る領域３５の外に維持されることになる。
【００２５】
したがって、半導体デバイス３０では、駆動制御回路３８を構成する各種の能動素子が静電界から影響を受けて、上記能動素子を封止する樹脂内のイオンが分極される惧れはない。その結果、スイッチング素子２Ａ，２Ｂを駆動させる駆動制御回路３８の誤作動を抑制することができ、スイッチング素子２Ａ，２Ｂの正常動作を確保することが可能である。
【００２６】
実施の形態４．
図４に、本発明の実施の形態４に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。この半導体デバイス４０では、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側に、プリント基板４６と、該プリント基板４６上に実装された各種素子とからなる駆動制御回路４８が配設されている。更に、この実施の形態４では、プリント基板４６上に実装される各種素子のうち、複数個の制御ＩＣ，チップトランジスタ，チップダイオード等の能動素子（これらをまとめて符号４７であらわす）の上面側に、そのサイズにほぼ対応する遮蔽プレート４３が取り付けられている。この遮蔽プレート４３は、上記実施の形態３における遮蔽プレート３３と同じく、電極端子５Ａの水平部分５ａの下側に発生し得る静電界から駆動制御回路４８を遮蔽することができる材質（例えば金属など）からなるものである。これにより、この半導体デバイス４０では、駆動制御回路４８に含まれる能動素子が、静電界が発生し得る領域４５に影響されることなく、正常動作を維持することができる。
【００２７】
したがって、半導体デバイス４０では、駆動制御回路４８を構成する各種の能動素子が静電界から影響を受けて、上記能動素子４７を封止する樹脂内のイオンが分極される惧れはない。その結果、スイッチング素子２Ａ，２Ｂを駆動させる駆動制御回路４８の誤作動を抑制することができ、スイッチング素子２Ａ，２Ｂの正常動作を確保することが可能である。
【００２８】
なお、この実施の形態４では、駆動制御回路４８に含まれる能動素子４７の全てを静電界から遮蔽する場合について説明したが、これに限定されることなく、上記能動素子４７のうち、例えば制御ＩＣのみを遮蔽するようにしてもよい。また、外部からの静電界に対する特性変動耐性が所定未満である制御ＩＣのみを遮蔽するようにしてもよい。
【００２９】
前述した実施の形態では、駆動制御回路に対する外部の静電界からの影響を抑制すべく、駆動制御回路を静電界が発生し得る領域の外に配置したり、駆動制御回路を静電界から遮蔽したりする解決手段が用いられたが、別の手段としては、駆動制御回路を構成する能動素子の封止剤に、外部の静電界に対する特性変動耐性が所定以上である樹脂を用いること、また、能動素子に、樹脂内におけるイオンの分極現象に対する特性変動耐性が所定以上である能動素子を用いることが考えられるが、これらの手段を用いた場合にも、前述した実施の形態における場合と同様の効果を奏することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本願の請求項１の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路が、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域の外に配置されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３１】
また、本願の請求項２の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子が、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域の外に配置されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３２】
更に、本願の請求項３の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、回路の主動作を制御可能な制御ＩＣのみが、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域の外に配置されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３３】
また、更に、本願の請求項４の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路が、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域から遮蔽部材で遮蔽されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３４】
また、更に、本願の請求項５の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子が、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域から遮蔽部材で遮蔽されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３５】
また、更に、本願の請求項６の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、回路の主動作を制御可能な制御ＩＣのみが、上記半導体素子への電圧印加に伴ない、上記半導体デバイス内で静電界が発生し得る領域から遮蔽部材で遮蔽されているので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３６】
また、更に、本願の請求項７の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子の封止剤として、外部の静電界に対する特性変動耐性が所定以上である樹脂が用いられるので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【００３７】
また、更に、本願の請求項８の発明によれば、所定の外部回路に対する主電流をスイッチングする半導体素子と該半導体素子を駆動させる駆動制御回路とを備えた半導体デバイスにおいて、該駆動制御回路を構成する素子のうち、外部環境からの保護用に樹脂封止される能動素子として、樹脂内におけるイオンの分極現象に対する特性変動耐性が所定以上である素子が用いられるので、駆動制御回路が静電界から影響を受けて誤作動する惧れをなくすることができ、スイッチング素子の正常な動作を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。
【図５】従来の半導体デバイスの内部構造を示す縦断面説明図である。
【図６】樹脂に含まれる臭素イオンの配列状態を概略的に示す説明図である。
【図７】電界による樹脂内の臭素イオンへの影響をあらわす説明図である。
【符号の説明】
１筐体，２Ａ，２Ｂスイッチング素子，５Ａ，５Ｂ電極端子，６プリント基板，７プリント基板上の各種素子，８駆動制御回路，１０スイッチング素子用半導体デバイス，１５静電界発生領域，２７能動素子，３３遮蔽プレート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for use in a power conversion device such as an inverter device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an integrated device in which a plurality of electronic elements are incorporated in a single casing is often used. As such an integrated device, for example, a semiconductor switching element such as an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) element and a drive control circuit for driving the switching element are incorporated, and mainly used for a power conversion device such as an inverter device. Switching semiconductor devices are known.
[0003]
FIG. 5 schematically shows the internal structure of a conventional switching semiconductor device. In this semiconductor device 60, switching elements 62A and 62B, which are semiconductor chips, are disposed on a base plate 63 in a casing 61 that forms the outer shape of the main body via insulating plates 64A and 64B. One end of 65B is joined. The electrode terminals 65 </ b> A and 65 </ b> B extend upward while being bent, and the other end portions are exposed from the upper surface of the housing 61 and are used as external terminals.
[0004]
Further, in the semiconductor device 60, a printed circuit board 66 and various elements including a switching element drive control IC, a chip transistor, a chip diode, and the like mounted on the printed circuit board 66 are provided above the insulating plate 64A. A drive control circuit 68 is provided. Various elements 67 in the drive control circuit 68 are disposed between the horizontal portion 65a of the electrode terminal 65A and the printed board 66.
[0005]
As described above, an integrated device including the switching semiconductor device 60 generally has a structure in which a semiconductor element (here, a switching element) and its control circuit are built in the same casing in order to reduce the size of the device body. The various elements and the conductive portions of the electrode terminals are arranged close to each other in the housing. In such a structure, an electrostatic field can be generated in a region between the conductive portions as a voltage is applied to the DC main circuit to be switched. In the case of the switching semiconductor device 60, an electrostatic field is generated in a region 80 (indicated by mesh hatching) between the horizontal portion of the electrode terminal 65A and the wiring pattern on the printed circuit board 66. It is known that the strength of the electrostatic field is inversely proportional to the distance between the conductive portions and proportional to the applied voltage, and therefore increases as the semiconductor device becomes smaller and higher in voltage.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, active elements such as control ICs, chip transistors, and chip diodes in the drive control circuit 68 are usually sealed with resin for the purpose of protection from the external environment. As this sealant, for example, a material added with a component that makes a flame retardant resin such as a Br compound or Sb compound is used. In the resin, only a very small amount of Br compound is ionized. The bromine ions are evenly distributed in the resin, and the neutral state is maintained as a whole.
[0007]
However, as described above, when an electrostatic field is generated in the region between the conductive portions in the semiconductor device as a voltage is applied to the DC main circuit, as shown in FIG. The ions show a polarization phenomenon in the resin 69. The electrostatic field is applied in the direction of the arrow. As a result, the ions in the resin 69 act as if they were gates on the active elements included in the drive control circuit 68, causing the drive control circuit 68 to malfunction. As a result, there is a possibility that the operation of the switching elements 62A and 62B that are the driving targets of the drive control circuit 68 may be abnormal.
[0008]
The present invention has been made in view of the above technical problem, and is not affected by an electrostatic field generated between conductive parts in a device due to voltage application to a predetermined circuit to be switched. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of ensuring the normal operation of a circuit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A first invention of the present application includes a semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit, and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element, in a housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Among the elements constituting the drive control circuit, the active element that is resin-sealed for protection from the external environment is sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board that are arranged to face each other in parallel in the casing. It is characterized by being arranged outside the region.
[0010]
The second invention of the present application includes a semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element in a housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Of the elements constituting the drive control circuit, only the control IC capable of controlling the main operation of the circuit is outside the region sandwiched between the electrode terminals and the printed circuit board arranged in parallel in the casing. It is characterized by being arranged.
[0011]
Furthermore, a third invention of the present application includes a semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit, and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element, in a housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
A shielding member is provided between the drive control circuit and the electrode terminal in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board that are arranged to face each other in parallel in the housing. It is.
[0012]
Furthermore, a fourth invention of the present application includes a semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element. ,
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Actively sealed with resin for protection from the external environment among the elements constituting the drive control circuit in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board which are arranged to face each other in parallel in the housing. A shielding member is attached to the upper surface side of the element.
[0013]
Furthermore, a fifth invention of the present application includes a semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit, and a drive control circuit in which an element is provided on a printed board for driving the semiconductor element. ,
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
The upper surface of only the control IC that can control the main operation of the circuit among the elements constituting the drive control circuit in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board that are arranged to face each other in parallel in the housing A shielding member is attached to the side.
[0014]
Furthermore, a sixth invention of the present application includes a semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element. ,
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Among the elements constituting the drive control circuit, a resin having a characteristic variation resistance against an external electrostatic field of a predetermined value or more is used as a sealant for an active element that is resin-sealed for protection from the external environment. It is a feature.
[0015]
Furthermore, a seventh invention of the present application includes a semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit, and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element. ,
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Among the elements constituting the drive control circuit, as active elements that are resin-sealed for protection from the external environment, elements that have a characteristic fluctuation resistance against a phenomenon of ion polarization in the resin that are greater than or equal to a predetermined value are used. It is what.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating the internal structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor device 10 can be used as a switching device in a power conversion device such as an inverter device. Along with the semiconductor switching elements 2A and 2B which are semiconductor chips, a drive control circuit 8 for driving the switching elements 2A and 2B is provided. It is built in the same housing 1.
[0017]
In the housing 1, switching elements 2A and 2B are provided on insulating plates 4A and 4B on a base plate 3 forming a bottom surface of the main body via copper wiring patterns 11A and 11B. As the switching elements 2A and 2B, insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) elements are used. Further, one end portions of the electrode terminals 5A and 5B are joined to the insulating plates 4A and 4B on the base plate 3 via copper wiring patterns 12A and 12B. These electrode terminals 5A and 5B extend upward while being bent, and the other end portions are exposed from the upper surface of the housing 1 and function as external terminals.
[0018]
Further, in the first embodiment, printing is performed outside the region between the conductive portions of each electrode or element, that is, the region where the electrostatic field can be generated (here, the lower region 12 of the horizontal portion 5a of the electrode terminal 5A). A drive control circuit 8 including a substrate 6 and a plurality of elements such as a plurality of control ICs, chip transistors, and chip diodes (collectively denoted by reference numeral 7) mounted on the printed circuit board 6 is disposed. . A wiring pattern (not shown) for connecting various elements is formed on the printed board 6 along the planar direction. The printed circuit board 6 is connected to the wiring patterns 11A and 12B on the insulating plates 4A and 4B via aluminum wires 13 and 14, respectively.
[0019]
Furthermore, the switching element 2A and the wiring pattern 12A on the insulating plate 4A are connected via an aluminum wire 9A, and the switching element 2B and the wiring pattern 12B on the insulating plate 4B are connected via an aluminum wire 9B. Has been. That is, in this semiconductor device 10, the electrode terminal 5A → the wiring pattern 12A on the insulating plate 4A → the aluminum wire electrode 9A → the switching element 4A → the wiring pattern 11A on the insulating plate 4A → the aluminum wire 13 → the wiring pattern on the printed circuit board 6. → Current elements 7 → Wiring pattern on printed circuit board 6 → Aluminum wire 14 → Wiring pattern 12B on insulating plate 4B → Electrode terminal 5B.
[0020]
As a voltage is applied to the DC main circuit to be switched using the semiconductor device 10, an electrostatic field can be generated in the lower region 15 of the horizontal portion 5a of the electrode terminal 5A. In the semiconductor device 10, since the drive control circuit 8 is disposed outside the region 15 where the electrostatic field can be generated, as described with reference to FIGS. 6 and 7, various types of components constituting the drive control circuit 8 are provided. There is no possibility that ions in the resin sealing the active element are polarized due to the active element being affected by the electrostatic field. As a result, malfunction of the drive control circuit 8 that drives the switching elements 2A and 2B can be suppressed, and normal operation of the switching elements 2A and 2B can be ensured.
[0021]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted.
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is an explanatory longitudinal sectional view showing the internal structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device 20 has substantially the same configuration as that of the semiconductor device according to the first embodiment. In the second embodiment, the drive control circuit 28 is configured, and among the various elements mounted on the printed circuit board 26. , A control IC, a chip transistor, a chip diode, and other active elements encapsulated in resin (collectively denoted by reference numeral 27) are regions where an electrostatic field can be generated (here, the printed circuit board 26 and the electrode terminal 5A are horizontal). It is arranged outside the region 12) between the part 5a.
[0022]
Thereby, in the semiconductor device 20, there is no possibility that the various active elements constituting the drive control circuit 8 are affected by the electrostatic field, and the ions in the resin sealing the active elements are polarized. As a result, malfunction of the drive control circuit 28 for driving the switching elements 2A and 2B can be suppressed, and normal operation of the switching elements 2A and 2B can be ensured.
[0023]
In the second embodiment, among the elements constituting the drive control circuit 28, resin-sealed active elements such as a control IC, a chip transistor, and a chip diode are arranged outside a region where an electrostatic field can be generated. However, the present invention is not limited to this. For example, among the elements constituting the drive control circuit 28, only the control IC that can control the main operation of the circuit is outside the region where the electrostatic field can be generated. Even if it is arranged, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
[0024]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is an explanatory longitudinal sectional view showing the internal structure of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In this semiconductor device 30, various elements including a printed circuit board 36 and a plurality of control ICs, chip transistors, chip diodes and the like mounted on the printed circuit board 36 below the horizontal portion 5 a of the electrode terminal 5 A Are collectively represented by the reference numeral 37). Further, in the third embodiment, a shielding plate 33 substantially corresponding to the size is attached horizontally to the printed circuit board 36 above the drive control circuit 38. The shielding plate 33 is made of a material (for example, metal) that can shield the drive control circuit 38 from an electrostatic field that may be generated below the horizontal portion 5a of the electrode terminal 5A. As a result, in the semiconductor device 30, the drive control circuit 38 is maintained outside the region 35 where the electrostatic field can be generated.
[0025]
Therefore, in the semiconductor device 30, various active elements constituting the drive control circuit 38 are not affected by the electrostatic field, and there is no possibility that ions in the resin sealing the active elements are polarized. As a result, malfunction of the drive control circuit 38 for driving the switching elements 2A and 2B can be suppressed, and normal operation of the switching elements 2A and 2B can be ensured.
[0026]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional explanatory view showing the internal structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the semiconductor device 40, a drive control circuit 48 including a printed circuit board 46 and various elements mounted on the printed circuit board 46 is disposed below the horizontal portion 5a of the electrode terminal 5A. Further, in the fourth embodiment, among various elements mounted on the printed circuit board 46, the upper surface side of a plurality of active elements such as a control IC, a chip transistor, and a chip diode (these are collectively represented by reference numeral 47). In addition, a shielding plate 43 substantially corresponding to the size is attached. The shielding plate 43 is made of a material (for example, metal or the like) that can shield the drive control circuit 48 from an electrostatic field that can be generated below the horizontal portion 5a of the electrode terminal 5A, like the shielding plate 33 in the third embodiment. ). Thereby, in this semiconductor device 40, the active elements included in the drive control circuit 48 can maintain normal operation without being affected by the region 45 where the electrostatic field can be generated.
[0027]
Therefore, in the semiconductor device 40, there is no possibility that the various active elements constituting the drive control circuit 48 are affected by the electrostatic field and the ions in the resin sealing the active element 47 are polarized. As a result, malfunction of the drive control circuit 48 that drives the switching elements 2A and 2B can be suppressed, and normal operation of the switching elements 2A and 2B can be ensured.
[0028]
In the fourth embodiment, a case has been described in which all of the active elements 47 included in the drive control circuit 48 are shielded from an electrostatic field. However, the present invention is not limited to this. Only the IC may be shielded. Further, only the control IC whose characteristic fluctuation resistance against an external electrostatic field is less than a predetermined value may be shielded.
[0029]
In the embodiment described above, in order to suppress the influence of the external electrostatic field on the drive control circuit, the drive control circuit is arranged outside the region where the electrostatic field can be generated, or the drive control circuit is shielded from the electrostatic field. However, as another means, a resin whose characteristic fluctuation resistance against an external electrostatic field is not less than a predetermined value is used as a sealant for an active element constituting a drive control circuit. As the active element, it is conceivable to use an active element having a characteristic variation resistance against a phenomenon of ion polarization in the resin that is equal to or higher than a predetermined value. Even when these means are used, the same as in the above-described embodiment is used. There is an effect.
[0030]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1 of the present application, in a semiconductor device including a semiconductor element that switches a main current to a predetermined external circuit and a drive control circuit that drives the semiconductor element, the drive control circuit includes the semiconductor element. As the voltage is applied to the semiconductor device, it is arranged outside the region where the electrostatic field can be generated in the semiconductor device, so that the drive control circuit is not affected by the electrostatic field and may not malfunction. Thus, the normal operation of the switching element can be ensured.
[0031]
According to claim 2 of the present application, the drive control circuit is configured in a semiconductor device including a semiconductor element that switches a main current to a predetermined external circuit and a drive control circuit that drives the semiconductor element. Among the elements, an active element that is resin-sealed for protection from the external environment is disposed outside a region where an electrostatic field can be generated in the semiconductor device when a voltage is applied to the semiconductor element. Therefore, the possibility that the drive control circuit will malfunction due to the influence of the electrostatic field can be eliminated, and the normal operation of the switching element can be ensured.
[0032]
Furthermore, according to the invention of claim 3 of the present application, the drive control circuit is configured in a semiconductor device including a semiconductor element that switches a main current to a predetermined external circuit and a drive control circuit that drives the semiconductor element. Of the elements, only the control IC that can control the main operation of the circuit is disposed outside the region where an electrostatic field can be generated in the semiconductor device when a voltage is applied to the semiconductor element. It is possible to eliminate the possibility that the control circuit will malfunction due to the influence of the electrostatic field, and to ensure the normal operation of the switching element.
[0033]
Furthermore, according to the invention of claim 4 of the present application, in a semiconductor device comprising a semiconductor element that switches a main current to a predetermined external circuit and a drive control circuit that drives the semiconductor element, the drive control circuit includes: As the voltage applied to the semiconductor element is shielded by a shielding member from a region where an electrostatic field can be generated in the semiconductor device, the drive control circuit may be affected by the electrostatic field and malfunction. Thus, the normal operation of the switching element can be ensured.
[0034]
Furthermore, according to the invention of claim 5 of the present application, in a semiconductor device comprising a semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit for driving the semiconductor element, the drive control circuit is Among the constituent elements, an active element that is resin-sealed for protection from the external environment is shielded by a shielding member from a region where an electrostatic field can be generated in the semiconductor device when a voltage is applied to the semiconductor element. Therefore, the possibility that the drive control circuit malfunctions due to the influence of the electrostatic field can be eliminated, and the normal operation of the switching element can be ensured.
[0035]
Furthermore, according to the invention of claim 6 of the present application, in a semiconductor device comprising a semiconductor element for switching a main current to a predetermined external circuit and a drive control circuit for driving the semiconductor element, the drive control circuit is Of the constituent elements, only the control IC capable of controlling the main operation of the circuit is shielded by a shielding member from a region where an electrostatic field can be generated in the semiconductor device when a voltage is applied to the semiconductor element. Therefore, the possibility that the drive control circuit will malfunction due to the influence of the electrostatic field can be eliminated, and the normal operation of the switching element can be ensured.
[0036]
Furthermore, according to the invention of claim 7 of the present application, in a semiconductor device comprising a semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit for driving the semiconductor element, the drive control circuit is Among the constituent elements, as the sealant for the active element that is resin-sealed for protection from the external environment, a resin having a characteristic variation resistance against an external electrostatic field of a predetermined value or more is used. The possibility of malfunction due to the influence of the electric field can be eliminated, and the normal operation of the switching element can be ensured.
[0037]
Furthermore, according to the invention of claim 8 of the present application, in a semiconductor device comprising a semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit for driving the semiconductor element, the drive control circuit is Among the constituent elements, as the active element that is resin-sealed for protection from the external environment, an element having a characteristic fluctuation resistance against the ion polarization phenomenon in the resin is more than a predetermined value. Therefore, it is possible to eliminate the possibility of malfunction due to the influence of the switching element and to ensure the normal operation of the switching element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating an internal structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating the internal structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional explanatory view showing the internal structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view illustrating the internal structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of a conventional semiconductor device.
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing an arrangement state of bromine ions contained in a resin.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the influence of an electric field on bromine ions in a resin.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case, 2A, 2B Switching element, 5A, 5B Electrode terminal, 6 Printed circuit board, 7 Various elements on a printed circuit board, 8 Drive control circuit, 10 Semiconductor device for switching elements, 15 Electrostatic field generation area, 27 Active element, 33 Shielding plate

Claims

A semiconductor element that switches a main current for a predetermined external circuit, and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element are provided in the housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Of the elements constituting the drive control circuit, ability kinematic elements Ru resin-sealed for protection from external environment, sandwiched between the said electrode terminal and the printed board facing each above housing A semiconductor device, wherein the semiconductor device is disposed outside a region.

A semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element are provided in the housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Of the elements constituting the drive control circuit, only the control IC capable of controlling the main operation of the circuit is outside the region sandwiched between the electrode terminals and the printed circuit board arranged in parallel in the casing. A semiconductor device characterized by being arranged.

A semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element are provided in the housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
A shielding member that shields the electrostatic field is provided between the drive control circuit and the electrode terminal in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board that are arranged to face each other in parallel in the housing. A semiconductor device characterized by that.

A semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element are provided in the housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
Actively sealed with resin for protection from the external environment among the elements constituting the drive control circuit in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board which are arranged to face each other in parallel in the housing. A semiconductor device, wherein a shielding member for shielding the electrostatic field is attached to an upper surface side of an element.

A semiconductor element for switching a main current for a predetermined external circuit and a drive control circuit in which an element is provided on a printed circuit board for driving the semiconductor element are provided in the housing.
When the electrode terminal connected to the semiconductor element and the printed circuit board are arranged opposite to each other in parallel in the housing, and a voltage is applied to the semiconductor element through the electrode terminal, the electrode terminal and the printed circuit board In a semiconductor device in which an electrostatic field is generated during
The upper surface of only the control IC that can control the main operation of the circuit among the elements constituting the drive control circuit in a region sandwiched between the electrode terminal and the printed circuit board that are arranged to face each other in parallel in the housing A semiconductor device characterized in that a shielding member for shielding the electrostatic field is attached to the side.