半导体装置的制作方法

1.本发明涉及半导体装置。


背景技术：

2.作为传递模塑型智能功率模块，存在具有电位上浮置的端子的功率模块(例如，参照专利文献1的图1)。
3.专利文献1：日本特开2011-96696号公报
4.就现有的功率模块而言，为了与外部之间的连接，仅浮置的端子的一端从模塑树脂露出。在这样的端子的情况下，无法生成微小电源电压。


技术实现要素：

5.本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于，得到能够生成微小电源电压的半导体装置。
6.本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：半导体模块，其具有开关元件、第1配线、第2配线和封装材料，所述第1配线与所述开关元件连接，所述第2配线与所述第1配线相邻地配置，所述第2配线根据流过所述第1配线的电流的变化而产生感应电动势，所述封装材料将所述开关元件、所述第1配线及所述第2配线封装，所述第2配线的一端和另一端都从所述封装材料露出；基板，其安装有所述半导体模块，该基板具有与所述一端连接的gnd电极；以及二极管，其对从所述另一端输出的所述感应电动势进行整流。
7.发明的效果
8.在本发明中，在半导体模块内，第2配线与连接至开关元件的第1配线相邻地配置，根据流过第1配线的电流的变化而产生感应电动势。第2配线的一端和另一端都从封装材料露出。在第2配线的一端连接有基板的gnd电极，二极管对从第2配线的另一端输出的感应电动势进行整流。由此，能够生成微小电源电压。
附图说明
9.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的图。
10.图2是表示实施方式1涉及的半导体模块的俯视图。
11.图3是实施方式1涉及的半导体装置的电路图。
12.图4是表示实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。
13.图5是表示针对电动机的三相输出电流和由二极管实现的整流后的输出电压的图。
14.图6是表示实施方式1涉及的半导体装置的变形例的图。
15.图7是表示实施方式2涉及的半导体模块的图。
16.图8是表示实施方式3涉及的半导体模块的图。
17.图9是表示实施方式4涉及的半导体装置的图。
18.图10是表示实施方式5涉及的半导体模块的图。
19.图11是表示实施方式6涉及的半导体装置的图。
20.图12是表示实施方式7涉及的半导体模块的图。
21.图13是表示实施方式7涉及的半导体装置的图。
22.图14是表示由实施方式7涉及的半导体模块生成的微小电源电压的分布的图。
23.图15是表示实施方式7涉及的半导体装置的变形例的图。
24.图16是表示实施方式8涉及的半导体模块的图。
具体实施方式
25.参照附图，对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
26.实施方式1
27.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的图。半导体模块1是对电动机2进行驱动的三相逆变器。半导体模块1的p端子和n端子经由dc连接配线3、4而与平滑电容器5连接。
28.图2是表示实施方式1涉及的半导体模块的俯视图。开关元件6a～6f是igbt或mosfet等。开关元件6a～6c及二极管7a～7c分别安装于w端子、v端子、u端子之上。开关元件6d～6f及二极管7d～7f设置于p端子之上。nw端子、nv端子、nu端子、w端子、v端子、u端子、p端子由铜等的平板构成。
29.开关元件6a～6c的背面电极及二极管7a～7c的背面电极分别通过焊料等与w端子、v端子、u端子连接。开关元件6d～6f的背面电极及二极管7d～7f的背面电极通过焊料等与p端子连接。开关元件6a～6f的上表面电极分别与二极管7a～7f的上表面电极进行导线连接。二极管7a～7f的上表面电极分别与nw端子、nv端子、nu端子、w端子、v端子、u端子进行导线连接。导线由au或al构成。
30.配线8与p端子的直线状的配线部分相邻地配置而不与其接触。封装材料9将开关元件6a～6f、二极管7a～7f、p端子等各端子、配线8封装。封装材料9是环氧树脂等传递树脂或硅凝胶等凝胶等。高压的p端子和低压的配线8在封装材料9内确保绝缘且以短的空间距离进行配置。nw端子、nv端子、nu端子、w端子、v端子、u端子、p端子的一个端部从封装材料9露出。配线8的端部g1和端部g2都从封装材料9露出。
31.如果使开关元件6d～6f接通，则在p端子流过电流，在p端子的周围产生磁通，对与p端子相邻地配置的配线8造成影响。通过使开关元件6d～6f通断，从而使流过p端子的电流产生每单位时间的变化(di/dt)。配线8由于相互感应，根据流过p端子的电流的变化而产生感应电动势。互感由p端子与配线8的接近程度而决定。
32.图3是实施方式1涉及的半导体装置的电路图。图4是表示实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。在基板10安装有半导体模块1和平滑电容器5。基板10具有gnd电极11。nw端子、nv端子、nu端子通过基板10上的配线而与平滑电容器5的一端连接，p端子与平滑电容器5的另一端连接。w端子、v端子、u端子被引出至用于与电动机2连接的输出端子台12。
33.p端子的端部及配线8的端部g1从封装材料9的相同侧面露出，配线8的端部g2从封装材料9的另一侧面露出。因此，配线8的端部g1与端部g2相比配置得更靠近p端子的端部。此外，也可以是配线8的端部g1和端部g2从封装材料9的相同的侧面露出。
34.配线8的端部g1与基板10的gnd电极11连接。二极管d1的阳极与配线8的端部g2连接。二极管d1的阴极与负载l连接。电容器c1连接于二极管d1的阴极与gnd电极11之间。二极管d1对从配线8的端部g2输出的感应电动势进行整流。电容器c1对二极管d1的输出电力进行积蓄。在电容器c1积蓄的电力被供给至负载l。
35.这样生成的电力例如能够用于产生对开关元件6a～6f进行驱动的栅极电压。另外，只要是dipipm这样的开关元件与ic一体地形成的功率模块，就能够将该电力用作用于使该ic工作的电源电压。或者，也能够用作ic或led等外部设备的电源。
36.如以上所说明的这样，在本实施方式中，在半导体模块1内，配线8与连接至开关元件6d～6f的p端子相邻地配置，根据流过p端子的电流的变化而产生感应电动势。配线8的一端和另一端都从封装材料9露出。在配线8的一端连接有基板10的gnd电极11，二极管d1对从配线8的另一端输出的感应电动势进行整流。由此，能够生成微小电源电压。
37.图5是表示针对电动机的三相输出电流和由二极管实现的整流后的输出电压的图。例如，在p端子的电感为1uh、配线8的电感为1uh、耦合系数为0.9的情况下，能够生成平均15v的微小电源电压。
38.图6是表示实施方式1涉及的半导体装置的变形例的图。与实施方式1相反地，在配线8的端部g2连接有gnd电极11，在配线8的端部g1连接有二极管d1。配线8利用导通或截止时的电流随时间的变化而生成微小电源电压，因此即使配线8是与实施方式1相反地连接的，只要二极管d1的方向适合，则也能够生成电压。
39.实施方式2
40.图7是表示实施方式2涉及的半导体模块的图。除半导体模块1以外的结构与实施方式1相同。配线8具有从p端子算起的距离不同的大于或等于2根配线8a、8b。配线8a的端部g1与gnd电极11连接，配线8的端部g2与二极管d1的阳极连接。同样地，配线8b的端部g3与gnd电极11连接，配线8b的端部g4与其它二极管的阳极连接。
41.配线8a最接近p端子，配线8b次之。如果从p端子算起的距离不同，则互感发生变化。因此，配线8a的互感最大，配线8b的互感次之。因此，能够像配线8a所生成的电压为15v、配线8b所生成的电压为5v等这样来改变微小电源电压的种类。即，能够生成与配线的数量相对应的数量的微小电源电压。
42.实施方式3
43.图8是表示实施方式3涉及的半导体模块的图。除半导体模块1以外的结构与实施方式1相同。配线8具有电感器13。通过开关元件6d～6f的通断速度(di/dt)和电感器13的匝数，能够对交链磁通进行调整，将感应电动势调整为所期望的电压。其它结构及效果与实施方式1相同。
44.实施方式4
45.图9是表示实施方式4涉及的半导体装置的图。在本实施方式中，实施方式1的储能用的电容器c1被置换为蓄电池14。蓄电池14例如是锂离子电池或固体电池等可再利用的电池。能够通过蓄电池14对在半导体模块1的配线8产生的感应电动势进行蓄电而利用。另外，由于不需要初期的蓄电，因此不需要启动的电源电路，不需要控制电源用的dc/dc电路。
46.实施方式5
47.图10是表示实施方式5涉及的半导体模块的图。防逆流用的二极管d1设置于半导
体模块1的内部。在半导体模块1的内部，配线8被分割为2个部分，一部分与二极管d1的下表面电极连接，另一部分与二极管d1的上表面电极进行导线连接。通过将二极管d1设置于模块内部，从而能够省略外置的部件数量及面积，能够实现电路的省空间化。其它结构及效果与实施方式1相同。
48.实施方式6
49.图11是表示实施方式6涉及的半导体装置的图。配线8的端部g1在实施方式1中连接至与电容器c1连接的控制侧的gnd电极11，但在本实施方式中，连接至与半导体模块1的负极端子nw、nv、nu连接的功率侧的gnd电极15。这样，配线8与控制侧的gnd电极11和功率侧的gnd电极15哪一者连接均可，因此设计的自由度高。
50.实施方式7
51.图12是表示实施方式7涉及的半导体模块的图。图13是表示实施方式7涉及的半导体装置的图。配线16在nw端子与nv端子之间以
“コ”
字状配置。配线16的端部g5和端部g6都从封装材料9露出。配线16根据流过nw端子和nv端子的电流的变化而产生感应电动势。与配线8同样地，配线16的端部g6与gnd电极11连接，配线16的端部g5与二极管d2的阳极连接。电容器c2对二极管d2的输出电力进行积蓄。
52.利用nw端子的接通时的电流随时间的变化和nv端子的断开时的电流随时间的变化，或者，nw端子的断开时的电流随时间的变化和nv端子的接通时的电流随时间的变化，配线16产生感应电动势。
53.图14是表示由实施方式7涉及的半导体模块生成的微小电源电压的分布的图。与p端子相邻的配线8利用三相正弦波调制的u相、v相、w相全体的导通或截止时的电流随时间的变化而生成微小电压。另一方面，配线16只利用3个n端子中的2个而产生感应电动势。因此，配线16的感应电动势能够通过电位变动而产生凹凸。因此，配线16的感应电动势的平均电压为配线8的感应电动势的平均电压的2/3。其它结构及效果与实施方式1相同。
54.图15是表示实施方式7涉及的半导体装置的变形例的图。配线16在nv端子与nu端子之间以
“コ”
字状配置。在这种情况下，也能够得到实施方式7的效果。此外，也可以将配线16配置于nw端子的左侧。在这种情况下，配线16不需要以
“コ”
字状配置，而是与配线8同样地以l字状配置。
55.实施方式8
56.图16是表示实施方式8涉及的半导体模块的图。不仅配线16，配线17也在nv端子与nu端子之间以
“コ”
字状配置。配线17的端部g7和端部g8都从封装材料9露出。配线17根据流过nv端子和nu端子的电流的变化而产生感应电动势。与配线8、16同样地，配线17的一端与gnd电极11连接，配线17的另一端与二极管连接。由此，能够从n端子侧的2个部位产生感应电动势。其它结构及效果与实施方式7相同。
57.如上所述，产生感应电动势的配线在实施方式1中与p端子相邻地配置，在实施方式7、8中与nw端子、nv端子或nu端子相邻地配置。即，该配线与半导体模块的正极端子或负极端子相邻地配置。不限于此，也可以使该配线与输出三相正弦波调制电流的u端子、v端子或w端子相邻地配置。
58.此外，开关元件6a～6f及二极管7a～7f不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
59.由宽带隙半导体构成的元件能够高速通断。因此，即使互感相同，磁通随时间的变化也变大，感应出的电动势变高。因此，与使用由硅构成的低速开关元件的情况相比，能够使配线8、16、17的长度变短，能够实现小型化。
60.另外，由宽带隙半导体形成的半导体芯片的耐电压性及容许电流密度高，能够小型化。通过使用该小型化的半导体芯片，从而组装了该半导体芯片的半导体装置也能够小型化、高集成化。另外，由于半导体芯片的耐热性高，因此能够使散热器的散热鳍片小型化，能够使水冷部空冷化，因而能够使半导体装置进一步小型化。另外，由于半导体芯片的电力损耗低且高效，因此能够使半导体装置高效化。此外，优选开关元件6a～6f和二极管7a～7f双方都由宽带隙半导体形成，但也可以是某一方由宽带隙半导体形成，能够得到上述实施方式所记载的效果。
61.标号的说明
62.1半导体模块，6a～6f开关元件，8、8a、8b配线(第2配线)，9封装材料，10基板，11、15gnd电极，13电感器，14蓄电池，c1电容器，d1二极管，p端子(第1配线)