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JPH04211200A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH04211200A
JPH04211200A JP482891A JP482891A JPH04211200A JP H04211200 A JPH04211200 A JP H04211200A JP 482891 A JP482891 A JP 482891A JP 482891 A JP482891 A JP 482891A JP H04211200 A JPH04211200 A JP H04211200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating layer
pattern
shield pattern
shield
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP482891A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06101636B2 (en
Inventor
Masanori Fukunaga
福永 匡則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP482891A priority Critical patent/JPH06101636B2/en
Priority to US07/727,449 priority patent/US5296735A/en
Priority to DE4124757A priority patent/DE4124757C2/en
Publication of JPH04211200A publication Critical patent/JPH04211200A/en
Publication of JPH06101636B2 publication Critical patent/JPH06101636B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3025Electromagnetic shielding

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent power switching devices and their control circuits mounted on a single metallic substrate as modules and connected in bridges from making malfunctions due to noise, etc. CONSTITUTION:The first and second control circuits 13 and 14 are formed on an aluminum substrate 31 respectively through the first insulating layer 32, first and second shield patterns 101 and 104, and second and third insulating layers 105 and 106 and, at the same time, the first and second shield patterns 101 and 104 are respectively fixed at potentials corresponding to the potentials of the output electrodes of the first and second power transistors 1 and 2. When noise is impressed upon the current routes of the first and second power switching elements with respect to the metallic substrate, the noise also appears in their control circuits with respect to the metallic substrate. As a result, the state becomes equivalent to such a state where no noise exists in the control circuits when the state is viewed from the output electrodes of the first and second power switching elements. Therefore, such an effect is obtained that no malfunction is caused by the noise.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[0001] [0001]

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に関し、特
に、単一の金属基板上にモジュール化されたブリッジ接
続のパワースイッチングデバイスおよびその制御回路の
、ノイズ等による誤動作の防止に関する。 [0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to semiconductor devices, and more particularly to prevention of malfunctions due to noise or the like in bridge-connected power switching devices and their control circuits that are modularized on a single metal substrate. [0002]

【従来の技術】図12はモータ等を駆動するための、3
相ブリツジ構成の従来のインバータ回路を示す回路図で
ある。このインバータ回路は6つのパワーNPNトラン
ジスタ1〜6を含む。トランジスタ1と2,3と4,5
と6はそれぞれトーテムポール接続され、電源端子P。 N間に並列に接続されている。電源端子P、 N間には
端子P側を正とする高電圧が印加される。トランジスタ
1のエミッタとトランジスタ2のコレクタの接続点がU
相の出力端子Uに接続され、トランジスタ3のエミッタ
とトランジスタ4のコレクタの接続点が■相の出力端子
Vに接続され、トランジスタ5のエミッタとトランジス
タ6のコレクタの接続点がW相の出力端子Wに接続され
ている。各トランジスタ1〜6のエミッタ・コレクタ間
にはフライホイールダイオード7〜12がそれぞれ接続
されている。
[Prior Art] Fig. 12 shows a three-dimensional
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional inverter circuit with a phase bridge configuration. This inverter circuit includes six power NPN transistors 1-6. Transistors 1 and 2, 3 and 4, 5
and 6 are each connected to the totem pole, and the power terminal P. connected in parallel between N. A high voltage is applied between power supply terminals P and N, with the terminal P side being positive. The connection point between the emitter of transistor 1 and the collector of transistor 2 is U.
The connection point between the emitter of transistor 3 and the collector of transistor 4 is connected to the output terminal V of phase ■, and the connection point between the emitter of transistor 5 and the collector of transistor 6 is connected to the output terminal U of phase W. Connected to W. Flywheel diodes 7-12 are connected between the emitter and collector of each transistor 1-6, respectively.

【0003】 トランジスタ1〜6のベースには、トラ
ンジスタ1〜6のオン/オフを制御するための制御回路
13〜18がそれぞれ接続されている。制御回路13〜
18は、入力端子19〜24に与えられる制御信号を受
けてトランジスタ1〜6のベース駆動信号を生成するた
めのドライバ25〜30をそれぞれ含む。トランジスタ
1〜6は、入力端子19〜24に入力される制御信号に
応答してオン/オフする。制御回路13〜18はまた、
過電流、過電圧、過熱状態等を検出して適切な保護動作
をとる保護回路を必要に応じて含む。さらに、上アーム
側の制御回路13,15.17は、入力端子19,21
゜23に与えられる低電圧レベルの制御信号を高電圧レ
ベルにレベルシフトするためのフォトカプラ等のインタ
ーフェイス回路をも含む。制御回路13〜18は、IC
やディスクリートのトランジスタ、抵抗、コンデンサ等
により構成される。上アーム側の制御回路13. 15
. 17の電源として、それぞれ個別の電源VUP、 
VVP、 VWPが設けられ、下アーム側の制御回路1
4,16.18の電源として、共通の電源VNが設けら
れている。 [0004]図12の回路は、電源Vup、 Vvp、
 Vwp。 VN を除き、単一の金属基板上にモジュール化して形
成される。上アーム側の電源VUP、 VVP、 Vl
IPは、下アーム側の電源VNを金属基板上に形成され
たチャージポンプ回路で昇圧することにより、モジュー
ル内で生成されることもできる。 [00051図13は、図12の回路を単一の金属基板
上に形成したときのU相の部分の構造を示す断面図であ
る。アルミニウム基板31上に絶縁層32が形成され、
その上にプリント配線基板の配線パターンと類似の銅パ
ターン33が形成される。パワートランジスタ1,2お
よび制御回路13.14は半田付等により銅パターン3
3上に固定される。アルミニウムワイヤ34.35はベ
ースワイヤであり、アルミニウムワイヤ36.37はエ
ミッタワイヤである。銅パターン33は図外で適当につ
ながっており、そのつながりのうちの一部を接続線38
.39で等測的に示す。このようにして図12のU相の
回路部分が単一のアルミニウム基板31上に形成され、
同じくアルミニウム基板31上に形成された外部端子U
、 N、 P、  19. 20を介して外部と接続さ
れるようになっている。 [00061図14は図13のうち上アーム側の部分を
拡大して示す断面図である。銅パターン33とアルミニ
ウム基板31は絶縁層32を間にはさんで対向している
ため、それらの間に容量が形成される。すなわち銅パタ
ーン33はアルミニウム基板31と容量結合している。 図14において、出力端子u (したがってパワートラ
ンジスタ1のエミッタおよびパワートランジスタ2のコ
レクタならびに電源VuPのマイナス側)が接続された
銅パターン33aとアルミニウム基板31との間の容量
をCI、入力端子19が接続された銅パターン33bと
アルミニウム基板31との間の容量を02として示す。 また、銅パターン33aと33bとの間のパターン間容
儀をC3として示す。アルミニウム基板31に接続され
ている端子Sは説明のための便宜上のものである。 [0007]
Control circuits 13 to 18 for controlling on/off of the transistors 1 to 6 are connected to the bases of the transistors 1 to 6, respectively. Control circuit 13~
18 includes drivers 25 to 30, respectively, for receiving control signals applied to input terminals 19 to 24 and generating base drive signals for transistors 1 to 6. Transistors 1-6 are turned on/off in response to control signals input to input terminals 19-24. The control circuits 13 to 18 also
A protection circuit that detects overcurrent, overvoltage, overheating, etc. and takes appropriate protective action is included as necessary. Furthermore, the upper arm side control circuits 13, 15.17 have input terminals 19, 21
It also includes an interface circuit such as a photocoupler for level-shifting a low voltage level control signal applied to the power source 23 to a high voltage level. The control circuits 13 to 18 are IC
It consists of discrete transistors, resistors, capacitors, etc. Upper arm side control circuit 13. 15
.. 17 power supplies, each with an individual power supply VUP,
VVP and VWP are provided, and the control circuit 1 on the lower arm side
A common power supply VN is provided as a power supply for 4, 16, and 18. [0004] The circuit of FIG. 12 has power supplies Vup, Vvp,
Vwp. Except for VN, they are formed modularly on a single metal substrate. Upper arm side power supply VUP, VVP, Vl
IP can also be generated within the module by boosting the power supply VN on the lower arm side with a charge pump circuit formed on a metal substrate. [00051] FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of the U-phase portion when the circuit of FIG. 12 is formed on a single metal substrate. An insulating layer 32 is formed on an aluminum substrate 31,
A copper pattern 33 similar to the wiring pattern of a printed wiring board is formed thereon. The power transistors 1, 2 and control circuits 13 and 14 are connected to the copper pattern 3 by soldering etc.
Fixed on 3. Aluminum wire 34.35 is the base wire and aluminum wire 36.37 is the emitter wire. The copper patterns 33 are connected appropriately outside the diagram, and some of the connections are connected to the connecting wire 38.
.. 39 isometrically shown. In this way, the U-phase circuit portion of FIG. 12 is formed on a single aluminum substrate 31,
External terminal U also formed on the aluminum substrate 31
, N, P, 19. It is connected to the outside via 20. [00061 FIG. 14 is a sectional view showing an enlarged portion of FIG. 13 on the upper arm side. Since the copper pattern 33 and the aluminum substrate 31 face each other with the insulating layer 32 in between, a capacitance is formed between them. That is, the copper pattern 33 is capacitively coupled to the aluminum substrate 31. In FIG. 14, CI is the capacitance between the aluminum substrate 31 and the copper pattern 33a to which the output terminal u (therefore, the emitter of the power transistor 1, the collector of the power transistor 2, and the negative side of the power supply VuP) is connected. The capacitance between the connected copper pattern 33b and the aluminum substrate 31 is shown as 02. Further, the pattern distance between the copper patterns 33a and 33b is shown as C3. The terminal S connected to the aluminum substrate 31 is for convenience of explanation. [0007]

【発明が解決しようとする課題】いま、端子U、 8間
に印加されたノイズが端子19にどの様な影響を与える
かを考察するため、上記容量C1,C2,C3のみに注
目し、その他の容量は無視する。 [0008]図15は容量C1,C2,C3を示す等価
回路図である。銅パターン33aの面積は銅パターン3
3bの面積より大きいため、容量CIは容量C2よりも
大きい。また容量C3は、パターン間容量であるため、
容量C1,C2と比べると極めて小さい。したがって次
の関係が成り立つ。 [0009]
[Problem to be Solved by the Invention] Now, in order to consider how the noise applied between terminals U and 8 affects terminal 19, we will focus only on the capacitances C1, C2, and C3, and consider the other capacitances. The capacity of is ignored. [0008] FIG. 15 is an equivalent circuit diagram showing capacitors C1, C2, and C3. The area of copper pattern 33a is copper pattern 3
3b, the capacitor CI is larger than the capacitor C2. Also, since the capacitance C3 is the inter-pattern capacitance,
It is extremely small compared to the capacitances C1 and C2. Therefore, the following relationship holds. [0009]

【数1】 C1>C2>>C3 [00101いま、端子Sに対して端子Uにノイズとし
てav/at (U)が印加されたとする。このとき、
端子Uに対して端子19に加わるノイズdV/dt (
19)は次式で表わすことができる。 [0011]
[Equation 1] C1>C2>>C3 [00101 Now, suppose that av/at (U) is applied to the terminal S as noise to the terminal U. At this time,
Noise dV/dt (
19) can be expressed by the following equation. [0011]

【数2】 dV        dV         C2−(
19)= −(U)・□ dt        dt       C2+C3[
0012]数1の式の関係より、
[Equation 2] dV dV C2-(
19) = −(U)・□ dt dt C2+C3[
0012] From the relationship of equation 1,

【数3】 dv       dV −(1つ) 4−  (U) dt        dt [0013] となり、端子Uに対して端子19には、
端子Sに対して端子Uに印加されるのと同程度のノイズ
が表われることになる。図12より明らかなように、端
子Uはパワートランジスタ1の出力電極(エミッタ)に
接続された出力端子であり、またパワートランジスタ1
の制御回路13の基準電位を与えている。一方、端子1
9は制御回路13の入力端子である。制御回路13の基
準電位を与える端子Uに対し制御回路13の制御入力を
与える端子19にノイズが表われることにより、回路が
誤動作するという問題点があった。またこのようなノイ
ズは、入力端子19のみならず、制御回路13の種々の
信号経路にも表われ、例えば誤って保護機能(過電流、
過電圧保護など)が働く等の誤動作の原因となるという
不都合があった。さらにこのような不都合は、端子Uの
みならず、アルミニウム基板31に対して端子V、 W
。 P、 N (すなわちパワートランジスタ1〜6の電流
経路)にノイズが印加された場合にも同様に生じる。 [0014] この発明は上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ノイズによって誤動作するこ
とのない、金属基板上に配置されたブリッジ接続のパワ
ースイッチングデバイスおよびその制御回路より成る半
導体装置を得ることを目的とする。 [0015]発明の他の目的は、上記主目的を達成する
ことができるのに加え、パワースイッチングデバイスを
高速動作させた場合の金属基板への漏洩電流を低減でき
るようにした半導体装置を提供することにある。 [0016]
[Equation 3] dv dV - (one) 4- (U) dt dt [0013] Therefore, for terminal U, terminal 19 has
The same level of noise will appear on the terminal S as that applied to the terminal U. As is clear from FIG. 12, the terminal U is an output terminal connected to the output electrode (emitter) of the power transistor 1, and the terminal U is an output terminal connected to the output electrode (emitter) of the power transistor 1.
The reference potential of the control circuit 13 is provided. On the other hand, terminal 1
9 is an input terminal of the control circuit 13. There is a problem in that the circuit malfunctions due to noise appearing at the terminal 19, which provides the control input of the control circuit 13, with respect to the terminal U, which provides the reference potential of the control circuit 13. In addition, such noise appears not only in the input terminal 19 but also in various signal paths of the control circuit 13, and for example, protect functions (overcurrent,
This has the disadvantage that it may cause malfunctions such as activation of overvoltage protection (overvoltage protection, etc.). Furthermore, such inconvenience is caused not only by the terminal U but also by the terminals V and W with respect to the aluminum substrate 31.
. The same problem occurs when noise is applied to P and N (that is, the current paths of power transistors 1 to 6). [0014] The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and provides a semiconductor comprising a bridge-connected power switching device and its control circuit arranged on a metal substrate, which does not malfunction due to noise. The purpose is to obtain equipment. [0015] Another object of the invention is to provide a semiconductor device that can achieve the above main object and also reduce leakage current to a metal substrate when a power switching device is operated at high speed. There is a particular thing. [0016]

【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置は
、金属基板と、この金属基板上に形成された第1の絶縁
層と、この第1の絶縁層上に形成され、トーテムポール
接続された第1.第2のパワースイッチング素子と、第
1の絶縁層上に形成された導電体より成る第1.第2の
シールドパターンと、第1のシールドパターン上に形成
された第2の絶縁層と、第2のシールドパターン上に形
成された第3の絶縁層と、第2の絶縁層上に形成され、
第1のパワースイッチング素子のオン/オフを制御する
ための第1の制御回路と、第3の絶縁層上に形成され、
第2のパワースイッチング素子のオン/オフを制御する
ための第2の制御回路と、第1のシールドパターンを第
1のパワースイッチング素子の出力電極の電位に応じた
電位に接続する第1の接続手段と、第2のシールドパタ
ーンを第2のパワースイッチング素子の出力電極の電位
に応じた電位に接続する第2の接続手段とを備えて構成
されている。 [0017]請求項2の半導体装置では、上記第1の発
明の半導体装置において、少なくとも第1.第2のシー
ルドパターンと第1の絶縁層との間に、第1の絶縁層上
に形成され且つ一定の基準電圧が印加された第3のシー
ルドパターンと、この第3のシールドパターンと前記第
1または第2シールドパーターンの間に形成された第4
の絶縁層とを介設している。 [0018]
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to claim 1 includes a metal substrate, a first insulating layer formed on the metal substrate, and a totem pole connection formed on the first insulating layer. The first thing that was done was A first power switching element comprising a second power switching element and a conductor formed on the first insulating layer. a second shield pattern, a second insulating layer formed on the first shield pattern, a third insulating layer formed on the second shield pattern, and a third insulating layer formed on the second insulating layer. ,
a first control circuit for controlling on/off of the first power switching element; formed on a third insulating layer;
A second control circuit for controlling on/off of the second power switching element, and a first connection for connecting the first shield pattern to a potential corresponding to the potential of the output electrode of the first power switching element. and second connecting means for connecting the second shield pattern to a potential corresponding to the potential of the output electrode of the second power switching element. [0017] In the semiconductor device according to the second aspect of the invention, in the semiconductor device according to the first invention, at least the first. A third shield pattern formed on the first insulating layer and to which a constant reference voltage is applied is provided between the second shield pattern and the first insulating layer; A fourth shield pattern formed between the first or second shield pattern.
An insulating layer is interposed therebetween. [0018]

【作用】第1の発明における第1.第2の制御回路は、
金属基板上に、第1の絶縁層と、第1.第2のシールド
パターンと、第2.第3の絶縁層とをそれぞれ介して形
成されている。このため、第1.第2の制御回路と金属
基板との直接の容量結合はなくなる。一方、第1.第2
の制御回路と第1.第2のシールドパターンとの間の容
量は大きい。第1.第2のシールドパターンは第1.第
2のパワースイッチング素子の出力電極の電位に応じた
電位にそれぞれ固定され、このため、金属基板に対して
第1.第2のパワースイッチング素子の電流経路にノイ
ズが印加された場合、金属基板に対して制御回路にもノ
イズが表われる。その結果、第1.第2のパワースイッ
チング素子の出力電極から見ると制御回路にはノイズが
無いのと等価になり、制御回路の誤動作が回避できる。 [0019]第2の発明による半導体装置では、第3の
シールドパターンが一定の基準電位に固定されているこ
とにより、第1.第2のシールドパターンと金属基板の
間の直接の容量結合がなくなり、したがってパワースイ
ッチング素子のオンオフに伴って金属基板に流れる漏洩
電流が極めて低減される。
[Operation] 1. in the first invention. The second control circuit is
a first insulating layer; a first insulating layer on the metal substrate; a second shield pattern; and a third insulating layer, respectively. For this reason, 1. Direct capacitive coupling between the second control circuit and the metal substrate is eliminated. On the other hand, the first. Second
control circuit and the first control circuit. The capacitance between the second shield pattern and the second shield pattern is large. 1st. The second shield pattern is the first. They are each fixed at a potential corresponding to the potential of the output electrode of the second power switching element, and therefore the first... When noise is applied to the current path of the second power switching element, noise also appears in the control circuit with respect to the metal substrate. As a result, 1. When viewed from the output electrode of the second power switching element, it is equivalent to having no noise in the control circuit, and malfunctions of the control circuit can be avoided. [0019] In the semiconductor device according to the second invention, since the third shield pattern is fixed at a constant reference potential, the first. Direct capacitive coupling between the second shield pattern and the metal substrate is eliminated, and therefore leakage current flowing through the metal substrate as the power switching element is turned on and off is extremely reduced.

【0020】[0020]

【実施例】図1は、この発明による半導体装置の一実施
例である3相ブリツジ構成のインバータ回路を示す回路
図である。回路構成は前述した図12の従来のインバー
タ回路と同じであるので、説明は省略する。 [00211この実施例では、上アーム側の制御回路1
3.15.17は、それぞれ個別のシールドパターン1
01.102,103上に形成されている。また下アー
ム側の制御回路14,16.18は、共通のシールドパ
ターン104上に形成されている。シールドパターン1
01.102,103はそれぞれ出力端子U、 V、 
Wの電位(すなわちパワートランジスタ1. 3. 5
の出力電極(エミッタ)の電位)に固定され、シールド
パターン104は電源端子Nの電位(すなわちパワート
ランジスタ2. 4. 6の出力電極(エミッタ)の電
位)に固定される。制御回路13,15.17はそれぞ
れパワートランジスタ1. 3. 5のエミッタ電位を
基準として動作し、制御回路14,16.18はパワー
トランジスタ2、4. 6の共通のエミッタ電位を基準
として動作するようになっているので、シールドパター
ン101,102.103の電位はそれぞれ制御回路1
3. 15. 17の基準電位と同電位に保たれ、シー
ルドパターン104の電位は制御回路14,16.18
の共通の基準電位と同電位に保たれることになる。 [0022]図2は、図1の回路を単一の金属基板上に
形成したときのU相の部分の構造を示す断面図である。 アルミニウム基板31上に絶縁層32が形成され、その
上にプリント配線基板の配線パターンと類似の銅パター
ン33およびシールドパターン101,104が形成さ
れる。シールドパターン101,104は銅パターン3
3と同じく銅のパターンである。銅パターン33はシー
ルドパターン101,104と同じ厚みでもよく、また
それよりも厚くしてもよい。同じ厚みのときは両者を同
時に形成できる。 [0023]シールドパターン101,104上には絶
縁層105,106がそれぞれ形成され、それらの上に
銅パターン33と類似の銅パターン41が形成される。 パワートランジスタ1,2は従来と同じく半田付等によ
り銅パターン33上に固定され、−力制御回路13,1
4は半田付等により銅パターン41上に固定される。 [0024]絶絶縁105にはスルーホール107が設
けられ、このスルーホール107を介して、電源Vup
のマイナス側(すなわちパワートランジスタ1の出力電
極(エミッタ)側)と接続された銅パターン41aとシ
ールドパターン101とが接続されている。また絶縁層
106にはスルーホール108が設けられ、このスルー
ホール108を介して、電源VNのマイナス側(すなわ
ちパワートランジスタ2の出力電極(エミッタ)側)と
接続された銅パターン41bとシールドパターン104
とが接続されている。 [0025]アルミニウムワイヤ34.35はベースワ
イヤであり、アルミニウムワイヤ36.37はエミッタ
ワイヤである。銅パターン33同士あるいは銅パターン
41同士は図外で適当につながっており、また銅パター
ン33と41もアルミニウムワイヤ等により適当につな
ぐことができる。そのつながりのうちの一部を接続線4
2.43で等測的に示す。このようにして、図1のU相
の回路部分が単一のアルミニウム基板31上に形成され
、同じくアルミニウム基板31上に形成された外部端子
U、 N、 P、  19. 20を介して外部と接続
されるようになっている。 [0026]なお、外部端子U、 N、 Pは絶縁層3
2上に形成され、外部端子19.20はそれぞれ絶縁層
101.104上に形成される。 [0027]図3は図2のうち上アーム側の部分を拡大
して示す断面図である。銅パターン33とアルミニウム
基板31は絶縁層32を間にはさんで対向しているので
、それらの間に容量が形成される。また、銅パターン4
1とシールドパターン101も絶縁層105を間にはさ
んで対向しているので、それらの間に容量が形成される
。図3において、出力端子U (したがって、パワート
ランジスタ1のエミッタおよびパワートランジスタ2の
コレクタならびに電源Vupのマイナス側)が接続され
た銅パターン33aとアルミニウム基板31との間の容
量を01として示す。この容量CIには、シールドパタ
ーン101の電位が出力端子Uの電位と同電位であるの
で、シールドパターン101とアルミニウム基板31と
の間の容量も含まれる。また、入力端子19が接続され
た銅パターン41cとシールドパターン101との間の
容量を04として示す。さらに、銅パターン41cとア
ルミニウム基板31とを直接に容量結合する容量をC5
とする。アルミニウム基板31に接続されている端子S
は説明のための便宜上のものである。いま、端子U、S
間に印加されたノイズが端子19にどの様な影響を与え
るかを考察するため、上記容量CI、C4,C5にのみ
注目し、その他の容量は無視する。 [00281図4は容量C1,C4,C5を示す等価回
路図である。銅パターン33aおよびシールドパターン
101を合せた面積は銅パターン41cの面積よりも大
きいため、容量C1は容量C4よりも大きい。また容量
C5は、銅パターン41cとアルミニウム基板31の直
接の容量結合の容量であるが、銅パターン41cとアル
ミニウム基板31の間にはシールドパターン101が介
在し両者の直接の容量結合は阻止されているので、容量
C5は実質的にゼロに等しい。したがって、次の関係が
成り立つ。 [0029]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit diagram showing an inverter circuit having a three-phase bridge configuration, which is an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. Since the circuit configuration is the same as the conventional inverter circuit shown in FIG. 12 described above, the explanation will be omitted. [00211 In this embodiment, the upper arm side control circuit 1
3.15.17 are each individual shield pattern 1
01, 102, and 103. Further, the control circuits 14, 16, and 18 on the lower arm side are formed on a common shield pattern 104. shield pattern 1
01.102, 103 are output terminals U, V, respectively.
The potential of W (i.e. power transistor 1. 3. 5
The shield pattern 104 is fixed to the potential of the power supply terminal N (that is, the potential of the output electrodes (emitters) of the power transistors 2.4.6). Control circuits 13, 15.17 each include power transistors 1. 3. The control circuits 14, 16.18 operate based on the emitter potential of the power transistors 2, 4. 6, the potentials of the shield patterns 101, 102, and 103 are set to the control circuit 1, respectively.
3. 15. The potential of the shield pattern 104 is maintained at the same potential as the reference potential of the control circuit 14, 16, 18.
It will be kept at the same potential as the common reference potential of. [0022] FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the U-phase portion when the circuit of FIG. 1 is formed on a single metal substrate. An insulating layer 32 is formed on an aluminum substrate 31, and a copper pattern 33 and shield patterns 101 and 104 similar to the wiring pattern of a printed wiring board are formed thereon. Shield patterns 101 and 104 are copper patterns 3
Like 3, it has a copper pattern. The copper pattern 33 may have the same thickness as the shield patterns 101 and 104, or may be thicker than that. If they have the same thickness, both can be formed at the same time. [0023] Insulating layers 105 and 106 are formed on the shield patterns 101 and 104, respectively, and a copper pattern 41 similar to the copper pattern 33 is formed thereon. The power transistors 1 and 2 are fixed on the copper pattern 33 by soldering or the like as in the conventional case, and the power control circuits 13 and 1
4 is fixed on the copper pattern 41 by soldering or the like. [0024] A through hole 107 is provided in the insulation 105, and the power supply Vup is connected through the through hole 107.
The shield pattern 101 is connected to the copper pattern 41a connected to the negative side (ie, the output electrode (emitter) side of the power transistor 1). Further, a through hole 108 is provided in the insulating layer 106, and a copper pattern 41b and a shield pattern 104 are connected to the negative side of the power supply VN (that is, the output electrode (emitter) side of the power transistor 2) through the through hole 108.
are connected. [0025] Aluminum wires 34.35 are base wires and aluminum wires 36.37 are emitter wires. The copper patterns 33 or the copper patterns 41 are appropriately connected to each other outside the drawings, and the copper patterns 33 and 41 can also be appropriately connected by aluminum wire or the like. Connect some of the connections with line 4
2.43 isometrically shown. In this way, the U-phase circuit portion of FIG. 1 is formed on a single aluminum substrate 31, and the external terminals U, N, P, 19. also formed on the aluminum substrate 31. It is connected to the outside via 20. [0026] Note that the external terminals U, N, and P are connected to the insulating layer 3.
2, and external terminals 19.20 are formed on the insulating layers 101.104, respectively. [0027] FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 2 on the upper arm side. Since the copper pattern 33 and the aluminum substrate 31 face each other with the insulating layer 32 in between, a capacitance is formed between them. Also, copper pattern 4
1 and the shield pattern 101 also face each other with the insulating layer 105 in between, so a capacitance is formed between them. In FIG. 3, the capacitance between the aluminum substrate 31 and the copper pattern 33a connected to the output terminal U (therefore, the emitter of the power transistor 1, the collector of the power transistor 2, and the negative side of the power supply Vup) is shown as 01. This capacitance CI includes the capacitance between the shield pattern 101 and the aluminum substrate 31 because the potential of the shield pattern 101 is the same as the potential of the output terminal U. Further, the capacitance between the copper pattern 41c to which the input terminal 19 is connected and the shield pattern 101 is indicated as 04. Furthermore, the capacitance for direct capacitive coupling between the copper pattern 41c and the aluminum substrate 31 is added to C5.
shall be. Terminal S connected to aluminum substrate 31
is for convenience of explanation. Now, terminals U and S
In order to consider how the noise applied between them affects the terminal 19, we will focus only on the capacitances CI, C4, and C5, and ignore the other capacitances. [00281 FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing capacitors C1, C4, and C5. Since the combined area of copper pattern 33a and shield pattern 101 is larger than the area of copper pattern 41c, capacitance C1 is larger than capacitance C4. The capacitance C5 is the capacitance of direct capacitive coupling between the copper pattern 41c and the aluminum substrate 31, but the shield pattern 101 is interposed between the copper pattern 41c and the aluminum substrate 31, preventing direct capacitive coupling between the two. Therefore, the capacitance C5 is substantially equal to zero. Therefore, the following relationship holds true. [0029]

【数4】 [00301いま、端子Sに対して端子Uにノイズとし
てav/at (U)が印加されたとする。このとき、
端子Uに対して端子19に加わるノイズdV/dt (
19)は次式で表わすことができる。 [0031]
[00301] Now, suppose that av/at (U) is applied to the terminal S as noise to the terminal U. At this time,
Noise dV/dt (
19) can be expressed by the following equation. [0031]

【数5】 dV      dV       C5−(19) 
= −(U)・□ dt      dt     C4+C5[0032
]数4の式の関係より、
[Formula 5] dV dV C5-(19)
= −(U)・□ dt dt C4+C5[0032
] From the relationship of equation 4,

【数6】 dV −(19) 40 dt [0033]となり、端子Sに対して端子Uにノイズが
印加されても、端子Uに対して端子19にはノイズが表
われないことになる。すなわち、シールドパターン10
1が端子Uと同電位に保たれているため、端子S(すな
わちアルミニウム基板31)に対し端子Uにノイズが乗
った場合、シールドパターン101の電位も変動し、こ
れに応じシールドパターン101と容量結合している銅
パターン41c(すなわち端子19)の電位も変動する
ことになる。したがって、端子Uから見れば、端子19
にはノイズが無いのと等価になる。 [0034]端子Uはパワートランジスタ1の出力電極
(エミッタ)に接続された出力端子であり、またパワー
トランジスタ1の制御回路13の基準電位を与えている
。一方、端子19は制御回路13の入力端子である。 アルミニウム基板31に対して端子Uにノイズが印加さ
れたとしても、制御回路13の基準電位を与える端子U
に対して制御回路13の制御入力を与える端子19にノ
イズが表われないので、回路が誤動作することがない。 [0035]また、入力端子19のみならず、シールド
パターン101上に形成された制御回路13の種々の信
号経路にも、端子Uに対してノイズが表われることが無
いので、例えば誤って保護機能(過電流、過電圧保護な
ど)が働く等の誤動作が回避できる。他の制御回路14
〜18についても同様である。 [0036]さらに、端子Uのみならず、アルミニウム
基板31に対して端子V、 W、 P、 N (すなわ
ちパワートランジスタ1〜6の電流経路)にノイズが印
加された場合にも、上述と同様にして誤動作が回避でき
る。なお、高電圧電源が接続される端子P、 N間には
大容量のコンデンサが一般に接続されるので、端子P、
 Nのノイズは全く同様に表われることになる。 [0037]なお、上記実施例では、シールドパターン
101〜104は対応のパワートランジスタ1〜6の出
力電極(エミッタ)の電位に直接に固定されているが、
必ずしもその必要はない。例えば図5に示すように、電
源VNのプラス端子、マイナス端子間に比較的大容量の
コンデンサ44が接続される場合には、パワートランジ
スタ2のエミッタ(すなわち端子N)にノイズが表われ
ると、これに応じて電源VNのプラス側の電位も変動す
る。また図6に示すように、パワートランジスタ2のオ
フ時にベースに逆バイアスをかけるために抵抗45およ
びダイオード46.47より成る逆バイアス回路をパワ
ートランジスタ2のエミッタに接続してエミッタ電位を
レベルシフトアップしている場合には、パワートランジ
スタ2のエミッタにノイズが表われると電源VNのマイ
ナス側にも同様にノイズが表われる。なおダイオード4
6.47はツェナーダイオードでもよい。シールドパタ
ーン104はパワートランジスタ2の出力電極(エミッ
タ)の電位に応じた電位に固定されれば前述の効果を発
揮できるので、パワートランジスタ2のエミッタに直接
に接続されることなく、例えば図5の場合であれば電源
VN のプラス側、また例えば図6の場合であれば電源
VNのマイナス側に接続されてもよい。このことは、他
のシールドパターン101〜103についても同様であ
る。 [0038]図2の実施例において、シールドパターン
101.104のアルミニウム基板31上への配置は、
好ましくは次のいずれかの方法により行われる。第1の
方法において、絶縁層32の上に銅パターン33をまず
形成しておく。そして、絶縁層105の表面および裏面
に銅パターン41およびシールドパターン101が形成
された構造体、ならびに絶縁層106の表面および裏面
に銅パターン41およびシールドパターン104が形成
された積層体を、それぞれ両面のプリント基板等により
形成し、これらの積層体を絶縁層32上の所定位置に配
置する。また第2の方法において、絶縁層32の上に銅
パターン33とシールドパターン101,104を同時
に形成する。そして、絶縁層105,106の表面に銅
パターン41が形成された積層体をそれぞれ片面のプリ
ント基板等で形成し、これらの積層体をシールドパター
ン101,104上にそれぞれ配置する。 [0039]図7はこの発明による半導体装置の他の実
施例を示す断面図である。図2の実施例と異なり、シー
ルドパターン101,104が、絶縁層32上に形成さ
れた比較的厚い絶縁層109,110の上にそれぞれ配
置されている。またパワートランジスタ1,2用の銅パ
ターン33が比較的厚く形成されている。パワートラン
ジスタ1,2には大電流が流れるので、銅パターン33
は厚い方が望ましい。 [00401絶縁層109.シールドパターン101゜
絶縁層105および銅パターン41の積層体は、2層の
プリント基板等により形成し、これを絶縁層32上の所
定位置に配置するようにしてもよい。この実施例によれ
ば、前記積層体を銅パターン33上に重ねて置き、面積
を削減できるという利点がある。
dV - (19) 40 dt [0033], and even if noise is applied to the terminal U compared to the terminal S, no noise will appear at the terminal 19 compared to the terminal U. That is, the shield pattern 10
1 is kept at the same potential as terminal U, so if noise is applied to terminal U with respect to terminal S (that is, aluminum substrate 31), the potential of shield pattern 101 will also change, and the shield pattern 101 and capacitance will change accordingly. The potential of the coupled copper pattern 41c (ie, terminal 19) will also vary. Therefore, when viewed from terminal U, terminal 19
is equivalent to having no noise. [0034] The terminal U is an output terminal connected to the output electrode (emitter) of the power transistor 1, and also provides a reference potential for the control circuit 13 of the power transistor 1. On the other hand, terminal 19 is an input terminal of control circuit 13. Even if noise is applied to the terminal U of the aluminum substrate 31, the terminal U provides the reference potential of the control circuit 13.
Since no noise appears at the terminal 19 that provides the control input of the control circuit 13 to the circuit, the circuit will not malfunction. [0035] Furthermore, since noise does not appear on the terminal U not only in the input terminal 19 but also in various signal paths of the control circuit 13 formed on the shield pattern 101, for example, the protective function Malfunctions such as activation of overcurrent and overvoltage protection can be avoided. Other control circuit 14
The same applies to 18. [0036] Furthermore, when noise is applied not only to the terminal U but also to the terminals V, W, P, and N of the aluminum substrate 31 (that is, the current paths of the power transistors 1 to 6), the same procedure as described above is applied. malfunctions can be avoided. Note that a large capacity capacitor is generally connected between terminals P and N, which are connected to a high voltage power supply, so
N noise will appear in exactly the same way. [0037] In the above embodiment, the shield patterns 101 to 104 are directly fixed to the potential of the output electrodes (emitters) of the corresponding power transistors 1 to 6;
It's not necessarily necessary. For example, as shown in FIG. 5, when a relatively large capacitor 44 is connected between the positive and negative terminals of the power supply VN, if noise appears at the emitter of the power transistor 2 (i.e., terminal N), Correspondingly, the potential on the positive side of the power supply VN also changes. Further, as shown in FIG. 6, in order to apply a reverse bias to the base when the power transistor 2 is off, a reverse bias circuit consisting of a resistor 45 and diodes 46 and 47 is connected to the emitter of the power transistor 2 to level shift the emitter potential. In this case, if noise appears on the emitter of power transistor 2, noise will similarly appear on the negative side of power supply VN. Note that diode 4
6.47 may be a Zener diode. If the shield pattern 104 is fixed at a potential corresponding to the potential of the output electrode (emitter) of the power transistor 2, it can exhibit the above-mentioned effect, so it can be used without being directly connected to the emitter of the power transistor 2. For example, in the case of FIG. 6, it may be connected to the positive side of the power source VN, or to the negative side of the power source VN in the case of FIG. This also applies to the other shield patterns 101 to 103. [0038] In the embodiment of FIG. 2, the arrangement of the shield patterns 101, 104 on the aluminum substrate 31 is as follows:
It is preferably carried out by one of the following methods. In the first method, a copper pattern 33 is first formed on the insulating layer 32. Then, a structure in which the copper pattern 41 and the shield pattern 101 are formed on the front and back surfaces of the insulating layer 105 and a laminate in which the copper pattern 41 and the shield pattern 104 are formed on the front and back surfaces of the insulating layer 106 are constructed on both sides. The laminate is formed from a printed circuit board or the like, and the laminate is placed at a predetermined position on the insulating layer 32. In the second method, a copper pattern 33 and shield patterns 101 and 104 are simultaneously formed on the insulating layer 32. Then, a laminated body in which a copper pattern 41 is formed on the surface of the insulating layers 105 and 106 is formed using a single-sided printed circuit board or the like, and these laminated bodies are arranged on the shield patterns 101 and 104, respectively. [0039] FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention. Unlike the embodiment of FIG. 2, shield patterns 101 and 104 are disposed on relatively thick insulating layers 109 and 110 formed on insulating layer 32, respectively. Further, the copper patterns 33 for the power transistors 1 and 2 are formed relatively thick. Since a large current flows through the power transistors 1 and 2, the copper pattern 33
The thicker the better. [00401 Insulating layer 109. The stack of the shield pattern 101°, the insulating layer 105, and the copper pattern 41 may be formed from a two-layer printed circuit board or the like, and placed at a predetermined position on the insulating layer 32. According to this embodiment, there is an advantage that the laminate is placed over the copper pattern 33 and the area can be reduced.

【0041]なお、上記実施例では、シールドパターン
101.104の電位を固定する手段としてスルーホー
ル107,108を介した電気的接続について説明した
が、アルミニウムワイヤ、半田付、あるいは金属片より
成るショート部品等により接続してもよい。この場合、
絶縁層105,106の一部を除去してシールドパター
ン101,104の上面の一部を露出させれば接続がや
り易い。 [0042]ところで、上記図2もしくは図7等に示す
実施例の半導体装置では、上述の如きノイズによる制御
回路13〜18の誤動作を回避することができるものの
、シールドパターン101,104とアルミニウム基板
31が絶縁層32を間にはさんで対向し容量結合してい
るため、以下のような不都合が生じることがある。すな
わち、これらの半導体装置では、上アーム側のパワート
ランジスタ1. 3. 5の出力電極(エミッタ)の電
位が、各相の上アーム側と下アーム側のパワートランジ
スタのオンオフ状態により著しく変動する。例えば、U
相について見た場合、パワートランジスタ1がオンでパ
ワートランジスタ2がオフのときにはシールドパターン
101の電位は端子Pの電位に等しくなる一方、パワー
トランジスタ1がオフでパワートランジスタ2がオンの
ときにはシールドパターン101の電位は端子Nの電位
に等しくなる。したがって、パワートランジスタ1,2
を例えばPWM制御した場合、ベースに送るパルスのキ
ャリア周波数を高くすると、シールドパターン101の
電位は高速で変位し、その結果シールドパター101と
アルミニウム基板31の間の容量によりアルミニウム基
板31への漏洩電流が発生する。シールドパターン10
1の面積は比較的大きく、したがってこのシールドパタ
ーン101とアルミニウム基板31の間の容量もそれに
応じて大きなものとなるため、この容量により増加した
漏洩電流が装置の規格を超える虞があるのである。図8
および図9に示す実施例の半導体装置はこのようなアル
ミニウム基板31への漏洩電流を低減するものである。 [0043]図8に示す3相ブリツジ構成のインバータ
回路も、図1と同様、前述した図12の従来のインバー
タ回路と同一の回路構成であり、したがってここではそ
の説明は省略する。また、この図8の半導体装置も、そ
れぞれ制御回路13,15.17の基準電位と同電位に
保たれたシールドパターン101,102,103.お
よび制御回路14,16.18の共通の基準電位と同電
位に保たれたシールドパターン104を備えているが、
これらのシールドパターン101〜104は図1の場合
と同様に形成されたものであるので、ここでは詳細な説
明を省略する。 [0044] この実施例では、アルミニウム基板31
の上に形成された絶縁層32と前記シールドパターン1
01〜104との間にシールドパターン111と絶縁層
112が介設されている。シールドパターン111は絶
縁層32の上に形成されており、シールドパターン11
1の上に絶縁層112が形成されている。前記シールド
パターン111は、トーテムポール接続されたパワート
ランジスタ1,2(もしくはパワートランジスタ3,4
、パワートランジスタ5,6)の基準電位すなわち電源
端子Nの電位に固定されている。 [0045]シールドパターン111は例えば図9に示
すようにして電源端子Nの電位に固定されている。この
図9は、図8の回路を単一の金属基板上に形成したとき
のU相の部分の構造を示す断面図である。アルミニウム
基板31上には図2の場合と同様の絶縁層32が形成さ
れている。絶縁層32の上にこの絶縁層32と全面積が
重なる銅製のシールドパターン111が形成されている
。前記シールドパターン111の上にこのシールドパタ
ーン111の全面積と重なる絶縁層112が形成されて
いる。この絶縁層112の上には、図2の実施例におけ
る絶縁層32の上と全く同様の構成で、銅パターン33
、シールドパターン101,104が形成されている。 これら銅パターン33、シールドパターン101゜10
4の上の構成は図2と全く同様であるので、ここではそ
の説明を省略する。 [0046]前記絶縁層112には前記銅パターン33
の一部である銅パターン33cに対応する部分にスルー
ホール113が形設されており、このスルーホール11
3を介して前記シールドパターン111は銅パターン3
3cに接続されている。銅パターン33cはパワートラ
ンジスタ2の出力電極(エミッタ)と電源端子Nを中継
する端子である。すなわち、シールドパターン111は
銅パターン33cを介して電源端子Nと接続され、これ
によって一定の基準電位に固定されている。 [0047]シールドパターン101,104と絶縁層
32の間に以上のような一定の基準電位に固定されたシ
ールドパターン111と絶縁層112を設けたことによ
り、この実施例の半導体装置ではシールドパターン10
1とアルミニウム基板31間はシールドパターン111
によりシールドされ、それらの間の直接の容量結合はな
くなる。したがって、前述したようにシールドパターン
101の電位が高速で変位する場合でも、図2の実施例
の場合に比ベアルミニウム基板31への漏洩電流はきわ
めて低減されることになる。 [0048]図10に示す実施例の半導体装置は、図8
の半導体装置と同様、絶縁層32とシールドパターン1
01〜104の間に一定の基準電位に固定されたシール
ドパターン111Aと絶縁層112Aを設けている。し
かし、この実施例のシールドパターン111Aおよび絶
縁層112Aはパワートランジスタ1〜6に対応する箇
所には形成されていない。すなわち、シールドパターン
111Aはパワートランジスタ1〜6の部分はシールド
しない構成となっている。この点においてのみ、この図
10の半導体装置は前記図8の半導体装置と異なり、他
の部分については両者は同一の構成である。 [0049]図11は図10のU相の部分の構造を示す
断面図である。絶縁層32の上には、パワートランジス
タ1,2に対応する部分を除く部分にシールドパターン
111Aが形成されている。このシールドパターン11
1Aはアルミニウムワイヤ、半田付け、ショート部品等
を用いた外部配線114及び銅パターン33cを介して
電源端子Nに接続されている。シールドパターン111
Aの上に絶縁層112Aが形成されており、この絶縁層
112Aの上にシールドパターン101,104が形成
されている。これらシールドパターン101,104の
上の構成は既述の実施例の場合と同様であるのでここで
は説明を省略する。 [00501一方、絶縁層32上のパワートランジスタ
1.2に対応する部分には銅パターン33が形成されて
いる。この銅パターン33はシールドパターン111A
と同時に形成しても良いしあるいは独立に形成しても良
い。銅パターン33には半田付は等によりパワートラン
ジスタ1,2が接続されている。 [00511なお、シールドパターン111Aは、銅パ
ターン33のうちパワートランジスタ4の出力端子を形
成する銅パターン33cを拡大することによって形成す
るようにしても良い。このようにするとシールドパター
ン111Aと電源端子Nを接続する外部配線が簡略化さ
れる。 [0052]図10および図11に示す実施例の半導体
装置によると、図8および図9の半導体装置と同様の理
由でアルミニウム基板31への漏洩電流を低減すること
ができる。しかも、この実施例の場合、パワートランジ
スタ1〜6直下の絶縁層は絶縁層32のみであるため、
パワートランジスタ1〜6の直下に絶縁層32と絶縁層
112が二重に形成されている図8および図9の実施例
のものに比べ、パワートランジスタ1〜6の熱抵抗が低
減するという効果がある。 [0053]なお、図8および図10に示す実施例にお
いては、絶縁層32の上に形成したシールドパターン1
11または111Aを電源端子Nに接続して漏洩電流を
低減するようにしたが、シールドパターン111または
111Aを電源端子Pに接続するようにしても同等の効
果を奏することができる。要するに、シールドパターン
111、IIIAは一定の基準電位に固定されていれば
良い。 [0054]また、上記各実施例では、パワースイッチ
ングデバイスとしてバイポーラトランジスタの場合につ
いて説明したが、パワーMO3FETや絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)等であってもよい。 またNPNトランジスタに限らず、PNPトランジスタ
であってもよい。 [0055] 【発明の効果】請求項1によれば、金属基板上に、第1
の絶縁層と、第1.第2のシールドパターンと、第2゜
第3の絶縁層とをそれぞれ介して第1.第2の制御回路
を形成するとともに、第1.第2のシールドパターンを
第1.第2のパワースイッチング素子の出力電極の電位
に応じた電位にそれぞれ固定するようにしたので、第1
、第2の制御回路と金属基板との直接の容量結合はなく
なり、また第1.第2の制御回路と第1.第2のシール
ドパターンとの間の容量は大きくなり、金属基板に対し
て第1.第2のパワースイッチング素子の電流経路にノ
イズが印加された場合には金属基板に対して制御回路に
もノイズが表われる。その結果、第1.第2のパワース
イッチング素子の出力電極から見ると制御回路にはノイ
ズが無いのと同等になり、ノイズによる誤動作が回避で
きるという効果がある。 [0056]請求項2によれば、請求項1の効果に加え
、パワースイッチング素子のスイッチングに伴って発生
する漏洩電流を低減できるという効果を奏する。
[0041] In the above embodiment, electrical connection through through holes 107 and 108 was explained as a means of fixing the potential of shield patterns 101 and 104, but short circuits made of aluminum wire, soldering, or metal pieces were described. They may be connected by parts or the like. in this case,
Connection can be easily made by removing a portion of the insulating layers 105, 106 to expose a portion of the upper surface of the shield patterns 101, 104. [0042] By the way, in the semiconductor device of the embodiment shown in FIG. 2 or FIG. Since they face each other with the insulating layer 32 in between and are capacitively coupled, the following problems may occur. That is, in these semiconductor devices, the power transistor 1 on the upper arm side. 3. The potential of the output electrode (emitter) of No. 5 varies significantly depending on the on/off state of the power transistors on the upper arm side and the lower arm side of each phase. For example, U
In terms of phases, when power transistor 1 is on and power transistor 2 is off, the potential of shield pattern 101 is equal to the potential of terminal P, while when power transistor 1 is off and power transistor 2 is on, shield pattern 101 is equal to the potential of terminal P. The potential of becomes equal to the potential of terminal N. Therefore, power transistors 1, 2
For example, in the case of PWM control, when the carrier frequency of the pulse sent to the base is increased, the potential of the shield pattern 101 changes at high speed, and as a result, leakage current to the aluminum substrate 31 due to the capacitance between the shield pattern 101 and the aluminum substrate 31 increases. occurs. shield pattern 10
1 is relatively large, and therefore the capacitance between the shield pattern 101 and the aluminum substrate 31 is correspondingly large, and there is a possibility that the increased leakage current due to this capacitance may exceed the specifications of the device. Figure 8
The semiconductor device of the embodiment shown in FIG. 9 is intended to reduce such leakage current to the aluminum substrate 31. [0043] Similarly to FIG. 1, the three-phase bridge configuration inverter circuit shown in FIG. 8 has the same circuit configuration as the conventional inverter circuit shown in FIG. The semiconductor device of FIG. 8 also has shield patterns 101, 102, 103, . and a shield pattern 104 kept at the same potential as the common reference potential of the control circuits 14, 16, and 18.
These shield patterns 101 to 104 are formed in the same manner as in FIG. 1, so a detailed description thereof will be omitted here. [0044] In this example, the aluminum substrate 31
an insulating layer 32 formed on the shield pattern 1;
A shield pattern 111 and an insulating layer 112 are interposed between the layers 01 to 104. The shield pattern 111 is formed on the insulating layer 32, and the shield pattern 111 is formed on the insulating layer 32.
An insulating layer 112 is formed on top of 1. The shield pattern 111 connects the power transistors 1 and 2 (or the power transistors 3 and 4) connected to a totem pole.
, power transistors 5, 6), that is, the potential of the power supply terminal N. [0045] The shield pattern 111 is fixed to the potential of the power supply terminal N, for example, as shown in FIG. FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the U-phase portion when the circuit of FIG. 8 is formed on a single metal substrate. An insulating layer 32 similar to that in FIG. 2 is formed on the aluminum substrate 31. A copper shield pattern 111 whose entire area overlaps with the insulating layer 32 is formed on the insulating layer 32 . An insulating layer 112 is formed on the shield pattern 111 so as to overlap the entire area of the shield pattern 111. On this insulating layer 112, there is a copper pattern 33 having exactly the same structure as on the insulating layer 32 in the embodiment of FIG.
, shield patterns 101, 104 are formed. These copper patterns 33, shield patterns 101°10
4 is exactly the same as that in FIG. 2, so its explanation will be omitted here. [0046] The insulating layer 112 has the copper pattern 33
A through hole 113 is formed in a portion corresponding to the copper pattern 33c, which is a part of the through hole 11.
The shield pattern 111 is connected to the copper pattern 3 through the copper pattern 3.
Connected to 3c. The copper pattern 33c is a terminal that relays the output electrode (emitter) of the power transistor 2 and the power supply terminal N. That is, the shield pattern 111 is connected to the power supply terminal N via the copper pattern 33c, thereby fixing it to a constant reference potential. [0047] By providing the shield pattern 111 and the insulating layer 112 fixed at a constant reference potential as described above between the shield patterns 101 and 104 and the insulating layer 32, the semiconductor device of this embodiment has the shield pattern 10
1 and the aluminum substrate 31 is a shield pattern 111
, and there is no direct capacitive coupling between them. Therefore, even if the potential of the shield pattern 101 changes at high speed as described above, the leakage current to the aluminum substrate 31 is significantly reduced in the case of the embodiment shown in FIG. [0048] The semiconductor device of the embodiment shown in FIG.
Similar to the semiconductor device, the insulating layer 32 and the shield pattern 1
A shield pattern 111A fixed to a constant reference potential and an insulating layer 112A are provided between 01 and 104. However, the shield pattern 111A and the insulating layer 112A of this embodiment are not formed in locations corresponding to power transistors 1-6. That is, the shield pattern 111A has a structure in which the portions of the power transistors 1 to 6 are not shielded. The semiconductor device shown in FIG. 10 differs from the semiconductor device shown in FIG. 8 only in this point, and the other parts have the same structure. [0049] FIG. 11 is a sectional view showing the structure of the U-phase portion of FIG. 10. A shield pattern 111A is formed on the insulating layer 32 except for the portions corresponding to the power transistors 1 and 2. This shield pattern 11
1A is connected to the power supply terminal N via an external wiring 114 using aluminum wire, soldering, shorting parts, etc., and a copper pattern 33c. Shield pattern 111
An insulating layer 112A is formed on A, and shield patterns 101 and 104 are formed on this insulating layer 112A. The configurations above these shield patterns 101 and 104 are the same as those in the previously described embodiments, so their explanation will be omitted here. [00501 On the other hand, a copper pattern 33 is formed on the insulating layer 32 at a portion corresponding to the power transistor 1.2. This copper pattern 33 is the shield pattern 111A
They may be formed simultaneously or independently. Power transistors 1 and 2 are connected to the copper pattern 33 by soldering or the like. [00511 Note that the shield pattern 111A may be formed by enlarging the copper pattern 33c of the copper pattern 33 that forms the output terminal of the power transistor 4. In this way, the external wiring connecting the shield pattern 111A and the power terminal N is simplified. [0052] According to the semiconductor device of the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, leakage current to the aluminum substrate 31 can be reduced for the same reason as the semiconductor device of FIGS. 8 and 9. Moreover, in the case of this embodiment, since the insulating layer directly under the power transistors 1 to 6 is only the insulating layer 32,
Compared to the embodiments of FIGS. 8 and 9, in which the insulating layer 32 and the insulating layer 112 are formed in double layers directly under the power transistors 1 to 6, the thermal resistance of the power transistors 1 to 6 is reduced. be. [0053] In the embodiment shown in FIGS. 8 and 10, the shield pattern 1 formed on the insulating layer 32
Although the leakage current is reduced by connecting the shield pattern 111 or 111A to the power terminal N, the same effect can be obtained by connecting the shield pattern 111 or 111A to the power terminal P. In short, it is sufficient that the shield patterns 111 and IIIA are fixed at a constant reference potential. [0054] Furthermore, in each of the above embodiments, a bipolar transistor is used as the power switching device, but a power MO3FET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or the like may be used. Further, the transistor is not limited to an NPN transistor, but may be a PNP transistor. [0055] According to claim 1, the first
a first insulating layer; the first through the second shield pattern and the second and third insulating layers, respectively. While forming the second control circuit, the first. The second shield pattern is connected to the first shield pattern. Since the potential of the output electrode of the second power switching element is fixed to the potential corresponding to the potential of the output electrode of the second power switching element, the first
, the direct capacitive coupling between the second control circuit and the metal substrate is eliminated, and the first. the second control circuit and the first control circuit; The capacitance between the second shield pattern and the second shield pattern increases, and the capacitance between the first shield pattern and the metal substrate increases. When noise is applied to the current path of the second power switching element, noise also appears in the control circuit with respect to the metal substrate. As a result, 1. When viewed from the output electrode of the second power switching element, it is equivalent to having no noise in the control circuit, and there is an effect that malfunctions due to noise can be avoided. [0056] According to claim 2, in addition to the effect of claim 1, there is an effect that leakage current generated due to switching of the power switching element can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明による半導体装置の一実施例である3
相ブリツジ構成のインバータ回路を示す回路図である。
FIG. 1 is an example 3 of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an inverter circuit having a phase bridge configuration.

【図2】図1の回路を金属基板上に形成した場合のU相
の回路部分の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a U-phase circuit portion when the circuit of FIG. 1 is formed on a metal substrate.

【図3】図2のうち上アーム側の部分を拡大して示す断
面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 2 on the upper arm side.

【図4】結合容量を示す等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing coupling capacitance.

【図5】図1の実施例の変形例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 1;

【図6】図1の実施例の他の変形例を示す回路図である
FIG. 6 is a circuit diagram showing another modification of the embodiment of FIG. 1;

【図7】この発明による他の半導体装置を示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view showing another semiconductor device according to the present invention.

【図8】発明による他の半導体装置の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of another semiconductor device according to the invention.

【図9】図8の回路を金属基板上に形成した場合のU相
の回路部分の構造を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a U-phase circuit portion when the circuit of FIG. 8 is formed on a metal substrate.

【図10】発明による他の半導体装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of another semiconductor device according to the invention.

【図11】図10の回路を金属基板上に形成した場合の
U相の回路部分の構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a U-phase circuit portion when the circuit of FIG. 10 is formed on a metal substrate.

【図12】従来の3相ブリツジ構成のインバータ回路を
示す回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a conventional three-phase bridge configuration inverter circuit.

【図13】図12の回路を金属基板上に形成した場合の
U相の回路部分の構造を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a U-phase circuit portion when the circuit of FIG. 12 is formed on a metal substrate.

【図14】図13のうち上アーム側の部分を拡大して示
す断面図である。
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 13 on the upper arm side.

【図15】結合容量を示す等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram showing coupling capacitance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜6  パワーNPNトランジスタ 13〜18  制御回路 31  アルミニウム基板 32.105,106   絶縁層 101〜104  シールドパターン 107.108   スルーホール 111、IIIA   シールドパターン 1 to 6 Power NPN transistor 13-18 Control circuit 31 Aluminum substrate 32.105,106 Insulating layer 101-104 Shield pattern 107.108 Through hole 111, IIIA Shield pattern

【図1】[Figure 1]

【図2】[Figure 2]

【図4】[Figure 4]

【図5】[Figure 5]

【図15】[Figure 15]

【図3】[Figure 3]

【図6】[Figure 6]

【図7】[Figure 7]

【図8】[Figure 8]

【図9】[Figure 9]

【図10】[Figure 10]

【図13】[Figure 13]

【図11】[Figure 11]

【図12】[Figure 12]

【図14】[Figure 14]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属基板と、前記金属基板上に形成され
た第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に形成され、ト
ーテムポール接続された第1.第2のパワースイッチン
グ素子と、前記第1の絶縁層上に形成された導電体より
成る第1.第2のシールドパターンと、前記第1のシー
ルドパターン上に形成された第2の絶縁層と、前記第2
のシールドパターン上に形成された第3の絶縁層と、前
記第2の絶縁層上に形成され、前記第1のパワースイッ
チング素子のオン/オフを制御するための第1の制御回
路と、前記第3の絶縁層上に形成され、前記第2のパワ
ースイッチング素子のオン/オフを制御するための第2
の制御回路と、前記第1のシールドパターンを前記第1
のパワースイッチング素子の出力電極の電位に応じた電
位に接続する第1の接続手段と、前記第2のシールドパ
ターンを前記第2のパワースイッチング素子の出力電極
の電位に応じた電位に接続する第2の接続手段とを備え
る半導体装置。
1. A metal substrate, a first insulating layer formed on the metal substrate, and a first insulating layer formed on the first insulating layer and connected by totem pole. a second power switching element, and a first power switching element comprising a conductor formed on the first insulating layer. a second shield pattern; a second insulating layer formed on the first shield pattern;
a third insulating layer formed on the shield pattern; a first control circuit formed on the second insulating layer for controlling on/off of the first power switching element; A second insulating layer formed on the third insulating layer for controlling on/off of the second power switching element.
a control circuit, and the first shield pattern is connected to the first shield pattern.
a first connecting means for connecting the second shield pattern to a potential corresponding to the potential of the output electrode of the power switching element; and a first connecting means for connecting the second shield pattern to a potential corresponding to the potential of the output electrode of the second power switching element. 2. A semiconductor device comprising: 2 connection means.
【請求項2】 請求項1の半導体装置において、少なく
とも第1.第2のシールドパターンと第1の絶縁層との
間に、第1の絶縁層上に形成され且つ一定の基準電位に
固定された第3のシールドパターンと、この第3のシー
ルドパターンと前記第1または第2のシールドパーター
ンの間に形成された第4の絶縁層とが介設されているこ
とを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least the first. A third shield pattern formed on the first insulating layer and fixed to a constant reference potential is provided between the second shield pattern and the first insulating layer; A semiconductor device characterized in that a fourth insulating layer formed between the first or second shield pattern is interposed.
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