半导体器件的制作方法

本发明涉及一种半导体器件。

背景技术：

通常，作为将dc电力转换为ac电力的电力转换装置的逆变器用于驱动各种装置中包括的电动机，并且用在电源(例如电力调节器)中。

通常，存在已知ipm(智能功率模块)，其中包括诸如igbt(绝缘栅双极晶体管)或mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)的功率器件和驱动功率器件的驱动器ic的逆变器封装在单个封装件中。在使用高电压的电力转换装置中，通常需要隔离输入部分中的信号和高压部分中的主电路以防止电击。

图9是示出ipm安装在印刷电路板上的常规逆变器系统的配置的示例的概况的示图。图9所示的逆变器系统110包括mcu(微控制单元)101、光电耦合器102a至102f、光电耦合器103、ipm104和印刷电路板(pcb)105。

mcu101、光电耦合器102a至102f、光电耦合器103和ipm104例如通过焊接安装在印刷电路板105上。

mcu101将控制信号sci1至sci6分别发送到提供相对快速响应的光电耦合器102a至102f。光电耦合器102a至102f在电隔离的同时将所接收的控制信号sci1至sci6作为控制信号sco1至sco6传送至ipm104。

ipm104用作驱动三相无刷dc电动机(未示出)的电动机驱动器，并且具有三个桥接结构(未示出)，每个桥接结构形成有上开关器件和下开关器件，每个开关器件配置为igbt等。在ipm104中，基于所接收的控制信号sco1至sco6，驱动器ic驱动上开关器件和下开关器件。以这种方式，ipm104作为逆变器操作。

从ipm104将故障信号fti发送到提供相对慢速响应的光电耦合器103。当发生诸如过电流或过热状态的故障时，发送故障信号fti。光电耦合器103在电隔离的同时将所接收的故障信号fti作为故障信号fto传送到mcu101。这样，可以将故障状态通知给mcu101。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：jp-a-2001-156252

技术实现要素：

技术问题

因此，图9所示的常规逆变器系统110的配置(其中光电耦合器102a至102f以及103布置在低压侧的mcu101和高压侧的ipm104之间)实现控制信号和故障信号的信号隔离，并且防止mcu101的误动作和故障。然而，随着衬底安装面积由于下面给出的原因而增加，逆变器系统110的这种配置使印刷电路板105的尺寸增大，因此阻碍系统实现紧凑性。

造成上述问题的原因之一是光电耦合器需要具有确保隔离的端子爬电距离，并且这增大了光电耦合器的封装尺寸。另一原因是需要提供与信号相同数量的光电耦合器。在逆变器系统110的示例中，需要七个光电耦合器。另一原因是光电耦合器需要外部电容器来供电。又一原因是需要在印刷电路板105上的布线图案之间确保隔离距离。

专利文献1公开了一种配置，其中印刷电路板布置在ipm上，并且用于隔离pwm信号的光电耦合器安装在印刷电路板上。即使是这种常规配置也存在与上述类似问题。

针对上述背景设计，本发明的一个目的是提供一种通过减小衬底安装面积来提供紧凑系统的半导体器件。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种半导体器件包括：驱动器，配置为根据用于控制经串联连接一起构成桥接电路的上开关器件和下开关器件的驱动的控制信号，驱动上开关器件和下开关器件；具有隔离变压器的绝缘器；以及封装件，其中密封有绝缘器的至少一部分和驱动器的一部分。绝缘器配置为在隔离信号的同时将与控制信号对应的信号发送到驱动器(第一配置)。

在根据第一配置的半导体器件中，驱动器可以包括：上驱动器，配置为驱动上开关器件；和下驱动器，配置为驱动下开关器件。绝缘器可以布置在上驱动器和下驱动器之间的位置并与之位于同一平面(第二配置)。

根据第一或第二配置的半导体器件还可以包括：发送器，配置为基于所接收的控制信号生成脉冲信号，以将脉冲信号输出到绝缘器(第三配置)。

在根据第一至第三配置中的任一个的半导体器件中，驱动器可以配置为将反映驱动状态的检测信号发送到绝缘器。绝缘器可以配置为在隔离的同时将检测信号发送到器件外部(第四配置)。

在根据第四配置的半导体器件中，驱动器还可以包括：发送器，配置为基于所接收的控制信号生成脉冲信号，以将脉冲信号输出到绝缘器(第五配置)。

根据第四或第五配置的半导体器件还可以包括：接收器，配置为基于从绝缘器馈送的脉冲输出生成信号，以将该信号发送到器件外部(第六配置)。

在根据第一至第六配置中任一个的半导体器件中，绝缘器还可以包括：第一线圈，形成在具有半导体层的绝缘衬底的表面上或绝缘衬底中；第二线圈，形成为与第一线圈隔着介电构件相对(第七配置)。

在根据第七配置的半导体器件中，第一线圈和第二线圈可以在俯视时彼此重叠布置(第八配置)。

在根据第一至第八配置中的任一个的半导体器件中，绝缘器和驱动器均可以配置为芯片(第九配置)。

在根据第一至第九配置中的任一个的半导体器件中，上开关器件和下开关器件可以是具有si衬底的igbt或mosfet、或具有sic衬底或宽带隙型半导体衬底的igbt或mosfet(第十配置)。

根据本发明的另一方面，一种逆变器系统包括：第一至第十配置中的任一个的半导体器件；控制器，配置为将控制信号发送到半导体器件；以及电路板，其上安装有半导体器件和控制器(第十一配置)。

根据本发明的又一方面，一种装置包括：上述逆变器系统；以及由上述逆变器系统驱动的电动机(第十二配置)。

根据本发明的又一方面，一种电力转换装置，配置为通过驱动经串联连接一起构成桥接电路的上开关器件和下开关器件来执行电力转换，包括：第一和第二驱动电路芯片，配置为基于与从外部馈入的控制信号对应的信号来驱动上开关器件和下开关器件；绝缘芯片，配置为利用隔离变压器在控制信号与用于驱动第一和第二驱动电路芯片的信号之间隔离；电路板，其上至少安装有绝缘芯片；以及封装件，其中密封有电路板的至少一部分、绝缘芯片的一部分以及第一和第二驱动电路芯片的一部分。绝缘芯片在俯视时布置在第一和第二驱动电路芯片之间的区域中(第十三配置)。

在根据第十三配置的电力转换装置中，绝缘芯片可以包括：第一线圈，形成在具有半导体层的绝缘衬底的表面上或绝缘衬底中；第二线圈，形成在介电构件的表面上或介电构件中，以隔着介电构件与第一线圈相对(第十四配置)。

在根据第十三或第十四配置的电力转换装置中，电路板可以包括连接到引线端子的金属岛(metalisland)(第十五配置)。

在根据第十三或第十四配置的电力转换装置中，电路板可以包括绝缘印刷电路板(第十六配置)。

在根据第十三或第十四配置的电力转换装置中，电路板可以包括连接到引线端子的金属岛和绝缘印刷电路板(第十七配置)。

在根据第十三至第十七配置中的任一个的电力转换装置中，电路板还可以在其上安装有发送-接收芯片，其配置为发送和接收控制信号(第十八配置)。

在根据第十三至第十八配置中的任一个的电力转换装置中，第一和第二驱动电路芯片可以安装在共用岛上(第十九配置)。

本发明的有益效果

利用本发明，可以通过减小衬底安装面积来减小系统的尺寸。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的逆变器系统的概略配置的示图；

图2是示出根据本发明的一个实施例的ipm的电路配置的示图；

图3是示出根据本发明的一个实施例的发送-接收ic和绝缘器的配置的示图；

图4是示出隔离变压器的分层结构的示例的示图；

图5是根据本发明的一个实施例的ipm(半导体封装件)的示意性平面视图。

图6是示出电动机驱动系统的一个配置示例的概况的框图；

图7是示出太阳能发电系统的一个配置示例的概况的框图；

图8是示出内置电子设备的车辆的一个示例的外部视图；以及

图9是示出根据常规示例的逆变器系统的配置的概况的示图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

<逆变器系统的配置>

图1是示出根据本发明的一个实施例的逆变器系统的概略配置的示图。图1所示的逆变器系统10包括mcu1、ipm2和印刷电路板3。mcu1和ipm2例如通过焊接安装在印刷电路板3上。

ipm2用作驱动未示出的三相无刷dc电动机(电动机15，稍后将描述)的逆变器。mcu1将六个控制信号sc发送到ipm2。ipm2基于所接收的控制信号sc作为逆变器操作。当发生故障时，ipm2将故障信号fo发送到mcu1。在逆变器系统10中，采用这样的配置，其中在ipm2内提供控制信号sc和故障信号fo的信号隔离。这防止由高压侧ipm2引起的低压侧mcu1误动作或故障。

<ipm的配置>

接下来，将参考图2描述根据本发明的一个实施例的ipm2(半导体封装件)的配置。图2是示出ipm2的具体电路配置的示图。

如图2所示，ipm2包括逆变器20、发送-接收ic23、绝缘器24和自举二极管db1至db3。这些构成元件封装在一个封装件中。ipm2还包括外部端子t1至t24，用于与外部建立电连接。

逆变器20包括上驱动器ic21、下驱动器ic22、第一上开关器件hq1、第二上开关器件hq2、第三上开关器件hq3、第一下开关器件lq1、第二下开关器件lq2、第三下开关器件lq3以及二极管d1至d6。上驱动器ic21和下驱动器ic22一起构成驱动器。

第一上开关器件hq1、第二上开关器件hq2、第三上开关器件hq3、第一下开关器件lq1、第二下开关器件lq2以及第三下开关器件lq3均配置为具有si(硅)衬底的igbt。这些开关器件不限于igbt，相反，它们可以配置为具有si衬底的mosfet，或者可以配置为具有sic衬底或所谓的宽带隙型半导体衬底的igbt或mosfet。

向外部端子t1施加相对高的电源电压p(例如，600v)。第一上开关器件hq1的集电极与外部端子t1连接。第一上开关器件hq1的发射极连接到第一下开关器件lq1的集电极。第一下开关器件lq1的发射极经由外部端子t5连接到电阻器r1的一端。因此，第一上开关器件hq1和第一下开关器件lq1串联连接以一起构成第一桥。

第二上开关器件hq2的集电极与外部端子t1连接。第二上开关器件hq2的发射极连接到第二下开关器件lq2的集电极。第二下开关器件lq2的发射极经由外部端子t6连接到电阻器r1的一端。因此，第二上开关器件hq2和第二下开关器件lq2串联连接以一起构成第二桥。

第三上开关器件hq3的集电极与外部端子t1连接。第三上开关器件hq3的发射极连接到第三下开关器件lq3的集电极。第三下开关器件lq3的发射极经由外部端子t7连接到电阻器r1的一端。因此，第三上开关器件hq3和第三下开关器件lq3串联连接以一起构成第三桥。

电阻器r1的另一端连接到接地端子。

二极管d1至d6是续流二极管(fwd)。二极管d1的阴极连接到第一上开关器件hq1的集电极。二极管d1的阳极连接到第一上开关器件hq1的发射极。这同样适用于二极管d2至d6与其他开关器件之间的互连。也就是说，二极管d1至d6中的每一个和对应的开关器件彼此分别反向并联连接。

第一上开关器件hq1的发射极经由外部端子t2连接到电动机15的u相端子，该电动机是三相无刷dc电动机。第二上开关器件hq2的发射极经由外部端子t3连接到电动机15的v相端子。第三上开关器件hq3的发射极经由外部端子t4连接到电动机15的w相端子。

电容器cb1至cb3用于自举。电容器cb1的一端连接到外部端子t2。电容器cb1的另一端经由外部端子t9连接到二极管db1的阴极。二极管db1的阳极连接到上驱动器ic21的端子。电容器cb2的一端连接到外部端子t3。电容器cb2的另一端经由外部端子t10连接到二极管db2的阴极。二极管db2的阳极连接到上驱动器ic21的端子。电容器cb3的一端连接到外部端子t4。电容器cb3的另一端经由外部端子t11连接到二极管db3的阴极。二极管db3的阳极连接到上驱动器ic21的端子。

从外部经由外部端子t12将电源电压hvcc(例如，15v)施加到上驱动器ic21。从外部经由外部端子t13将地电位施加到上驱动器ic21。

上驱动器ic21包括用于驱动第一上开关器件hq1的第一驱动器21a、用于驱动第二上开关器件hq2的第二驱动器21b以及用于驱动第三上开关器件hq3的第三驱动器21c。

上驱动器ic21经由二极管db1利用电源电压hvcc对电容器cb1充电，从而在外部端子t9处产生高于电源电压p的电压vbu。然后，第一驱动器21a将电压vbu施加到第一上开关器件hq1的栅极，以导通第一上开关器件hq1。

同样，上驱动器ic21经由二极管db2利用电源电压hvcc对电容器cb2充电，从而在外部端子t10处产生高于电源电压p的电压vbv。然后，第二驱动器21b将电压vbv施加到第二上开关器件hq2的栅极，以导通第二上开关器件hq2。

同样，上驱动器ic21经由二极管db3利用电源电压hvcc对电容器cb3充电，从而在外部端子t11处产生高于电源电压p的电压vbw。然后，第三驱动器21c将电压vbw施加到第三上开关器件hq3的栅极，以导通第三上开关器件hq3。

第一驱动器21a、第二驱动器21b和第三驱动器21c分别使第一上开关器件hq1的栅极和发射极之间、第二上开关器件hq2的栅极和发射极之间以及第三上开关器件hq3的栅极和发射极之间短接，从而使对应的开关器件截止。

下驱动器ic22包括第一驱动器22a、第二驱动器22b和第三驱动器22c。对于下驱动器ic22，经由外部端子t22从外部向其施加电源电压lvcc(例如，15v)，并且经由外部端子t24从外部向其施加地电位。

第一驱动器22a将电源电压lvcc施加到第一下开关器件lq1的栅极，从而导通第一下开关器件lq1。第二驱动器22b将电源电压lvcc施加到第二下开关器件lq2的栅极，从而导通第二下开关器件lq2。第三驱动器22c将电源电压lvcc施加到第三下开关器件lq3的栅极，从而导通第三下开关器件lq3。

第一驱动器22a、第二驱动器22b和第三驱动器22c分别使地电位和第一下开关器件lq1的栅极之间、地电位和第二下开关器件lq2的栅极之间以及地电位和第三下开关器件lq3的栅极之间短接，从而使对应的开关器件截止。

如上所述，上驱动器ic21和下驱动器ic22驱动开关器件以导通和截止，所以经由电动机15的u相端子、v相端子和w相端子将电流馈送到电动机15，并且驱动电动机15的转子旋转。

包括在上驱动器ic21中的uvlo(欠压锁定)电路21d监测电压vbu、vbv和vbw。

下驱动器ic22还包括比较器22d、uvlo电路22e和tsd(热关断)电路22f。通过将流经电阻器r1的电流转换为电压信号而获得的电流检测信号cin经由外部端子t23施加到比较器22d的非反相输入端子(+)。向比较器22d的反相输入端子(-)施加预定参考电压。当电流检测信号cin达到参考电压时，比较器22d确定正在发生过电流，并且输出高电平检测信号。此时，下开关器件被第一至第三驱动器22a至22c截止。

uvlo电路22e监测电源电压lvcc。tsd电路22f监测下驱动器ic22的芯片温度。当芯片温度高于预定温度阈值(例如，175℃)时，tsd电路22f输出对此进行指示的检测信号。此时，下开关器件被第一至第三驱动器22a至22c截止。

<信号隔离的配置>

从图1所示的mcu1发送的六个控制信号sc具体是控制信号hinu、hinv、hinw、linu、linv和linw，如图2所示。分别经由外部端子t14至t16馈入的控制信号hinu、hinv和hinw由发送-接收ic23接收，然后传送到绝缘器24，然后在被绝缘器24电隔离的同时传送到上驱动器ic21。第一驱动器21a基于控制信号hinu驱动第一上开关器件hq1以使其导通和截止。第二驱动器21b基于控制信号hinv驱动第二上开关器件hq2以使其导通和截止。第三驱动器21c基于控制信号hinw驱动第三上开关器件hq3以使其导通和截止。

分别经由外部端子t17至t19馈入的控制信号linu、linv和linw由发送-接收ic23接收，然后传送到绝缘器24，然后在被绝缘器24电隔离的同时传送到下驱动器ic22。第一驱动器22a基于控制信号linu驱动第一下开关器件lq1以使其导通和截止。第二驱动器22b基于控制信号linv驱动第二下开关器件lq2以使其导通和截止。第三驱动器22c基于控制信号linw驱动第三下开关器件lq3以使其导通和截止。

当比较器22d检测到过电流时或者当tsd电路22f检测到过热状态时，具有指示故障状态的逻辑电平的故障信号由下驱动器ic22馈送到绝缘器24。故障信号在被绝缘器24电隔离的同时发送到发送-接收ic23，然后由发送-接收ic23经由外部端子t20作为故障信号fo发送到mcu1(图1)外部。因此，能够将故障状态通知给mcu1。

现在，将参考图3详细描述发送-接收ic23和绝缘器24的配置。图3是示出发送-接收ic23和绝缘器24的具体电路配置的示图。

如图3所示，发送-接收ic23包括将信号发送到隔离变压器tr1至tr6的发送器23a至23f以及从隔离变压器tr7接收信号的接收器23g。发送-接收ic23是具有集成在单个芯片中的这些构成元件的ic芯片。发送-接收ic23还包括端子t25至t45。控制信号hinu、hinv、hinw、linu、linv和linw分别经由外部端子t14至t19馈送到端子t25至t30。

绝缘器24是ic芯片，其具有集成在单个芯片中的隔离变压器tr1至tr7。绝缘器24还包括端子t46至t75。

除第一驱动器21a、第二驱动器21b和第三驱动器21c之外，上驱动器ic21还包括分别从隔离变压器tr1至tr3接收信号的接收器211至213。上驱动器ic21还包括端子t76至t81。

除第一驱动器22a、第二驱动器22b和第三驱动器22c之外，下驱动器ic22还包括分别从隔离变压器tr4至tr6接收信号的接收器221至223以及将信号发送到隔离变压器tr7的发送器224。下驱动器ic22还包括端子t82至t89。

发送器23a至23f都具有类似的配置，并且这里，图3代表性地示出发送器23a的具体配置。接收器211至213以及221至223都具有类似的配置，并且这里，图3代表性地示出接收器211的具体配置。

因此，将代表性地给出关于发送器23a、隔离变压器tr1和接收器211的配置及其操作的描述。发送器23a包括反相器231、反相器232、脉冲发生器233和脉冲发生器234。反相器231的输入端子与端子t25连接。反相器231的输出端子与反相器232的输入端子一起连接到脉冲发生器234的输入端子。反相器232的输出端子连接到脉冲发生器233的输入端子。脉冲发生器233的输出端子经由端子t32和t46连接到隔离变压器tr1的初级侧绕组的一端。脉冲发生器234的输出端子经由端子t33和t47连接到隔离变压器tr1的初级侧绕组的另一端。初级侧绕组在初级侧绕组的端部之间的中点处经由端子t60和外部端子t21连接到地电位。

接收器211包括反相器211a、反相器211b和触发器(flip-flop)211c。隔离变压器tr1的次级侧绕组的一端经由端子t61和t76连接到反相器211a的输入端子。隔离变压器tr1的次级侧绕组的另一端经由端子t62和t77连接到反相器211b的输入端子。次级侧绕组在次级侧绕组的端部之间的中点处经由端子t75和外部端子t8连接到地电位。反相器211a的输出端子连接到触发器211c的置位端子s。反相器211b的输出端子连接到触发器211c的复位端子r。触发器211c的输出端子q连接到第一驱动器21a的输入端子。

这里，图4示出制成芯片的隔离变压器tr1的分层结构。其余的隔离变压器，即隔离变压器tr2至tr7也具有类似的结构。在铜岛上，形成硅(si)衬底(具有半导体层的绝缘衬底的示例)。硅衬底在其正面具有绝缘层(诸如氧化硅膜)。硅衬底可以是任何其他介电构件，诸如绝缘印刷电路板。在硅衬底的表面上或在硅衬底中，形成铜线圈作为初级侧绕组或次级侧绕组。铜线圈层叠有例如sio2的介电材料层，以使该铜线层被例如sio2的介电材料层覆盖。在介电材料层的表面上或在介电材料层中，形成铜线圈作为次级侧绕组或初级侧绕组。因此，初级侧铜线圈和次级侧铜线圈通过介电材料层彼此电隔离。其他隔离变压器tr2至tr7并排在硅衬底上布置于隔离变压器tr1旁。制成芯片的隔离变压器的厚度很小，并且它们可以形成为具有与其他ic基本相同的厚度，因此能够使ipm2的厚度小于常规ipm的厚度。初级侧绕组或次级侧绕组可以由铝线形成。代替将初级侧绕组和次级侧绕组在垂直方向(上下方向)上彼此叠置，也能够将它们在水平方向上并排布置在同一平面。

再次参考图3，作为经由端子t25馈入的脉冲信号的控制信号hinu被馈送到反相器231以被反相，然后被反相器232再次反相，之后被馈送到脉冲发生器233。已被反相器231反相的信号还被馈送到脉冲发生器234。脉冲发生器233和脉冲发生器234通过由馈送信号的上升沿触发，产生具有宽度比控制信号hinu的宽度小的脉冲信号，并将其输出到隔离变压器tr1的初级侧。

随着馈送到隔离变压器tr1的初级侧绕组的脉冲信号引起的电流的变化，在隔离变压器tr1的次级侧绕组中产生电流，并且经由反相器211a和211b馈送到触发器211c。根据流经次级侧绕组的电流的方向，确定是将高电平信号馈送到置位端子s还是将高电平信号馈送到复位端子r。

当控制信号hinu从高电平下降到低电平时，馈送到脉冲发生器234的信号从低电平上升到高电平，因此，脉冲发生器234产生脉冲并将其输出到隔离变压器tr1的初级侧。在这种情况下，低电平信号被馈送到触发器211c的置位端子s，并且高电平信号被馈送到复位端子r，因此从输出端子q将低电平控制信号hou馈送到第一驱动器21a。

另一方面，当控制信号hinu从低电平上升到高电平时，馈送到脉冲发生器233的信号从低电平上升到高电平，因此，脉冲发生器233产生脉冲并将其输出到隔离变压器tr1的初级侧。在这种情况下，高电平信号被馈送到触发器211c的置位端子s，并且低电平信号被馈送到触发器211c的复位端子r，并且因此从输出端子q将高电平控制信号hou馈送到第一驱动器21a。

以这种方式，作为脉冲信号的控制信号hinu经由发送器23a发送到隔离变压器tr1的初级侧，然后在被隔离变压器tr1电隔离的同时被传送到接收器211，之后接收器211将其作为控制信号hou发送到上驱动器ic21。

以类似方式，作为经由端子26馈入的脉冲信号的控制信号hinv经由发送器23b发送到隔离变压器tr2的初级侧，然后在被隔离变压器tr2电隔离的同时被传送到接收器212，之后接收器212将其作为控制信号hov发送到第二驱动器21b。以类似方式，作为经由端子t27馈入的脉冲信号的控制信号hinw经由发送器23c发送到隔离变压器tr3的初级侧，然后在被隔离变压器tr3电隔离的同时被传送到接收器213，之后接收器213将其作为控制信号how发送到第三驱动器21c。

以类似方式，作为经由端子t28馈入的脉冲信号的控制信号linu经由发送器23d发送到隔离变压器tr4的初级侧，然后在被隔离变压器tr4电隔离的同时被传送到接收器221，之后接收器221将其作为控制信号lou发送到第一驱动器22a。以类似方式，作为经由端子t29馈入的脉冲信号的控制信号linv经由发送器23e发送到隔离变压器tr5的初级侧，然后在被隔离变压器tr5电隔离的同时被传送到接收器222，之后接收器222将其作为控制信号lov发送到第二驱动器22b。以类似方式，作为经由端子t30馈入的脉冲信号的控制信号linw经由发送器23f发送到隔离变压器tr6的初级侧，然后在被隔离变压器tr6电隔离的同时被传送到接收器223，之后接收器223将其作为控制信号low发送到第三驱动器22c。

接下来，将描述涉及发送器224、隔离变压器tr7和接收器23g的配置及其操作。发送器224包括反相器224a、反相器224b和脉冲发生器224c以及脉冲发生器224d。向反相器224a的输入端子馈送故障信号fin。

反相器224a的输出端子与反相器224b的输入端子一起连接到脉冲发生器224d的输入端子。反相器224b的输出端子连接到脉冲发生器224c的输入端子。脉冲发生器224c的输出端子经由端子t88和t73连接到隔离变压器tr7的初级侧绕组的一端。脉冲发生器224d的输出端子经由端子t89和t74连接到隔离变压器tr7的初级侧绕组的另一端。

接收器23g包括反相器236、反相器237和触发器235。隔离变压器tr7的次级侧绕组的一端经由端子t58和t44连接到反相器236的输入端子。隔离变压器tr7的次级侧绕组的另一端经由端子t59和t45连接到反相器237的输入端子。反相器236的输出端子连接到触发器235的置位端子s。反相器237的输出端子连接到触发器235的复位端子r。触发器235的输出端子q连接到端子t31。端子31连接到外部端子t20(图2)。

也就是说，涉及发送器224、隔离变压器tr7和接收器23g的配置类似于涉及发送器23a、隔离变压器tr1和接收器211的上述配置。因此，故障信号fin经由发送器224发送到隔离变压器tr7的初级侧，然后在被隔离变压器tr7电隔离的同时被传送到接收器23g，之后接收器23g将其作为故障信号fo经由端子t31和外部端子t20发送到mcu1(图1)。

<半导体封装件的配置>

接下来，将参考图5详细描述作为根据该实施例的半导体封装件的ipm2的配置。图5是从安装有ipm2的一侧看到的ipm2(半导体封装件)的平面视图。在图5中，为方便起见，密封树脂200用点划线指示。密封树脂200形成为具有大致矩形的轮廓。

图5中所示的ipm2包括密封树脂200、引线框架300、上驱动器ic21、下驱动器ic22、发送-接收ic23、绝缘器24、自举二极管db1至db3、第一上开关器件hq1、第二上开关器件hq2、第三上开关器件hq3、第一下开关器件lq1、第二下开关器件lq2、第三下开关器件lq3、二极管d1至d6以及导线w1到w13。在密封树脂200(封装件)中，绝缘器24和驱动器(上驱动器ic21和下驱动器ic22)被密封，这里，硅衬底(图4)的至少一部分被密封。

引线框架300包括岛310至319、引线端子焊盘321至326、引线端子330至337以及悬置引线340。引线框架300由例如诸如cu的金属形成。引线框架300例如通过对金属片材进行诸如冲压的切削加工和弯曲加工而形成。

在与外部端子t9集成的岛310上，放置二极管db1。二极管db1的阳极侧和上驱动器ic21的端子经由导线w1连接在一起，并且岛310和上驱动器ic21的端子经由导线w1连接在一起。包括导线w1的导线w1至w13例如是au导线。替代地，导线w1至w13可以是例如al或cu导线，或者可以各自包括并联连接的多条导线，或者可以是平板形式的导线。在与外部端子t10集成的岛311上，放置二极管db2。二极管db2的阳极侧和上驱动器ic21的端子经由导线w2连接在一起，并且岛311和上驱动器ic21的端子经由导线w2连接在一起。在与外部端子t11集成的岛312上，放置二极管db3。二极管db3的阳极侧和上驱动器ic21的端子经由导线w3连接在一起，并且岛312和上驱动器ic21的端子经由导线w3连接在一起。

分别包括外部端子t14至t20的引线端子330至336经由导线w4(即，总共有七条导线w4)分别连接至发送-接收ic23的端子t25至t31。在平面视图(俯视时)中，绝缘器24布置在上驱动器ic21和下驱动器ic22之间的位置。发送-接收ic23的端子t32至t45各自经由导线w5(即，总共有十四条导线w5)分别连接至绝缘器24的端子t46至t59。

绝缘器24的端子t61至t66各自经由导线w6(即，总共有六条导线w6)分别连接至上驱动器ic21的端子t76至t81。绝缘器24的端子t67至t74各自经由导线w7(即，总共有八条导线w7)分别连接至下驱动器ic22的端子t82至t89。

在与外部端子t1集成的岛313上，放置上开关器件hq1至hq3以及二极管d1至d3。上驱动器ic21的端子各自经由导线w8分别连接至上开关器件hq1至hq3的栅极和发射极。上开关器件hq1至hq3的发射极各自经由导线w9分别连接至二极管d1至d3的阳极。二极管d1至d3的发射极各自经由导线w10分别连接至与外部端子t2至t4分别集成的焊盘321至323。

在与焊盘321集成的岛314上，放置第一下开关器件lq1和二极管d4。在与焊盘322集成的岛315上，放置第二下开关器件lq2和二极管d5。在与焊盘323集成的岛316上，放置第三下开关器件lq3和二极管d6。

下驱动器ic22的端子各自经由导线w11分别连接至下开关器件lq1至lq3的栅极。下开关器件lq1至lq3的发射极经由导线w12分别连接至二极管d4至d6的阳极。二极管d4至d6的发射极各自经由导线w13分别连接到与外部端子t5至t7分别集成的焊盘324至326。

其上放置有发送-接收ic23和绝缘器24的岛317与引线端子336集成在一起。其上放置有下驱动器ic22的岛319和其上放置有上驱动器ic21的岛318连接并集成在一起。岛319与引线端子337集成在一起。引线端子337包括外部端子t24。岛318与悬置引线340集成在一起。

在图5中，未示出包括外部端子t21的引线框架。该引线框架是低压侧接地端子。与包括同样位于低压侧的外部端子t14至t20的引线框架在同一组中的未示出的引线框架沿x方向排列。

在包括出现相对高电压的外部端子t9至t11的引线框架的组(第一组)中沿x方向相邻的引线框架之间的间隔大于在包括外部端子t14至t21的组(第二组)中沿x方向相邻的引线框架之间的间隔。第一组和第二组之间的间隔大于第二组中沿x方向相邻的引线框架之间的间隔。在第一组中沿x方向相邻的引线框架之间以及在第一组和第二组之间，各布置形成在密封树脂200中并且沿y方向凹陷的凹槽210。基本上在密封树脂200沿x方向的相反侧的每一者中间，形成沿x方向凹陷的凹槽220。凹槽220例如用于ipm2的输送和安装。

包括出现相对高电压的外部端子t1至t7的引线框架沿x方向排列在密封树脂200的与密封树脂200沿y方向布置有第一和第二组引线框架的另一侧相反的一侧。尽管图5中未示出外部端子t8，但是包括外部端子t8的引线框架布置在与包括外部端子t1至t7的引线框架相同的组中。作为高压侧接地端子的引线端子337以比第二组中沿x方向相邻的引线框架之间的间隔大的间隔布置。

<本实施例中提供的效果>

利用根据本实施例的ipm2，由于在ipm2(半导体器件)内设置发送-接收ic23和绝缘器24，其中后者可以形成为具有比使用多个光电耦合器的部件更小的面积和厚度，所以在ipm2内部实现控制信号和故障信号的信号隔离。因此，即使通过设置发送-接收ic23和绝缘器24使ipm2的尺寸稍大，但是光电耦合器的去除对减小安装面积产生更大的影响，因此，如图1所示，能够显著减小印刷电路板上的安装面积。因此，能够减小印刷电路板3的尺寸，从而有助于减小逆变器系统10的尺寸。在ipm2的封装件的配置中，其中即使绝缘器24布置在上驱动器ic21和下驱动器ic22之间的位置处，也可以形成小绝缘器24，这些ic可以沿ipm2的长边并在其内部对准，因此，能够尽可能地减小连接在绝缘器24和上驱动器ic21之间以及绝缘器24和下驱动器ic22之间的导线w6和w7的长度。因此，能够在可能的程度上减小导线的长度，并且降低用树脂密封时导线短路的危险，并且还能够以低成本进行制造。

通过在ipm2中结合隔离功能而获得的效果的示例是，由于低压端子和高压端子通常在ipm2中使用的半导体封装件中彼此远离布置，所以不像包括光电耦合器的封装件那样需要考虑端子爬电距离。再例如，在涉及光电耦合器的配置中，必须确保衬底上的布线图案之间的距离以防止空气中的放电，在本实施例中，利用ipm2的封装件中使用的密封树脂来实现内部隔离，并且树脂的介电常数低于空气的介电常数，因此能够节省空间。尽管利用树脂将光电耦合器密封在ipm2的封装件内部消除了与隔离有关的问题，但是仍然存在光电耦合器厚度方面的问题以及减小光电耦合器占用面积的成功前景较差的问题。

<对工业设备的应用>

接下来，作为根据本发明的ipm的应用的一个示例，将描述对工业设备的应用。图6是示出用于fa(工厂自动化)的电动机驱动系统的示例的概况的方框配置图。图6中所示的电动机驱动系统60是用于驱动电动机61的系统。电动机61例如包括在工业机器人中。电动机驱动系统60包括驱动器60a、电源60b、控制器60c、检测器60d和接口60e。

驱动器60a包括功率器件、栅极驱动器等，并且是实际驱动电动机61的模块。电源60b包括ac-dc转换器、dc-dc转换器等，并且产生电力以将其馈送到驱动器60a等。控制器60c包括mcu等，并且控制驱动器60a、电源60b等。检测器60d是感测电动机61的旋转位置和转速的传感器。接口60e包括串行通信接口、蓝牙(注册商标)等。根据本发明的ipm适用于驱动器60a。

<对太阳能发电系统的应用>

接下来，作为根据本发明的ipm的应用的另一示例，将描述对太阳能发电系统的应用。图7是示出太阳能发电系统的示例的概况的方框配置图。图7所示的太阳能发电系统70包括太阳能电池阵列70a、升压dc-dc转换器70b、逆变器70c、双向dc-dc转换器70d、蓄电池70e、配电板70f以及通信模块70g。

太阳能电池阵列70a具有连接在一起的多个太阳能电池模块，并且接收太阳光以产生dc电力。升压dc-dc转换器70b通过升高从太阳能电池阵列70a馈送的dc电压来产生预定dc电压。逆变器70c将来自升压dc-dc转换器70b的dc电力转换为ac电力，并将其输出到配电板70f。配电板70f将所需功率从来自逆变器70c的功率中馈送到负载(例如，家庭中的电器)，并将剩余电力输出到商用系统。从商用系统馈送的电力也可以经由配电板70f馈送到负载。双向dc-dc转换器70d将从升压dc-dc转换器70b馈送的dc电力转换为预定dc电力，并使蓄电池70e存储dc电力。而且，双向dc-dc转换器70d对从蓄电池70e放电的电力执行dc-dc转换，并经由逆变器70c和配电板70f将其馈送到负载。通信模块70g与逆变器70c、双向dc-dc转换器70d和蓄电池70e等通信。根据本发明的ipm可应用于逆变器70c、升压dc-dc转换器70b等。

<对车辆的应用>

接下来，作为根据本实施例的ipm的应用的示例，将描述对车辆的应用。图8是示出包括各种电子设备的车辆的一个配置示例的外部视图。该配置示例的车辆x包括电池x10和通过从电池x10馈送输入电压而操作的各种电子设备x11至x18。应当注意，为了便于说明，在图8中，电池x10和电子设备x11至x18中的任何一个可以在实践中位于其他地方。

电子设备x11是发动机控制单元，其执行关于发动机的控制(喷射控制、电子节气门控制、怠速控制、氧传感器加热器控制、自动巡航控制等)。

电子设备x12是灯控制单元，其控制hid(高强度放电灯)和drl(日间行车灯)的点亮和熄灭。

电子设备x13是对变速器进行控制的变速器控制单元。

电子设备x14是对车辆x的移动进行控制(abs(防抱死制动系统)控制、eps(电动助力转向)控制、电动悬架控制等)的车身控制单元。

电子设备x15是安全控制单元，其驱动和控制门锁、防盗警报器等。

电子设备x16包括在工厂装运阶段作为标准或制造商安装设备包括在车辆x中的电子设备，诸如刮水器、电动侧后视镜、电动车窗、阻尼器(减震器)、电动天窗以及电动座椅。

电子设备x17包括安装到车辆x上的电子设备，可选地作为用户用安装设备、作为a/v(音频/视频)设备、汽车导航系统和etc(电子收费系统)。

电子设备x18包括设置有高压电动机的电子设备，诸如车载鼓风机、油泵、水泵和电池冷却风扇。

包括根据本发明的ipm的逆变器系统可以内置在使用电动机或包括电源的那些电子设备x11至x18中的任何一个中。

<变型>

本发明可以以除了上面具体描述的实施例之外的任何其他方式实现，并且允许在本发明的精神内进行许多修改和变化。应当理解，本文公开的实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的，并且本发明的技术范围不是由上面给出的实施例的描述限定，而是由所附权利要求的范围限定，并且包括在与权利要求等同的含义和范围内的任何修改。例如，岛317可以是与引线端子336分开的构件，并且岛318和319可以均为单独构件。作为岛317，可以使用绝缘印刷电路板，并且在印刷电路板上，可以安装发送接收ic、绝缘器、上驱动器ic和下驱动器ic。

工业应用性

本发明可以应用于例如用于驱动工业设备中的电动机和用于转换电源的电力的逆变器系统。

附图标记说明

1mcu

2ipm

3印刷电路板

10逆变器系统

15电动机

21上驱动器ic

22下驱动器ic

23发送-接收ic

24绝缘器

200密封树脂

210、220凹槽

300引线框架

310-319岛

321-326焊盘

330-337引线端子

340悬置引线

w1-w13导线

hq1第一上开关器件

hq2第二上开关器件

hq3第三上开关器件

lq1第一下开关器件

lq2第二下开关器件

lq3第三下开关器件

d1-d6二极管

db1-db3二极管

cb1-cb3电容器

r1电阻器

t1-t24外部端子

t25-t75端子

tr1-tr7隔离变压器

23a-23f发送器

23g接收器

211-213、221-223接收器

224发送器

60电动机驱动系统

60a驱动器

60b电源

60c控制器

60d检测器

60e接口

61电动机

70太阳能发电系统

70a太阳能电池阵列

70b升压dc-dc转换器

70c逆变器

70d双向dc-dc转换器

70e蓄电池

70f配电板

70g通信模块

x车辆

x10电池

x11-x18电子设备