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WO2018142735A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2018142735A1
WO2018142735A1 PCT/JP2017/042497 JP2017042497W WO2018142735A1 WO 2018142735 A1 WO2018142735 A1 WO 2018142735A1 JP 2017042497 W JP2017042497 W JP 2017042497W WO 2018142735 A1 WO2018142735 A1 WO 2018142735A1
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WO
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switching element
side switching
arm
metal plate
control module
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PCT/JP2017/042497
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雅由 西畑
植田　展正
裕貴 清瀬
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators

Definitions

  • This disclosure relates to an electromechanically integrated semiconductor device that is integrally attached to an actuator that is a control target.
  • an electromechanically integrated rotating electric machine that integrally configures an actuator such as an alternator and a control device that controls the actuator is being used.
  • the electromechanical integration technology can improve control accuracy by combining outputs as a module with an actuator and a control device, and can realize weight reduction and ease of assembly by reducing wire harnesses.
  • the control device must guarantee the operation against the heat generated by the actuator as well as the heat generated by the actuator, and high thermal reliability is required.
  • Patent Document 1 discloses a vehicular rotating electrical machine in which a rectifier module as a control device is annularly arranged around a rotation axis of a motor.
  • each bus bar is formed in a substantially annular shape to supply current to the module.
  • this configuration there are a module connected to the side closer to the current supply source and a module connected to the side far from the current supply source.
  • the resistance value of the current path to each module including the bus bar becomes lower as it is closer to the current supply source.
  • a current flows through a switching element included in the module, for example, a parasitic diode of a MOSFET.
  • This current increases as the resistance value of each module decreases. For example, if elements such as a pedestal on which each module is placed and a heat dissipation structure of a rotating electrical machine are excluded, a large current flows through a low-resistance module disposed at a position close to the power source.
  • the parasitic diode of the MOSFET has a negative temperature coefficient of resistance, there is a possibility that the resistance is further lowered due to a temperature rise due to a large current flowing, and that positive feedback is provided for an increase in current. This is not preferable as an electromechanically integrated semiconductor device.
  • This disclosure is intended to provide a semiconductor device that can ensure thermal reliability even in a situation where it is reversely connected to a power source.
  • the semiconductor device includes a plurality of control modules that control the rotating electrical machine.
  • the plurality of control modules are annularly arranged around the rotation axis of the rotating electrical machine.
  • Each control module has at least two sets of one arm of a high-side switching element and a low-side switching element that constitute an inverter.
  • the plurality of control modules are connected in parallel to the bus bar connected to one power source, whereby the plurality of arms are connected in parallel to the bus bar.
  • Each control module includes a metal plate that mediates an electrical connection with the power supply while the high-side switching element and the low-side switching element are mounted thereon.
  • the metal plate includes a first metal plate on which one set of the high-side switching elements is placed, and a second metal plate on which the other set of the high-side switching elements is placed, There is a connection plate for electrically and thermally connecting the first metal plate and the second metal plate to each other.
  • the semiconductor device described above when a current caused by the reverse connection of the power source flows in the arm close to the power source among the arms connected to the bus bar in the control module, it is generated in the high-side switching element. Heat can be transferred to the high-side switching element belonging to the arm far from the power source.
  • the heat capacity increases compared to the configuration without the connection plate, and the heat dissipation efficiency is higher, so the temperature caused by the heat generation. The rise can be suppressed.
  • the heat dissipation efficiency can be improved for the high-side switching element closer to the power supply, and the high-side switching element far from the power supply can be increased by the temperature rise caused by heat transfer. Since the current increases, it is possible to suppress the current related to the reverse connection from being concentrated on the high-side switching element closer to the power source.
  • the drawing 1 is a top cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment; It is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor device, It is a figure which shows the detailed structure of a control module, It is sectional drawing which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on the modification 1, It is a figure which shows the detailed structure of the control module which concerns on the modification 1, It is a figure which shows the detailed structure of the control module which concerns on 2nd Embodiment, It is a top surface sectional view showing a schematic structure of a semiconductor device concerning a 3rd embodiment, It is a figure which shows the detailed structure of a control module, It is a figure which shows the detailed structure of the control module which concerns on the modification 2, It is a figure which shows the relationship of ratio T2 / T1 of the temperature T2 of an adjacent high side switching element, and ratio d / D
  • the semiconductor device in the present embodiment is an electromechanically integrated alternator device in which an alternator as a rotating electrical machine and a control module constituting a rectifier are integrally configured.
  • the semiconductor device 100 includes an alternator 10 having a rotor and a stator (not shown), and three control modules 20, 30, and 40 arranged so as to surround the rotation shaft 11 of the rotor of the alternator 10. And a bus bar 50 to which the control modules 20, 30, 40 are connected, and heat sinks 21, 31, 41 on which the control modules 20, 30, 40 are placed.
  • the alternator 10 includes a stator including two sets of three-phase windings and a rotor including a rotation shaft.
  • the stator includes a stator core (not shown) and stator windings M1 and M2.
  • the stator winding M1 is a three-phase winding composed of an X phase, a Y phase, and a Z phase
  • the stator winding M2 is a three-phase winding composed of a U phase, a V phase, and a W phase.
  • the stator winding M2 is arranged at a position shifted by 30 degrees in electrical angle with respect to the stator winding M1.
  • the control modules 20, 30, and 40 are rectifiers that control the direction of current to the stator windings M1 and M2, and a total of six arms are connected to the X, Y, and Z, U, V, and W phases. The current is controlled.
  • One end of the bus bar 50 is connected to a power source and can supply current to the control modules 20, 30 and 40.
  • the control modules 20, 30, and 40 are connected to one bus bar 50, and are connected in the order of the control module 20, the control module 30, and the control module 40 from the side close to the power source, as shown in FIGS. .
  • Each of the control modules 20, 30, and 40 has a function as an inverter, and is connected to stator windings M1 and M2 constituting the stator as shown in FIG.
  • FIG. 3 is not a cross-sectional view, but is hatched for easy understanding of the state of the metal plate 23.
  • the control module 20 includes a metal plate 23, a bridge 24, and a sealing resin body 25.
  • the control module 20 has four MOS transistors H1, L1, H2, and L2 as switching elements for configuring an inverter. Since FIG. 1 is a sectional view, only H1 and H2 are shown as MOS transistors belonging to the control module 20.
  • control module 30 includes a metal plate 33, a bridge 34, and a sealing resin body 35.
  • the control module 30 includes four MOS transistors H3, L3, H4, and L4 as switching elements for configuring an inverter.
  • control module 40 includes a metal plate 43, a bridge 44, and a sealing resin body 45.
  • the control module 40 includes four MOS transistors H5, L5, H6, and L6 as switching elements for configuring the inverter.
  • the three control modules 20, 30, and 40 are equivalent to each other except for the structure of the switching elements designed so that the physical arrangement and the resistance value are intentionally different.
  • a single control module 20 will be described as an example.
  • the control module 20 bears two of the six arms, and controls the supply of current to the X phase and the Y phase.
  • the control module 20 includes, as a first arm, a high-side MOS transistor H1 and a low-side MOS transistor L1, which are connected in series to the power supply VB. An intermediate point between the MOS transistor H1 and the MOS transistor L1 is connected to the stator winding M1 to form an X phase.
  • the second arm includes a high-side MOS transistor H2 and a low-side MOS transistor L2, which are connected in series to the power supply VB. An intermediate point between the MOS transistor H2 and the MOS transistor L2 is connected to the rotor winding M1 to form a Y phase.
  • the first arm and the second arm are connected in parallel to the power source.
  • the MOS transistor H1 corresponds to the first high-side switching element described in the claims
  • the MOS transistor L1 corresponds to the first low-side switching element described in the claims
  • the MOS transistor H2 corresponds to the second low-side switching element described in the claims, and corresponds to the second high-side switching element described in the claims.
  • the metal plate 23 includes a first metal plate 23a, a second metal plate 23b, a third metal plate 23c, a fourth metal plate 23d, and a fifth metal plate 23e. These are formed on the same plane as separate bodies.
  • the bridge 24 includes a first bridge 24a, a second bridge 24b, a third bridge 24c, and a fourth bridge 24d.
  • the first metal plate 23a is electrically connected to the drain terminal on which the high-side MOS transistor H1 is mounted.
  • the terminal TH1 is drawn out from the first metal plate 23a and connected to the bus bar 50. That is, the terminal TH1 is a positive electrode terminal in the first arm.
  • the low-side MOS transistor L1 is placed and electrically connected to the drain terminal, and the source terminal of the high-side MOS transistor H1 is connected via the first bridge 24a.
  • a terminal Tx is drawn from the second metal plate 23b and connected to the stator winding M1.
  • the terminal Tx is an output terminal corresponding to the X phase.
  • the third metal plate 23c is electrically connected to the drain terminal on which the high-side MOS transistor H2 is placed.
  • the terminal TH2 is drawn from the third metal plate 23c and connected to the bus bar 50. That is, the terminal TH2 is a positive electrode terminal in the second arm.
  • the fourth metal plate 23d has the low-side MOS transistor L2 mounted thereon and is electrically connected to the drain terminal, and the source terminal of the high-side MOS transistor H2 is connected via the third bridge 23c. .
  • the terminal Ty is drawn out from the fourth metal plate 23d and connected to the stator winding M1.
  • the terminal Ty is an output terminal corresponding to the Y phase.
  • the fifth metal plate 23e is connected to the source terminal of the MOS transistor L1 through the second bridge 24b and to the source terminal of the MOS transistor L2 through the fourth bridge 24b.
  • a terminal TL1 and a terminal TL2 are drawn out from the fifth metal plate 23a, and they are connected to a bus bar having a GND potential.
  • the terminal TL1 is a negative terminal corresponding to the first arm
  • the terminal TL2 is a negative terminal corresponding to the second arm. Since these are set to the same potential in the fifth metal plate 23e, for example, the current flowing through the first arm may naturally pass through the terminal TL2, but the main current path in the first arm in this case is This is a path between TH1 and TL1 having a smaller resistance value.
  • a control IC 26 for controlling the switching of the MOS transistors H1, H2, L1, and L2 is mounted on the fifth metal plate 23e.
  • the control IC 26 is connected to the MOS transistors H1, H2, L1, and L2 by bonding wires, but is not shown in FIG.
  • the metal plate 23, the bridge 24, and the MOS transistors H1, H2, L1, and L2 in the control module 20 are disposed substantially symmetrically in units of arms.
  • the terminals TH1, TL1 and the terminals TH2, TL2 are also arranged substantially symmetrically.
  • the 1st metal plate 23a and the 3rd metal plate 23c in this embodiment are mutually connected via the connection plate 23f. That is, the first metal plate 23a, the third metal plate 23c, and the connecting plate 23f are formed as an integral plate.
  • the connecting plate 23f is responsible for thermal and electrical connection between the first metal plate 23a and the third metal plate 23c, and one of the high-side MOS transistors H1 and H2 generates excessive heat. In this case, heat is transferred to the metal plate on which the other MOS transistor is placed.
  • the connecting plate 23f in the present embodiment is made of the same metal as the first metal plate 23a and the third metal plate 23c, but is not necessarily connected by the same metal. However, it is preferably made of a material having a higher thermal conductivity than the insulating layer 22 described later.
  • the MOS transistors H1, H2, L1, L2 and the metal plate 23 are sealed with a sealing resin body 25 so as to cover them.
  • the surface on which the MOS transistors H 1, H 2, L 1, and L 2 are not placed is exposed from the sealing resin body 25.
  • the control module 20 is disposed so that one surface of the metal plate 23 exposed from the sealing resin body 25 faces the heat sink 21, and is placed on the heat sink 21 via the insulating layer 22.
  • Radiation fins 21 a are formed on the surface of the heat radiating plate 21 on which the control module 20 is not placed.
  • the metal plate 23 in the present embodiment is thicker than the insulating layer 22, and thus the connecting plate 23 f is also thicker than the insulating layer 22.
  • the control module 30 also has the same components as the control module 20. That is, the high-side MOS transistors H3 and H4, the low-side MOS transistors L3 and L4, and the control IC are appropriately mounted on the metal plate 33 divided into five.
  • the arm constituted by MOS transistors H3 and L3 provides the Z phase of the stator winding M1
  • the arm constituted by MOS transistors H4 and L4 provides the U phase of the stator winding M2.
  • the heat radiating plate 31 has heat radiating fins 31a.
  • the metal plate 33 in the control module 30 also has a connecting plate between the metal plate on which the high-side MOS transistor H3 is placed and the metal plate on which the MOS transistor H4 is placed. Are electrically connected.
  • the control module 40 also has the same components as the control module 20. That is, the high-side MOS transistors H5 and H6, the low-side MOS transistors L5 and L6, and the control IC are appropriately mounted on the metal plate 43 divided into five.
  • the arm constituted by MOS transistors H5 and L5 provides the V phase of stator winding M2, and the arm constituted by MOS transistors H6 and L6 provides the W phase of stator winding M2.
  • the heat radiating plate 41 has heat radiating fins 41a.
  • the metal plate 43 in the control module 40 also has a connecting plate between the metal plate on which the high-side MOS transistor H5 is placed and the metal plate on which the MOS transistor H6 is placed. Are electrically connected.
  • control modules 20, 30 and 40 are arranged in an annular shape so as to surround the rotating shaft 11.
  • the control modules 20, 30, and 40 are arranged so that the mounting surfaces for the heat sinks 21, 31, and 41 are along the rotation axis direction.
  • the heat radiating plate 21 and the heat radiating plate 41 are arranged so that the heat radiating fins 21 a and the heat radiating fins 41 a face each other, and the heat radiating plate 31 is arranged so as to be orthogonal to the heat radiating plates 21 and the heat radiating plate 41.
  • the heat radiation plates 21, 31, and 41 are arranged in an annular shape so that the heat radiation fins face the rotating shaft 11, and are arranged so that the control modules 20, 30, and 40 are attached to the outer surface where the heat radiation fins are not formed. ing.
  • the bus bar 50 is also bent in a U shape.
  • a parasitic diode is formed in the MOS transistor so as to be in the forward direction from the source terminal to the drain terminal.
  • a current flows through the parasitic diode. That is, a current flows from the low-side MOS transistor to the high-side MOS transistor. This current generates heat in the MOS transistor. Since the parasitic diode has a negative temperature coefficient of resistance, the resistance is further reduced by heat generation. For this reason, more electric current flows and the calorific value also increases.
  • control module closer to the power source is the control module 20, and the electrical resistance when viewed from the power source has the shortest substantial length of the bus bar 50.
  • the control module 20 becomes the smallest. Therefore, the current applied to the reverse connection of the power source tends to flow to the control module 20.
  • the control module 30 and the control module 40 also have the same effect.
  • the MOS transistor H1 constituting the first arm is closer to the power supply than the MOS transistor H2 constituting the second arm, and is viewed from the power supply.
  • the electrical resistance value is small.
  • the current through the parasitic diode begins to flow through the MOS transistor H1 and the MOS transistor H2, but the current value of the MOS transistor H1 is higher than that of the MOS transistor H1 corresponding to the difference in the electrical resistance value seen from the power supply. It is larger than the transistor H2.
  • the temperature of the MOS transistor H1 rises due to the heat generated by the MOS transistor H1.
  • the control module 20 in this embodiment includes a first metal plate 23a on which the MOS transistor H1 is placed and a third metal plate 23c on which the MOS transistor H2 is placed. It is thermally connected by. Heat generated in the MOS transistor H1 is transferred to the MOS transistor H2 through the connecting plate 23f. That is, the heat caused by the MOS transistor H1 is dissipated while transferring heat not only to the first metal plate 23a but also to the third metal plate 23c and the connecting plate 23f, so that the MOS transistor is compared with the configuration in which the connecting plate 23f does not exist. The temperature rise of H1 can be suppressed.
  • the temperature of the MOS transistor H2 increases and the resistance value decreases. That is, the current for energizing the MOS transistor H2 increases.
  • the MOS transistor H1 not only the MOS transistor H1 but also the MOS transistor H2 can carry the current related to the reverse connection, and it is possible to suppress the current from being concentrated on one high-side MOS transistor. Can suppress excessive heat generation.
  • the temperatures of the MOS transistor H1 and the MOS transistor H2 can be made substantially the same, and an excessive current can be prevented from being concentrated on one MOS transistor.
  • the connecting plate 23 f in the present embodiment is made of metal and has a higher thermal conductivity than the insulating layer 22, and the connecting plate 23 f is thicker than the insulating layer 22.
  • the amount of heat transferred to the coupling plate 23f is larger than the amount of heat transferred to the insulating layer 22 with respect to the heat caused by the heat generation of the MOS transistor H1. According to this, since it is possible to configure a situation in which current distribution is likely to occur earlier than when the power source is reversely connected, the thermal reliability of the control modules 20, 30, and 40 can be further improved. .
  • the connecting plate 23f is thickened without increasing the overall thickness of the control module 20.
  • the effect of preferentially transferring the heat generated in the MOS transistor H1 to the connecting plate 23f over the insulating layer 22 is the same as in the first embodiment.
  • the thickness of the control module 20 can be suppressed by adopting this aspect, the thermal reliability of the semiconductor device 100 can be improved even in a configuration in which the mounting space of the control modules 20, 30, 40 is not sufficient. It is possible to realize the semiconductor device 100 with the physique suppressed while ensuring.
  • control module having a so-called 4-in-1 configuration in which four MOS transistors are stored in each control module 20, 30, 40 will be described.
  • the configuration of the circuit is as described in the first embodiment, and the configuration is as shown in FIG.
  • the description of the first embodiment is also used for the arrangement and shape of the alternator 10 and the heat sinks 21 to 41.
  • a terminal TH1 corresponding to the first arm and a terminal TH2 corresponding to the second arm are formed for the positive terminal, and the negative terminal corresponds to the first arm.
  • a terminal TL1 and a terminal TL2 corresponding to the second arm are formed.
  • the only positive terminal TH12 corresponding to the first arm and the second arm, the first arm, and the first arm is provided.
  • the positive terminal TH12 is located at the approximate center of the mounting position of the MOS transistor H1 and the MOS transistor H2. That is, the positive terminal TH12 extends from the connecting plate 23f toward the outside of the control module 20.
  • the negative terminal TL12 is located at the approximate center of the mounting position of the MOS transistor L1 and the MOS transistor L2. That is, the negative electrode terminal TL12 extends from the vicinity of the mounting position of the control IC 26 on the fifth metal plate 23e toward the outside of the control module 20. The negative terminal TL12 extends in the direction opposite to the extending direction of the positive terminal TH12.
  • the metal plate 23 and the bridge 24 and the MOS transistors H1, H2, L1, and L2 in the control module 20 are arranged substantially symmetrically in units of arms, the positive terminal TH12 and the negative terminal TL12 are arranged. Is arranged substantially at the center between the first arm and the second arm, so that the whole is substantially bilaterally symmetric.
  • the positive electrode terminal TH12 is configured to share both functions of the terminal TH1 and the terminal TH2 in the first embodiment.
  • the negative electrode terminal TL12 is configured to share both functions of the terminal TL1 and the terminal TL2 in the first embodiment.
  • control module 30 and the control module 40 is substantially equivalent to the control module 20, and each positive electrode terminal and negative electrode terminal which each control module has is also one structure.
  • the resistance value of the current path is made substantially the same between the first arm and the second arm between the positive terminal TH12 and the negative terminal TL12. can do. Accordingly, for example, in the control module 20, it is possible to suppress a large amount of current applied to the reverse connection of the power source from flowing through either one of the arms. Therefore, uneven distribution of the heat source in the control module 20 can be suppressed, and thermal reliability can be improved.
  • the positive electrode terminal TH12 and the negative electrode terminal TL12 are arranged at substantially the center between the first arm and the second arm.
  • TH12 and negative electrode terminal TL12 do not necessarily need to be in the middle of the first arm and the second arm. If the positive electrode terminal TH12 and the negative electrode terminal TL12 are arranged between the first arm and the second arm, the resistance value of the current path is the same as that in the mode described in the first embodiment and the first modification.
  • uneven distribution of the heat source can be suppressed. That is, when the positive electrode terminal TH12 and the negative electrode terminal TL12 cannot be arranged at the approximate center between the first arm and the second arm due to interference of other members (not shown), the formation positions may be slightly shifted. .
  • the control module is not limited to the 4-in-1 configuration, and may be provided with two or more sets of arms.
  • the control module having the 6-in-1 configuration will be described.
  • the 6-in-1 control module is a control module in which six MOS transistors constitute three sets of arms in one module.
  • the circuit configuration of the semiconductor device 110 in this embodiment is the same as that of the first embodiment, and is the configuration shown in FIG.
  • the configuration of the alternator 10 also uses the description of the first embodiment.
  • control module 60 and 70 are arranged so as to sandwich the rotating shaft 11 while being bonded to the heat sinks 61 and 71, respectively.
  • the control module 60 includes, for example, high-side MOS transistors H1, H2, and H3 and low-side MOS transistors L1, L2, and L3.
  • the control module 70 includes high-side MOS transistors H4, H5, and H6.
  • the low side MOS transistors L4, L5 and L6 are incorporated.
  • the control module 60 is bonded to the heat sink 61 via the insulating layer 62, and the control module 70 is bonded to the heat sink 71 via the insulating layer 72.
  • control modules 60 and 70 in the 6-in-1 configuration will be described with reference to FIG. 8, but the two control modules 60 and 70 are designed so that the physical arrangement and the resistance value are intentionally different. Except for the structure of the switching element, the constituent elements are equivalent to each other, and therefore, here, one control module 60 will be described as an example.
  • the control module 60 in the semiconductor device 110 includes a high-side MOS transistors H1, H2, and H3 and a low-side MOS transistors L1, L2, and L3, a metal plate 63, and a bridge 64.
  • the MOS transistor H3 corresponds to a third high-side switching element described in the claims
  • the MOS transistor L3 corresponds to a third low-side switching element described in the claims.
  • the metal plate 63 includes a first metal plate 63a, a second metal plate 63b, a third metal plate 63c, a fourth metal plate 63d, a fifth metal plate 63e, a sixth metal plate 63f, a seventh metal plate 63g, and an eighth metal.
  • a plate 63h is provided. These are formed on the same plane as separate bodies.
  • the bridge 64 includes a first bridge 64a, a second bridge 64b, a third bridge 64c, a fourth bridge 64d, a fifth bridge 64e, a sixth bridge 64f, and a seventh bridge 64g.
  • the first metal plate 63a is electrically connected to the drain terminal on which the high-side MOS transistor H1 is placed.
  • the second metal plate 63b has the low-side MOS transistor L1 mounted thereon and is electrically connected to the drain terminal, and the source terminal of the high-side MOS transistor H1 is connected via the first bridge 64a. .
  • a terminal Tx is drawn from the second metal plate 63b and connected to the stator winding M1.
  • the terminal Tx is an output terminal corresponding to the X phase.
  • the MOS transistor H1 and the MOS transistor L1 constitute a first arm.
  • the third metal plate 63c is electrically connected to the drain terminal on which the high-side MOS transistor H2 is placed.
  • a terminal TH123 is drawn from the third metal plate 63c and connected to the bus bar 50. As will be described later, the terminal TH123 is a common positive terminal in the first to third arms.
  • the low-side MOS transistor L2 is placed and electrically connected to the drain terminal, and the source terminal of the high-side MOS transistor H2 is connected via the third bridge 64c. .
  • the terminal Ty is drawn from the fourth metal plate 63d and connected to the stator winding M1.
  • the terminal Ty is an output terminal corresponding to the Y phase.
  • the MOS transistor H2 and the MOS transistor L2 constitute a second arm.
  • the fifth metal plate 63e is electrically connected to the drain terminal on which the high-side MOS transistor H3 is mounted.
  • the sixth metal plate 63f has the low-side MOS transistor L3 mounted thereon and is electrically connected to the drain terminal, and the source terminal of the high-side MOS transistor H3 is connected via the fifth bridge 64e. .
  • a terminal Tz is drawn from the sixth metal plate 63f and connected to the stator winding M1.
  • the terminal Tz is an output terminal corresponding to the Z phase.
  • the MOS transistor H3 and the MOS transistor L3 constitute a third arm.
  • the seventh metal plate 63g is connected to the source terminal of the MOS transistor L1 via the second bridge 64b, and a control IC 661 for controlling the switching of the MOS transistors H1 and L1 is mounted thereon.
  • the control IC 661 is connected to the MOS transistors H1 and L1 by bonding wires, but is not shown in FIG.
  • the eighth metal plate 63h is connected to the source terminal of the MOS transistor L2 through the fourth bridge 64d and is connected to the source terminal of the MOS transistor L3 through the sixth bridge 64f.
  • the seventh metal plate 63g is connected to the eighth metal plate 63h through the seventh bridge 64g and has the same potential.
  • a terminal TL123 is drawn from the eighth metal plate 63h, and is connected to a bus bar having a GND potential.
  • the terminal TL123 is a negative terminal common to the first to third arms.
  • a control IC 662 for controlling switching of the MOS transistors H2, H3, L2, and L3 is mounted on the eighth metal plate 63h.
  • the control IC 662 is connected to the MOS transistors H2, H3, L2, and L3 by bonding wires, but is not shown in FIG.
  • the metal plate 63 and the bridge 64 and the MOS transistors H1, H2, H3, L1, L2, and L3 in the control module 60 are arranged substantially symmetrically in units of arms with the second arm as the axis of symmetry.
  • the 1st metal plate 63a and the 3rd metal plate 63c in this embodiment are mutually connected through the connection plate 63i.
  • the third metal plate 63c and the fifth metal plate 63e are connected to each other through a connecting plate 63j.
  • the first metal plate 63a, the third metal plate 63c, the fifth metal plate 63e, the connecting plate 63i, and the connecting plate 63j are formed as an integrated plate.
  • the connecting plate 63i is responsible for thermal and electrical connection between the first metal plate 63a and the third metal plate 63c.
  • the connecting plate 63j is responsible for thermal and electrical connection between the third metal plate 63c and the fifth metal plate 63e.
  • any one of the high-side MOS transistors H1, H2, and H3 generates excessive heat, the heat is transferred to the metal plate on which the other high-side MOS transistors are mounted. ing. Thereby, for example, heat caused by the MOS transistor H1 is dissipated while transferring heat not only to the first metal plate 63a but also to the third metal plate 63c, the fifth metal plate 63e, the connection plate 63i, and the connection plate 63j. Compared with the configuration in which the plates 63i and 63j are not present, the temperature rise of the MOS transistor H1 can be suppressed.
  • MOS transistor H1 not only the MOS transistor H1 but also the MOS transistors H2 and H3 due to heat transfer can cause the MOS transistors H2 and H3 to carry a current related to the reverse connection. Can be prevented from concentrating.
  • connection plates 63i and 63j in the present embodiment are made of the same metal as the first metal plate 63a, the third metal plate 63c, and the fifth metal plate 63e, but need not necessarily be connected by the same metal. Absent. However, it is preferable that the insulating layer 62 is made of a material having a higher thermal conductivity.
  • the first metal plate 63a, the third metal plate 63c, and the fifth metal plate 63e are at the same potential by the connecting plates 63i and 63j, and the terminal TH123 formed on the third metal plate 63c is the first metal plate 63c.
  • the negative terminal TL12 is located in the approximate center of the mounting position of the MOS transistor L1 and the MOS transistor L3, and is formed in the vicinity of the MOS transistor L2.
  • the negative electrode terminal TL123 extends in the direction opposite to the extending direction of the positive electrode terminal TH123.
  • the structure of the control module 70 is substantially equivalent to that of the control module 60, and the control module 70 has one positive terminal and one negative terminal.
  • the resistance value of the current path between each of the first arm, the second arm, and the third arm between the positive terminal TH123 and the negative terminal TL123. can be made substantially the same. Accordingly, for example, in the control module 60, it is possible to suppress a large amount of current applied to the reverse connection of the power source from flowing through any one of the arms. Therefore, uneven distribution of the heat source in the control module 60 can be suppressed, and the thermal reliability can be improved.
  • Modification 2 In the control modules 60 and 70 having the 6 in 1 configuration exemplified in the third embodiment, three arms are built in one control module. For this reason, there exists one arm sandwiched between two arms.
  • the second arm is mounted between the first arm and the third arm.
  • the second arm sandwiched between them is located at the approximate center of the metal plate 63.
  • the central portion of the metal plate 63 has higher heat dissipation efficiency than the end portion of the metal plate 63 on which the first arm and the third arm are mounted. In other words, the second arm has a large current resistance to heat.
  • the current amount of the second arm is intentionally increased by making the electric resistance value of the second arm smaller than that of the first arm and the third arm.
  • the area of the effective cell region of the high-side MOS transistor H2 and the low-side MOS transistor L2 in the second arm is larger than that of the MOS transistors H1, H3, L1, and L3.
  • an effective cell region is one surface of a semiconductor substrate where a source region is exposed and a channel is generated by applying a voltage to the trench gate and contributes to the conduction of drain current. The larger the effective cell area, the smaller the resistance value of the MOS transistor.
  • the second arm which is an arm with high heat dissipation efficiency
  • the amount of current in the first arm and the third arm can be reduced, and heat generation can be suppressed.
  • the heat generated by the two arms can be radiated efficiently. Therefore, excessive heat generation in the control module 60 can be suppressed, and thermal reliability can be improved.
  • stator windings M1 and M2 examples in which three-phase windings are adopted as the stator windings M1 and M2 have been described, but the number of phases is not limited. Along with this, the number of control modules should be changed as appropriate.
  • the reduction in resistance by increasing the area of the effective cell region of the switching element has been described as a means for reducing the resistance of the control module.
  • the means for reducing the resistance is not limited to this.
  • the resistance may be reduced by changing the constituent materials of the metal plates 23 and 63 to reduce the resistance, or by changing the components of a conductive adhesive (for example, solder) used for electrical connection.
  • a conductive adhesive for example, solder
  • the change of the area of the effective cell region of the switching element is easier and the effect of reducing the resistance is greater than the change of the constituent materials of the metal plates 23 and 63 and the change of the conductive adhesive.
  • the inventor investigated by computer simulation how thick the connecting plates 23f, 63i, 63j should be with respect to the thickness of the insulating layers 22, 62.
  • the ratio T2 / T1 of the temperature T1 of a certain high-side switching element, the temperature T2 of the adjacent high-side switching element, and the thickness D of the connecting plate FIG. 10 shows the result of examining the relationship between the ratio d / D of the thickness d of the insulating layer and the insulating layer.
  • the connecting plate is preferably thicker than the insulating layer.
  • the high-side MOS transistor H1 and the MOS transistor H2 are mounted so as to be closer to the center, thereby efficiently performing heat transfer with each other. Can do.
  • the control module 60 of 6-in-1 configuration as in the third embodiment the high-side MOS transistor H1 and the MOS transistor H3 are mounted so as to be closer to the center, so that each other between the MOS transistors H1 to H3. Heat transfer can be performed efficiently.

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Abstract

半導体装置は、回転電機（１０）を制御する複数の制御モジュール（２０，３０，４０，６０，７０）を備える。各制御モジュールは、インバータを構成するハイサイド側およびローサイド側スイッチング素子（Ｈ１～Ｈ６、Ｌ１～Ｌ６）の１組のアームを少なくとも２組有する。各制御モジュールの複数の前記アームが、１つの電源に接続されたバスバー（５０）に対して並列に接続される。各制御モジュールは、前記ハイサイド側および前記ローサイド側スイッチング素子が載置されつつ前記電源との電気的接続を仲介する金属板（２３，６３）を有する。前記金属板は、1組のアームが載置される第１金属板（２３ａ，６３ａ）と、他の組のアームが載置される第２金属板（２３ｃ，６３ｃ）と、前記第１と第２金属板とを相互に電気的および熱的に連結する連結板（２３ｆ，６３ｉ，６３ｊ）を有する。

Description

半導体装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１７年２月６日に出願された日本特許出願番号２０１７－１９６６３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、制御対象であるアクチュエータに一体的に取り付けられて構成された機電一体型の半導体装置に関するものである。
　近年、オルタネータなどのアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御装置とを一体的に構成する機電一体型の回転電機が利用されつつある。機電一体の技術は、アクチュエータと制御装置とでモジュールとして出力を合わせ込むことによって制御の精度を向上できるほか、ワイヤハーネスの削減による軽量化や組付け容易性を実現できる。一方で、制御装置は、駆動により自身が発生する熱とともにアクチュエータの発熱に対しても動作を保証しなければならず、高い熱的信頼性が求められる。
　特許文献１には、モータの回転軸まわりに制御装置としての整流器モジュールを環状に配置した車両用回転電機が開示されている。
　特許文献１のように、制御装置としてのモジュールが回転電機の回転軸まわりに環状に配置される構成は、モジュールへの電流供給のために、略環状に成形された１本のバスバーに各モジュールが接続する態様を採用することがある。この構成では、電流供給源から近い側に接続されるモジュールと、遠い側に接続されるモジュールとが存在することになる。電流供給源から見たとき、バスバーを含めた各モジュールへの電流経路の抵抗値は、電流供給源から近いほど低抵抗となる。
　ここで、電流供給のための電源が意図せずに正常の接続に対して逆接続されてしまった状況を考える。この状況では、モジュールに含まれるスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介して電流が流れる。この電流は、各モジュールのうち、抵抗値の低いモジュールほど大きくなる。例えば各モジュールが載置される台座や回転電機の放熱構造などの要素を排除して考えると、電源から近い位置に配置された低抵抗のモジュールに大きな電流が流れることになる。ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードは負の抵抗温度係数を有することから、大電流が流れることによる温度上昇に起因してさらに低抵抗化し、電流の増加に対してポジティブフィードバックとなる虞がある。これは機電一体型の半導体装置として好ましくない。
特開２０１１－１６６８４７号公報
　本開示は、万一電源に対して逆接続されてしまった状況下であっても、熱的信頼性を確保することのできる半導体装置を提供することを目的とする。
　本開示の態様において、半導体装置は、回転電機を制御する複数の制御モジュールを備える。複数の制御モジュールは、前記回転電機の回転軸まわりに環状に配置される。各制御モジュールは、インバータを構成するハイサイド側スイッチング素子とローサイド側スイッチング素子との１組のアームを少なくとも２組有する。複数の前記制御モジュールが１つの電源に接続されたバスバーに対して並列に接続されることにより、複数の前記アームが前記バスバーに対して並列に接続される。各制御モジュールは、前記ハイサイド側スイッチング素子および前記ローサイド側スイッチング素子が載置されつつ前記電源との電気的接続を仲介する金属板を有する。前記金属板は、1組の前記ハイサイド側スイッチング素子が載置される第１金属板と、他の組の前記ハイサイド側スイッチング素子が載置される第２金属板とを有するとともに、前記第１金属板と前記第２金属板とを、相互に電気的および熱的に連結する連結板を有する。
　上記の半導体装置によれば、制御モジュール内において、バスバーに接続されるアームのうち、電源に近い側のアームに、電源の逆接続に起因する電流が流れたとき、ハイサイド側スイッチング素子に発生する熱を、電源から遠い側のアームに属するハイサイド側スイッチング素子に伝熱することができる。また、電源に近い側のハイサイド側スイッチング素子が載置される金属板については、連結板が存在しない構成に較べて熱容量が増加するのであり、より放熱効率が高くなるので発熱に起因する温度上昇を抑制することができる。
　上記のように、電源に近い側のハイサイド側スイッチング素子に対しては放熱効率を向上させることができ、電源から遠い側のハイサイド側スイッチング素子に対しては伝熱に起因する温度上昇によって電流が増加するので、電源に近い側のハイサイド側スイッチング素子に逆接続に係る電流が集中することを抑制できる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す上面断面図であり、 半導体装置の回路構成を示す図であり、 制御モジュールの詳細構造を示す図であり、 変形例１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図であり、 変形例１に係る制御モジュールの詳細構造を示す図であり、 第２実施形態に係る制御モジュールの詳細構造を示す図であり、 第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す上面断面図であり、 制御モジュールの詳細構造を示す図であり、 変形例２に係る制御モジュールの詳細構造を示す図であり、 隣り合うハイサイド側スイッチング素子の温度Ｔ２の比Ｔ２／Ｔ１と、連結板の厚さＤと絶縁層の厚さｄの比ｄ／Ｄの関係を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
　（第１実施形態）
　最初に、図１～図３を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。
　本実施形態における半導体装置は、回転電機としてのオルタネータと、整流器を構成する制御モジュールとが一体的に構成された機電一体型のオルタネータ装置である。
　図１に示すように、半導体装置１００は、図示しない回転子および固定子を有するオルタネータ１０と、オルタネータ１０の回転子の回転軸１１を取り囲むように配置された３つの制御モジュール２０，３０，４０と、制御モジュール２０，３０，４０が接続されたバスバー５０と、制御モジュール２０，３０，４０が載置される放熱板２１，３１，４１と、を備えている。
　図２に示すように、オルタネータ１０は、３相巻線を２組備えた固定子と、回転軸シャフトを含む回転子により構成されている。固定子は図示しない固定子鉄心と、固定子巻線Ｍ１，Ｍ２とにより構成されている。具体的には、固定子巻線Ｍ１がＸ相、Ｙ相、Ｚ相からなる３相巻線であり、固定子巻線Ｍ２がＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相巻線である。固定子巻線Ｍ２は固定子巻線Ｍ１に対して電気角にして３０度ずれた位置に配置されている。制御モジュール２０，３０，４０は、固定子巻線Ｍ１，Ｍ２への電流の向きを制御する整流器であり、合計で６つのアームがＸ，Ｙ，ＺおよびＵ，Ｖ，Ｗの各相への電流を制御している。
　バスバー５０は、その一端が電源に接続されており、制御モジュール２０，３０，４０に電流を供給することができるようになっている。制御モジュール２０，３０，４０は一つのバスバー５０に接続されており、図１および図２に示すように、電源に近い側から制御モジュール２０、制御モジュール３０、制御モジュール４０の順に接続されている。制御モジュール２０，３０，４０はそれぞれがインバータとしての機能を有し、図２に示すように、固定子を構成する固定子巻線Ｍ１，Ｍ２に接続されている。
　図１～図３を参照して、制御モジュール２０，３０，４０の詳しい構造について説明する。なお、図３は断面図ではないが、金属板２３の状態をわかりやすく示すためハッチングを施している。
　図１に示すように、制御モジュール２０は、金属板２３と、ブリッジ２４と、封止樹脂体２５と、を有している。そして、制御モジュール２０は、インバータを構成するためのスイッチング素子として、４つのＭＯＳトランジスタＨ１，Ｌ１，Ｈ２，Ｌ２を有している。図１は断面図であるから、制御モジュール２０に属するＭＯＳトランジスタとして、Ｈ１とＨ２のみが図示されている。
　同様に、制御モジュール３０は、金属板３３と、ブリッジ３４と、封止樹脂体３５と、を有している。そして、制御モジュール３０は、インバータを構成するためのスイッチング素子として、４つのＭＯＳトランジスタＨ３，Ｌ３，Ｈ４，Ｌ４を有している。同様に、制御モジュール４０は、金属板４３と、ブリッジ４４と、封止樹脂体４５と、を有している。そして、制御モジュール４０は、インバータを構成するためのスイッチング素子として、４つのＭＯＳトランジスタＨ５，Ｌ５，Ｈ６，Ｌ６を有している。
　３つの制御モジュール２０，３０，４０は、その物理的配置や意図的に抵抗値に相違を生じるように設計されたスイッチング素子の構造を除き構成要素は互いに等価であるから、その詳しい構造については、ひとつの制御モジュール２０を例に説明する。
　図２に示すように、制御モジュール２０は、６つのアームのうち２つのアームを担い、Ｘ相およびＹ相への電流の供給を制御している。制御モジュール２０は、第１のアームとして、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１と、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ１を有し、これらが電源ＶＢに対して直列に接続されている。ＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＬ１との中間点が固定子巻線Ｍ１に接続されてＸ相を成す。同様に、第２のアームとして、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２と、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ２を有し、これらが電源ＶＢに対して直列に接続されている。ＭＯＳトランジスタＨ２とＭＯＳトランジスタＬ２との中間点が回転子巻線Ｍ１に接続されてＹ相を成す。これら第１のアームおよび第２のアームは電源に対して並列に接続されている。
　ＭＯＳトランジスタＨ１は、特許請求の範囲に記載の第１ハイサイド側スイッチング素子に相当し、ＭＯＳトランジスタＬ１は、特許請求の範囲に記載の第１ローサイド側スイッチング素子に相当し、ＭＯＳトランジスタＨ２は、特許請求の範囲に記載の第２ハイサイド側スイッチング素子に相当し、ＭＯＳトランジスタＬ２は、特許請求の範囲に記載の第２ローサイド側スイッチング素子に相当する。
　上記の接続を実現するため、制御モジュール２０は、図３に示すように実装される。金属板２３は、第１金属板２３ａ、第２金属板２３ｂ、第３金属板２３ｃ、第４金属板２３ｄおよび第５金属板２３ｅを有している。これらは互いに別体として同一平面上に成形されている。また、ブリッジ２４は、第１ブリッジ２４ａ、第２ブリッジ２４ｂ、第３ブリッジ２４ｃおよび第４ブリッジ２４ｄを有している。
　第１金属板２３ａはハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１が載置されてドレイン端子と電気的に接続される。第１金属板２３ａからは端子ＴＨ１が引き出され、バスバー５０に接続される。つまり、端子ＴＨ１は、第１のアームにおける正極端子である。
　第２金属板２３ｂはローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ１が載置されてドレイン端子と電気的に接続されるとともに、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１のソース端子が第１ブリッジ２４ａを介して接続されている。第２金属板２３ｂからは端子Ｔｘが引き出され、固定子巻線Ｍ１に接続される。端子ＴｘはＸ相に対応する出力端子である。
　第３金属板２３ｃはハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２が載置されてドレイン端子と電気的に接続される。第３金属板２３ｃからは端子ＴＨ２が引き出され、バスバー５０に接続される。つまり、端子ＴＨ２は、第２のアームにおける正極端子である。
　第４金属板２３ｄはローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ２が載置されてドレイン端子と電気的に接続されるとともに、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２のソース端子が第３ブリッジ２３ｃを介して接続されている。第４金属板２３ｄからは端子Ｔｙが引き出され、固定子巻線Ｍ１に接続される。端子ＴｙはＹ相に対応する出力端子である。
　第５金属板２３ｅは、第２ブリッジ２４ｂを介してＭＯＳトランジスタＬ１のソース端子と接続されるとともに、第４ブリッジ２４ｂを介してＭＯＳトランジスタＬ２のソース端子と接続される。第５金属板２３ａからは端子ＴＬ１および端子ＴＬ２が引き出されており、それらは、ＧＮＤ電位とされたバスバーに接続されている。端子ＴＬ１は第１のアームに対応する負極端子であり、端子ＴＬ２は第２のアームに対応する負極端子である。これらは第５金属板２３ｅにおいて同電位にされているため、例えば第１のアームを流れる電流が端子ＴＬ２を経由することが当然有り得るが、この場合の第１のアームにおける主な電流経路は、より抵抗値が小さくなるＴＨ１－ＴＬ１間の経路である。
　また、第５金属板２３ｅには、ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２のスイッチングを制御するための制御ＩＣ２６が載置されている。制御ＩＣ２６はボンディングワイヤによって各ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２に接続されているが、図３では図示を省略している。制御モジュール２０における金属板２３およびブリッジ２４ならびにＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２はアーム単位で略左右対称に配置されている。これにあわせて、端子ＴＨ１、ＴＬ１と端子ＴＨ２、ＴＬ２も略左右対称に配置されている。
　ところで、本実施形態における第１金属板２３ａと第３金属板２３ｃは、連結板２３ｆを介して互いに接続されている。つまり、第１金属板２３ａ、第３金属板２３ｃおよび連結板２３ｆは一体の板として成形されている。連結板２３ｆは、第１金属板２３ａと第３金属板２３ｃとの間の熱的および電気的な接続を担っており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２のうち、一方が過剰に発熱した場合に、他方のＭＯＳトランジスタが載置された金属板に伝熱するようになっている。本実施形態における連結板２３ｆは、第１金属板２３ａおよび第３金属板２３ｃと同質の金属で構成されているが、必ずしも同質の金属で連結する必要はない。ただし、後述の絶縁層２２に較べて熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましい。
　ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２および金属板２３は、これらを覆い隠すように封止樹脂体２５により封止されている。金属板２３のうち、ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２が載置されていない側の面は封止樹脂体２５から露出している。制御モジュール２０は、封止樹脂体２５から露出した金属板２３の一面が放熱板２１と対向するように配置され、絶縁層２２を介して放熱板２１に載置される。これにより、ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２が発した熱は金属板２３と絶縁層２２を介して放熱板２１に伝熱して放熱される。放熱板２１における制御モジュール２０が載置されない側の面には放熱フィン２１ａが形成されている。
　なお、図１に示すように、本実施形態における金属板２３は、絶縁層２２よりも厚くされており、したがって、連結板２３ｆの厚さも絶縁層２２より厚くなっている。
　上記したように、制御モジュール３０についても制御モジュール２０と同様の構成要素を有している。すなわち、５つに分割された金属板３３にハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ３，Ｈ４、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ３，Ｌ４および制御ＩＣが適宜載置されている。そして、ＭＯＳトランジスタＨ３およびＬ３により構成されるアームは固定子巻線Ｍ１のＺ相を提供し、ＭＯＳトランジスタＨ４およびＬ４により構成されるアームは固定子巻線Ｍ２のＵ相を提供する。放熱板３１は放熱フィン３１ａを有している。制御モジュール３０における金属板３３も、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ３が載置される金属板とＭＯＳトランジスタＨ４が載置される金属板との間に連結板を有しており、互いが熱的、電気的に接続されている。
　制御モジュール４０についても制御モジュール２０と同様の構成要素を有している。すなわち、５つに分割された金属板４３にハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ５，Ｈ６、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ５，Ｌ６および制御ＩＣが適宜載置されている。そして、ＭＯＳトランジスタＨ５およびＬ５により構成されるアームは固定子巻線Ｍ２のＶ相を提供し、ＭＯＳトランジスタＨ６およびＬ６により構成されるアームは固定子巻線Ｍ２のＷ相を提供する。放熱板４１は放熱フィン４１ａを有している。制御モジュール４０における金属板４３も、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ５が載置される金属板とＭＯＳトランジスタＨ６が載置される金属板との間に連結板を有しており、互いが熱的、電気的に接続されている。
　図１に示すように、制御モジュール２０，３０，４０は、回転軸１１を取り囲むように環状に配置されている。制御モジュール２０，３０，４０は、放熱板２１，３１，４１に対する載置面が回転軸方向に沿うように配置されている。放熱板２１と放熱板４１は放熱フィン２１ａと放熱フィン４１ａが対向するように配置され、放熱板３１は放熱板２１および放熱板４１と直交するように配置されている。つまり、放熱板２１，３１，４１は、放熱フィンが回転軸１１側を向くように環状に配置され、放熱フィンが形成されない外側の面に制御モジュール２０，３０，４０が貼り付くように配置されている。このような態様では、金属板２３，３３，４３から延びる端子がＵ字状に並ぶので、バスバー５０もＵ字状に曲げられている。
　次に、本実施形態に係る半導体装置１００を採用することによる作用効果について説明する。
　例えば、半導体装置１００に電源が逆接続された場合を想定する。すなわち、本来ＧＮＤ電位とされるべきバスバーが、本来ＶＢ電位とされるべきバスバー５０よりも高電位になった場合を想定する。
　図２に示すように、ＭＯＳトランジスタにはソース端子からドレイン端子に順方向となるように寄生ダイオードが生じる。上記のように、電源が逆接続されると、寄生ダイオードを介して電流が流れる。つまり、ローサイド側のＭＯＳトランジスタからハイサイド側のＭＯＳトランジスタへ電流が流れる。この電流によりＭＯＳトランジスタは発熱する。寄生ダイオードは負の抵抗温度係数をもつので、発熱によりさらに低抵抗化する。このため、より多くの電流が流れて発熱量も増加する。
　なお、バスバー５０に接続された制御モジュール２０，３０，４０のうち、より電源に近い制御モジュールは制御モジュール２０であり、電源から見たときの電気抵抗はバスバー５０の実質的な長さが最短となる制御モジュール２０がもっとも小さくなる。よって、電源の逆接続にかかる電流は制御モジュール２０に流れやすい。ここでは、制御モジュール２０における作用および効果について説明するが、制御モジュール３０および制御モジュール４０でも同様の作用効果を奏するものである。また、制御モジュール２０内においても、図２に示すように、第１のアームを構成するＭＯＳトランジスタＨ１は、第２のアームを構成するＭＯＳトランジスタＨ２よりも電源に近い側にあり、電源から見た電気抵抗値が小さい。
　電源の逆接続の直後、寄生ダイオードを介した電流はＭＯＳトランジスタＨ１およびＭＯＳトランジスタＨ２を流れはじめるが、電源から見た電気抵抗値の差に対応して、その電流値はＭＯＳトランジスタＨ１のほうがＭＯＳトランジスタＨ２よりも大きい。ＭＯＳトランジスタＨ１の発熱によってＭＯＳトランジスタＨ１の温度は上昇する。
　ところで、本実施形態における制御モジュール２０は、図３に示すように、ＭＯＳトランジスタＨ１が載置される第１金属板２３ａとＭＯＳトランジスタＨ２が載置される第３金属板２３ｃとが連結板２３ｆによって熱的に連結されている。ＭＯＳトランジスタＨ１で発生した熱は連結板２３ｆを介してＭＯＳトランジスタＨ２に伝熱される。つまり、ＭＯＳトランジスタＨ１に起因する熱は、第１金属板２３ａのみならず、第３金属板２３ｃおよび連結板２３ｆに伝熱しつつ放熱されるので、連結板２３ｆが存在しない構成に較べてＭＯＳトランジスタＨ１の温度上昇を抑制することができる。
　一方、伝熱によりＭＯＳトランジスタＨ２の温度が上昇して抵抗値が低下する。すなわち、ＭＯＳトランジスタＨ２を通電する電流が大きくなる。これにより、ＭＯＳトランジスタＨ１のみならず、ＭＯＳトランジスタＨ２にも逆接続に係る電流を担わせることができ、ひとつのハイサイド側ＭＯＳトランジスタに電流が集中することを抑制できるから、ＭＯＳトランジスタＨ１の過剰な発熱を抑制できる。ある程度の時間が経過するとＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＨ２の温度を略同一とすることができ、過大な電流が一方のＭＯＳトランジスタに集中することを抑制できる。
　このように、誤って電源が逆接続されてしまった状況下であっても、制御モジュール２０，３０，４０の熱的信頼性を確保することができる。
　とくに、本実施形態における連結板２３ｆは金属製であり絶縁層２２よりも熱伝導率が高いうえ、連結板２３ｆの厚みは絶縁層２２よりも厚くされている。これにより、ＭＯＳトランジスタＨ１の発熱に起因する熱について、絶縁層２２への伝熱量よりも連結板２３ｆへの伝熱量が多くなる。これによれば、電源が逆接続された時点からより早期に電流の分配が生じやすい状況を構成することができるので、制御モジュール２０，３０，４０の熱的信頼性をより向上することができる。
　（変形例１）
　上記した実施形態では、金属板２３が板全面に亘って絶縁層２２よりも厚くされた態様について説明したが、図４に示すように、連結板２３ｆのみが厚くされた構成でも良い。
　この構成は、制御モジュール２０の全体の厚さを厚くすることなく、連結板２３ｆだけを厚くしたものである。ＭＯＳトランジスタＨ１において発生する熱を絶縁層２２よりも連結板２３ｆに優先的に伝熱させる効果は第１実施形態と同様である。加えて、この態様を採用すれば、制御モジュール２０の厚さを抑制できるので、制御モジュール２０，３０，４０の実装スペースに余裕がない構成であっても、半導体装置１００の熱的信頼性を確保しつつ、体格を抑制した半導体装置１００を実現することができる。
　また、図５に示すように、連結板２３ｆの面に沿う方向の幅を拡げるようにしても、連結板２３ｆによる伝熱効果を向上することができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態でも、各制御モジュール２０，３０，４０に４つのＭＯＳトランジスタが格納された、いわゆる４ｉｎ１構成の制御モジュールについて説明する。回路の構成は第１実施形態において説明したとおりであり、図２に示す構成となっている。また、オルタネータ１０や放熱板２１～４１の配置および形状も第１実施形態の説明を援用する。
　第１実施形態および変形例１では、正極端子について、第１のアームに対応する端子ＴＨ１と、第２のアームに対応する端子ＴＨ２とが形成され、負極端子について、第１のアームに対応する端子ＴＬ１と、第２のアームに対応する端子ＴＬ２とが形成されている。
　これに対して、本実施形態における制御モジュール２０，３０，４０では、図６に示すように、第１のアームおよび第２のアームに対応する唯一の正極端子ＴＨ１２と、第１のアームおよび第２のアームに対応する唯一の負極端子ＴＬ１２を備えている。
　正極端子ＴＨ１２は、ＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＨ２の実装位置の略中央に位置している。つまり、正極端子ＴＨ１２は、連結板２３ｆから制御モジュール２０の外部に向かって延びている。
　負極端子ＴＬ１２は、ＭＯＳトランジスタＬ１とＭＯＳトランジスタＬ２の実装位置の略中央に位置している。つまり、負極端子ＴＬ１２は、第５金属板２３ｅにおける制御ＩＣ２６の実装位置近傍から制御モジュール２０の外部に向かって延びている。負極端子ＴＬ１２は正極端子ＴＨ１２の延設方向とは逆方向に延びている。
　第１実施形態において説明したとおり、制御モジュール２０における金属板２３およびブリッジ２４ならびにＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２はアーム単位で略左右対称に配置されているので、正極端子ＴＨ１２および負極端子ＴＬ１２が第１のアームと第２のアームの略中央に配置されることで、全体で略左右対称になっている。
　本実施形態における制御モジュール２０では、正極端子ＴＨ１２が、第１実施形態における端子ＴＨ１および端子ＴＨ２の両機能を兼用する構成となっている。同様に、負極端子ＴＬ１２が、第１実施形態における端子ＴＬ１および端子ＴＬ２の両機能を兼用する構成となっている。
　なお、制御モジュール３０および制御モジュール４０の構造は制御モジュール２０と略等価であり、それぞれの制御モジュールが有する正極端子および負極端子も、それぞれ１つずつの構成となっている。
　本実施形態に示す制御モジュール２０，３０，４０を採用すれば、正極端子ＴＨ１２と負極端子ＴＬ１２との間において、第１のアームと第２のアームとで、電流経路の抵抗値を略同一にすることができる。これにより、例えば制御モジュール２０内において、どちらか一方のアームに、電源の逆接続にかかる電流が多く流れることを抑制することができる。よって、制御モジュール２０内における発熱源の偏在を抑制でき、熱的信頼性を向上することができる。
　ところで、上記のとおり、電流経路の抵抗値を略同一にする目的では、正極端子ＴＨ１２および負極端子ＴＬ１２が第１のアームと第２のアームの略中央に配置されることが好ましいが、正極端子ＴＨ１２および負極端子ＴＬ１２は、必ずしも第１のアームと第２のアームの真に中央である必要はない。正極端子ＴＨ１２および負極端子ＴＬ１２が第１のアームと第２のアームの間に配置されていれば、第１実施形態および変形例１で説明した態様に較べて電流経路の抵抗値を同一な値に近づけることができ、発熱源の偏在を抑制できることとなる。すなわち、図示しない他の部材等の干渉によって正極端子ＴＨ１２および負極端子ＴＬ１２が第１のアームと第２のアームの略中央に配置できない場合には、その形成位置を若干ずらして配置してもよい。
　（第３実施形態）
　上記した第１実施形態および第２実施形態では、半導体装置１００が４ｉｎ１構成とされた３つの制御モジュール２０，３０，４０を備える例について説明した。制御モジュールについては、４ｉｎ１構成に限定されるものではなく、２組以上のアームを備えていればよいのであり、本実施形態では、６ｉｎ１構成の制御モジュールについて説明する。６ｉｎ１構成の制御モジュールとは、ひとつのモジュール内において、６つのＭＯＳトランジスタが３組のアームを構成してなる制御モジュールである。
　本実施形態における半導体装置１１０の回路構成は第１実施形態と同様であり、図２に示す構成となっている。また、オルタネータ１０の構成も第１実施形態の説明を援用する。
　図７に示すように、本実施形態における半導体装置１１０は、２つの制御モジュール６０，７０が、それぞれ放熱板６１，７１に接着されつつ回転軸１１を挟むように配置されている。制御モジュール６０は、例えばハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｈ３と、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３を内蔵し、制御モジュール７０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ４，Ｈ５，Ｈ６と、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ４，Ｌ５，Ｌ６を内蔵する。制御モジュール６０は絶縁層６２を介して放熱板６１に接着されており、制御モジュール７０は絶縁層７２を介して放熱板７１に接着されている。
　図８を参照して、６ｉｎ１構成における制御モジュール６０，７０の詳しい構造を説明するが、２つの制御モジュール６０，７０は、その物理的配置や意図的に抵抗値に相違を生じるように設計されたスイッチング素子の構造を除き構成要素は互いに等価であるから、ここでは、ひとつの制御モジュール６０を例に説明する。
　図８に示すように、半導体装置１１０における制御モジュール６０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｈ３、および、ローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、を金属板６３と、ブリッジ６４と、を備えている。ＭＯＳトランジスタＨ３は特許請求の範囲に記載の第３ハイサイド側スイッチング素子に相当し、ＭＯＳトランジスタＬ３は特許請求の範囲に記載の第３ローサイド側スイッチング素子に相当する。
　金属板６３は、第１金属板６３ａ、第２金属板６３ｂ、第３金属板６３ｃ、第４金属板６３ｄ、第５金属板６３ｅ、第６金属板６３ｆ、第７金属板６３ｇおよび第８金属板６３ｈを有している。これらは互いに別体として同一平面上に成形されている。また、ブリッジ６４は、第１ブリッジ６４ａ、第２ブリッジ６４ｂ、第３ブリッジ６４ｃ、第４ブリッジ６４ｄ、第５ブリッジ６４ｅ、第６ブリッジ６４ｆ、および第７ブリッジ６４ｇを有している。
　第１金属板６３ａはハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１が載置されてドレイン端子と電気的に接続される。
　第２金属板６３ｂはローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ１が載置されてドレイン端子と電気的に接続されるとともに、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１のソース端子が第１ブリッジ６４ａを介して接続されている。第２金属板６３ｂからは端子Ｔｘが引き出され、固定子巻線Ｍ１に接続される。端子ＴｘはＸ相に対応する出力端子である。なお、ＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＬ１とで第１のアームを構成する。
　第３金属板６３ｃはハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２が載置されてドレイン端子と電気的に接続される。第３金属板６３ｃからは端子ＴＨ１２３が引き出され、バスバー５０に接続される。後述するように、端子ＴＨ１２３は、第１～第３のアームにおける共通した正極端子である。
　第４金属板６３ｄはローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ２が載置されてドレイン端子と電気的に接続されるとともに、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２のソース端子が第３ブリッジ６４ｃを介して接続されている。第４金属板６３ｄからは端子Ｔｙが引き出され、固定子巻線Ｍ１に接続される。端子ＴｙはＹ相に対応する出力端子である。なお、ＭＯＳトランジスタＨ２とＭＯＳトランジスタＬ２とで第２のアームを構成する。
　第５金属板６３ｅはハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ３が載置されてドレイン端子と電気的に接続される。
　第６金属板６３ｆはローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ３が載置されてドレイン端子と電気的に接続されるとともに、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ３のソース端子が第５ブリッジ６４ｅを介して接続されている。第６金属板６３ｆからは端子Ｔｚが引き出され、固定子巻線Ｍ１に接続される。端子ＴｚはＺ相に対応する出力端子である。なお、ＭＯＳトランジスタＨ３とＭＯＳトランジスタＬ３とで第３のアームを構成する。
　第７金属板６３ｇは、第２ブリッジ６４ｂを介してＭＯＳトランジスタＬ１のソース端子と接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｌ１のスイッチングを制御するための制御ＩＣ６６１が載置されている。制御ＩＣ６６１はボンディングワイヤによって各ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｌ１に接続されているが、図８では図示を省略している。
　第８金属板６３ｈは、第４ブリッジ６４ｄを介してＭＯＳトランジスタＬ２のソース端子と接続されるとともに、第６ブリッジ６４ｆを介してＭＯＳトランジスタＬ３のソース端子と接続される。第７金属板６３ｇは第７ブリッジ６４ｇを介して第８金属板６３ｈに接続されて同電位にされている。第８金属板６３ｈからは端子ＴＬ１２３が引き出されており、それらは、ＧＮＤ電位とされたバスバーに接続されている。端子ＴＬ１２３は第１～第３のアームに共通する負極端子である。
　また、第８金属板６３ｈには、ＭＯＳトランジスタＨ２，Ｈ３，Ｌ２，Ｌ３のスイッチングを制御するための制御ＩＣ６６２が載置されている。制御ＩＣ６６２はボンディングワイヤによって各ＭＯＳトランジスタＨ２，Ｈ３，Ｌ２，Ｌ３に接続されているが、図８では図示を省略している。制御モジュール６０における金属板６３およびブリッジ６４ならびにＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、第２のアームを対称軸としてアーム単位で略左右対称に配置されている。
　ところで、本実施形態における第１金属板６３ａと第３金属板６３ｃは、連結板６３ｉを介して互いに接続されている。また、第３金属板６３ｃと第５金属板６３ｅは、連結板６３ｊを介して互いに接続されている。
　つまり、第１金属板６３ａ、第３金属板６３ｃ、第５金属板６３ｅ、連結板６３ｉおよび連結板６３ｊは一体の板として成形されている。連結板６３ｉは、第１金属板６３ａと第３金属板６３ｃとの間の熱的および電気的な接続を担っている。また、結板６３ｊは、第３金属板６３ｃと第５金属板６３ｅとの間の熱的および電気的な接続を担っている。
　ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ２，Ｈ３のうち、いずれか１つのＭＯＳトランジスタが過剰に発熱した場合に、その他のハイサイド側のＭＯＳトランジスタが載置された金属板に伝熱するようになっている。これにより、例えばＭＯＳトランジスタＨ１に起因する熱は、第１金属板６３ａのみならず、第３金属板６３ｃ第５金属板６３ｅ、連結板６３ｉおよび連結板６３ｊに伝熱しつつ放熱されるので、連結板６３ｉ，６３ｊが存在しない構成に較べてＭＯＳトランジスタＨ１の温度上昇を抑制することができる。
　また、ＭＯＳトランジスタＨ１のみならず、伝熱によるＭＯＳトランジスタＨ２，Ｈ３の温度上昇によって、ＭＯＳトランジスタＨ２，Ｈ３にも逆接続に係る電流を担わせることができ、ひとつのハイサイド側ＭＯＳトランジスタに電流が集中することを抑制できる。
　なお、本実施形態における連結板６３ｉ，６３ｊは、第１金属板６３ａ、第３金属板６３ｃおよび第５金属板６３ｅと同質の金属で構成されているが、必ずしも同質の金属で連結する必要はない。ただし、絶縁層６２に較べて熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましい。
　また、連結板６３ｉ，６３ｊによって、第１金属板６３ａ、第３金属板６３ｃ、第５金属板６３ｅは互いに同電位になっており、第３金属板６３ｃに形成された端子ＴＨ１２３は、第１～第３のアームにおける共通した正極端子である。正極端子ＴＨ１２３は、第３金属板６３ｃに形成されているから、ＭＯＳトランジスタＨ２の近傍に形成されているのであり、ＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＨ３の実装位置の略中央に位置している。一方、負極端子ＴＬ１２は、ＭＯＳトランジスタＬ１とＭＯＳトランジスタＬ３の実装位置の略中央に位置し、ＭＯＳトランジスタＬ２の近傍に形成されている。負極端子ＴＬ１２３は正極端子ＴＨ１２３の延設方向とは逆方向に延びている。なお、制御モジュール７０の構造は制御モジュール６０と略等価であり、制御モジュール７０が有する正極端子および負極端子も、それぞれ１つずつの構成となっている。
　本実施形態に示す制御モジュール６０，７０を採用すれば、正極端子ＴＨ１２３と負極端子ＴＬ１２３との間において、第１のアーム、第２のアームおよび第３のアームの各アームで電流経路の抵抗値を略同一にすることができる。これにより、例えば制御モジュール６０内において、いずれか１つのアームに、電源の逆接続にかかる電流が多く流れることを抑制することができる。よって、制御モジュール６０内における発熱源の偏在を抑制でき、熱的信頼性を向上することができる。
　（変形例２）
　第３実施形態において例示した６ｉｎ１構成の制御モジュール６０，７０においては、ひとつの制御モジュール内に３つのアームが内蔵されている。このため、２つのアームに挟まれたひとつのアームが存在する。例えば、制御モジュール６０にあっては、第２のアームは第１のアームと第３のアームの間に実装されることになる。このような態様では、間に挟まれる第２のアームは、金属板６３の略中央に位置することになる。金属板６３の中央部分は、第１のアームや第３のアームが実装される金属板６３の端部に較べて放熱効率が高い。換言すれば、第２のアームは熱に対する電流耐量が大きい。
　そこで、第２のアームの電気抵抗値を、第１のアームおよび第３のアームに較べて小さくすることで、意図的に第２のアームの電流量を大きくすることが考えられる。具体的には、図９に示すように、第２のアームにおけるハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ２とローサイド側のＭＯＳトランジスタＬ２の有効セル領域の面積を、ＭＯＳトランジスタＨ１，Ｈ３，Ｌ１，Ｌ３よりも大きくする。一例としてトレンチ型のＭＯＳトランジスタにおいては、半導体基板の一面であって、ソース領域が露出し、トレンチゲートへの電圧印加によってチャネルを生じてドレイン電流の通電に寄与する領域が有効セル領域である。この有効セル領域が大きくなるほどＭＯＳトランジスタの抵抗値は小さくなる。
　このように、放熱効率の高いアームである第２のアームに積極的に電流が流れるようにすることで、第１のアームおよび第３のアームの電流量を減じて発熱を抑制できるとともに、第２のアームで発生する熱を効率よく放熱することができる。よって、制御モジュール６０内における過剰な発熱を抑制でき、熱的信頼性を向上することができる。
　（その他の実施形態）
　以上、好ましい実施形態について説明したが、上記した実施形態になんら制限されることなく、この明細書に開示する主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
　上記した各実施形態および変形例においては、制御モジュールに含まれるスイッチング素子としてＭＯＳトランジスタを採用する例について説明したが、スイッチング素子としては絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やその他の半導体スイッチング素子を採用することもできる。
　また、上記した各実施形態および変形例においては、固定子巻線Ｍ１，Ｍ２として、３相巻線を採用する例について説明したが、相の数については限定しない。これに伴って、制御モジュールの数についても適宜変更されるべきである。
　また、上記した各実施形態および変形例においては、制御モジュールの低抵抗化の手段として、スイッチング素子の有効セル領域の面積を増大することによる低抵抗化について説明した。しかしながら、低抵抗化の手段についてはこれに限定しない。例えば、金属板２３，６３の構成材料を変更して低抵抗化する手段や、電気的接続に用いる導電性接着剤（例えばはんだ）の成分を変更することによる低抵抗化をおこなっても良い。ただし、金属板２３，６３の構成材料の変更や導電性接着剤の変更に較べて、スイッチング素子の有効セル領域の面積の変更は容易であり、低抵抗化の効果も大きい。
　ところで、発明者は、絶縁層２２，６２の厚さに対して、連結板２３ｆ，６３ｉ，６３ｊをどの程度の厚さに設定すべきかについて、コンピュータシミュレーションによって調べた。図１あるいは図４に示すような４ｉｎ１構成の制御モジュールにおいて、あるハイサイド側スイッチング素子の温度Ｔ１と、隣り合うハイサイド側スイッチング素子の温度Ｔ２の比Ｔ２／Ｔ１と、連結板の厚さＤと絶縁層の厚さｄの比ｄ／Ｄの関係について調べた結果を図１０に示す。これによれば、ｄ＞Ｄの条件、つまり絶縁層が連結板よりも厚いときには素子の温度比Ｔ２／Ｔ１は略０．６で略一定であるが、連結板が絶縁層よりも厚くなるｄ＜Ｄの条件では、有意に隣接するスイッチング素子への伝熱が生じている。よって、連結板は絶縁層よりも厚くすることが好ましい。
　また、隣り合うハイサイド側スイッチング素子の伝熱については、互いの実装距離が短いほど伝熱し易い。よって、例えば第１実施形態のような４ｉｎ１構成の制御モジュール２０では、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＨ２をより中央に寄せるように実装することで、互いの伝熱を効率よく行うことができる。また、第３実施形態のような６ｉｎ１構成の制御モジュール６０では、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタＨ１とＭＯＳトランジスタＨ３をより中央に寄せるように実装することで、ＭＯＳトランジスタＨ１～Ｈ３の間の互いの伝熱を効率よく行うことができる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1. 　回転電機（１０）を制御する複数の制御モジュール（２０，３０，４０，６０，７０）を備え、
    　複数の制御モジュールは、前記回転電機の回転軸（１１）まわりに環状に配置され、
    　各制御モジュールは、インバータを構成するハイサイド側スイッチング素子（Ｈ１～Ｈ６）とローサイド側スイッチング素子（Ｌ１～Ｌ６）との１組のアームを少なくとも２組有し、
    　複数の前記制御モジュールが１つの電源に接続されたバスバー（５０）に対して並列に接続されることにより、複数の前記アームが前記バスバーに対して並列に接続されるものであり、
    　各制御モジュールは、前記ハイサイド側スイッチング素子および前記ローサイド側スイッチング素子が載置されつつ前記電源との電気的接続を仲介する金属板（２３，６３）を有し、
    　前記金属板は、1組の前記ハイサイド側スイッチング素子が載置される第１金属板（２３ａ，６３ａ）と、他の組の前記ハイサイド側スイッチング素子が載置される第２金属板（２３ｃ，６３ｃ）とを有するとともに、前記第１金属板と前記第２金属板とを、相互に電気的および熱的に連結する連結板（２３ｆ，６３ｉ，６３ｊ）を有する半導体装置。
  2. 　前記制御モジュールが載置される放熱板（２１，３１，４１，６１，７１）と、
    　前記制御モジュールと前記放熱板とを電気的に絶縁するように介在する絶縁層（２２，６２，７２）とを、さらに備え、
    　各制御モジュールは、前記金属板が前記絶縁層を介して前記放熱板に対向するように載置され、
    　前記連結板は、前記絶縁層に較べて厚くされる請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　各制御モジュールは、第１のアームと第２のアームの２組のアームを有し、
    　第１の前記アームは、同一面内に実装された第１ハイサイド側スイッチング素子（Ｈ１）および第１ローサイド側スイッチング素子（Ｌ１）を有し、
    　第２の前記アームは、同一面内に実装された第２ハイサイド側スイッチング素子（Ｈ２）および第２ローサイド側スイッチング素子（Ｌ２）を有し、
    　各制御モジュールは、
    　前記第１ハイサイド側スイッチング素子と前記第２ハイサイド側スイッチング素子の並び方向において、前記第１ハイサイド側スイッチング素子と前記第２ハイサイド側スイッチング素子の間の部分から延びて前記バスバーに接続される唯一の正極端子（ＴＨ１２）と、
    　前記第１ローサイド側スイッチング素子と前記第２ローサイド側スイッチング素子の並び方向において、前記第１ローサイド側スイッチング素子と前記第２ローサイド側スイッチング素子の間の部分から延びて形成される唯一の負極端子（ＴＬ１２）と、を有する請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記正極端子は、前記第１ハイサイド側スイッチング素子と前記第２ハイサイド側スイッチング素子の並び方向における中央から延び、
    　前記負極端子は、前記第１ローサイド側スイッチング素子と前記第２ローサイド側スイッチング素子の並び方向における中央から延びて形成される請求項３に記載の半導体装置。
  5. 　各制御モジュールは、第１のアームと第２のアームと第３のアームの３組の前記アームを有し、
    　第１の前記アームは、同一面内に実装された第１ハイサイド側スイッチング素子（Ｈ１）および第１ローサイド側スイッチング素子（Ｌ１）を有し、
    　第２の前記アームは、同一面内に実装された第２ハイサイド側スイッチング素子（Ｈ２）および第２ローサイド側スイッチング素子（Ｌ２）を有し、
    　第３の前記アームは、同一面内に実装された第３ハイサイド側スイッチング素子（Ｈ３）および第３ローサイド側スイッチング素子（Ｌ３）を有し、
    　前記制御モジュール内におけるスイッチング素子の実装面において、前記第２のアームは、前記第１のアームと前記第３のアームとの間に実装され、
    　前記第１ハイサイド側スイッチング素子および第２ハイサイド側スイッチング素子がそれぞれ載置される前記金属板（６３ａ，６３ｃ）は前記連結板（６３ｉ）により互いに連結され、
    前記第２ハイサイド側スイッチング素子および第３ハイサイド側スイッチング素子がそれぞれ載置される前記金属板（６３ｃ，６３ｅ）は前記連結板（６３ｊ）により互いに連結される請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  6. 各制御モジュールは、
    　前記第１ハイサイド側スイッチング素子と前記第３ハイサイド側スイッチング素子の並び方向における中央から延びて前記バスバーに接続される唯一の正極端子（ＴＨ１２３）と、
    　前記第１ローサイド側スイッチング素子と前記第３ローサイド側スイッチング素子の並び方向における中央から延びて形成される唯一の負極端子（ＴＬ１２３）と、を有する請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記第２のアームは、前記第１のアームおよび前記第３のアームよりも電気抵抗が低い請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
  8. 　各スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであり、
    　前記第２ハイサイド側スイッチング素子および前記第２ローサイド側スイッチング素子の少なくとも一方における、ドレイン電流が流れる有効セル領域の面積が、前記第１のアームおよび前記第３のアームを構成するスイッチング素子よりも大きくされることにより、前記第２のアームが、前記第１のアームおよび前記第３のアームよりも低抵抗とされる請求項７に記載の半導体装置。
     
     
     
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