(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上において、互いにあいだを開けて設けられた第１電極パターン及び第２電極パターンと、
前記第１電極パターンの第１領域に接続された複数の第１半導体素子と、
前記第１電極パターンの第２領域に接続された第１電極端子と、
前記第２電極パターンの第３領域に接続された複数の第２半導体素子と、
前記第２電極パターンの第４領域に接続された第２電極端子と、
前記第１領域及び前記第２領域と電気的に接続し、前記第１電極パターンの熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する第１接続用配線と、
前記第３領域及び前記第４領域とを電気的に接続し、前記第２電極パターンの熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する第２接続用配線と、
前記第１領域と前記第１半導体素子とを接続する第１接続部材と、
前記第２領域と前記第１電極端子とを接続し、前記第１接続部材の融点よりも低い融点を有する第２接続部材と、
を備え、
前記第１領域から前記第２領域へ向かう方向と直交する第１方向において、
前記複数の第１半導体素子のいずれかの素子と前記複数の第２半導体素子のいずれかの素子は並び、
前記複数の第１半導体素子の前記いずれかの前記素子と前記複数の第２半導体素子の前記いずれかの前記素子とは動作期間が異なっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁基板は、前記第１電極パターンが設けられた第１絶縁基板と、前記第２電極パターンが設けられ、前記第１絶縁基板とあいだを開けて設けられた第２絶縁基板と、を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１または第２接続用配線における前記第１方向に沿った断面の面積は、前記第１電極パターンの前記第１領域における前記第１方向に沿った断面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１または第２接続用配線の材質は、前記第１電極パターンの材質とは異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１または第２接続用配線の材質は、前記第１電極パターンの材質と同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を電極パターンに電気的及び機械的に接続するはんだとしては、発熱体である半導体素子からの熱影響を最小限に抑えるため、半導体素子の動作温度よりも高い融点を備えたものが用いられる。
【０００３】
半導体装置において、基板上には、半導体素子のほか、半導体素子と導通する電極端子など、他の部材も設けられている。例えば、電極端子は、一端側がパッケージ内で基板に接続され、他端側がパッケージ外に延出するよう設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、半導体素子は、高い融点のはんだ（高融点はんだ）によって電極パターンに接続されているものの、電極端子は、組立性容易化のため、半導体素子を接続するはんだよりも低融点の例えば共晶はんだによって接続されている。この構造において、半導体素子の高温動作化を実現させようとすると、電極端子を接続するはんだが半導体素子の発熱の影響を受けることになる。この熱の影響によって低融点のはんだは脆化しやすくなり、はんだへの応力など、負荷がかかることで、部材の接続信頼性の低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半導体素子から周辺の部材に伝わる熱影響を緩和し、周辺の部材の接続信頼性の低下を防止した半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上において、互いにあいだを開けて設けられた第１電極パターン及び第２電極パターンと、前記第１電極パターンの第１領域に接続された複数の第１半導体素子と、前記第１電極パターンの第２領域に接続された第１電極端子と、前記第２電極パターンの第３領域に接続された複数の第２半導体素子と、前記第２電極パターンの第４領域に接続された第２電極端子と、前記第１領域及び前記第２領域と電気的に接続し、前記第１電極パターンの熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する第１接続用配線と、前記第３領域及び前記第４領域とを電気的に接続し、前記第２電極パターンの熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する第２接続用配線と、前記第１領域と前記第１半導体素子とを接続する第１接続部材と、前記第２領域と前記第１電極端子とを接続し、前記第１接続部材の融点よりも低い融点を有する第２接続部材と、を備え、前記第１領域から前記第２領域へ向かう方向と直交する第１方向において、前記複数の第１半導体素子のいずれかの素子と前記複数の第２半導体素子のいずれかの素子は並び、前記複数の第１半導体素子の前記いずれかの前記素子と前記複数の第２半導体素子の前記いずれかの前記素子とは動作期間が異なっていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体素子から周辺の部材に伝わる熱影響を緩和し、周辺の部材の接続信頼性の低下を防止した半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図２】比較例に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図３】第１の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図５】第２の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図６】第３の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
【図７】第３の実施の形態に係る半導体装置において、第１方向に沿った断面を説明する模式的断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式的平面図である。
【図９】素子間の熱集中について説明する模式的平面図である。
【図１０】第４の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式的平面図である。
【図１１】間隔Ｌによる放熱状態を説明する模式的断面図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る半導体ユニットを説明する模式的断面図である。
【図１３】電力用半導体装置の一例を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置１１０の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＡ−Ａ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１１０は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５０を備える。
【００１４】
絶縁基板１０には、例えばセラミックス基板が用いられる。絶縁基板１０は、例えばベース板１５に接続されている。ベース板１５は、例えばＣｕ（銅）による金属板であり、半導体装置１１０の固定用の板として利用されるとともに、放熱板としても利用される。絶縁基板１０の第２主面１０ｂには、金属膜Ｍが設けられており、この金属膜Ｍとベース板１５とが、はんだＨによって接続されている。
【００１５】
絶縁基板１０の第１主面１０ａには、第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２が設けられている。第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２は、絶縁基板１０の第１主面１０ａ上において、互いにあいだを開けて設けられている。
【００１６】
半導体素子３０は、第１電極パターン２１に接続されている。半導体素子３０は、半導体基板を切り出したチップ状をなしている。半導体素子３０には、トランジスタやダイオード等の能動素子のほか、抵抗やコンデンサ等の非能動素子も含まれる。半導体素子３０は、通電や動作によって熱を発生する発熱体として扱われる。半導体素子３０の裏面３０ｂは、第１電極パターン２１と、はんだＨ１によって接続されている。はんだＨ１により、半導体装置３０は、第１電極パターン２１に、電気的及び機械的に接続される。
【００１７】
電極端子４０は、第２電極パターン２２に接続されている。電極端子４０は、一端４０ａが第２電極パターン２２に接続され、他端４０ｂが図示しないパッケージの外側に延出するよう設けられている。図１に例示した電極端子４０は１つであるが、必要に応じて複数設けられていてもよい。電極端子４０の一端４０ａは、第２電極パターン２２と、はんだＨ２によって接続されている。
【００１８】
接続用配線５０は、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とを電気的に接続する金属配線である。接続用配線５０としては、例えばボンディングワイヤが用いられる。図１に例示した接続用配線５０は１つであるが、必要に応じて複数設けられていてもよい。
【００１９】
接続用配線５０は、第１電極パターン２１の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する。
ここで、熱抵抗は、単位時間当たりの発熱量においての温度上昇量を意味する。すなわち、温度の伝えにくさを表す値で、大きいほど熱を伝えにくい。
【００２０】
半導体装置１１０では、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とが、互いにあいだを開けて設けられている。このため、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２へ直接熱が伝わらない。第１電極パターン２１の熱は、接続用配線５０を介して第２電極パターン２２へと伝わる。このため、第１電極パターン２１の熱は、接続用配線５０の熱抵抗を介して第２電極パターン２２へと伝わることになる。したがって、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とが直接接続されている場合に比べ、接続用配線５０の熱抵抗によって熱の伝達が抑制されることになる。
【００２１】
ここで、第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２としては、例えばＣｕ（銅）が用いられる。また、接続用配線５０としては、例えばＡｌ（アルミニウム）が用いられる。これにより、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、の間に設けられる接続用配線５０が、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２に向かう熱の伝達経路上で熱抵抗になる。よって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００２２】
（比較例）
図２は、比較例に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、比較例に係る半導体装置１９０の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＢ−Ｂ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１９０は、絶縁基板１０、電極パターン２０、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５０を備える。
すなわち、半導体装置１９０では、絶縁基板１０の第１主面１０ａに、電極パターン２０が一体的に設けられている。
【００２３】
半導体素子３０の裏面３０ｂは、電極パターン２０と、はんだＨ１によって接続されている。また、電極端子４０の一端４０ａは、電極パターン２０と、はんだＨ２によって接続されている。つまり、半導体素子３０及び電極端子４０は、同じ電極パターン２０にそれぞれ接続されている。
【００２４】
比較例に係る半導体装置１９０では、発熱体である半導体素子３０で発生した熱が、電極パターン２０を介して、電極端子４０側へ伝わる。すなわち、半導体素子３０で発生した熱は、電極パターン２０を介して電極端子４０側へ直接伝達される。
【００２５】
これに対し、本実施の形態に係る半導体装置１１０では、半導体素子３０が接続される第１電極パターン２１と、電極端子４０が接続される第２電極パターン２２とが、互いにあいだを開けて設けられている。したがって、半導体素子３０で発生した熱が、第１電極パターン２１を介して電極端子４０側へ直接伝達されることはない。
【００２６】
ここで、半導体素子３０の接続に用いられるはんだＨ１は、半導体素子３０の動作温度よりも高い融点を有している。例えば、半導体素子３０の一例であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）では、動作温度（Ｔｊ：ジャンクション温度）が１５０℃程度の場合もある。はんだＨ１としては、動作温度Ｔｊよりも高い、例えば３００℃程度の融点を有した高融点はんだが用いられる。
一方、電極端子４０を接続するはんだＨ２は、組み立て性容易の観点から、はんだＨ１よりも低い、例えば１８３℃の融点を有した共晶はんだが用いられる。
【００２７】
比較例に係る半導体装置１９０では、半導体素子３０から発生した熱が、電極パターン２０を介して電極端子４０側へ直接伝達される。したがって、半導体素子３０が動作温度Ｔｊで動作した場合、この熱が電極パターン２０を介して電極端子４０側へ直接伝達される。電極端子４０を接続するはんだＨ２の融点は、半導体素子３０の動作温度Ｔｊに近い。このため、電極パターン２０を介して伝達される熱の影響を受けて、はんだＨ２は脆化しやすくなる。
電極端子４０は、外部配線（図示せず）と接続されるため、外部配線からの応力を受けやすい。したがって、はんだＨ２の脆化が発生し、外部配線からの応力がはんだＨ２に加わると、はんだＨ２の剥がれ等が発生し、電極端子４０と電極パターン２０との接続信頼性に影響を及ぼす。
【００２８】
これに対し、本実施の形態に係る半導体装置１１０では、半導体素子３０で発生した熱が、第１電極パターン２１を介して電極端子４０側へ直接伝達されない。したがって、半導体素子３０が動作温度Ｔｊで動作しても、電極端子４０側のはんだＨ２は、半導体素子３０の熱の影響を直接受けない。このため、半導体素子３０の熱の影響による、はんだＨ２の脆化が抑制される。はんだＨ２の脆化が抑制されることで、電極端子４０と第２電極パターン２２との接続信頼性の低下を防止する。
【００２９】
（第１の実施の形態の他の例）
図３は、第１の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置１１１の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＣ−Ｃ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１１１は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５１を備える。
【００３０】
接続用配線５１は、電力用の電流に対応した配線であり、例えばブスバーが用いられる。接続用配線５１は、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、をまたぐように配置される。接続用配線５１の一端は、第１電極パターン２１に接続され、他端は、第２電極パターン２２に接続される。接続用配線５１は、第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２に、それぞれはんだＨ３によって接続される。
【００３１】
接続用配線５１は、第１電極パターン２１の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する。接続用配線５１としては、例えばＡｌ（アルミニウム）やＦｅ（鉄）が用いられる。これにより、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、の間に設けられる接続用配線５１が、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２に向かう熱の伝達経路上で熱抵抗になる。よって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置１２０の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＤ−Ｄ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１２０は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５０を備える。
【００３３】
第２の実施の形態に係る半導体装置１２０において、絶縁基板１０は、第１絶縁基板１１と、第１絶縁基板１１とあいだを開けて設けられた第２絶縁基板１２と、を有する。第１絶縁基板１１の第１主面１１ａには、第１電極パターン２１が設けられている。また、第２絶縁基板１２の第１主面１２ａには、第２電極パターン２２が設けられている。
【００３４】
第１絶縁基板１１は、例えばベース板１５に接続されている。第１絶縁基板１１の第２主面１１ｂには、金属膜Ｍが設けられており、この金属膜Ｍとベース板１５とが、はんだＨによって接続されている。第２絶縁基板１２も同様に、例えばベース板１５に接続されている。第２絶縁基板１２の第２主面１２ｂには、金属膜Ｍが設けられており、この金属膜Ｍとベース板１５とが、はんだＨによって接続されている。
【００３５】
半導体素子３０は、第１絶縁基板１１上の第１電極パターン２１に、はんだＨ１によって接続されている。また、電極端子４０は、第２絶縁基板１２上の第２電極パターン２２に、はんだＨ２によって接続されている。
【００３６】
接続用配線５０は、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とを電気的に接続する金属配線である。接続用配線５０としては、例えばボンディングワイヤが用いられる。接続用配線５０は、第１電極パターン２１の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する。
【００３７】
半導体装置１２０では、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とが、互いにあいだを開けて設けられている。このため、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２へ、直接熱が伝わらない。したがって、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２とが直接接続されている場合に比べ、接続用配線５０の熱抵抗によって熱の伝達が抑制されることになる。
【００３８】
半導体装置１２０では、さらに、絶縁基板１０が、第１絶縁基板１１と、第２絶縁基板１２と、に分割され、互いにあいだを開けて配置されている。したがって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２へ、絶縁基板１０を介して直接熱が伝わらない。したがって、絶縁基板１０が分割されていない場合に比べ、第１電極パターン２１から絶縁基板１０を介して第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００３９】
（第２の実施の形態の他の例）
図５は、第２の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置１２１の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＥ−Ｅ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１２１は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５１を備える。
【００４０】
第２の実施の形態に係る半導体装置１２１において、絶縁基板１０は、第１絶縁基板１１と、第２絶縁基板１２と、を有する。第１絶縁基板１１の第１主面１１ａには、第１電極パターン２１が設けられている。また、第２絶縁基板１２の第１主面１２ａには、第２電極パターン２２が設けられている。
【００４１】
接続用配線５１は、電力用の電流に対応した配線であり、例えばブスバーが用いられる。接続用配線５１は、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、をまたぐように配置される。接続用配線５１の一端は、第１絶縁基板１１上の第１電極パターン２１に接続され、他端は、第２絶縁基板１２上の第２電極パターン２２に接続される。接続用配線５１は、第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２に、それぞれはんだＨ３によって接続される。
【００４２】
接続用配線５１は、第１電極パターン２１の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有する。接続用配線５１としては、例えばＡｌ（アルミニウム）やＦｅ（鉄）が用いられる。これにより、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、の間に設けられる接続用配線５１が、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２に向かう熱の伝達経路上で熱抵抗になる。よって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００４３】
半導体装置１２１では、さらに、絶縁基板１０が、第１絶縁基板１１と、第２絶縁基板１２と、に分割され、互いにあいだを開けて配置されている。したがって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２へ、絶縁基板１０を介して直接熱が伝わらない。したがって、絶縁基板１０が分割されていない場合に比べ、第１電極パターン２１から絶縁基板１０を介して第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式図である。
同図（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置１３０の模式的斜視図、同図（ｂ）は、（ａ）に示したＦ−Ｆ’線矢視の模式的断面図である。
半導体装置１３０は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２、半導体素子３０、電極端子４０及び接続用配線５２を備える。
【００４５】
接続用配線５２は、第１電極パターン２１及び第２電極パターン２２と同じ材質であって、一体的に設けられている。ここで、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２へ向かう方向と直交する方向を第１方向Ｘとする。
【００４６】
図７は、第３の実施の形態に係る半導体装置において、第１方向に沿った断面を説明する模式的断面図である。
同図（ａ）は、図６（ａ）に示したＸ１−Ｘ１’線矢視の模式的断面図、同図（ｂ）は、図６（ａ）に示したＸ２−Ｘ２’線矢視の模式的断面図である。
すなわち、図７（ａ）は、接続用配線５２における第１方向Ｘに沿った断面を模式的に示している。また、図７（ｂ）は、第１電極パターン２１における第１方向Ｘに沿った断面を模式的に示している。
【００４７】
接続用配線５２には、一部に孔５２ｈが設けられている。このため、図７（ａ）に表したように、接続用配線５２における第１方向Ｘに沿った断面の面積Ｓ１は、図７（ｂ）に表したように、第１電極パターン２１における第１方向Ｘに沿った断面の面積Ｓ２よりも小さい。面積Ｓ１が、面積Ｓ２よりも小さいことで、同一材質であっても、接続用配線５２の熱抵抗は、第１電極パターン２１の熱抵抗よりも大きくなる。接続用配線５２の熱抵抗は、面積Ｓ１が小さくなるほど大きくなる。したがって、孔５２ｈの大きさや個数によって面積Ｓ１を調整すれば、熱抵抗が所望の値に設定される。
【００４８】
半導体装置１３０では、第１電極パターン２１と、第２電極パターン２２と、の間に設けられる接続用配線５２が、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２に向かう熱の伝達経路上で熱抵抗になる。よって、第１電極パターン２１から第２電極パターン２２への熱の伝達が抑制される。
【００４９】
なお、図６に例示した接続用配線５２では、一部に孔５２ｈを設けることで面積Ｓ１を調整したが、第１方向Ｘに沿った長さ（幅）によって面積Ｓ１を調整してもよい。すなわち、接続用配線５２の幅を、第１電極パターン２１の幅よりも狭くする。厚さが同じ場合、幅が狭くなるほど接続用配線５２の熱抵抗が大きくなる。
【００５０】
（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係る半導体装置を説明する模式的平面図である。
第４の実施の形態に係る半導体装置１４０は、複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）を備えている。
図８に表したように、半導体装置１４０は、絶縁基板１０、第１電極パターン２１、第２電極パターン２２及び複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）を備える。
【００５１】
図８に例示した半導体装置１４０では、４つの半導体素子３０Ａ〜３０Ｄを備えているが、互いに動作期間の少なくとも一部で重なる２つ以上の半導体素子３０を備えていればよい。
【００５２】
ここで、半導体素子３０Ａと、半導体素子３０Ｃとは、互いに動作期間の少なくとも一部が重なっている。また、半導体素子３０Ｂと、半導体素子３０Ｄとは、互いに動作期間の少なくとも一部が重なっている。一方、半導体素子３０Ａと、半導体素子３０Ｂとは、互いに動作期間が異なっている。また、半導体素子３０Ｃと、半導体素子３０Ｄとは、互いに動作期間が異なっている。
【００５３】
絶縁基板１０は、第１絶縁基板１１と、第１絶縁基板１１とあいだを開けて設けられた第２絶縁基板１２と、を有する。
互いに動作期間が異なる半導体素子３０Ａ及び３０Ｂは、第１絶縁基板１１に設けられた第１電極パターン２１に接続される。また、互いに動作期間が異なる半導体素子３０Ｃ及び３０Ｄは、第２絶縁基板１２に設けられた第２電極パターン２２に接続される。
【００５４】
一方、互いに動作期間の少なくとも一部で重なる半導体素子３０Ａ及び３０Ｃは、それぞれ異なる異なる絶縁基板１０（第１絶縁基板１１及び第２絶縁基板１２）に接続される。また、互いに動作期間の少なくとも一部で重なる半導体素子３０Ｂ及び３０Ｄは、それぞれ異なる絶縁基板１０（第１絶縁基板１１及び第２絶縁基板１２）に接続される。
【００５５】
ここで、動作期間の少なくとも一部で重なる半導体素子３０Ａ及び３０Ｃ並びに３０Ｂ及び３０Ｄが隣接する場合、これらの素子間において熱集中が発生しやすい。
図９は、素子間の熱集中について説明する模式的平面図である。
図９に表した半導体装置１９１では、４つの半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）が、一つの絶縁基板１０の上に設けられた電極パターン２０に接続されている。この場合、同じタイミングで動作している半導体素子３０Ａ及び３０Ｃや、半導体素子３０Ｂ及び３０Ｄでは、互いの熱が電極パターン２０や絶縁基板１０を介して伝わり、それぞれの間になる領域ＨＳで熱集中を起こしやすい。
【００５６】
半導体装置１４０では、動作期間の少なくとも一部で重なる半導体素子３０Ａ及び３０Ｃ並びに３０Ｂ及び３０Ｄが、それぞれ異なる絶縁基板１０（第１絶縁基板１１または第２絶縁基板１２）に接続されている。したがって、同じタイミングで動作している半導体素子３０Ａ及び３０Ｃや、半導体素子３０Ｂ及び３０Ｄで発生した熱は、互いに隣りの絶縁基板（第２絶縁基板１２または第１絶縁基板１１）には直接伝わらない。これによって、素子間での熱集中が抑制される。
【００５７】
なお、半導体装置１４０では、半導体素子３０と電極端子４０とが同じ電極パターンに接続されているが、半導体装置１１０及び１１１のように、異なる電極パターンにそれぞれ接続され、電極パターン間に接続用配線５０及び５１が設けられていてもよい。
また、半導体装置１４０では、半導体装置１２０及び１２１のように、半導体素子３０と電極端子４０とが、異なる絶縁基板に設けられていてもよい。
さらに、半導体装置１４０では、半導体装置１３０のように、第１電極パターン２１と第２電極パターン２２との間に、第１電極パターン２１よりも断面の面積の小さい接続用配線５２が設けられていてもよい。
【００５８】
ここで、半導体素子３０Ａ及び３０Ｃとしては、例えばＩＧＢＴが用いられる。また、半導体素子３０Ｂ及び３０Ｄとしては、例えばＦＲＤ（Fast Recovery Diode）が用いられる。ＩＧＢＴとＦＲＤとは、互いの動作期間が異なるため、同じ絶縁基板上に実装される。一方、複数のＩＧＢＴや、複数のＦＲＤは、互いの動作期間の少なくとも一部で重なる場合があるため、素子間の熱集中を抑制する観点から、それぞれ異なる絶縁基板上に実装される。
【００５９】
（第４の実施の形態の他の例）
図１０は、第４の実施の形態の他の例に係る半導体装置を説明する模式的平面図である。
第４の実施の形態の他の例に係る半導体装置１４１は、複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）を備えている。
図１０に表したように、半導体装置１４１は、絶縁基板１０、電極パターン２０及び複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）を備える。
図１０に例示した半導体装置１４１では、４つの半導体素子３０Ａ〜３０Ｄを備えているが、２つ以上の半導体素子３０を備えていればよい。
【００６０】
この半導体装置１４１では、絶縁基板１０に設けられた電極パターン２０に、複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）が接続されている。図１０に例示した半導体装置１４１では、縦横２つずつ半導体素子３０が配置されている。このような配置において、縦横に隣接する半導体素子３０の間隔をＬ、基板の厚さをＤとした場合、Ｌ＞２Ｄを満たしている。ここで、基板の厚さＤは、半導体素子３０の実装面（裏面）側の放熱ルートになる基板の厚さである。例えば、半導体素子３０の裏面から絶縁基板１０の第２主面１０ｂまでの厚さである。
【００６１】
図１１は、間隔Ｌによる放熱状態を説明する模式的断面図である。
同図（ａ）では、隣接する半導体素子３０が間隔Ｌ１で配置された場合の放熱ルートを例示している。また、同図（ｂ）では、隣接する半導体素子３０が間隔Ｌ１よりも広い間隔Ｌ２で配置された場合の放熱ルートを例示している。
【００６２】
基板上に実装された半導体素子３０は、動作時に発熱体として熱を放出する。半導体素子３０における絶縁基板１０側への放熱ルートは、半導体素子３０の実装面（裏面）から、斜め４５°の方向へ拡がると考えられる。
【００６３】
ここで、図１１（ａ）に表したように、隣接する半導体素子３０が間隔Ｌ１で配置されていると、半導体素子３０の裏面から基板の裏面までの間において、互いに拡がる放熱ルートに重なりが生じる。一方、図１１（ｂ）に表したように、隣接する半導体素子３０が間隔Ｌ２で配置されていると、互いの放熱ルートに重なりは発生しない。
つまり、Ｌ＞２Ｄを満たすと、互いの放熱ルートに重なりが発生しないことになる。
【００６４】
半導体装置１４１では、隣接する半導体素子３０の間隔Ｌについて、Ｌ＞２Ｄを満たすように、複数の半導体素子３０（３０Ａ〜３０Ｄ）が配置されている。これにより、隣接する半導体素子３０の間で、互いの発熱による熱集中の発生を抑制し、半導体素子３０の接続信頼性の低下を防止する。
【００６５】
（第５の実施の形態）
図１２は、第５の実施の形態に係る半導体ユニットを説明する模式的断面図である。
図１２に表したように、半導体ユニット２００は、先に説明した半導体装置１１０、１１１、１２０、１２１及び１３０のいずれかをパッケージ６０内に含む。図８に例示した半導体ユニット２００では、第１の実施の形態に係る半導体装置１１０をパッケージ６０内に収容した例を示している。
【００６６】
パッケージ６０は、枠部６１と、封止材６２と、蓋部６３と、を備える。枠部６１は、樹脂製であり、ベース板１５の周縁を囲むよう配置される。封止材６２は、例えばシリコーン樹脂である。封止材６２は、枠部６１の内側に注入されている。これにより、枠部６１内において、半導体装置１１０の電極端子４０の他端４０ｂ側以外が、封止材６２で埋め込まれる。蓋部６３は、枠部６１の開口端に設けられる。蓋部６３には、封止材６２から突出した電極端子４０を貫通させる孔６３ｈが設けられている。蓋部６３を枠部６２に取り付けることで、この孔６３ｈから電極端子４０の他端４０ｂが蓋部６３から外側に延出する。
【００６７】
このような半導体ユニット２００を単独、または複数組み合わせることで、所望の装置が構成される。本実施の形態に係る半導体ユニット２００では、パッケージ６０内に、半導体装置１１０、１１１、１２０、１２１及び１３０のいずれかを収容しているため、半導体素子３０から発生した熱が、電極端子４０を接続するはんだＨ２に伝達されることを抑制できる。これにより、半導体ユニット２００において、はんだＨ２による電極端子４０と第２電極パターン２２との接続信頼性の低下を防止する。
【００６８】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態に係る電力用半導体装置について説明する。本実施の形態に係る電力用半導体装置では、上記説明した半導体装置１１０、１１１、１２０、１２１、１３０、１４０及び１４１の半導体素子３０として、電力用半導体素子が用いられている。また、電力用半導体装置としては、上記説明した半導体ユニット２００が用いられていてもよい。
【００６９】
図１３は、電力用半導体装置の一例を説明する回路図である。
図１３では、電力用半導体装置３００としてインバータ装置の回路を例示している。インバータ装置では、直流電源４００から供給される直流電圧を、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流に変換して出力する。負荷対象としては、例えばモータ５００が用いられる。
インバータ装置は、インバータ回路３１０と、制御部３２０と、を備える。インバータ回路３１０としては、上記説明した半導体装置１１０、１１１、１２０、１２１、１３０、１４０及び１４１や、半導体ユニット２００が用いられる。図１３に例示したインバータ装置では、３相の各相に対応して３つの相発生回路３１０Ｕ、３１０Ｖ及び３１０Ｗが設けられている。
【００７０】
各相発生回路３１０Ｕ、３１０Ｖ及び３１０Ｗには、４つの半導体素子３０Ｔ及び３０Ｒがそれぞれ設けられている。半導体素子３０Ｔは、ＩＧＢＴ等のトランジスタである。半導体素子３０Ｒは、ＦＲＤ等のダイオードである。半導体素子３０Ｔ及び３０Ｒの一方の組みは、１相の上アームとして用いられる。また、半導体素子３０Ｔ及び３０Ｒの他方の組みは、１相の下アームとして用いられる。各半導体素子３０Ｔのゲートには、制御部３２０から制御信号が送られる。各半導体素子３０Ｔの開閉は、この制御信号によって制御される。これにより、各相発生回路３１０Ｕ、３１０Ｖ及び３１０Ｗから各相に対応した交流電圧が出力される。
【００７１】
本実施の形態に係る電力用半導体装置３００では、半導体素子３０Ｔ及び３０Ｒの発熱による熱集中の発生を抑制できる。したがって、半導体素子３０Ｔ及び３０Ｒや周辺に配置される電極端子４０等の部材の接続信頼性の低下を防止した電力用半導体装置３００が提供される。
【００７２】
本実施の形態に係る電力用半導体装置３００は、インバータ装置のほか、コンバータ装置、電力用トランジスタ装置、電力用ダイオード装置など、各種の回路構成に適用可能である。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものもや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【００７４】
１０…絶縁基板、１１…第１絶縁基板、１２…第２絶縁基板、１５…ベース板、２０…電極パターン、２１…第１電極パターン、２２…第２電極パターン、３０…半導体素子、３０Ａ〜３０Ｄ、３０Ｒ、３０Ｔ…半導体素子、４０…電極端子、５０〜５２…接続用配線、６０…パッケージ、１１０〜１１１，１２０〜１２１，１３０，１４０〜１４１，１９０〜１９１…半導体装置、２００…半導体ユニット、３００…電力用半導体装置、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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