(57)【要約】【課題】上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールであって，高放熱性を備えつつ寄生インダクタンスの低減が図られた半導体モジュールを提供すること。【解決手段】半導体モジュール１００は，半導体素子が一対の金属電極に挟み込まれた構造を有する。また，上アームと下アームとの間には，両アームを電気的に接続する中間接続部を設ける。さらに，上アームでは，中間接続部と接合する側面と同じ側面に電源＋端子の外部端子部を設ける。また，下アームでは，中間接続部と接合する側面と同じ側面に電源−端子の外部端子部を設ける。また，電源＋端子の外部端子部と電源−端子の外部端子部とを平面同士で対向させ，半導体モジュールの厚さ方向から見て重なるような位置に配置する。【選択図】            図６
2006222149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アーム部を構成する第１半導体素子群と，下アーム部を構成する第２半導体素子群とを備え，前記第１半導体素子群と前記第２半導体素子群とを同一平面内に配置した半導体モジュールにおいて，
前記第１半導体素子群の一方の面側に位置する第１金属電極と，
前記第１半導体素子群の他方の面側に位置し，前記第１半導体素子群を挟んで前記第１金属電極と対向する第２金属電極と，
前記第２半導体素子群の一方の面側に位置し，前記第２金属電極と電気的に接続された第３金属電極と，
前記第２半導体素子群の他方の面側に位置し，前記第２半導体素子群を挟んで前記第３金属電極と対向する第４金属電極と，
一方の端部が前記第２金属電極のうちの前記下アーム部と対向する部位と接合し，他方の端部が前記第３金属電極のうちの前記上アーム部と対向する部位と接合し，前記第２金属電極と前記第３金属電極とを電気的に接続する中間接続部と，
前記第１金属電極のうちの前記下アーム部と対向する部位と接合する平板状の正極側取出し端子と，
前記第４金属電極のうちの前記上アーム部と対向する部位と接合する平板状の負極側取出し端子とを備えることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載する半導体モジュールにおいて，
前記第１金属電極を流れる主電流の向きが前記第２金属電極を流れる主電流の向きと略反対となるように前記第１半導体素子群を配置し，前記第３金属電極を流れる主電流の向きが前記第４金属電極を流れる主電流の向きと略反対となるように前記第２半導体素子群を配置することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する半導体モジュールにおいて，
電極面から見て，前記第１半導体素子群を構成する半導体素子と，前記第２半導体素子群を構成する半導体素子とが同一直線上に配置されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する半導体モジュールにおいて，
前記正極側取出し端子と前記負極側取出し端子とは，その平面同士が対向していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
上アーム部を構成する第１半導体素子群と，下アーム部を構成する第２半導体素子群とを備え，前記第１半導体素子群と前記第２半導体素子群とを同一平面内に配置した半導体モジュールにおいて，
前記第１半導体素子群の一方の面側に位置する第１金属電極と，
前記第１半導体素子群の他方の面側に位置し，前記第１半導体素子群を挟んで前記第１金属電極と対向する第２金属電極と，
前記第２半導体素子群の一方の面側に位置し，前記第２金属電極と電気的に接続された第３金属電極と，
前記第２半導体素子群の他方の面側に位置し，前記第２半導体素子群を挟んで前記第３金属電極と対向する第４金属電極と，
前記第１金属電極と電気的に接続された平板状の正極側取出し端子と，
前記第４金属電極と電気的に接続された平板状の負極側取出し端子とを備え，
前記正極側取出し端子と前記負極側取出し端子とは，その平面同士が対向していることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，複数個の半導体素子（パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等）を組み合わせてなる半導体モジュールに関する。さらに詳細には，電力制御に供するものであって，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，電力制御に供する半導体モジュールとして，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールが利用されている。この半導体モジュールは，図１７に示すようにＩＧＢＴ素子１１と，ＩＧＢＴ素子１１と逆並列に接続されたダイオード素子１２とからなる上アーム１０と，ＩＧＢＴ素子２１と，ＩＧＢＴ素子２１と逆並列に接続されたダイオード素子２２とからなる下アーム２０とを備え，上アーム１０と下アーム２０とが直列接続された構成となっている。このような半導体モジュールを複数個組み合わせることにより周知のインバータ回路が構成される。
【０００３】
一般的に，半導体モジュールを高耐圧・大電流用のパワーＩＣに適用すると，使用時の素子からの発熱が大きい。そのため，高放熱性が要求される。この問題を解決する構成の一例として，例えば特許文献１に，素子の両面に高熱伝導性を備えた基板にて複数個の半導体素子を挟み込んだ両面放熱構造の半導体装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−５６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記した従来の半導体モジュールには，次のような問題があった。すなわち，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールでは，配線部分の寄生インダクタンスが大きい。具体的には，図１７中，Ｌ１（Ｐ端子と上アーム１０のコレクタとの間のインダクタンス），Ｌ２（上アーム１０のエミッタと接続点との間のインダクタンス），Ｌ３（接続点と下アーム２０のコレクタとの間のインダクタンス），Ｌ４（下アーム２０のエミッタとＮ端子との間のインダクタンス）の各所に寄生インダクタンスを有する。この寄生インダクタンスＬが大きくなればなるほどサージ電圧が高くなる（サージ電圧＝寄生インダクタンスＬ×電流変化率ｄＩ／ｄｔ）。そのため，高耐圧・大電流用の電力変換装置に適用される半導体モジュールでは，特にこの寄生インダクタンスＬを小さくすることが求められる。
【０００５】
具体的に寄生インダクタンスＬを小さくするには，配線部分の長さを短くする，あるいは配線の断面積を大きくすることが考えられる。しかしながら，配線の配置などの関係から半導体モジュールの大きさそのものが大型化してしまうため，それら物理的サイズの変更には限界がある。
【０００６】
そこで，例えば特許文献１に示した半導体装置のように，表裏面の基板の外部配線用端子を半導体モジュールの同一側面から同一方向に延びるように配設することで，寄生インダクタンスの低減を図ることが提案されている（図１８参照）。すなわち，互いに逆向きの電流が流れる外部配線用端子Ｐ，Ｎ間の相互インダクタンスを利用してインダクタンスを低減することが開示されている。
【０００７】
しかし，特許文献１の半導体装置では，外部配線用端子Ｐ，Ｎが対向しているもののその間隔が広い。また，外部配線用端子が基板の面方向に並行配置されているため，対向している面積が小さい。そのため，相互インダクタンスによる内部インダクタンスの低減効果が期待できない。また，外部配線用端子Ｐ，Ｎが対向することで外部配線用端子部分の寄生インダクタンスＬ１，Ｌ４を多少なりとも低減できたとしても，その他の部分，例えば内部端子のインダクタンスＬ２，Ｌ３を低減することはできない。そのため，インダクタンスの低減効果は殆ど期待できない。
【０００８】
本発明は，前記した従来の半導体装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールであって，高放熱性を備えつつ寄生インダクタンスの低減が図られた半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題の解決を目的としてなされた半導体モジュールは，上アーム部を構成する第１半導体素子群と，下アーム部を構成する第２半導体素子群とを備え，第１半導体素子群と第２半導体素子群とを同一平面内に配置した半導体モジュールであって，第１半導体素子群の一方の面側に位置する第１金属電極と，第１半導体素子群の他方の面側に位置し，第１半導体素子群を挟んで第１金属電極と対向する第２金属電極と，第２半導体素子群の一方の面側に位置し，第２金属電極と電気的に接続された第３金属電極と，第２半導体素子群の他方の面側に位置し，第２半導体素子群を挟んで第３金属電極と対向する第４金属電極と，一方の端部が第２金属電極のうちの下アーム部と対向する部位と接合し，他方の端部が第３金属電極のうちの上アーム部と対向する部位と接合し，第２金属電極と第３金属電極とを電気的に接続する中間接続部と，第１金属電極のうちの下アーム部と対向する部位と接合する平板状の正極側取出し端子と，第４金属電極のうちの上アーム部と対向する部位と接合する平板状の負極側取出し端子とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち，本発明の半導体モジュールは，第１半導体素子群を有する上アームと第２半導体素子群を有する下アームとが一組となったものである。また，本発明の半導体モジュールは，平板状の第１金属電極および第２金属電極によって第１半導体素子群を挟み，平板状の第３金属電極および第４金属電極によって第２半導体素子群を挟んでいる。つまり，放熱板の機能を兼ねた一対の板状金属電極によって半導体素子群を挟み込んでおり，上面および下面の２方向からの放熱を図るものである。
【００１１】
そして，本発明の半導体モジュールは，第１半導体素子群と第２半導体素子群とが同一平面内に配置されている。すなわち，上アーム部と下アーム部とが同一平面内に並列配置されている。さらに，本発明の半導体モジュールは，上アーム部と下アーム部との間に，第２金属電極と第３金属電極とを電気的に接続する中間接続部を備えている。そして，正極側取出し端子が第１金属電極のうちの下アーム部と対向する部位に接合され，負極側取出し端子が第４金属電極のうちの上アーム部と対向する部位に接合されている。中間接続部および各アーム部の電源取出し端子をこのように配置することで，上アーム部では，従来の端子配置に比べ，第１金属電極を流れる主電流と第２金属電極を流れる主電流との対向成分がより増加する。一方，下アーム部でも，第３金属電極を流れる主電流と第４金属電極を流れる主電流との対向成分がより増加する。よって，内部端子部であっても相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果が得られ，半導体モジュール全体としての寄生インダクタンスの低減が図られる。
【００１２】
なお，主電流が対向するあるいは主電流の向きが反対であるとは，それらの向きが厳密に１８０度の差があることを意味するものではない。すなわち，相互インダクタンスによるインダクタンスの低減が期待できる範囲内の差であればよい。具体的には，反対方向の電流成分の半分以上が低減効果として見込まれる１８０度±６０度の範囲内の差であればその効果が期待できる。
【００１３】
また，本発明の半導体モジュールでは，各アーム部の電源取出し端子が他方のアーム部と対向する部位に設けられている。すなわち，各アーム部の電源取出し端子が両アーム部の間に位置する。一方，上アームと下アームとを電気的に接続する中間接続部も両アーム部の間に位置する。このことから，電源取出し端子と中間端子部とが近接配置される。そのため，半導体モジュールの内部に位置する電源取出し端子のインダクタンスおよび中間端子部のインダクタンスの低減も図ることができる。
【００１４】
また，本発明の半導体モジュールは，電極面から見て，第１半導体素子群を構成する半導体素子（トランジスタ素子領域およびダイオード素子領域）と，第２半導体素子群を構成する半導体素子（トランジスタ素子領域およびダイオード素子領域）とが同一直線上に配置されていることとするとよりよい。このような配置とすることにより，半導体素子を挟んで対向する金属電極を流れる電流の向きを確実に対向させることができる。よって，内部端子部の寄生インダクタンスの低減が確実に図られる。
【００１５】
また，本発明の半導体モジュールは，正極側取出し端子と負極側取出し端子とがその平面同士が対向していることとするとよりよい。すなわち，本発明の半導体モジュールでは，平板状の正極側取出し端子と平板状の負極側取出し端子とが厚さ方向に重ね合わせられるように対向している。そのため，両電源取出し端子間の距離は短く，両端子の相互インダクタンスは大きい。そして，両端子を流れる主電流は互いに逆向きであることから，外部端子部の寄生インダクタンスは大幅に低減される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，半導体素子を金属電極で挟み込み，両面放熱構造とすることにより高放熱性が確保される。また，本発明によれば，半導体モジュールを構成する配線のうち，主電流の向きが対向する部位が広範囲に設けられる。そのため，相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減が図られる。よって，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールであって，高放熱性を備えつつ寄生インダクタンスの低減が図られた半導体モジュールが実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，以下の形態では，インバータ装置に利用されるパワーモジュール（半導体モジュール）に本発明を適用する。
【００１８】
図１は，本形態の半導体モジュール１００の等価回路を示している。半導体モジュール１００は，図１に示すようにＩＧＢＴ素子１１と，ＩＧＢＴ素子１１と逆並列に接続されたダイオード素子１２とからなる上アーム１０と，ＩＧＢＴ素子２１と，ＩＧＢＴ素子２１と逆並列に接続されたダイオード素子２２とからなる下アーム２０とを備え，上アーム１０と下アーム２０とが直列接続された構成となっている。すなわち，半導体モジュール１００は，上アーム１０と下アーム２０とが一組となった構造を有している。
【００１９】
この半導体モジュール１００では，制御信号を各ＩＧＢＴ素子のゲート端子に入力することにより各ＩＧＢＴ素子がオンオフする。これにより，制御対象のモータへの供給電力を制御する。
【００２０】
次に，半導体モジュール１００の具体的構造について説明する。なお，図２は，半導体モジュール１００の上面および右側面から見た外観を示している。また，図３は図２のＡ−Ａ断面および同図のＤ−Ｄ断面，図４は図３のＢ−Ｂ断面，図５は図３のＣ−Ｃ断面をそれぞれ示している。なお，各図中，各金属電極内の矢印は主電流の流れの向きを意味する。
【００２１】
半導体モジュール１００は，図２ないし図５に示すように，上アーム１０と下アーム２０とが同一平面内に並置された構造を有している。上アーム１０は，ＩＧＢＴ素子１１とダイオード素子１２とを備え，両半導体素子が平板状の金属電極１３，１４に挟み込まれた構造を有している。また，下アーム２０は，ＩＧＢＴ素子２１とダイオード素子２２とを備え，両半導体素子が平板状の金属電極２３，２４に挟み込まれた構造を有している。すなわち，上アーム１０では，金属電極１３，１４が半導体素子１１，１２を挟んでその平面同士が対向している。一方，下アーム２０では，金属電極２３，２４が半導体素子２１，２２を挟んでその平面同士が対向している。そして両アームともに，半導体素子と金属電極とが半田または導電性の接着剤によって接合されている。そのため，半導体モジュール１００では，図３中の縦方向に電流が流れる。
【００２２】
また，上アーム１０の金属電極１３と下アーム２０の金属電極２３とが同一平面内に配置されている。また，金属電極１４と金属電極２４とについても同一平面内に配置されている。さらに，上アーム１０のＩＧＢＴ素子１１およびダイオード素子１２と，下アーム２０のＩＧＢＴ素子２１およびダイオード素子２２とについても同一平面内，より具体的には同一直線内に配置されている。
【００２３】
また，半導体モジュール１００は，各金属電極間の隙間が樹脂（例えば，エポキシ樹脂）６で充填されている。すなわち，上アーム１０と下アーム２０とは，樹脂６でモールドされることによって一体となっている。
【００２４】
また，半導体モジュール１００は，外部端子部として，正極側取出し端子１と，負極側取出し端子２と，中間取出し端子３とを有している。各端子は，平板状の金属端子であり，半導体モジュール１００の側面から突出している。またこの他の外部端子として，上アーム１０用のゲート電極端子１５と，下アーム２０用のゲート電極端子２５とを備えている。
【００２５】
具体的に，正極側取出し端子１の側面は，金属電極１３の側面のうち，下アーム２０と対向する側の側面に接合している。すなわち，正極側取出し端子１は，上アーム１０と下アーム２０との間に位置し，金属電極１３と一体になっている（以下，正極側取出し端子１と内部配線である金属電極１３とが一体となった部分を「電源＋端子」とする）。また，負極側取出し端子２の側面は，金属電極２４の側面のうち，上アーム１０と対向する側の側面に接合している。すなわち，負極側取出し端子２は，正極側取出し端子１と同様に上アーム１０と下アーム２０との間に位置し，金属電極２４と一体になっている（以下，負極側取出し端子２と内部配線である金属電極２４とが一体となった部分を「電源−端子」とする）。さらに，正極側取出し端子１と負極側取出し端子２とは，半導体モジュール１００の同一側面から同一方向に突出しており，その平面同士が対向している。すなわち，半導体モジュール１００の上面から見て，正極側取出し端子１と負極側取出し端子２とが重ね合わせられた配置となっている。
【００２６】
また，中間取出し端子３の側面は，金属電極１４の側面のうち，下アーム２０と対向する側以外の側面に接合している。すなわち，中間取出し端子３は，上アーム１０側であって正極側取出し端子１から離れた部位に位置し，金属電極１４と一体になっている。なお，中間取出し端子３は，金属電極２３に接合していてもよい。その場合，中間取出し端子３は，金属電極２３の側面のうち，上アーム１０と対向する側以外の側面に接合するものとする。
【００２７】
また，ゲート電極端子１５は，ボンディングワイヤを介してＩＧＢＴ素子１１のゲート電極部と電気的に接続されている。一方，ゲート電極２５は，ボンディングワイヤを介してＩＧＢＴ素子２５のゲート電極部と電気的に接続されている。
【００２８】
また，半導体モジュール１００は，上アーム１０と下アーム２０との間の位置に，両アームを電気的に接続する中間接続部４を有している。具体的に，中間接続部４は，上アーム１０の金属電極１４の側面のうち，下アーム２０と対向する側の側面と，下アーム２０の金属電極２３の側面のうち，上アーム１０と対向する側の側面とにそれぞれ接合しており，両金属電極間を電気的に接続している。すなわち，金属電極１４と金属電極２３とは中間接続部４を介して一体になっている（以下，内部配線である金属電極１３，２３および中間接続部４が一体となった部分を「中間端子」とする）。
【００２９】
すなわち，正極側取出し端子１および負極側取出し端子２と，中間接続部４とはともに上アーム１０と下アーム２０との間に位置している。そのため，両者は互いに近接しており，半導体モジュール１００の上面側から見ると対向配置となっている。
【００３０】
また，各外部端子および各金属電極には，Ｃｕ，Ｃｕ系合金，あるいはＡｌ，Ａｌ系合金が使用される。これらの金属によって各半導体素子を挟み込むことにより，各半導体素子から発生した熱が上面と下面との両面から放熱される。すなわち，各金属電極および各金属端子が放熱板としての機能を兼ねており，上面と下面との２方向の放熱を行う。そのため，半導体モジュール１００は，高放熱性を備える。
【００３１】
続いて，半導体モジュール１００内の主電流の流れについて図６を基に説明する。なお，図６中の矢印は電流の流れの向きを示しており，ＩＰ１，ＩＱ１，ＩＰ２，ＩＵ，ＩＮ１，ＩＱ２，ＩＮ２はそれぞれ電流を意味しており，図１の回路図中の同記号と同義である。
【００３２】
上アーム１０のＩＧＢＴ素子１１がオンで下アーム２０のＩＧＢＴ素子２１がオフでの場合は，電源＋端子の正極側取出し端子１から内部端子部に向けて電流が流れる（ＩＰ１）。そして，ＩＧＢＴ素子１１を経由し（ＩＱ１），中間端子の中間取出し端子３に向けて電流が流れる（ＩＰ２，ＩＵ）。
【００３３】
一方，上アーム１０のＩＧＢＴ素子１１がオフで下アーム２０のＩＧＢＴ素子２１がオンでの場合は，中間端子の中間取出し端子３から内部端子部に向けて電流が流れる（ＩＮ２）。そして，中間接続部を経由し（ＩＮ２），さらにＩＧＢＴ素子２１を経由する（ＩＱ２）。そして，ＩＧＢＴ素子２１から電源−端子の負極側取出し端子２に向けて電流が流れる（ＩＮ１）。
【００３４】
続いて，導体間の相互インダクタンスのシミュレーション結果について説明する。本シミュレーションでは，図７に示すように導体Ａ，導体Ｂを用意し，両導体の平面同士が対向するように厚さ方向に並行配置する。導体Ａ，Ｂは，ともに幅８ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１ｍｍのサイズであり，各導体の自己インダクタンスは３０ｎＨである。このように配置した導体Ａ，Ｂの，相互インダクタンスと導体間距離との関係を図８に示す。図８のグラフに示すように，導体Ａ，Ｂ間の距離が狭いほど相互インダクタンスの値が大きいことがわかる。
【００３５】
具体的に，導体Ａ，導体Ｂ間の距離を１ｍｍとし，各導体にそれぞれ逆向きの電流を同時に流す。その場合，各導体に負の相互インダクタンス２５ｎＨが生じる。この相互インダクタンスが各導体の自己インダクタンスを低減させ，結果として各導体のインダクタンスは５ｎＨとなる。すなわち，本シミュレーションの構成では，導体Ａ，導体Ｂ間の距離を１ｍｍとし，逆向きの電流を同時に流すことにより，各導体のインダクタンスが１／６に低減することがわかる。
【００３６】
続いて，本形態の半導体装置１００におけるインダクタンスの低減効果について検討する。相互インダクタンスを利用してインダクタンスの低減を図るには，電流変化量が等しくかつ電流の向きが互いに逆向きの導体同士を近接配置することが条件となる。そこで，スイッチング時における電流の変化を図９ないし図１２に示す。なお，図９は，ＩＵ＞０で，上アームがＯＮからＯＦＦ，下アームがＯＦＦからＯＮになる瞬間の電流変化を示している。図１０は，ＩＵ＜０で，上アームがＯＮからＯＦＦ，下アームがＯＦＦからＯＮになる瞬間の電流変化を示している。図１１は，ＩＵ＞０で，上アームがＯＦＦからＯＮ，下アームがＯＮからＯＦＦになる瞬間の電流変化を示している。図１２は，ＩＵ＜０で，上アームがＯＦＦからＯＮ，下アームがＯＮからＯＦＦになる瞬間の電流変化を示している。
【００３７】
図９に示したように，ＩＵ＞０で，上アームがＯＮからＯＦＦ，下アームがＯＦＦからＯＮになると，瞬間的に，上アームの電流（ＩＰ１，ＩＱ１，ＩＰ２）が減少するため，電流変化率が負の値となる。一方，上アームのＩＧＢＴ素子がＯＦＦしたとしても電流ＩＵを流し続けようと作用することから，下アームに流れる負の電流（ＩＮ２，ＩＤ２，ＩＮ１）が増加する。そのため，電流変化率がやはり同様に負の値となる。このとき，上アームのダイオード素子および下アームのＩＧＢＴ素子には電流が流れないため，ＩＤ１とＩＱ２は０のままである。この結果，（ＩＰ１，ＩＱ１，ＩＰ２）と（ＩＮ２，ＩＤ２，ＩＮ１）とを対向配置させると良いことがわかる。
【００３８】
同様に，図１０に示した場合では，上アームがＯＮからＯＦＦとなることから，上アームの電流（ＩＰ１，ＩＤ１，ＩＰ２）が減少する。そのため，電流変化率が正の値となる。一方，下アームでは，ＯＦＦからＯＮになることから，正の電流（ＩＮ２，ＩＱ２，ＩＮ１）が増加する。そのため，電流変化率が同じく正の値となる。従って，（ＩＮ２，ＩＱ２，ＩＮ１）と（ＩＰ１，ＩＤ１，ＩＰ２）とを対向配置させると良いことがわかる。
【００３９】
また，図１１に示した場合では，下アームがＯＮからＯＦＦになることから，下アームの電流（ＩＮ２，ＩＤ２，ＩＮ１）が減少する。そのため，電流変化率が正の値となる。一方，上アームでは，ＯＦＦからＯＮになることから，正の電流（ＩＰ１，ＩＱ１，ＩＰ２）が増加する。そのため，電流変化率が同じく正の値となる。従って，（ＩＰ１，ＩＱ１，ＩＰ２）と（ＩＮ２，ＩＤ２，ＩＮ１）とを対向配置させると良いことがわかる。
【００４０】
また，図１２に示した場合では，下アームがＯＮからＯＦＦになることから，下アームの電流（ＩＮ２，ＩＱ２，ＩＮ１）が減少する。そのため，電流変化率が負の値となる。一方，上アームでは，ＯＦＦからＯＮになることから，負の電流（ＩＰ１，ＩＤ１，ＩＰ２）が増加する。そのため，電流変化率が同じく負の値となる。従って，（ＩＮ２，ＩＱ２，ＩＮ１）と（ＩＰ１，ＩＤ１，ＩＰ２）とを対向配置させると良いことがわかる。
【００４１】
すなわち，図９ないし図１２に示したすべてのケースで相互インダクタンスを利用するためには，ＩＰ１，ＩＰ２が流れる部位とＩＮ１，ＩＮ２が流れる部位とを対向させると良いことがわかる。
【００４２】
そこで，本形態の半導体モジュール１００では，特に次の４箇所で相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果が期待できる。１箇所目は，電源＋端子の正極側取出し端子１と，電源−端子の負極側取出し端子２とが対向する部位である（図６中の（１））。すなわち，正極側取出し端子１と負極側取出し端子２とが対向配置されており，それらを流れるＩＰ１とＩＮ１とが互いに逆向きである。従って，寄生インダクタンス（インダクタンスＬ１，Ｌ４）の低減が図られる。
【００４３】
２箇所目は，電源＋端子の金属電極１３の取出し部近傍と，中間端子の中間接続部４とが対向する部位である（図６中の（２））。すなわち，電流ＩＰ１が流れる金属電極１３と，電流ＩＮ２が流れる中間接続部４とが対向配置されていることから，寄生インダクタンス（インダクタンスＬ１，Ｌ３）の低減が図られる。
【００４４】
３箇所目は，中間端子の中間接続部４と，電源−端子の金属電極２４の取出し部近傍とが対向する部位である（図６中の（３））。すなわち，電流ＩＮ２が流れる中間接続部４と，電流ＩＮ１が流れる金属電極２４とが対向配置されていることから，寄生インダクタンス（インダクタンスＬ３，Ｌ４）の低減が図られる。
【００４５】
４箇所目は，中間端子の金属電極部２３と，電源−端子の金属電極２４とが対向する部位である（図６中の（４））。すなわち，電流ＩＮ２が流れる金属電極２３と，電流ＩＮ１が流れる金属電極２４とが対向配置されていることから，寄生インダクタンス（インダクタンスＬ３，Ｌ４）の低減が図られる。
【００４６】
一方，特許文献１（従来の形態）で示した半導体装置では，図１３に示すように電流が流れる。この半導体装置では，確かに外部端子部同士が対向している（図１３中の（１’））。しかしながら，外部端子部間の距離が大きく，相互インダクタンスが小さい。そのため，相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減が期待できない。また，内部端子部同士についても，中間端子内を流れる電流の向きとそれ以外の端子内を流れる電流の向きとが直交に近い角度で交わる（図１３中の（２’））。そのため，相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減が期待できない。
【００４７】
以上詳細に説明したように本形態の半導体モジュール１００は，上アーム部１０と下アーム部２０とが一組であり，各アームを構成する半導体素子が一対の金属電極に挟み込まれた構造を有することとしている。すなわち，両面放熱構造を備えており，高放熱性を有している。また，上アーム１０と下アーム２０との間には，両アームを電気的に接続する中間接続部４を設けることとしている。さらに，上アーム１０では，正極側取出し端子１を中間接続部４と接合する側面と同じ側面に設けることとしている。また，下アーム２０では，負極側取出し端子２を中間接続部４と接合する側面と同じ側面に設けることとしている。そのため，各金属電極のうち，電源取出し端子と接合する部位および中間接続部４と接合する部位の近傍領域では，主電流の対向成分が多い。そのため，それらの領域部分での寄生インダクタンスの低減が図られる。従って，上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールであって，高放熱性を備えつつ寄生インダクタンスの低減が図られた半導体モジュールが実現されている。
【００４８】
また，半導体モジュール１００では，外部端子部である正極側取出し端子１と負極側取出し端子２とがその平面同士で対向することとしている。すなわち，半導体モジュールの上面からみて正極側取出し端子１と負極側取出し端子２とが重ね合わせられた配置となっている。そのため，両端子間の距離が狭く，相互インダクタンスの値が大きい。よって，インダクタンスの低減の効果が大きい。
【００４９】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，半導体素子の配置は，実施の形態に限定するものではない。すなわち，対向する金属電極内を流れる電流の向きが逆向きとなるような配置であればよい。
【００５０】
また，各アームを構成するＩＧＢＴ素子，ダイオード素子の個数は１つずつに限るものではない。すなわち，図１４や図１５に示すように１つのアームに複数個のＩＧＢＴ素子，ダイオード素子を配置してもよい。なお，図１６に，図１４および図１５に示した半導体モジュールの等価回路を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態にかかる半導体モジュールの等価回路を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる半導体モジュールの上面および側面から見た外観を示す図である。
【図３】図２に示した半導体モジュールのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】図３に示した半導体モジュールのＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図５】図３に示した半導体モジュールのＣ−Ｃ断面を示す図である。
【図６】実施の形態にかかる半導体モジュールの，半導体素子の配置および主電流の流れを示す図である。
【図７】シミュレーションにかかる導体Ａ，Ｂの配置を示す図である。
【図８】図７に示した配置における相互インダクタンスと導体間距離との関係を示すグラフである。
【図９】スイッチング時（ＩＵ＞０，上アームＯＮからＯＦＦ，下アームＯＦＦからＯＮ）における電流の変化を示す図である。
【図１０】スイッチング時（ＩＵ＜０，上アームＯＮからＯＦＦ，下アームＯＦＦからＯＮ）における電流の変化を示す図である。
【図１１】スイッチング時（ＩＵ＞０，上アームＯＦＦからＯＮ，下アームＯＮからＯＦＦ）における電流の変化を示す図である。
【図１２】スイッチング時（ＩＵ＜０，上アームＯＦＦからＯＮ，下アームＯＮからＯＦＦ）における電流の変化を示す図である。
【図１３】従来の形態にかかる半導体モジュールの，半導体素子の配置および主電流の流れを示す図である。
【図１４】半導体素子の配置の応用例を示す図（その１）である。
【図１５】半導体素子の配置の応用例を示す図（その２）である。
【図１６】応用例にかかる半導体モジュールの等価回路を示す図である。
【図１７】上アームと下アームとが一組となった半導体モジュールの等価回路を示す図である。
【図１８】従来の形態にかかる半導体モジュールの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１      正極側取出し端子（正極側取出し端子）
２      負極側取出し端子（負極側取出し端子）
３      中間取出し端子
４      中間接続部（中間接続部）
６      樹脂
１０    上アーム（上アーム部）
１１    ＩＧＢＴ素子（第１半導体素子群）
１２    ダイオード素子（第１半導体素子群）
１３    金属電極（第１金属電極）
１４    金属電極（第２金属電極）
１５    ゲート電極端子
２０    下アーム（下アーム部）
２１    ＩＧＢＴ素子（第２半導体素子群）
２２    ダイオード素子（第２半導体素子群）
２３    金属電極（第３金属電極）
２４    金属電極（第４金属電極）
２５    ゲート電極端子
１００  半導体モジュール（半導体モジュール）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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