(57)【要約】【課題】ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑制しつつ、ＩＧＢＴのスイッチング時に過大な電圧がＭＯＳＦＥＴに印加されるのを抑制できる半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置は、ＩＧＢＴが形成された半導体チップ３２、ＩＧＢＴと並列接続されるＭＯＳＦＥＴが形成された半導体チップ３３、コレクタ電極及びドレイン電極と電気的に接続された第１金属部材３４、エミッタ電極及びソース電極と電気的に接続された第２金属部材３８を備える。並列接続されたＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴの順でターンオンされるとともに、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴの順でターンオフされる。第２金属部材は、半導体チップが搭載される本体部３８０と、本体部に連なる端子部としての継手部３８１，３８２を有する。Ｚ方向からの平面視において、継手部と半導体チップ３２との最短距離が、継手部と半導体チップ３３との最短距離よりも短くなっている。【選択図】図４
2018074089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴ（１５，１５Ｈ，１５Ｌ）が形成されており、板厚方向である第１方向において一面に前記ＩＧＢＴのコレクタ電極（３２ａ）を有し、前記一面と反対の裏面に前記ＩＧＢＴのエミッタ電極（３２ｂ）を有する第１半導体チップ（３２，３２Ｈ，３２Ｌ）と、
前記第１方向に直交する第２方向において前記第１半導体チップと並んで配置され、ＭＯＳＦＥＴ（１６，１６Ｈ，１６Ｌ）が形成されており、前記一面と同じ側の面に前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極（３３ａ）を有し、前記裏面と同じ側の面に前記ＭＯＳＦＥＴのソース電極（３３ｂ）を有する第２半導体チップ（３３，３３Ｈ，３３Ｌ）と、
前記一面側に配置され、前記コレクタ電極及び前記ドレイン電極の両方と電気的に接続された第１金属部材（３４，３４Ｈ，３４Ｌ）と、
前記裏面側に配置され、前記エミッタ電極及び前記ソース電極の両方と電気的に接続された第２金属部材（３８，３８Ｈ，３８Ｌ）と、
を備え、
前記ＩＧＢＴ、前記ＭＯＳＦＥＴの順でターンオンされるとともに、前記ＭＯＳＦＥＴ、前記ＩＧＢＴの順でターンオフされ、
前記第２金属部材は、前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップが搭載される本体部（３８０）と、前記本体部に連なり、当該第２金属部材に電流を流出入させる端子部（３８１，３８２，３８４）と、を有し、
前記第１方向からの平面視において、前記端子部と前記第１半導体チップとの最短距離が、前記端子部と前記第２半導体チップとの最短距離よりも短くなっている半導体装置。
【請求項２】
上下アーム回路を構成する請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップとして、上アーム回路側の前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップと、下アーム回路側の前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップを有するとともに、上アーム回路側の前記第１半導体チップのコレクタ電極形成面と下アーム回路側の前記第１半導体チップのコレクタ電極形成面が、前記第１方向において同じ側となるように配置され、
前記第１金属部材及び前記第２金属部材として、上アーム回路側の前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップを挟むように配置された、上アーム回路側の前記第１金属部材及び前記第２金属部材と、下アーム回路側の前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップを挟むように配置された、下アーム回路側の前記第１金属部材及び前記第２金属部材を有し、
上アーム回路側の前記第２金属部材の前記端子部（３８１）は、当該第２金属部材の前記本体部を下アーム回路側の前記第１金属部材と電気的に接続する第１継手部であり、
前記第１方向からの平面視において、前記第１継手部と上アーム回路側の前記第１半導体チップとの最短距離が、前記第１継手部と上アーム回路側の前記第２半導体チップとの最短距離よりも短くなっており、
下アーム回路側の前記第２金属部材の前記端子部（３８２）は、当該第２金属部材の前記本体部を外部接続用の主端子と電気的に接続する第２継手部であり、
前記第１方向からの平面視において、前記第２継手部と下アーム回路側の前記第１半導体チップとの最短距離が、前記第２継手部と下アーム回路側の前記第２半導体チップとの最短距離よりも短くなっている半導体装置。
【請求項３】
上アーム回路側の前記第２金属部材と下アーム回路側の前記第２金属部材とが、前記第２方向に並んで配置され、
前記第１継手部は、上アーム回路側の前記第２金属部材の前記本体部における下アーム回路側の端部から、下アーム回路側の前記第２金属部材の前記本体部に近づくように延設され、
前記第２継手部は、下アーム回路側の前記第２金属部材の前記本体部における上アーム回路側の端部から、上アーム回路側の前記第２金属部材の前記本体部に近づくように延設され、
前記第１方向からの平面視において、前記第１継手部と前記第２継手部が、前記第１方向及び前記第２方向の両方向に直交する第３方向に並んで配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記端子部（３８４）は、外部接続用の主端子である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２半導体チップの構成材料として、シリコンカーバイドが用いられている請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、ＩＧＢＴと、当該ＩＧＢＴに並列接続されたＭＯＳＦＥＴを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＩＧＢＴと、当該ＩＧＢＴに並列接続されたＭＯＳＦＥＴを備える半導体装置（パワーモジュール）が開示されている。この半導体装置では、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴの順でターンオンされるとともに、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴの順でターンオフされる。これにより、スイッチング時にＭＯＳＦＥＴに流れる電流を抑制し、ひいてはＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８６３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、ＩＧＢＴが形成された第１半導体チップとＭＯＳＦＥＴが形成された第２半導体チップとが、対をなす第１金属部材及び第２金属部材の間に横並びで配置された構成とすることで、半導体装置において並列接続構造を実現することができる。このような半導体装置では、半導体チップの板厚方向において同じ面側に形成されたコレクタ電極及びドレイン電極が第１金属部材と電気的に接続され、エミッタ電極及びソース電極が第２金属部材と電気的に接続される。
【０００５】
しかしながら、第２金属部材に対する第１半導体チップ及び第２半導体チップの配置によっては、ＩＧＢＴのスイッチング時に、オフしているＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に過大な電圧が印加されるという問題が生じる。
【０００６】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑制しつつ、ＩＧＢＴのスイッチング時に過大な電圧がＭＯＳＦＥＴに印加されるのを抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
本開示のひとつである半導体装置は、ＩＧＢＴ（１５，１５Ｈ，１５Ｌ）が形成されており、板厚方向である第１方向において一面にＩＧＢＴのコレクタ電極（３２ａ）を有し、一面と反対の裏面にＩＧＢＴのエミッタ電極（３２ｂ）を有する第１半導体チップ（３２，３２Ｈ，３２Ｌ）と、
第１方向に直交する第２方向において第１半導体チップと並んで配置され、ＭＯＳＦＥＴ（１６，１６Ｈ，１６Ｌ）が形成されており、一面と同じ側の面にＭＯＳＦＥＴのドレイン電極（３３ａ）を有し、裏面と同じ側の面にＭＯＳＦＥＴのソース電極（３３ｂ）を有する第２半導体チップ（３３，３３Ｈ，３３Ｌ）と、
一面側に配置され、コレクタ電極及びドレイン電極の両方と電気的に接続された第１金属部材（３４，３４Ｈ，３４Ｌ）と、
裏面側に配置され、エミッタ電極及びソース電極の両方と電気的に接続された第２金属部材（３８，３８Ｈ，３８Ｌ）と、
を備え、
ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴの順でターンオンされるとともに、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴの順でターンオフされ、
第２金属部材は、第１半導体チップ及び第２半導体チップが搭載される本体部（３８０）と、本体部に連なり、当該第２金属部材に電流を流出入させる端子部（３８１，３８２，３８４）と、を有し、
第１方向からの平面視において、端子部と第１半導体チップとの最短距離が、端子部と第２半導体チップとの最短距離よりも短くなっている。
【０００９】
この半導体装置によれば、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング時にＩＧＢＴがオンしているため、ＭＯＳＦＥＴに過大な電流が流れて温度上昇するのを抑制することができる。
【００１０】
また、ＩＧＢＴの形成された第１半導体チップのほうが、ＭＯＳＦＥＴの形成された第２半導体チップよりも、平面視において端子部の近くに配置されている。これにより、ＩＧＢＴのエミッタ側の寄生インダクタンスを小さくすることができる。したがって、ＩＧＢＴのスイッチング時に生じる誘起電圧を低減し、ひいてはオフしているＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に過大な電圧が印加されるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の半導体装置が適用されるパワーモジュールを示す図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置を示す平面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図２に示す半導体装置に対し、封止樹脂体を省略した図である。
【図６】ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの動作を示すタイミングチャートである。
【図７】参考例の配置において、上アーム回路の等価回路図である。
【図８】第１実施形態において、第２金属部材と半導体チップの位置関係を示す平面図である。
【図９】上アーム回路の等価回路図である。
【図１０】第２実施形態の半導体装置を示す平面図である。
【図１１】図１０のXI-XI線に沿う断面図である。
【図１２】図１０に示す半導体装置に対し、封止樹脂体を省略した図である。
【図１３】半導体モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体チップの厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、並列接続される半導体チップの並び方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断わりのない限り、上記したＸ方向及びＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状、すなわちＺ方向からの平面視における形状を平面形状とする。Ｚ方向（板厚方向）が第１方向、Ｘ方向が第２方向、Ｙ方向が第３方向に相当する。
【００１３】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、半導体装置が適用されるパワーモジュールについて説明する。
【００１４】
図１に示すパワーモジュール１０は、マイコン１１、ドライバ１２、ゲート抵抗１３、及び上下アーム回路１４を備えている。マイコン１１、ドライバ１２、及びゲート抵抗１３は、上下アーム回路１４の駆動装置を構成している。上下アーム回路１４は、たとえばインバータやコンバータなどの電力変換装置を構成する。本実施形態のパワーモジュール１０は、負荷１００であるモータ、たとえば電気自動車やハイブリッド車のモータの駆動装置となっている。上下アーム回路１４は、三相インバータの一相分をなしている。
【００１５】
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、及びＩ／Ｏなどを備えて構成されたマイクロコンピュータである。マイコン１１において、ＣＰＵが、ＲＡＭやレジスタの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラム、バスを介して取得した各種情報などに応じて所定の処理を実行する。また、この処理で得られた信号を、バスに出力したりする。このようにして、マイコン１１は、各種機能を実行する。
【００１６】
マイコン１１は、上下アーム回路１４から負荷１００への出力電流などに基づいてＰＷＭ信号を生成し、ドライバ１２へ出力する。マイコン１１は、ドライバ１２を介して後述するＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６のオンオフを制御する。マイコン１１に代えて、アナログ回路やデジタル回路により構成することもできる。
【００１７】
ドライバ１２は、ＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６を駆動するための回路である。ドライバ１２は、ＰＷＭ信号に基づいて、ＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６それぞれのゲート電極に対し、制御信号を出力する。制御信号は、ゲート抵抗１３を介して、ゲート電圧としてゲート電極に供給される。したがって、マイコン１１及びドライバ１２は、上下アーム回路１４の制御部である。パワーモジュール１０は、ドライバ１２及びゲート抵抗１３として、上アーム回路１４Ｈ用のドライバ１２ａ，１２ｂ及びゲート抵抗１３ａ，１３ｂと、下アーム回路１４Ｌ用のドライバ１２ｃ，１２ｄ及びゲート抵抗１３ｃ，１３ｄを有している。
【００１８】
ドライバ１２ａは、ゲート抵抗１３ａを介してＩＧＢＴ１５Ｈのゲート電極に制御信号を出力する。ドライバ１２ｂは、ゲート抵抗１３ｂを介してＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのゲート電極に制御信号を出力する。ドライバ１２ｃは、ゲート抵抗１３ｃを介してＩＧＢＴ１５Ｌのゲート電極に制御信号を出力する。ドライバ１２ｄは、ゲート抵抗１３ｄを介してＭＯＳＦＥＴ１６Ｌのゲート電極に制御信号を出力する。
【００１９】
上下アーム回路１４は、上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌを有している。上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌは、上アーム回路１４Ｈを高電位側、下アーム回路１４Ｌを低電位側として、互いに直列接続されている。上アーム回路１４Ｈは、直流電源の正極側の電源ラインに接続され、下アーム回路１４Ｌは直流電源の負極側の電源ラインに接続されている。以下、正極側の電源ラインを高電位電源ライン、負極側の電源ラインを低電位電源ラインと示す。上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌは、ＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６をそれぞれ有している。さらに、上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌは、ダイオード１７，１８をそれぞれ有している。
【００２０】
上下アーム回路１４は、ＩＧＢＴ１５として、上アーム回路１４Ｈ側にＩＧＢＴ１５Ｈを有し、下アーム回路１４Ｌ側にＩＧＢＴ１５Ｌを有する。上下アーム回路１４は、ＭＯＳＦＥＴ１６として、上アーム回路１４Ｈ側にＭＯＳＦＥＴ１６Ｈを有し、下アーム回路１４Ｌ側にＭＯＳＦＥＴ１６Ｌを有する。上下アーム回路１４は、ダイオード１７，１８として、上アーム回路１４Ｈ側にダイオード１７Ｈ，１８Ｈを有し、下アーム回路１４Ｌ側にダイオード１７Ｌ，１８Ｌを有する。
【００２１】
上アーム回路１４Ｈにおいて、ＩＧＢＴ１５Ｈ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｈは、互いに並列接続されている。ＩＧＢＴ１５Ｈのコレクタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのドレイン電極が電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１５Ｈのエミッタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのソース電極が電気的に接続されている。本実施形態では、ＩＧＢＴ１５Ｈ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｈとしてｎチャネル型を採用している。コレクタ電極及びドレイン電極が、高電位電源ラインに電気的に接続されており、エミッタ電極及びソース電極が、負荷１００への出力ラインに電気的に接続されている。
【００２２】
ダイオード１７Ｈは、還流のために、ＩＧＢＴ１５Ｈに逆並列に接続されている。ダイオード１７Ｈのアノードがエミッタ電極に接続され、カソードがコレクタ電極に接続されている。同じく、ダイオード１８Ｈは、還流のために、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに逆並列に接続されている。ダイオード１８Ｈのアノードがソース電極に接続され、カソードがドレイン電極に接続されている。
【００２３】
ＩＧＢＴ１５Ｈのエミッタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのソース電極との接続点が、共通の配線を介してグランドに接続されている。ドライバ１２ａ，１２ｂは、上記接続点の電位を基準とした制御信号を生成して、対応するゲート電極に出力する。なお、ドライバ１２ａ及びゲート抵抗１３ａがＩＧＢＴ１５Ｈに対応し、ドライバ１２ｂ及びゲート抵抗１３ｂがＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに対応している。
【００２４】
下アーム回路１４Ｌも、上アーム回路１４Ｈ同様の構成となっている。下アーム回路１４Ｌにおいて、ＩＧＢＴ１５Ｌ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｌは、互いに並列接続されている。ＩＧＢＴ１５Ｌのコレクタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｌのドレイン電極が電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１５Ｌのエミッタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｌのソース電極が電気的に接続されている。本実施形態では、ＩＧＢＴ１５Ｌ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｌとしてｎチャネル型を採用している。コレクタ電極及びドレイン電極が、負荷１００への出力ラインに電気的に接続されており、エミッタ電極及びソース電極が、低電位電源ラインに電気的に接続されている。
【００２５】
ダイオード１７Ｌは、還流のために、ＩＧＢＴ１５Ｌに逆並列に接続されている。ダイオード１７Ｌのアノードがエミッタ電極に接続され、カソードがコレクタ電極に接続されている。同じく、ダイオード１８Ｌは、還流のために、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｌに逆並列に接続されている。ダイオード１８Ｌのアノードがソース電極に接続され、カソードがドレイン電極に接続されている。
【００２６】
ＩＧＢＴ１５Ｌのエミッタ電極とＭＯＳＦＥＴ１６Ｌのソース電極との接続点が、共通の配線を介してグランドに接続されている。ドライバ１２ｃ，１２ｄは、上記接続点の電位を基準とした制御信号を生成して、対応するゲート電極に出力する。なお、ドライバ１２ｃ及びゲート抵抗１３ｃがＩＧＢＴ１５Ｌに対応し、ドライバ１２ｄ及びゲート抵抗１３ｄがＭＯＳＦＥＴ１６Ｌに対応している。
【００２７】
次に、図２〜図６に基づき、半導体装置について説明する。
【００２８】
図２〜図４に示す半導体装置３０は、上記した上下アーム回路１４を構成する。半導体装置３０は、封止樹脂体３１、半導体チップ３２，３３、第１金属部材３４、ターミナル３６、第２金属部材３８、及び信号端子４０，４１を備えている。以下において、符号末尾のＨは、上アーム回路１４Ｈ側の要素であることを示し、末尾のＬは下アーム回路１４Ｌ側の要素であることを示す。要素の一部には、上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌを明確にするために末尾にＨ，Ｌを付与し、別の一部については、上アーム回路１４Ｈと下アーム回路１４Ｌとで共通符号としている。
【００２９】
封止樹脂体３１は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体３１は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体３１は、Ｚ方向に略直交する一面３１ａと、一面３１ａと反対の裏面３１ｂと、一面３１ａと裏面３１ｂとをつなぐ側面と、を有している。一面３１ａ及び裏面３１ｂは、たとえば平坦面となっている。
【００３０】
半導体チップ３２は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）などを構成材料とする半導体基板に、ＩＧＢＴ１５が形成されてなる。本実施形態では、シリコンを構成材料とする半導体基板に、ｎチャネル型のＩＧＢＴ１５と、ＩＧＢＴ１５に逆並列に接続されるダイオード１７が形成されている。すなわち、半導体チップ３２に、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ３２は、平面略矩形状をなしている。
【００３１】
半導体装置３０は、半導体チップ３２として、ＩＧＢＴ１５Ｈ及びダイオード１７Ｈが形成された半導体チップ３２Ｈと、ＩＧＢＴ１５Ｌ及びダイオード１７Ｌが形成された半導体チップ３２Ｌを有している。半導体チップ３２Ｈは上アーム回路１４Ｈを構成し、半導体チップ３２Ｌは下アーム回路１４Ｌを構成している。半導体チップ３２が、第１半導体チップに相当する。半導体チップ３２Ｈが上アーム回路側の第１半導体チップに相当し、半導体チップ３２Ｌが下アーム回路側の第１半導体チップに相当する。
【００３２】
ＩＧＢＴ１５及びダイオード１７は、Ｚ方向に電流が流れるように縦型構造をなしている。半導体チップ３２の板厚方向、すなわちＺ方向において、各半導体チップ３２の一面にはコレクタ電極３２ａが形成され、一面と反対の裏面にはエミッタ電極３２ｂが形成されている。コレクタ電極３２ａはダイオード１７のカソード電極も兼ねており、エミッタ電極３２ｂはダイオード１７のアノード電極も兼ねている。
【００３３】
半導体チップ３３は、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライドなどを構成材料とする半導体基板に、ＭＯＳＦＥＴ１６が形成されてなる。本実施形態では、シリコンカーバイドを構成材料とする半導体基板に、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１６と、ＭＯＳＦＥＴ１６に逆並列に接続されるダイオード１８が形成されている。半導体チップ３３は、平面略矩形状をなしている。
【００３４】
半導体装置３０は、半導体チップ３３として、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈ及びダイオード１８Ｈが形成された半導体チップ３３Ｈと、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｌ及びダイオード１８Ｌが形成された半導体チップ３３Ｌを有している。半導体チップ３３Ｈは上アーム回路１４Ｈを構成し、半導体チップ３３Ｌは下アーム回路１４Ｌを構成している。半導体チップ３３が、第２半導体チップに相当する。半導体チップ３３Ｈが上アーム回路側の第２半導体チップに相当し、半導体チップ３３Ｌが下アーム回路側の第２半導体チップに相当する。
【００３５】
ＭＯＳＦＥＴ１６及びダイオード１８は、Ｚ方向に電流が流れるように縦型構造をなしている。半導体チップ３３の板厚方向、すなわちＺ方向において、各半導体チップ３３の一面にはドレイン電極３３ａが形成され、一面と反対の裏面にはソース電極３３ｂが形成されている。ドレイン電極３３ａはダイオード１８のカソード電極も兼ねており、ソース電極３３ｂはダイオード１８のアノード電極も兼ねている。
【００３６】
半導体チップ３２，３３は、Ｘ方向に並んで配置されている。詳しくは、上アーム回路１４Ｈ側の半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈは、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向に並んで配置されている。また、下アーム回路１４Ｌ側の半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌも、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向に並んで配置されている。Ｚ方向において、コレクタ電極３２ａ及びドレイン電極３３ａが同じ面側に形成され、エミッタ電極３２ｂ及びソース電極３３ｂが同じ面側に形成されている。また、半導体チップ３３Ｌ，３２Ｈ，３２Ｈ，３３Ｌの順に、Ｘ方向に沿って一列で配置されている。すなわち、半導体チップ３２の一面と半導体チップ３３の一面は互いに同じ側の面であり、半導体チップ３２の裏面と半導体チップ３３の裏面は互いに同じ側の面である。
【００３７】
半導体チップ３２の裏面、すなわちエミッタ電極形成面には、信号用の電極であるパッド３２ｃが形成されている。パッド３２ｃは、エミッタ電極３２ｂとは別の位置に形成されている。パッド３２ｃは、エミッタ電極３２ｂと電気的に分離されている。パッド３２ｃは、Ｙ方向において、エミッタ電極３２ｂの形成領域とは反対側の端部に形成されている。
【００３８】
本実施形態では、各半導体チップ３２が、５つのパッド３２ｃを有している。具体的には、５つのパッド３２ｃとして、ゲート電極用、エミッタ電極３２ｂの電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、半導体チップ３２の温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用、同じくカソード電位用を有している。５つのパッド３２ｃは、平面略矩形状の半導体チップ３２において、Ｙ方向の一端側にまとめて形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。
【００３９】
同じく、半導体チップ３３の裏面、すなわちソース電極形成面にもパッド３３ｃが形成されている。パッド３３ｃは、ソース電極３３ｂとは別の位置に形成されている。パッド３３ｃは、ソース電極３３ｂと電気的に分離されている。パッド３３ｃは、Ｙ方向において、ソース電極３３ｂの形成領域とは反対側の端部に形成されている。
【００４０】
本実施形態では、各半導体チップ３３が、５つのパッド３３ｃを有している。具体的には、５つのパッド３３ｃとして、ゲート電極用、ソース電極３３ｂの電位を検出するケルビンソース用、電流センス用、半導体チップ３３の温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用、同じくカソード電位用を有している。５つのパッド３３ｃは、平面略矩形状の半導体チップ３３において、Ｙ方向の一端側にまとめて形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。
【００４１】
第１金属部材３４は、半導体チップ３２，３３の一面側に配置され、半導体チップ３２のコレクタ電極３２ａ及び半導体チップ３３のドレイン電極３３ａのそれぞれと、はんだ３５を介して接続されている。第１金属部材３４は、配線としての機能を果たす。第１金属部材３４は、半導体チップ３２，３３の熱を半導体装置３０の外部に放熱する機能も果たす。このため、第１金属部材３４は、ヒートシンク、放熱部材とも称される。第１金属部材３４は、電気伝導性及び熱伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。
【００４２】
詳しくは、第１金属部材３４が、本体部３４０を有している。本体部３４０には、半導体チップ３２，３３が搭載されている。本体部３４０は、基部とも称される。本体部３４０は、Ｚ方向からの平面視において、対応する半導体チップ３２，３３を内包するように設けられている。
【００４３】
本体部３４０の大部分は封止樹脂体３１によって覆われている。本体部３４０の表面のうち、半導体チップ３２，３３とは反対の放熱面３４０ａが、封止樹脂体３１から露出されている。放熱面３４０ａは、一面３１ａと略面一となっている。本体部３４０の表面のうち、はんだ３５との接続部及び放熱面３４０ａを除く部分は、封止樹脂体３１によって覆われている。
【００４４】
本実施形態では、半導体装置３０が、第１金属部材３４として、上アーム回路１４Ｈ側の第１金属部材３４Ｈ、及び、下アーム回路１４Ｌ側の第１金属部材３４Ｌを有している。第１金属部材３４Ｈの本体部３４０における放熱面３４０ａと反対の面には、半導体チップ３２Ｈのコレクタ電極３２ａ及び半導体チップ３３Ｈのドレイン電極３３ａが、はんだ３５を介してそれぞれ接続されている。また、第１金属部材３４Ｌの本体部３４０における放熱面３４０ａと反対の面には、半導体チップ３２Ｌのコレクタ電極３２ａ及び半導体チップ３３Ｌのドレイン電極３３ａが、はんだ３５を介してそれぞれ接続されている。第１金属部材３４Ｈ，３４Ｌの本体部３４０は、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。第１金属部材３４Ｈ，３４Ｌの放熱面３４０ａは、封止樹脂体３１の一面３１ａから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。
【００４５】
ターミナル３６は、半導体チップ３２，３３と第２金属部材３８（本体部３８０）との間にそれぞれ介在している。ターミナル３６は、半導体チップ３２，３３と第２金属部材３８との電気伝導経路、熱伝導経路の途中に位置するため、電気伝導性及び熱伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。半導体チップ３２（３２Ｈ，３２Ｌ）に対応するターミナル３６は、エミッタ電極３２ｂに対向配置され、はんだ３７を介してエミッタ電極３２ｂと電気的に接続されている。半導体チップ３３（３３Ｈ，３３Ｌ）に対応するターミナル３６は、ソース電極３３ｂに対向配置され、はんだ３７を介してソース電極３３ｂと電気的に接続されている。
【００４６】
第２金属部材３８は、半導体チップ３２，３３の裏面側に配置され、はんだ３９、ターミナル３６、及びはんだ３７を介して、半導体チップ３２のエミッタ電極３２ｂ及び半導体チップ３３のドレイン電極３３ａのそれぞれと電気的に接続されている。第２金属部材３８も、第１金属部材３４同様、配線としての機能と、対応する半導体チップ３２，３３の熱を半導体装置３０の外部に放熱する機能を果たす。第２金属部材３８も、ヒートシンク、放熱部材とも称される。第２金属部材３８は、電気伝導性及び熱伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。
【００４７】
詳しくは、第２金属部材３８も、本体部３８０を有している。本体部３８０には、半導体チップ３２，３３が搭載されている。本体部３８０は、基部とも称される。本体部３８０は、Ｚ方向からの平面視において、対応する半導体チップ３２，３３を内包するように設けられている。
【００４８】
本体部３８０の大部分は封止樹脂体３１によって覆われている。本体部３８０の表面のうち、半導体チップ３２，３３とは反対の放熱面３８０ａが、封止樹脂体３１から露出されている。放熱面３８０ａは、裏面３１ｂと略面一となっている。本体部３８０の表面のうち、はんだ３９との接続部及び放熱面３８０ａを除く部分は、封止樹脂体３１によって覆われている。
【００４９】
本実施形態では、半導体装置３０が、第２金属部材３８として、上アーム回路１４Ｈ側の第２金属部材３８Ｈ、及び、下アーム回路１４Ｌ側の第２金属部材３８Ｌを有している。第２金属部材３８Ｈの本体部３８０における放熱面３８０ａと反対の面には、半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈに対応するターミナル３６が、はんだ３９を介してそれぞれ接続されている。また、第２金属部材３８Ｌの本体部３８０における放熱面３８０ａと反対の面には、半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌに対応するターミナル３６が、はんだ３９を介してそれぞれ接続されている。第２金属部材３８Ｈ，３８Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。第２金属部材３８Ｈ，３８Ｌの放熱面３８０ａは、封止樹脂体３１の裏面３１ｂから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。
【００５０】
このように、第１金属部材３４Ｈの本体部３４０と第２金属部材３８Ｈの本体部３８０との間に、半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈが配置されている。また、第１金属部材３４Ｌの本体部３４０と第２金属部材３８Ｌの本体部３８０との間に、半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌが配置されている。
【００５１】
信号端子４０は、対応する半導体チップ３２のパッド３２ｃに、ボンディングワイヤ４２を介して接続されている。信号端子４１は、対応する半導体チップ３３のパッド３３ｃに、ボンディングワイヤ４２を介して接続されている。本実施形態では、アルミニウム系のボンディングワイヤ４２を採用している。信号端子４０，４１は、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体３１の側面３１ｃから外部に突出している。
【００５２】
半導体装置３０は、信号端子４０として、上アーム回路１４Ｈ側の信号端子４０Ｈ、及び、下アーム回路１４Ｌ側の信号端子４０Ｌを有している。信号端子４０Ｈは半導体チップ３２Ｈのパッドと接続され、信号端子４０Ｌは半導体チップ３２Ｌのパッドと接続されている。半導体装置３０は、信号端子４１として、上アーム回路１４Ｈ側の信号端子４１Ｈ、及び、下アーム回路１４Ｌ側の信号端子４１Ｌを有している。信号端子４１Ｈは半導体チップ３３Ｈのパッドと接続され、信号端子４１Ｌは半導体チップ３３Ｌのパッドと接続されている。
【００５３】
次に、第１金属部材３４及び第２金属部材３８の本体部３４０，３８０に連なる部分について説明する。連なる部分は、対応する本体部３４０，３８０を外部と電気的に接続するための部分である。第１金属部材３４Ｈは、図４に示すように、主端子３４１をさらに有している。第１金属部材３４Ｌは、主端子３４２及び継手部３４３をさらに有している。第２金属部材３８Ｈは、継手部３８１をさらに有している。第２金属部材３８Ｌは、継手部３８２をさらに有している。継手部３８１，３８２が、第２金属部材３８（本体部３８０）に電流を流出入させる端子部に相当する。端子部は電流経路の一部をなす。端子部は、電力を入出力するための入出力端子である。継手部３８１が第１継手部に相当し、継手部３８２が第２継手部に相当する。
【００５４】
主端子３４１は、第１金属部材３４Ｈの本体部３４０に連なっている。主端子３４１は、半導体装置３０を高電位電源ラインに接続するための外部接続端子である。主端子３４１は、高電位電源端子、Ｐ端子とも称される。主端子３４１は、第１金属部材３４Ｈの本体部３４０からＹ方向に延設されている。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子３４１と本体部３４０が一体的に設けられている。主端子３４１は、本体部３４０におけるＹ方向の一端に連なっている。詳しくは、信号端子４０，４１の配置側と反対の端部に連なっている。主端子３４１を、対応する本体部３４０とは別部材とし、本体部３４０に接続することで本体部３４０に連なる構成を採用することもできる。主端子３４１は、信号端子４０，４１が突出する側面３１ｃと反対の側面３１ｄから外部に突出している。
【００５５】
主端子３４２は、第１金属部材３４Ｌの本体部３４０に連なっている。主端子３４２は、半導体装置３０を負荷１００への出力ラインに接続するための外部接続端子である。主端子３４２は、出力端子、Ｏ端子とも称される。主端子３４２は、第１金属部材３４Ｌの本体部３４０からＹ方向であって主端子３４１と同じ側に延設されている。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子３４２と本体部３４０が一体的に設けられている。主端子３４２は、本体部３４０におけるＹ方向の一端に連なっている。主端子３４２についても、対応する本体部３４０とは別部材とし、本体部３４０に接続することで本体部３４０に連なる構成としてもよい。主端子３４２は、主端子３４１と同じ側面３１ｄから外部に突出している。
【００５６】
継手部３４３は、主端子３４２と同じ本体部３４０、すなわち第１金属部材３４Ｌの本体部３４０に連なっている。継手部３４３は、同一の金属板を加工することで、本体部３４０と一体的に設けられている。継手部３４３は、封止樹脂体３１に被覆されるように、本体部３４０よりも薄く設けられている。継手部３４３は、本体部３４０における半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌ側の面に略面一で連なっている。継手部３４３は、本体部３４０の側面３４０ｂから、第２金属部材３８Ｈに向けて延設されている。継手部３４３は、Ｚ方向からの平面視において、Ｘ方向に延設されている。本実施形態では、図３に示すように、継手部３４３が屈曲部を２箇所有している。
【００５７】
継手部３８１は、第２金属部材３８Ｈの本体部３８０に連なっている。継手部３８１は、同一の金属板を加工することで、本体部３８０と一体的に設けられている。継手部３８１は、封止樹脂体３１に被覆されるように、本体部３８０よりも薄く設けられている。継手部３８１は、本体部３８０における半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈ側の面に略面一で連なっている。継手部３８１は、薄板状をなしており、本体部３８０の側面３８０ｂから、Ｘ方向に延設されている。
【００５８】
継手部３４３，３８１の先端部分は、Ｚ方向からの投影視において互いに重なっている。そして、継手部３４３，３８１が、はんだ４３を介して接続されている。これら継手部３４３，３８１により、上アーム回路１４Ｈと下アーム回路１４Ｌが電気的に接続されている。継手部３４３，３８１は、半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈの裏面側に配置された第２金属部材３８Ｈの本体部３８０と、半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌの一面側に配置された第１金属部材３４Ｌの本体部３４０を電気的に中継している。
【００５９】
継手部３８２は、第２金属部材３８Ｌの本体部３８０に連なっている。継手部３８２は、本体部３８０と後述する主端子３８３とを電気的に中継する。継手部３８２は、同一の金属板を加工することで、本体部３８０と一体的に設けられている。継手部３８２は、封止樹脂体３１に被覆されるように、本体部３８０よりも薄く設けられている。継手部３８２は、本体部３８０における半導体チップ３２Ｌ，３３Ｌ側の面に略面一で連なっている。継手部３８２は、薄板状をなしており、図４示すように、本体部３８０の側面３８０ｃから、Ｘ方向に延設されている。また、図５及び図６に示すように、Ｙ方向において、継手部３８１と横並びとなるように設けられている。
【００６０】
なお、本実施形態では、第２金属部材３８Ｈ，３８Ｌが共通形状、すなわち部品共通となっている。本体部３８０と端子部である継手部３８１，３８２との位置関係も同じとなっている。
【００６１】
半導体装置３０は、主端子３８３をさらに備えている。主端子３８３は、半導体装置３０を低電位電源ラインに接続するための外部接続端子である。主端子３８３は、低電位電源端子、Ｎ端子とも称される。主端子３８３は、その一部が、Ｚ方向からの投影視において継手部３８２と重なるように配置されている。主端子３８３は、図４に示すように、継手部３８２に対して一面３１ａ側に配置されている。主端子３８３と継手部３８２が、はんだ４４を介して接続されている。
【００６２】
主端子３８３は、Ｙ方向に延設されて、主端子３４１，３４２と同じ側面３１ｄから外部に突出している。主端子３４１，３４２，３８３における封止樹脂体３１からの突出部分は、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Ｘ方向において、主端子３４１（Ｐ端子）、主端子３８３（Ｎ端子）、主端子３４２（Ｏ端子）の順に並んで配置されている。すなわち、高電位電源ラインに接続される主端子３４１の隣りに、低電位電源ラインに接続される主端子３８３が配置されている。
【００６３】
以上のように構成される半導体装置３０では、封止樹脂体３１により、半導体チップ３２，３３、第１金属部材３４それぞれの一部、ターミナル３６、第２金属部材３８それぞれの一部、信号端子４０，４１それぞれの一部、及び主端子３８３の一部が、一体的に封止されている。半導体装置３０では、封止樹脂体３１によって、一相分の上下アーム回路１４を構成する半導体チップ３２，３３が封止されている。このため、半導体装置３０は、２ｉｎ１パッケージとも称される。
【００６４】
また、第１金属部材３４及び第２金属部材３８は、封止樹脂体３１とともに切削加工されている。よって、一面３１ａ及び放熱面３４０ａは、切削面となっている。第１金属部材３４Ｈ，３４Ｌの本体部３４０の放熱面３４０ａは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体３１の一面３１ａと略面一となっている。同じく、裏面３１ｂ及び放熱面３８０ａは、切削面となっている。第２金属部材３８Ｈ，３８Ｌの本体部３８０の放熱面３８０ａは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体３１の裏面３１ｂと略面一となっている。このように、半導体装置３０は、放熱面３４０ａ，３８０ａがともに封止樹脂体３１から露出された両面放熱構造をなしている。
【００６５】
次に、図６〜図９に基づき、上記したパワーモジュール１０及び半導体装置３０の効果について説明する。以下においては、上下アーム回路１４のうち、上アーム回路１４Ｈ側を例に説明する。
【００６６】
先ず、図６に基づき、上アーム回路１４Ｈを構成するＩＧＢＴ１５Ｈ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの動作について説明する。図６では、上から、ＩＧＢＴ１５Ｈに印加されるゲート電圧、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに印加されるゲート電圧、ＩＧＢＴ１５ＨとＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに流れる電流の総和、ＩＧＢＴ１５Ｈに流れる電流、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに流れる電流の順に示している。
【００６７】
本実施形態では、マイコン１１及びドライバ１２ａ，１２ｂを備える駆動装置が、ＩＧＢＴ１５Ｈ、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの順にターンオンし、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈ、ＩＧＢＴ１５Ｈの順にターンオフするように、ＩＧＢＴ１５Ｈ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの駆動を制御する。これにより、時刻ｔ１でＩＧＢＴ１５Ｈがターンオンし、ＩＧＢＴ１５Ｈがターンオンしてから所定時間が経過した時刻ｔ２で、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈがターンオンする。時刻ｔ２では、ほとんどの電流が、小電流域でオン抵抗のより低いＭＯＳＦＥＴ１６Ｈに流れる。これにより、インバータを低損失化することができる。また、過大な電流が流れた場合は、大電流域でオン抵抗のより大きいＩＧＢＴ１５Ｈに電流が流れることで、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの温度上昇を抑制することができる。
【００６８】
また、時刻ｔ３でＭＯＳＦＥＴ１６Ｈがターンオフし、次いで時刻ｔ４でＩＧＢＴ１５Ｈがターンオフする。このようにＭＯＳＦＥＴ１６Ｈが先にターンオフするため、ターンオフ後は全電流がＩＧＢＴ１５Ｈに流れ、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈには流れない。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの温度上昇を抑制することができる。なお、下アーム回路１４Ｌを構成するＩＧＢＴ１５Ｌ及びＭＯＳＦＥＴ１６Ｌについても、同様に制御されるため、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｌの温度上昇を抑制することができる。
【００６９】
図７に示す参考例では、本実施形態と関連する要素の符号に２００を加算して付与している。符号２１９Ｈは、ＩＧＢＴ２１５Ｈのエミッタ電極と上記した共通配線とを接続する配線の抵抗を示している。符号２２０Ｈは、ＭＯＳＦＥＴ２１６Ｈのソース電極と上記した共通配線とを接続する配線の抵抗を示している。抵抗２１９Ｈ，２２０Ｈの接続点が、共通配線を介してグランドに接続されている。
【００７０】
参考例では、Ｚ方向からの平面視において、ＩＧＢＴ２１５Ｈが形成された半導体チップと第２金属部材の継手部（端子部）との最短距離が、ＭＯＳＦＥＴ２１６Ｈが形成された半導体チップと上記継手部との最短距離よりも長くなるように、第２金属部材に対して２つの半導体チップが配置されている。
【００７１】
この配置により、ＭＯＳＦＥＴ２１６Ｈのソース側の寄生インダクタンスが、ＩＧＢＴ２１５Ｈのエミッタ側の寄生インダクタンスよりも十分に小さいため、図７では、便宜上、ソース側の寄生インダクタンスを省略し、エミッタ側の寄生インダクタンスＬｓを示している。ＩＧＢＴ２１５Ｈのターンオフ時には、寄生インダクタンスＬｓの影響により、誘起電圧Ｖ＝Ｌｓ×（ｄＩ／ｄｔ）が生じる。すなわち、エミッタ電極とソース電極との間に電圧Ｖが生じる。ｄＩ／ｄｔは、ＩＧＢＴ２１５Ｈのターンオフにともなう電流の時間変化率である。
【００７２】
ここで、抵抗２１９Ｈ，２２０Ｈの抵抗値が互いに等しいとする。誘起電圧Ｖにより、ソース電極の電位が−Ｖ／２となり、ＭＯＳＦＥＴ２１６Ｈのゲート−ソース間に−Ｖ／２の電圧が発生する。誘起電圧Ｖは数十ボルトに達するため、ゲート耐圧（たとえば２０Ｖ）に対して過大な電圧が印加されることとなる。
【００７３】
これに対し、本実施形態では、図８に示すように、Ｚ方向からの平面視において、ＩＧＢＴ１５Ｈの形成された半導体チップ３２Ｈと端子部である継手部３８１との最短距離Ｌ１が、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの形成された半導体チップ３３Ｈと継手部３８１との最短距離Ｌ２よりも短くなっている。詳しくは、上記したように、第２金属部材３８Ｈの本体部３８０は、Ｘ方向を長手方向とする平面略矩形状をなしている。継手部３８１は、Ｘ方向において本体部３８０における第２金属部材３８Ｌ側の端部に連なっている。そして、半導体チップ３２Ｈ，３３Ｈは、半導体チップ３２Ｈが継手部３８１側となるように、Ｘ方向に並んで配置されている。
【００７４】
図９は、寄生インダクタンスＬｓを考慮した上アーム回路１４Ｈ側の等価回路を示している。符号１９Ｈは、ＩＧＢＴ１５Ｈのエミッタ電極と上記した共通配線とを接続する配線の抵抗を示している。符号２０Ｈは、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのソース電極と上記した共通配線とを接続する配線の抵抗を示している。抵抗１９Ｈ，２０Ｈの接続点が、共通配線を介してグランドに接続されている。ドライバ１２ａ，１２ｂは、抵抗１９Ｈ，２０Ｈの接続点の電位を基準とした制御信号を生成して、対応するゲート電極に出力する。
【００７５】
上記配置により、本実施形態では、ＩＧＢＴ１５Ｈのエミッタ側の寄生インダクタンスが、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈのソース側の寄生インダクタンスよりも十分に小さいため、図９では、便宜上、エミッタ側の寄生インダクタンスを省略し、ソース側の寄生インダクタンスＬｓを示している。エミッタ側の寄生インダクタンスは小さいため、ＩＧＢＴ１５Ｈのターンオフ時に生じる誘起電圧Ｖも非常に小さい。理想的には、ほぼ０Ｖとみなすことができる。このため、ＭＯＳＦＥＴ２１６Ｈのゲート−ソース間に電圧が発生しないか、発生したとしてもゲート耐圧に対して十分に小さい値となる。
【００７６】
なお、ＩＧＢＴ１５Ｈのターンオフ時の効果について説明したが、ＩＧＢＴ１５Ｈのターンオン時においてもＭＯＳＦＥＴ１６Ｈがターンオフしているため、上記配置により同様な効果を奏することができる。また、下アーム回路１４Ｌにおいても、Ｚ方向からの平面視において、ＩＧＢＴ１５Ｌの形成された半導体チップ３２Ｌと端子部である継手部３８２との最短距離が、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｌの形成された半導体チップ３３Ｌと継手部３８２との最短距離よりも短くなっている。したがって、下アーム回路１４Ｌについても同様な効果を奏することができる。
【００７７】
このように、本実施形態の半導体装置３０、ひいてはパワーモジュール１０によれば、並列接続されたＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６において、ＭＯＳＦＥＴ１６のスイッチング時にＩＧＢＴ１５がオンしているため、ＭＯＳＦＥＴ１６に過大な電流が流れて温度上昇することを抑制することができる。
【００７８】
また、ＩＧＢＴ１６の形成された半導体チップ３２のほうが、ＭＯＳＦＥＴ１６の形成された半導体チップ３３よりも、Ｚ方向からの平面視において端子部である継手部３８１，３８２の近くに配置されている。これにより、ＩＧＢＴ１５のエミッタ側の寄生インダクタンスを小さくすることができる。したがって、ＩＧＢＴ１５のスイッチング時（過渡状態）に生じる誘起電圧を低減し、ひいてはオフしているＭＯＳＦＥＴ１６のゲート−ソース間に過大な電圧が印加されるのを抑制することができる。
【００７９】
特に本実施形態では、上アーム回路１４Ｈにおいて、ＩＧＢＴ１５Ｈの形成された半導体チップ３２Ｈと端子部である継手部３８１との最短距離Ｌ１が、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの形成された半導体チップ３３Ｈと継手部３８１との最短距離Ｌ２よりも短くなっている。また、下アーム回路１４Ｌにおいて、ＩＧＢＴ１５Ｌの形成された半導体チップ３２Ｌと端子部である継手部３８２との最短距離が、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｌの形成された半導体チップ３３Ｌと継手部３８２との最短距離よりも短くなっている。このように、２ｉｎ１パッケージ構造の半導体装置において、上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌのいずれについても、ＭＯＳＦＥＴ１６の温度上昇を抑制しつつ、ＩＧＢＴ１５のスイッチング時にＭＯＳＦＥＴ１６のゲート−ソース間に過大な電圧が印加されるのを抑制することができる。
【００８０】
さらに、本実施形態では、第２金属部材３８Ｈの継手部３８１と第２金属部材３８Ｌの継手部３８２が、Ｙ方向に並んで配置されている。これにより、半導体装置３０の体格の増大を抑制することができる。また、継手部３８２が、第２金属部材３８Ｈ，３８Ｌの本体部３８０間に位置しており、Ｘ方向において、主端子３４１（Ｐ端子）の隣りに主端子３８３（Ｎ端子）が配置されている。主端子３４１，３８３の並設配置により、磁束を打ち消しあう効果を高め、主端子３４１，３８３の寄生インダクタンスを低減することができる。
【００８１】
（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示したパワーモジュール１０及び半導体装置３０と共通する部分についての説明は省略する。
【００８２】
本実施形態の半導体装置３０は、図１０〜図１２に示すように、１ｉｎ１パッケージ構造をなしている。すなわち、上アーム回路１４Ｈ及び下アーム回路１４Ｌの一方を構成する。
【００８３】
半導体装置３０は、図１０及び図１１に示すように、封止樹脂体３１、ＩＧＢＴ１５が形成された半導体チップ３２、ＭＯＳＦＥＴ１６が形成された半導体チップ３３、第１金属部材３４、ターミナル３６、及び第２金属部材３８を備えている。第１金属部材３４は、ＩＧＢＴ１５のコレクタ電極３２ａ及びＭＯＳＦＥＴ１６のドレイン電極３３ａが、それぞれはんだ３５を介して接続された本体部３４０と、本体部３４０に連なる主端子３４４を有している。第２金属部材３８は、本体部３８０と、当該第２金属部材３８に電流を流出入させる端子部としての主端子３８４を有している。本体部３８０には、ＩＧＢＴ１５のエミッタ電極３２ｂ及びＭＯＳＦＥＴ１６のソース電極３３ｂ、はんだ３７、ターミナル３６、及びはんだ３９を介して、それぞれ接続されている。このように、主端子３４４，３８４の間で、ＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６が並列接続されている。
【００８４】
そして、図１２に示すように、ＩＧＢＴ１５の形成された半導体チップ３２と端子部である主端子３８４との最短距離Ｌ３が、ＭＯＳＦＥＴ１６の形成された半導体チップ３３と主端子３８４との最短距離Ｌ４よりも短くなっている。
【００８５】
図１３は、上下アーム回路１４を構成する２つの半導体装置３０の接続構造の一例を示している。図１３に示す半導体モジュール５０は、２つの半導体装置３０と、半導体装置３０を両面側から冷却するように、半導体装置３０と交互に積層された複数の冷却器５１を備えている。半導体装置３０は、Ｚ方向において冷却器５１によって挟まれている。
【００８６】
冷却器５１は、内部に冷媒が流通され、各半導体装置３０の両面側にそれぞれ配置されて、半導体装置３０を両面側から冷却する。冷却器５１は、冷媒が流れる通路を内部に有するように、管状（チューブ状）に形成されている。また、Ｚ方向において、半導体装置３０と冷却器５１とが交互に積層されるように、隣り合う冷却器５１の間に所定間隔を有して配置されている。
【００８７】
冷却器５１は、Ｘ方向の一端側で、上流側連結部５２により、隣り合う冷却器５１同士が連結されている。上流側連結部５２は、供給された冷媒を、各冷却器５１に分配する機能を果たす。一方、Ｘ方向の他端側で、下流側連結部５３により、隣り合う冷却器５１同士が連結されている。この下流側連結部５３は、各冷却器５１に分配された冷媒を合流させる機能を果たす。
【００８８】
２つの半導体装置３０は、主端子３４４，３８４が、Ｙ方向において同じ側に引き出されるように配置されている。また、一方の半導体装置３０（以下、第１の半導体装置３０と示す）の主端子３８４と、他方の半導体装置３０（以下、第２の半導体装置３０と示す）の主端子３４４が、Ｚ方向からの投影視において重なるように配置されている。そして、第１の半導体装置３０の主端子３８４と、第２の半導体装置３０の主端子３４４が、バスバー５４を介して電気的に接続されている。なお、第１の半導体装置３０の主端子３４４は、図示しないバスバーを介して高電位電源ラインに接続される。第２の半導体装置３０の主端子３８４は、図示しないバスバーを介して低電位電源ラインに接続される。
【００８９】
本実施形態でも、並列接続されたＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６において、ＩＧＢＴ１５、ＭＯＳＦＥＴ１６の順にターンオンし、ＭＯＳＦＥＴ１６、ＩＧＢＴ１５の順にターンオフする。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１６に過大な電流が流れて温度上昇することを抑制することができる。
【００９０】
また、ＩＧＢＴ１６の形成された半導体チップ３２のほうが、ＭＯＳＦＥＴ１６の形成された半導体チップ３３よりも、Ｚ方向からの平面視において端子部である主端子３８４の近くに配置されている。これにより、ＩＧＢＴ１５のエミッタ側の寄生インダクタンスを小さくすることができる。したがって、ＩＧＢＴ１５のスイッチング時（過渡状態）に生じる誘起電圧を低減し、ひいてはオフしているＭＯＳＦＥＴ１６のゲート−ソース間に過大な電圧が印加されるのを抑制することができる。
【００９１】
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【００９２】
ＩＧＢＴ１５とダイオード１７が同じ半導体チップ３２に形成される例を示したが、これに限定されない。別チップとしてもよい。また、ＭＯＳＦＥＴ１６とダイオード１８が同じ半導体チップ３３に形成される例を示したが、これに限定されない。別チップとしてもよい。
【００９３】
半導体装置３０がターミナル３６を有する例を示したが、ターミナル３６を有さない構成としてもよい。その際、第２金属部材３８に、エミッタ電極３２ｂ及びソース電極３３ｂに向けて突出する凸部を設けてもよい。
【００９４】
放熱面３４０ａ，３８０ａが、封止樹脂体３１から露出される例を示した。しかしながら、放熱面３４０ａ，３８０ａが、封止樹脂体３１から露出されない構成にも適用できる。封止樹脂体３１の一面３１ａ、裏面３１ｂ、及び放熱面３４０ａ，３８０ａが切削面とされる例を示したが、これに限定されない。たとえばキャビティを構成する金型の壁面に放熱面３４０ａ，３８０ａが接触するようにして、封止樹脂体３１を成形してもよい。
【００９５】
上アーム回路１４Ｈ側と下アーム回路１４Ｌ側とで、半導体チップ３２，３３の一面及び裏面の位置関係、すなわちコレクタ電極３２ａ及びドレイン電極３３ａとエミッタ電極３２ｂ及びソース電極３３ｂの位置関係が同じとなるように、すべての半導体チップ３２，３３が配置される例を示した。上アーム回路１４Ｈ側と下アーム回路１４Ｌ側とで、半導体チップ３２，３３の一面及び裏面の位置関係が逆向きとされた構成にも適用することができる。この場合、第２金属部材３８Ｈと第１金属部材３４Ｌが、１枚の金属部材として構成される。１枚の金属部材における本体部３４０，３８０の間の部分が、第２金属部材３８に電流を流出入させる端子部としての継手部となる。この構成において、ＩＧＢＴ１５Ｈの形成された半導体チップ３２Ｈと継手部との最短距離が、ＭＯＳＦＥＴ１６Ｈの形成された半導体チップ３３Ｈと継手部との最短距離よりも短くなるような配置とすればよい。
【００９６】
制御部であるマイコン１１を他の装置（たとえばＥＣＵ）に持たせてもよい。すなわち、パワーモジュール１０が、制御部として、マイコン１１を備えず、ドライバ１２のみを備える構成としてもよい。
【００９７】
並列接続されるＩＧＢＴ１５及びＭＯＳＦＥＴ１６について、ドライバ１２を個別に設ける例を示した。しかしながら、ドライバ１２、すなわち制御信号を共通とすることもできる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１６の閾値電圧をＩＧＢＴ１５の閾値電圧よりも大きくすると、ＩＧＢＴ１５、ＭＯＳＦＥＴ１６の順でターンオンし、ＭＯＳＦＥＴ１６、ＩＧＢＴ１５の順でターンオフすることとなる。
【符号の説明】
【００９８】
１０…パワーモジュール、１１…マイコン、１２，１２ａ〜１２ｄ…ドライバ、１３，１３ａ〜１３ｂ…ゲート抵抗、１４…上下アーム回路、１４Ｈ…上アーム回路、１４Ｌ…下アーム回路、１５，１５Ｈ，１５Ｌ…ＩＧＢＴ、１６，１６Ｈ，１６Ｌ…ＭＯＳＦＥＴ、１７，１７Ｈ，１７Ｌ，１８，１８Ｈ，１８Ｌ…ダイオード、１９Ｈ，１９Ｌ，２０Ｈ，２０Ｌ…抵抗、３０…半導体装置、３１…封止樹脂体、３１ａ…一面、３１ｂ…裏面、３１ｃ，３１ｄ…側面、３２，３２Ｈ，３２Ｌ…半導体チップ、３２ａ…コレクタ電極、３２ｂ…エミッタ電極、３２ｃ…パッド、３３，３３Ｈ，３３Ｌ…半導体チップ、３３ａ…ドレイン電極、３３ｂ…ソース電極、３３ｃ…パッド、３４，３４Ｈ，３４Ｌ…第１金属部材、３４０…本体部、３４０ａ…放熱面、３４０ｂ…側面、３４１，３４２，３４４…主端子、３４３…継手部、３５，３７，３９，４３，４４…はんだ、３６…ターミナル、３８，３８Ｈ，３８Ｌ…第２金属部材、３８０…本体部、３８０ａ…放熱面、３８０ｂ…側面、３８１，３８２…継手部、３８３，３８４…主端子、４０，４０Ｈ，４０Ｌ，４１，４１Ｈ，４１Ｌ…信号端子、４２…ボンディングワイヤ、５０…半導体モジュール、５１…冷却器、５２…上流側連結部、５３…下流側連結部、５４…バスバー、１００…負荷
【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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