(57)【要約】【課題】本発明は、金属パターンと主電極の接続部の劣化を抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】本願の発明に係る半導体装置は、平面視で四角形に形成されたベース板と、該ベース板の第１辺側に形成された第１単位構造と、該ベース板の該第１辺に対向する第２辺側に形成された第２単位構造と、上端部が外部に露出した高電位側主電極及び低電位側主電極と、を備え、該第１単位構造及び該第２単位構造は、該ベース板に固定された絶縁基板と、該絶縁基板の上に形成された金属パターンと、該金属パターンと電気的に接続された半導体素子と、を備え、該高電位側主電極及び該低電位側主電極は、下端部が該金属パターンのうち該ベース板の外縁に最も近い部分である外周部に接続されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視で四角形に形成されたベース板と、
前記ベース板の第１辺側に形成された第１単位構造と、
前記ベース板の前記第１辺に対向する第２辺側に形成された第２単位構造と、
上端部が外部に露出した高電位側主電極及び低電位側主電極と、を備え、
前記第１単位構造及び前記第２単位構造は、
前記ベース板に固定された絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に形成された金属パターンと、
前記金属パターンと電気的に接続された半導体素子と、を備え、
前記高電位側主電極及び前記低電位側主電極は、下端部が前記金属パターンのうち前記ベース板の外縁に最も近い部分である外周部に接続されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記高電位側主電極又は前記低電位側主電極は、前記第１単位構造の前記第１辺側の前記外周部と接続された第１下端部と、前記第２単位構造の前記第２辺側の前記外周部と接続された第２下端部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ベース板には、前記ベース板の第１辺に沿う複数の第１貫通孔と、前記第１辺に対向する第２辺に沿う複数の第２貫通孔が形成され、
前記下端部はすべて、前記複数の第１貫通孔又は前記複数の第２貫通孔に沿って並んだことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の第１貫通孔と前記複数の第２貫通孔を貫通するねじと、
前記ねじにより前記ベース板の裏面に接続された冷却器と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
すべての前記下端部は、前記第１辺から前記第２辺に向かって前記第１辺から前記第２辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも前記第１辺側、又は、前記第２辺から前記第１辺に向かって前記第２辺から前記第１辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも前記第２辺側の部分にあることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属パターンは、第１金属パターンと、前記第１金属パターンと絶縁された第２金属パターンと、を備え、
前記半導体素子は、第１部分と第２部分の間で主電流を流し、前記第１部分が前記第１金属パターンと電気的に接続され、前記第２部分が前記第２金属パターンと電気的に接続され、
前記高電位側主電極又は前記低電位側主電極は、前記第１金属パターンに接続された第１主電極と、前記第２金属パターンに接続された第２主電極と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記高電位側主電極又は前記低電位側主電極は、前記第１下端部を２つ以上有し、かつ前記第２下端部を２つ以上有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子は、スイッチング素子又はダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されたことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
平面視で四角形に形成されており、第１辺と前記第１辺に対向する第２辺を有するベース板と、
前記ベース板の前記第１辺側に形成された第１単位構造と、
前記ベース板の前記第２辺側に形成された第２単位構造と、
上端部が外部に露出した高電位側主電極及び低電位側主電極と、を備え、
前記第１単位構造及び前記第２単位構造は、
前記ベース板に固定された絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に形成された金属パターンと、
前記金属パターンと電気的に接続された半導体素子と、を備え、
前記高電位側主電極及び前記低電位側主電極は、下端部が前記金属パターンに接続され、
前記高電位側主電極及び前記低電位側主電極の前記下端部は、前記第１辺から前記第２辺に向かって前記第１辺から前記第２辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも前記第１辺側、又は、前記第２辺から前記第１辺に向かって前記第２辺から前記第１辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも前記第２辺側の部分にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記ベース板の前記第１辺側又は前記第２辺側には貫通孔が形成され、
前記貫通孔を貫通するねじと、
前記ねじによって、前記ベース板の裏面に接続された冷却器と、を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２金属パターンの主電流が流れる方向の長さは、前記第２金属パターンの幅を２倍した値より大きいことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記金属パターンは、相互に絶縁された第１金属パターン、第２金属パターン、及び第３金属パターンを備え、
前記高電位側主電極又は前記低電位側主電極は、前記第１金属パターンと前記第３金属パターンに接続された第１主電極と、前記第２金属パターンに接続された第２主電極と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電鉄又は風力発電などに用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールなどの半導体装置は、例えばモータの電力制御などに用いられている。特許文献１には、ＩＧＢＴなどの半導体素子を備えた半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と電気的に接続された金属パターンに対し主電極を接続するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばはんだを用いて金属パターンと主電極を接続する場合がある。半導体装置の主電流を流し始めるターンオン時、定常的に主電流が流れる導通時、及び主電流を遮断するターンオフ時には、半導体素子のエネルギー損失が熱エネルギーとなり半導体装置の温度が高くなる。他方、半導体装置に長時間通電しない場合は半導体装置の温度は外部環境温度（低温）まで低下する。高温状態と低温状態が繰り返されることにより、半導体装置内の部品は熱膨張と熱収縮を繰り返す。これにより、金属パターンと主電極の接続部が劣化する問題があった。この劣化が進行すると主電極が金属パターンから離れてしまう問題があった。
【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、金属パターンと主電極の接続部の劣化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】
【０００６】
本願の発明に係る半導体装置は、平面視で四角形に形成されたベース板と、該ベース板の第１辺側に形成された第１単位構造と、該ベース板の該第１辺に対向する第２辺側に形成された第２単位構造と、上端部が外部に露出した高電位側主電極及び低電位側主電極と、を備え、該第１単位構造及び該第２単位構造は、該ベース板に固定された絶縁基板と、該絶縁基板の上に形成された金属パターンと、該金属パターンと電気的に接続された半導体素子と、を備え、該高電位側主電極及び該低電位側主電極は、下端部が該金属パターンのうち該ベース板の外縁に最も近い部分である外周部に接続されたことを特徴とする。
【０００７】
本願の発明に係る他の半導体装置は、平面視で四角形に形成されており、第１辺と該第１辺に対向する第２辺を有するベース板と、該ベース板の該第１辺側に形成された第１単位構造と、該ベース板の該第２辺側に形成された第２単位構造と、上端部が外部に露出した高電位側主電極及び低電位側主電極と、を備え、該第１単位構造及び該第２単位構造は、該ベース板に固定された絶縁基板と、該絶縁基板の上に形成された金属パターンと、該金属パターンと電気的に接続された半導体素子と、を備え、該高電位側主電極及び該低電位側主電極は、下端部が該金属パターンに接続され、該高電位側主電極及び該低電位側主電極の該下端部は、該第１辺から該第２辺に向かって該第１辺から該第２辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも該第１辺側、又は、該第２辺から該第１辺に向かって該第２辺から該第１辺までの距離の１／４だけ進んだ場所よりも該第２辺側の部分にあることを特徴とする。
【０００８】
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、金属パターンと主電極の接続部の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【図２】主電極等の斜視図である。
【図３】主電極等の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の側面図である。
【図５】比較例の半導体装置の内部構造の平面図である。
【図６】比較例の主電極等の斜視図である。
【図７】比較例の主電極等の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る主電極等の斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る第２主電極等の斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る第２主電極等の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の内部構造の平面図である。この半導体装置はベース板１０を備えている。ベース板１０は例えば平面視で四角形に形成されている。ベース板１０にはベース板１０の第１辺１０ａに沿う複数の第１貫通孔１２が形成されている。また、ベース板１０の第１辺１０ａに対向する第２辺１０ｂに沿って、複数の第２貫通孔１４が形成されている。
【００１３】
ベース板１０の上には複数の単位構造が形成されている。複数の単位構造は、３つの第１単位構造１６、６０、７０と、３つの第２単位構造１８、８０、９０を備えている。３つの第１単位構造１６、６０、７０はベース板１０の第１辺１０ａ側に形成されている。３つの第２単位構造１８、８０、９０はベース板１０の第２辺１０ｂ側に形成されている。３つの第１単位構造１６、６０、７０と３つの第２単位構造１８、８０、９０は、第１辺１０ａと第２辺１０ｂの間にこれらと平行に伸びる想像線を対称軸とする線対称となっている。
【００１４】
まず第１単位構造について説明する。３つの第１単位構造１６、６０、７０は同じ構成を有しているのでここでは第１単位構造１６について説明する。第１単位構造１６はベース板１０に固定された絶縁基板２０を有している。絶縁基板２０の上には第１金属パターン２２、及び第１金属パターン２２と絶縁された第２金属パターン２４が形成されている。第１金属パターン２２、及び第２金属パターン２４は例えば銅又はアルミニウムなどで形成されている。第２金属パターン２４の主電流が流れる方向の長さは、第２金属パターン２４の幅を２倍した値より大きくなっている。
【００１５】
第１単位構造１６は４つのＩＧＢＴ２６と４つのダイオード２８を備えている。ＩＧＢＴ２６は表面にエミッタを有し裏面にコレクタを有している。ダイオード２８は表面にアノードを有し裏面にカソードを有している。第１金属パターン２２には、ＩＧＢＴ２６のコレクタ、及びダイオード２８のカソードが接続されている。この接続は例えばはんだによる。第２金属パターン２４には、例えばアルミで形成されたワイヤ３０を介してＩＧＢＴ２６のエミッタとダイオード２８のアノードが電気的に接続されている。
【００１６】
第１金属パターン２２には第１主電極の第１下端部３２が接続されている。第２金属パターン２４には第２主電極の第１下端部３４が接続されている。なお、説明の便宜上、図１では第１主電極と第２主電極の下端の部分以外は省略している。
【００１７】
次いで、第２単位構造について説明する。３つの第２単位構造１８、８０、９０は同じ構成を有しているのでここでは第２単位構造１８について説明する。第２単位構造１８はベース板１０に固定された絶縁基板４０を有している。絶縁基板４０の上には第１金属パターン４２、及び第１金属パターン４２と絶縁された第２金属パターン４４が形成されている。第１金属パターン４２、及び第２金属パターン４４は例えば銅又はアルミニウムなどで形成されている。
【００１８】
第２単位構造１８は４つのＩＧＢＴ４６と４つのダイオード４８を備えている。ＩＧＢＴ４６、及びダイオード４８は、それぞれ前述のＩＧＢＴ２６、及びダイオード２８と同じものである。第１金属パターン４２には、ＩＧＢＴ４６のコレクタ、及びダイオード４８のカソードが接続されている。この接続は例えばはんだによる。第２金属パターン４４には、例えばアルミで形成されたワイヤ５０を介してＩＧＢＴ４６のエミッタとダイオード４８のアノードが電気的に接続されている。
【００１９】
第１金属パターン４２には第１主電極の第２下端部５２が接続されている。第２金属パターン４４には第２主電極の第２下端部５４が接続されている。第２単位構造１８は上述の構成を有している。なお、図１及びそれ以降の図では、実際の半導体装置が備えるＩＧＢＴ２６、４６のゲートに電圧供給する配線、エミッタセンス補助電極、ゲート補助電極、及びコレクタセンス補助電極等は省略している。
【００２０】
図１から明らかなように、第１単位構造６０は第１下端部６２、６４を備えている。第１単位構造７０は第１下端部７２、７４を備えている。第２単位構造８０は第２下端部８２、８４を備えている。第２単位構造９０は第２下端部９２、９４を備えている。第１下端部３２、３４、６２、６４、７２、７４は複数の第１貫通孔１２に沿って並んでいる。第２下端部５２、５４、８２、８４、９２、９４は複数の第２貫通孔１４に沿って並んでいる。
【００２１】
第１下端部３２、３４、６２、６４、７２、７４は、第１辺１０ａから第２辺１０ｂに向かって第１辺１０ａから第２辺１０ｂまでの距離の１／４だけ進んだ場所よりも第１辺１０ａ側に位置している。この位置を第１辺側位置と称する。他方、第２下端部５２、５４、８２、８４、９２、９４は、第２辺１０ｂから第１辺１０ａに向かって第２辺１０ｂから第１辺１０ａまでの距離の１／４だけ進んだ場所よりも第２辺１０ｂ側に位置している。この位置を第２辺側位置と称する。従って、すべての下端部（第１下端部３２、３４、６２、６４、７２、７４と第２下端部５２、５４、８２、８４、９２、９４のうちのいずれか１つを指す）は、第１辺側位置、又は第２辺側位置にある。
【００２２】
図２は、主電極等の斜視図である。図２には第１主電極１００と第２主電極１１０が示されている。第１主電極１００の上端部１０２は外部に露出する部分である。第１主電極１００は第１下端部３２と第２下端部５２を備えている。第１下端部３２と第１金属パターン２２、及び第２下端部５２と第１金属パターン４２は、例えばはんだにより接続されている。第１主電極１００はコレクタ主電極として機能する。
【００２３】
第２主電極１１０の上端部１１２は外部に露出する部分である。第２主電極１１０は第１下端部３４と第２下端部５４を備えている。第１下端部３４と第２金属パターン２４、及び第２下端部５４と第２金属パターン４４は、例えばはんだにより接続されている。第２主電極１１０はエミッタ主電極として機能する。
【００２４】
このように、第１単位構造１６と第２単位構造１８で１つの第１主電極１００を共有している。また、第１単位構造１６と第２単位構造１８で１つの第２主電極１１０を共有している。同様に、第１単位構造６０と第２単位構造８０で１つの第１主電極と１つの第２主電極を共有している。また、第１単位構造７０と第２単位構造９０で１つの第１主電極と１つの第２主電極を共有している。
【００２５】
図３は、主電極等の平面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置は、主電極として、第１主電極１００、１２０、１４０、及び第２主電極１１０、１３０、１５０を備えている。すべての下端部は、金属パターン（第１金属パターン又は第２金属パターンを指す）のうちベース板１０の外縁に最も近い部分である外周部（以後単に外周部ということがある）に接続されている。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の側面図である。複数の第１貫通孔１２と複数の第２貫通孔１４をねじ１６０が貫通している。このねじ１６０によって、ベース板１０の裏面にヒートシンク１６２が熱接触（接続）している。ベース板１０とヒートシンク１６２の間にグリースを塗布してもよい。複数の単位構造はベース板１０上のケース１６４に覆われている。ケース１６４の上面から主電極の上端部１０２、１１２が露出している。
【００２７】
ここで、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の意義の説明に先立ち、比較例について説明する。図５は、比較例の半導体装置の内部構造の平面図である。ベース板１０の第１辺１０ａ側には３つの上部単位構造２００、２２０、２３０が形成されている。ベース板１０の第２辺１０ｂ側には３つの下部単位構造２４０、２６０、２７０が形成されている。ベース板１０の上の上部単位構造２００、２２０、２３０と下部単位構造２４０、２６０、２７０の間には中部単位構造２８０、２９０、３００が形成されている。
【００２８】
３つの上部単位構造２００、２２０、２３０は同じ構成を有しているのでここでは上部単位構造２００について説明する。上部単位構造２００は絶縁基板２０２を備えている。絶縁基板２０２の上には金属パターン２０４が形成されている。金属パターン２０４にはＩＧＢＴ２０６のコレクタとダイオード２０８のカソードが例えばはんだにより接続されている。金属パターン２０４には第１主電極の第１下端部２１０が例えばはんだにより接続されている。
【００２９】
３つの下部単位構造２４０、２６０、２７０は同じ構成を有しているのでここでは下部単位構造２４０について説明する。下部単位構造２４０は絶縁基板２４２を備えている。絶縁基板２４２の上には金属パターン２４４が形成されている。金属パターン２４４にはＩＧＢＴ２４６のコレクタとダイオード２４８のカソードが例えばはんだにより接続されている。金属パターン２４４には第１主電極の第２下端部２５０が例えばはんだにより接続されている。
【００３０】
３つの中部単位構造２８０、２９０、３００は同じ構成を有しているのでここでは中部単位構造２８０について説明する。中部単位構造２８０は絶縁基板２８２を備えている。絶縁基板２８２の上には金属パターン２８４が形成されている。金属パターン２８４にはワイヤを介してＩＧＢＴ２０６、２４６のエミッタとダイオード２０８、２４８のアノードが電気的に接続されている。金属パターン２８４には第２主電極の下端部２８６が例えばはんだにより接続されている。
【００３１】
図５から明らかなように、第１下端部２１０は金属パターン２０４のうちベース板１０の外縁に最も近い部分である外周部に接続されていない。第２下端部２５０は金属パターン２４４のうちベース板１０の外縁に最も近い部分である外周部に接続されていない。下端部２８６は、第１辺１０ａと第２辺１０ｂの中間に形成されているので、下端部２８６は第１辺側位置又は第２辺側位置にない。
【００３２】
図６は、比較例の主電極等の斜視図である。図６には第１主電極３１０と第２主電極３２０が示されている。第１辺１０ａから第２辺１０ｂに向かう方向の長さ（横方向長さと称する）に着目すると、第１主電極３１０は、前述の第１主電極１００より短い。また、第２主電極３２０の横方向長さは、前述の第２主電極１１０の横方向長さより短い。図７は、比較例の主電極等の平面図である。比較例の半導体装置は上述の構成を有する。
【００３３】
ところで、ベース板１０の外縁に近い位置の放熱量は、ベース板１０の中央位置の放熱量より大きい。本発明の実施の形態１に係る半導体装置によれば、主電極の下端部はすべて、金属パターンのうちベース板１０の外縁に最も近い部分である外周部に接続される。従って、金属パターンと主電極の接続部（以後単に接続部という）における放熱量を大きくして、当該接続部の劣化を抑制できる。
【００３４】
比較例の場合、上部単位構造と下部単位構造の間に中部単位構造があるので、中部単位構造の接続部をベース板の外縁近くに配置できない場合があった。しかし、本発明の実施の形態１に係る半導体装置では、第１単位構造１６に第２金属パターン２４を設け、かつ第２単位構造１８に第２金属パターン４４を設けたことで、比較例の中部単位構造が不要となる。よって、すべての接続部をベース板の外縁近くに配置できる。
【００３５】
ベース板１０とヒートシンク１６２は複数の第１貫通孔１２と複数の第２貫通孔１４に挿入されたねじ１６０によって接続されるので、ベース板１０のうち複数の第１貫通孔１２又は複数の第２貫通孔１４に沿った部分はヒートシンク１６２に強く押し付けられる。よって、ベース板１０のうち複数の第１貫通孔１２又は複数の第２貫通孔１４に沿った部分では、ベース板１０の中央部よりも放熱量が大きい。
【００３６】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置では、主電極の下端部（接続部）はすべて、複数の第１貫通孔１２又は複数の第２貫通孔１４に沿って並んでいる。従って、接続部におけるヒートシンク１６２による放熱量を大きくして接続部の劣化を抑制できる。なお、接続部におけるヒートシンク１６２による放熱量を十分大きくするためには、すべての接続部（すべての下端部）が第１辺側位置又は第２辺側位置にあることが好ましい。
【００３７】
このように接続部をベース板１０の外縁に近づけつつ、接続部を複数の第１貫通孔１２又は複数の第２貫通孔１４に沿って並べることで、接続部の最高温度を低くすることができる。よって、半導体装置の熱サイクル寿命（半導体装置の使用を開始してから主電極が金属パターンから離れるまでの期間）を長くすることができる。
【００３８】
本発明の実施の形態１に係るすべての主電極は、第１単位構造の第１辺１０ａ側の外周部と接続された第１下端部と、第２単位構造の第２辺１０ｂ側の外周部と接続された第２下端部を備えている。従って、本発明の実施の形態１に係るすべての主電極の横方向長さは、比較例の主電極の横方向長さよりも長い。横方向長さが長い主電極は、半導体装置の部品が熱膨張又は熱収縮したときにばね効果を発揮し、接続部の応力を低下させることができる。よって接続部の劣化を抑制できる。
【００３９】
本発明の実施の形態１では複数の単位構造は、３つの第１単位構造１６、６０、７０と３つの第２単位構造１８、８０、９０を有するが、本発明はこれに限定されない。主電極の下端部が外周部に接続された単位構造を複数備える限り、単位構造の内部構成及び単位構造の数は限定されない。
【００４０】
ところで、ある接続部と他の接続部の信頼性を統一するために、すべての単位構造において、主電極の下端部が外周部に接続され、かつすべての接続部についてベース板１０の外縁から接続部までの距離が等しいことが好ましい。
【００４１】
本発明の重要な特徴は、上述のとおり、主電極の下端部が外周部に接続された単位構造を複数備えることである。この特徴により接続部の放熱量を十分大きくできる場合は、接続部を複数の第１貫通孔１２又は複数の第２貫通孔１４に沿って並べること、接続部を第１辺側位置又は第２辺側位置に配置すること、及び主電極の横方向長さを長くすることは必須ではない。
【００４２】
ベース板１０の形状は特に限定されない。例えばほぼ正方形のベース板の上に４つの単位構造を形成しても良い。正方形のベース板の四隅に貫通孔を形成する場合はベース板の外縁に沿った場所でヒートシンクによる放熱効果が高くなるので、接続部をベース板の外縁に沿って並べればよい。また、ヒートシンク１６２以外の冷却器を用いてもよい。例えば水冷冷却器をベース板１０の裏面に取り付けてもよい。
【００４３】
金属パターンに接続する半導体素子は、ＩＧＢＴとダイオードに限定されない。半導体素子は、第１部分と第２部分の間で主電流を流し、第１部分が第１金属パターンと電気的に接続され、第２部分が第２金属パターンと電気的に接続されれば、具体的な構成は特に限定されない。第１部分の例はコレクタ又はカソードである。第２部分の例はエミッタ又はアノードである。半導体素子の一例としては、スイッチング素子又はダイオードがある。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ以外に、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＳＪＭＯＳ、又はＪＦＥＴがある。
【００４４】
また、半導体素子は珪素で形成してもよいし、珪素よりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体で形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子は、耐電圧及び許容電流密度が高いので大電流を流すことが多い。そのため、半導体素子の高温時と低温時の温度差が大きくなり、接続部が劣化しやすい。この場合、本発明の実施の形態１に係る構成を採用して接続部の放熱性を高めることが特に重要である。
【００４５】
なお、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子を採用することで、半導体装置の小型化が可能となる。上記の各変形は以下の実施の形態に係る半導体装置にも応用できる。
【００４６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と一致点が多いので、実施の形態１の半導体装置との相違点を中心に説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【００４７】
ベース板１０の上には複数の単位構造が形成されている。複数の単位構造は、３つの第１単位構造４００、４２０、４３０と、３つの第２単位構造４４０、４６０、４７０を備えている。３つの第１単位構造４００、４２０、４３０はベース板１０の第１辺１０ａ側に形成されている。３つの第２単位構造４４０、４６０、４７０はベース板１０の第２辺１０ｂ側に形成されている。３つの第１単位構造４００、４２０、４３０と３つの第２単位構造４４０、４６０、４７０は、第１辺１０ａと第２辺１０ｂの間にこれらと平行に伸びる想像線を対称軸とする線対称となっている。
【００４８】
まず第１単位構造について説明する。３つの第１単位構造４００、４２０、４３０は同じ構成を有しているのでここでは第１単位構造４００について説明する。絶縁基板２０の上には相互に絶縁された第１金属パターン４０２、第２金属パターン４０４、及び第３金属パターン４０６が形成されている。第２金属パターン４０４の主電流が流れる方向の長さは、第２金属パターン４０４の幅を２倍した値より大きくなっている。
【００４９】
３つのＩＧＢＴ４０８のコレクタと３つのダイオード４１０のカソードが第１金属パターン４０２に接続されている。同様に、３つのＩＧＢＴのコレクタと３つのダイオードのカソードが第３金属パターン４０６に接続されている。第２金属パターン４０４には、例えばアルミで形成されたワイヤを介してＩＧＢＴのエミッタとダイオードのアノードが電気的に接続されている。
【００５０】
第１主電極は第１下端部４１２ａ、４１２ｂを有している。第１下端部４１２ａは第１金属パターン４０２に接続されている。第１下端部４１２ｂは第３金属パターン４０６に接続されている。第２金属パターン４０４には第２主電極の第１下端部４１４が接続されている。
【００５１】
次いで、第２単位構造について説明する。３つの第２単位構造４４０、４６０、４７０は同じ構成を有しているのでここでは第２単位構造４４０について説明する。絶縁基板４０の上には相互に絶縁された第１金属パターン４４２、第２金属パターン４４４、及び第３金属パターン４４６が形成されている。
【００５２】
３つのＩＧＢＴ４４８のコレクタと３つのダイオード４５０のカソードが第１金属パターン４４２に接続されている。同様に、３つのＩＧＢＴのコレクタと３つのダイオードのカソードが第３金属パターン４４６に接続されている。第２金属パターン４４４には、ワイヤを介してＩＧＢＴのエミッタとダイオードのアノードが電気的に接続されている。
【００５３】
第１主電極は第２下端部４５２ａ、４５２ｂを有している。第１下端部４５２ａは第１金属パターン４４２に接続されている。第１下端部４５２ｂは第３金属パターン４４６に接続されている。第２金属パターン４４４には第２主電極の第２下端部４５４が接続されている。
【００５４】
図９は、本発明の実施の形態２に係る主電極等の斜視図である。第１主電極５００と第２主電極５１０が示されている。本発明の実施の形態２に係る半導体装置の特徴は、第１主電極５００が、４つの下端部（第１下端部４１２ａ、４１２ｂ、及び第２下端部４５２ａ、４５２ｂ）を備えたことである。この特徴によれば第１主電極５００の接続部の数は４つとなるので、実施の形態１に係る半導体装置のように第１主電極１００の接続部の数が２つの場合と比較して、個々の接続部の電流密度を下げることが可能となる。従って、接続部の劣化を抑制できる。
【００５５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、実施の形態２の半導体装置と一致点が多いので、実施の形態２の半導体装置との相違点を中心に説明する。図１０は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【００５６】
第２主電極は第１下端部４１４ａ、４１４ｂを有している。第１下端部４１４ａ、４１４ｂは第２金属パターン４０４に接続されている。また、第２主電極は第２下端部４５４ａ、４５４ｂを有している。第２下端部４５４ａ、４５４ｂは第２金属パターン４４４に接続されている。図１１は、本発明の実施の形態３に係る第２主電極等の斜視図である。第２主電極６００が示されている。また、図１１では第１主電極は省略している。
【００５７】
第２主電極６００は、４つの下端部（第１下端部４１４ａ、４１４ｂ、及び第２下端部４５４ａ、４５４ｂ）を備えている。この特徴によれば第２主電極６００の接続部の数は４つとなるので、実施の形態１に係る半導体装置のように第２主電極１１０の接続部の数が２つの場合と比較して、個々の接続部の電流密度を下げることが可能となる。従って、接続部の劣化を抑制できる。
【００５８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る半導体装置は、実施の形態３の半導体装置と一致点が多いので、実施の形態３の半導体装置との相違点を中心に説明する。図１２は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の内部構造の平面図である。
【００５９】
第２主電極の第１下端部４１４ａは、第１下端部４１４ｂよりもベース板１０の外縁から遠い場所にある。第２主電極の第２下端部４５４ａは、第２下端部４５４ｂよりもベース板１０の外縁から遠い場所にある。図１３は、本発明の実施の形態４に係る第２主電極７００等の斜視図である。第２主電極７００の上端部７０２は外部に露出する部分である。
【００６０】
接続部のレイアウトの都合上、ある接続部が他の接続部よりもベース板の外縁から離れる場合がある。実施の形態４の半導体装置では、第１下端部４１４ａと第２下端部４５４ａが他の下端部よりもベース板１０の外縁から離れている。しかしながら、第１下端部４１４ａと第２下端部４５４ａを含むすべての下端部は、第１辺側位置又は第２辺側位置にある。よって、すべての接続部の劣化を抑制できる。
【００６１】
ところで、本発明の実施の形態２−４の半導体装置は、主電極が４つの下端部を有することが特徴である。より具体的には、主電極は第１下端部を２つ有し、かつ第２下端部を２つ有する。これにより個々の接続部の電流密度を低減できる。なお、第１下端部と第２下端部の数は２つに限定されず、主電極は第１下端部を２つ以上有し、かつ第２下端部を２つ以上有することで個々の接続部の電流密度を低減できる。
【００６２】
上記の各実施の形態に係る半導体装置の特徴を適宜に組み合わせて、本発明の効果を高めても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ベース板、  １０ａ  第１辺、  １０ｂ  第２辺、  １２  複数の第１貫通孔、  １４  複数の第２貫通孔、  １６,６０,７０  第１単位構造、  １８,８０,９０  第２単位構造、  ２０,４０  絶縁基板、  ２２,４２  第１金属パターン、  ２４,４４  第２金属パターン、  ２６,４６  ＩＧＢＴ、  ２８,４８  ダイオード、  ３０,５０  ワイヤ、  ３２,３４,６２,６４,７２,７４  第１下端部、  ５２,５４,８２,８４,９２,９４  第２下端部、  １００  第１主電極、  １１０  第２主電極、  １０２,１１２  上端部、  １６０  ねじ、  １６２  ヒートシンク、  １６４  ケース、  ４００,４２０,４３０  第１単位構造、  ４４０,４６０,４７０  第２単位構造、  ４１２ａ,４１２ｂ,４１４ａ,４１４ｂ  第１下端部、  ４５２ａ,４５２ｂ,４５４ａ,４５４ｂ  第２下端部、５００  第１主電極、  ５１０,６００,７００  第２主電極
【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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