(57)【要約】【課題】安全動作領域の広い半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置２０は、半導体基板に形成され、抵抗値が負の温度特性をもつ領域において用いられるスイッチング素子２１を備えている。スイッチング素子は、駆動電圧の値によって抵抗値が変化し、抵抗値を変化させることでモータ２への電流を制御するメイン素子２１ｍと、メイン素子に並列接続された電流検出用のセンス素子２１ｓを有している。半導体装置は、さらにメイン素子に直列接続され、半導体基板の一面上に配置された配線の抵抗２２と、センス素子に直列接続され、半導体基板の一面上に配置された抵抗２３を備えている。これら抵抗は、抵抗値が正の温度特性を有する材料を用いて形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（２００ａ）を有する半導体基板（２００）と、
前記半導体基板に形成され、抵抗値が負の温度特性をもつ領域において用いられるスイッチング素子（２１）であって、駆動電圧の値によって抵抗値が変化し、抵抗値を変化させることで負荷（２）への電流を制御するメイン素子（２１ｍ）、および、前記メイン素子に並列接続された電流検出用のセンス素子（２１ｓ）と、
前記メイン素子に直列接続され、前記半導体基板の前記一面上に配置された配線抵抗（２２、２１０ｍ）と、
前記センス素子に直列接続され、前記半導体基板の前記一面上に配置されたセンス抵抗（２３）と、
を備え、
前記配線抵抗および前記センス抵抗は、抵抗値が正の温度特性を有する材料を用いて形成されている半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記メイン素子は、前記センス素子を取り囲むように形成され、
前記センス素子は、前記メイン素子よりも前記半導体基板の中心に近い位置に形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記センス素子は、前記センス抵抗を取り囲むように形成され、
前記センス抵抗は、前記センス素子よりも前記半導体基板の中心に近い位置に配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板の温度を検出する感温ダイオード（２４）をさらに備え、
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記センス素子は、前記感温ダイオードを取り囲むように形成されている請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記感温ダイオードのアノードに接続されたアノード端子（２５ｄ）と、前記感温ダイオードのカソードに接続されたカソード端子（２５ｅ）をさらに備え、
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記センス素子は、前記アノード端子および前記カソード端子を取り囲むように形成されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子のゲートに接続されたゲート端子（２５ａ）をさらに備え、
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記センス素子は、前記ゲート端子を取り囲むように形成されている請求項２〜５いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記センス抵抗の両端に接続されたセンス端子（２５ｂ、２５ｃ）をさらに備え、
前記半導体基板の板厚方向からの平面視において、
前記センス素子は、前記センス端子を取り囲むように形成されている請求項２〜６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、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、メイン素子と電流検出用のセンス素子とを有するＭＯＳＦＥＴと、センス素子に直列接続されたセンス抵抗を備えた半導体装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５６５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
駆動電圧を制御することでスイッチング素子を可変抵抗のように用いるリニア制御では、スイッチング素子をハーフオン状態にするため、半導体基板の温度が高くなる。また、ＭＯＳＦＥＴは、リニア領域において抵抗値が負の温度特性を有するため、二次降伏しやすい。特許文献１の構成では、安全動作領域（ＳＯＡ）を広くすることができない。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、安全動作領域の広い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】
ここに開示された半導体装置は、
一面（２００ａ）を有する半導体基板（２００）と、
半導体基板に形成され、抵抗値が負の温度特性をもつ領域において用いられるスイッチング素子（２１）であって、駆動電圧の値によって抵抗値が変化し、抵抗値を変化させることで負荷（２）への電流を制御するメイン素子（２１ｍ）、および、メイン素子に並列接続された電流検出用のセンス素子（２１ｓ）と、
メイン素子に直列接続され、半導体基板の一面上に配置された配線抵抗（２２、２１０ｍ）と、
センス素子に直列接続され、半導体基板の一面上に配置されたセンス抵抗（２３）と、
を備え、
配線抵抗およびセンス抵抗は、抵抗値が正の温度特性を有する材料を用いて形成されている。
【０００７】
開示の半導体装置によると、配線抵抗およびセンス抵抗の抵抗値が正の温度特性を有するため、スイッチング素子が有する抵抗値の負の温度特性を相殺することができる。すなわち、スイッチング素子と抵抗を含む半導体装置全体として、温度上昇による抵抗値の低下を抑制することができる。これにより、電流集中を抑制し、ひいては安全動作領域を拡大することができる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置が適用された負荷駆動装置の回路構成を示す図である。
【図２】負荷駆動装置を示す平面図である。
【図３】半導体装置を示す平面図である。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１１】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態に係る半導体装置が適用される負荷駆動装置の回路構成について説明する。負荷駆動装置は、たとえば車両などの移動体に配置され、車両に配置されたモータなどの負荷に対する電力の供給を制御する。すなわち、負荷の駆動を制御する。
【００１２】
＜負荷駆動装置の回路構成＞
図１に示すように、負荷駆動装置１０は、負荷を駆動するためのスイッチング素子を備えた半導体装置２０と、スイッチング素子を駆動する制御ＩＣ３０を備えている。
【００１３】
半導体装置２０は、ゲート駆動形のスイッチング素子２１と、抵抗２２、２３と、感温ダイオード２４と、複数の端子２５を有している。半導体装置２０は、半導体素子と称されることがある。本実施形態において、端子２５は、端子２５ａ〜２５ｇを有している。
【００１４】
スイッチング素子２１は、メイン素子２１ｍと、センス素子２１ｓを有している。メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、後述するように、共通の半導体基板に形成されている。メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、互いに同一構造である。メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、互いに並列接続されている。メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、カレントミラー回路を構成している。メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、センス素子２１ｓに流れる電流とメイン素子２１ｍに流れる電流との比が所定の電流比となるように設計されている。
【００１５】
メイン素子２１ｍは、直流電源であるバッテリ１と負荷であるモータ２との通電経路に設けられている。制御ＩＣ３０（駆動制御部３５）からの駆動信号によりメイン素子２１ｍがハーフオンすることで、バッテリ１からモータ２に電力が供給され、モータ２が駆動する。ハーフオンとは、実質的にオンであり電流が流れるものの、オン抵抗はフルオンに較べて大きい状態である。オン抵抗は駆動信号（駆動電圧）に応じてリニアに変化する。スイッチング素子２１は、モータ２を駆動するために、リニア領域（線形領域）で用いられる。スイッチング素子２１（ＭＯＳＦＥＴ）は、リニア領域において負の温度特性を有している。すなわち、温度が高くなるほど抵抗値が小さくなる。
【００１６】
本実施形態では、スイッチング素子２１として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。メイン素子２１ｍは、メインＭＯＳと称されることがある。センス素子２１ｓは、センスＭＯＳと称されることがある。スイッチング素子２１は、モータ２に対してハイサイド側に配置されている。スイッチング素子２１を、モータ２に対してローサイド側に配置した構成としてもよい。モータ２は、車両空調装置のファンモータである。
【００１７】
メイン素子２１ｍおよびセンス素子２１ｓのゲートは、共通の端子２５ａに接続されている。端子２５ａは、ゲート電極用のパッドと称されることがある。ゲートには、端子２５ａを介して、制御ＩＣ３０から駆動信号が入力される。これにより、メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓは、同じタイミングでオン駆動し、同じタイミングでオフ駆動する。
【００１８】
メイン素子２１ｍおよびセンス素子２１ｓのドレインは、共通の端子２５ｆを介して、バッテリ１に接続される。端子２５ｆは、電源用のパッドと称されることがある。メイン素子２１ｍおよびセンス素子２１ｓのソースは、共通の端子２５ｇを介して、モータ２に接続される。端子２５ｇは、出力用のパッドと称されることがある。端子２５ｇとグランド（ＧＮＤ）との間にモータ２が設けられる。
【００１９】
抵抗２２は、メイン素子２１ｍのソースと端子２５ｇとつなぐ配線の抵抗成分である。抵抗２２は、メイン素子２１ｍに直列接続されている。抵抗２３は、センス素子２１ｓに流れる電流を検出するための抵抗である。抵抗２３は、センス素子２１ｓのソースと端子２５ｇの間に設けられている。抵抗２３は、センス素子２１ｓに直列接続されている。抵抗２３の値は、抵抗２２の値に対して十分に大きな値、たとえば抵抗２２の１０００倍程度である。センス素子２１ｓと抵抗２３（電流検出抵抗）との直列回路が、メイン素子２１ｍと抵抗２２（配線抵抗）との直列回路に対して、並列接続されている。
【００２０】
上記した電流比は、半導体基板に形成されたメイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓとのセル比（面積比）、および、抵抗２２、２３の値によって決定される。抵抗２３の端部のひとつに端子２５ｂが接続され、端部の他のひとつに端子２５ｃが接続されている。端子２５ｂ、２５ｃは、電流検出用（電流センス用）のパッドと称されることがある。
【００２１】
抵抗２３は、抵抗２２と同じ温度依存性を有する材料によって構成されている。つまり、抵抗２３は、温度が変化した場合に、抵抗２２における抵抗値の変化と同様に、抵抗値が変化する材料によって構成されている。抵抗２３は、抵抗２２と同じ材料によって構成されていると好ましい。これにより、半導体装置２０の温度が変化したとしても、抵抗２２、２３の抵抗値が同様に変化するため、メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓの電流比を一定にでき、電流検出精度の悪化を抑制することができる。
【００２２】
感温ダイオード２４は、半導体装置２０（半導体素子）の温度を検出する。具体的には、スイッチング素子２１が形成された半導体基板の温度を検出する。感温ダイオードのアノードが端子２５ｄに接続され、カソードが端子２５ｅに接続されている。端子２５ｄ、２５ｅは、感温ダイオード用のパッドと称されることがある。
【００２３】
制御ＩＣ３０は、電流検出部３１と、温度検出部３２と、温度補正部３３と、過電流判定部３４と、駆動制御部３５と、複数の端子３６を有している。
【００２４】
本実施形態において、端子３６は、端子３６ａ〜３６ｅを有している。端子３６は、パッドと称されることがある。端子３６ａは、端子２５ａに接続されている。端子３６ｂは端子２５ｂに接続され、端子３６ｃは端子２５ｃに接続されている。端子３６ｄは端子２５ｄに接続され、端子３６ｅは端子２５ｅに接続されている。
【００２５】
電流検出部３１は、端子３６ｂ、３６ｃを介して、抵抗２３の両端電圧を取得（検出）する。両端電圧は、センス素子２１ｓに流れる電流の相関値である。電流検出部３１は、アンプ３１ａを有している。電流検出部３１は、取得した両端電圧を増幅して出力する。
【００２６】
温度検出部３２は、端子３６ｄ、３６ｅを介して、感温ダイオード２４の順方向電圧を取得（検出）する。温度が高くなると、感温ダイオードの順方向電圧は低くなる。抵抗２３の値は、温度に応じて変化する。よって、温度に応じて抵抗２３の両端電圧が変化する。温度補正部３３は、温度検出部３２により検出された温度情報に基づいて、電流検出部３１から出力された電流相関値を補正する。
【００２７】
過電流判定部３４は、温度補正後の電流相関値と所定の過電流閾値とを比較し、過電流が流れているか否かを判定する。電流相関値が過電流閾値を超えている場合、過電流判定部３４は、センス素子２１ｓ、ひいてはメイン素子２１ｍに過電流が流れていると判定する。そして、駆動制御部３５に対して、過電流判定結果を出力する。
【００２８】
駆動制御部３５は、駆動信号を生成し、端子３６ａを介して、スイッチング素子２１のゲートに出力する。これにより、スイッチング素子２１を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動制御部３５は、スイッチング素子２１がハーフオン状態で駆動（オン駆動）するように、駆動信号（駆動電圧）を生成する。駆動制御部３５は、スイッチング素子２１をリニア制御する。
【００２９】
本実施形態において、駆動制御部３５は、エアコンＥＣＵからの駆動指令に基づいて、駆動信号を生成する。過電流判定部３４により過電流が流れていると判定されると、駆動制御部３５は、駆動指令によらず、スイッチング素子２１を強制的にオフ駆動させる駆動信号を出力する。過電流が流れていない場合、駆動制御部３５は、端子３６ｃの電圧が（モータ電圧）が駆動指令である目標電圧値に追従するようにフィードバック制御を実行し、駆動信号を生成する。駆動制御部３５は、駆動信号（駆動電圧）によってスイッチング素子２１をリニア制御する。スイッチング素子２１（メイン素子２１ｍ）の抵抗値は、駆動電圧の値によって変化し、抵抗値を変化させることでモータ２への電流を制御する。図１では、便宜上、端子３６ｃと駆動制御部３５との間の信号線を省略している。
【００３０】
＜負荷駆動装置の構造＞
次に、図２に基づき、負荷駆動装置１０の構造について説明する。以下において、半導体基板の板厚方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交し、複数の端子２５の並び方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向とする。特に断わりのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、換言すればＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。Ｚ方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。
【００３１】
負荷駆動装置１０は、上記した半導体装置２０および制御ＩＣ３０に加えて、リードフレーム４０と、封止樹脂体５０を備えている。負荷駆動装置１０は、構成要素間を電気的につなぐ複数のボンディングワイヤ６０、６１、６２を備えている。
【００３２】
半導体装置２０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とする半導体基板２００に、上記したスイッチング素子２１が形成されてなる。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドがある。半導体基板２００は、平面略矩形状をなしている。半導体装置２０、または、半導体基板２００は、半導体チップ、素子チップと称されることがある。
【００３３】
スイッチング素子２１は、半導体基板２００の板厚方向、すなわちＺ方向に主電流が流れるように構成されている。半導体基板２００には、図示しないゲート電極が形成されている。半導体基板２００の板面のそれぞれには、主電極が形成されている。主電極は、半導体基板２００の表面側に形成されたソース電極と、表面とは反対の裏面側に形成された図示しないドレイン電極を含む。
【００３４】
ドレイン電極は、半導体基板２００の裏面のほぼ全体に形成されている。ソース電極は、半導体基板２００の表面２００ａの一部分に形成されている。ソース電極は、メイン素子２１ｍのソース電極２１０ｍと、センス素子２１ｓのソース電極２１０ｓを含む。半導体基板２００は、平面視において、ソース電極２１０ｍと重なる領域に、メイン素子２１ｍを構成するセルを有している。同様に、平面視において、ソース電極２１０ｓと重なる領域に、センス素子２１ｓを構成するセルを有している。ソース電極２１０ｍ、２１０ｓの直下にセルが形成されている。
【００３５】
半導体基板２００の表面２００ａにおいて、ソース電極（２１０ｍ、２１０ｓ）の形成領域とは異なる領域には、信号用の電極である端子２５（パッド）が形成されている。端子２５は、ソース電極と電気的に分離されている。端子２５は、Ｙ方向において、ソース電極の形成領域とは反対側の端部に形成されている。端子２５は、Ｙ方向においてソース電極と並んで設けられている。複数の端子２５は、Ｘ方向に並んで配置されている。複数の端子２５は、Ｙ方向において制御ＩＣ３０側の端部付近に形成されている。
【００３６】
制御ＩＣ３０は、半導体装置２０とは別の半導体基板３００に、上記した電流検出部３１、温度検出部３２、温度補正部３３、過電流判定部３４、および駆動制御部３５を構成する図示しない回路が形成されてなる。回路を構成する素子は、たとえば、半導体基板３００の表面側の表層に形成されている。半導体基板３００は、平面略矩形状をなしている。制御ＩＣ３０、または、半導体基板３００は、制御チップ、ＩＣチップと称されることがある。
【００３７】
制御ＩＣ３０（半導体基板３００）は、Ｙ方向において半導体装置２０（半導体基板２００）と並んで配置されている。半導体基板３００の表面には、上記した端子３６（パッド）が形成されている。複数の端子３６は、Ｘ方向に並んで配置されている。複数の端子３６は、Ｙ方向において半導体装置２０側の端部付近に形成されている。すなわち、端子２５、３６同士が向かい合うように、半導体基板２００、３００が配置されている。そして、対応する端子２５、３６は、ボンディングワイヤ６０により、電気的に接続されている。
【００３８】
半導体基板３００において、端子３６と反対側には、信号端子４５と接続するための端子３７（パッド）が形成されている。
【００３９】
リードフレーム４０は、銅（Ｃｕ）など材料とする金属部材である。リードフレーム４０は、たとえば金属板材を打ち抜いて形成される。リードフレーム４０は、アイランド４１、４２と、主端子４３、４４と、信号端子４５を備えている。アイランド４１、４２は、対応する半導体基板２００、３００に対向配置されるため、対向部と称されることがある。
【００４０】
アイランド４１には、半導体装置２０（半導体素子）が実装されている。半導体装置２０は、半導体基板２００の裏面がアイランド４１と対向するように、アイランド４１に配置されている。ドレイン電極は、はんだなどの図示しない導電性の接合材を介して、アイランド４１に接続されている。本実施形態において、アイランド４１は、半導体基板２００と長手方向（Ｙ方向）を同じとする平面略形状をなしている。
【００４１】
アイランド４２には、制御ＩＣ３０（半導体基板３００）が実装されている。制御ＩＣ３０は、半導体基板３００の裏面がアイランド４２と対向するように、アイランド４２に配置されている。半導体基板３００は、接合材を介して、アイランド４２に接続されている。本実施形態において、アイランド４２は、半導体基板３００と長手方向（Ｙ方向）を同じとする平面略形状をなしている。
【００４２】
主端子４３は、スイッチング素子２１のドレイン電極と電気的に接続されたドレイン端子である。主端子４３は、バッテリ１と電気的に接続される電源端子であり、上記した端子２５ｆの機能を果たす。
【００４３】
本実施形態において、主端子４３は、アイランド４１に連なっている。主端子４３は、接合材を介することなく、一体的に連なっている。主端子４３は、アイランド４１において、制御ＩＣ３０とは反対側の端部であってＸ方向の一端側に、連なっている。主端子４３は、Ｙ方向に延設されている。主端子４３は、アイランド４１および接合材を介して、ドレインに接続されている。なお、主端子４３をアイランド４１と分離してもよい。この場合、主端子４３とアイランド４１とを、ボンディングワイヤなどにより、電気的に接続すればよい。
【００４４】
主端子４４は、スイッチング素子２１のソース電極と電気的に接続されたソース端子である。主端子４４は、モータ２と電気的に接続される出力端子であり、上記した端子２５ｇの機能を果たす。主端子４４は、アイランド４１に対して分離されている。主端子４４は、アイランド４１のＹ方向の端部のうち、主端子４３と同じ側に配置されている。主端子４４は、アイランド４１のＸ方向の端部のうち、主端子４３とは反対側の端部付近に配置されている。主端子４４は、Ｙ方向に延設されている。主端子４４は、ボンディングワイヤ６１を介して、スイッチング素子２１のソース電極（図中のソース電極２１０ｍ）に接続されている。
【００４５】
主端子４３、４４は、Ｘ方向に並んで配置されている。主端子４３、４４は、２つアイランド４１、４２の並設構造において、並設構造の端部のひとつ側に配置されている。信号端子４５は、並設構造の端部の他のひとつ側に配置されている。主端子４３、４４と信号端子４５との間に、アイランド４１、４２が配置されている。
【００４６】
信号端子４５は、制御ＩＣ３０に電気的に接続された端子である。信号端子４５は、Ｙ方向に延設されている。複数の信号端子４５のひとつは、アイランド４２に連なるグランド（ＧＮＤ）端子４５ａである。よって、アイランド４２は、グランド電位である。他の端子４５は、アイランド４２に対して分離されている。Ｘ方向において、グランド端子４５ａは、他の端子４５の間に配置されている。信号端子４５は、ボンディングワイヤ６２を介して、対応する端子３７に接続されている。
【００４７】
封止樹脂体５０は、エポキシ系などの樹脂材料を用いた樹脂成形体である。封止樹脂体５０は、たとえばトランスファモールド法、コンプレッションモールド法により形成される。封止樹脂体５０は、負荷駆動装置１０を構成する要素を封止し、保護している。
【００４８】
本実施形態において、封止樹脂体５０は、半導体装置２０、制御ＩＣ３０、アイランド４１、４２、主端子４３、４４それぞれの一部、信号端子４５それぞれの一部、およびボンディングワイヤ６０、６１、６２を一体的に覆っている。Ｙ方向において、封止樹脂体５０の側面５０ａから主端子４３、４４が突出し、側面５０ａとは反対の面である側面５０ｂから信号端子４５が突出している。
【００４９】
上記構成に代えて、アイランド４１において半導体基板２００の搭載面の裏面を、封止樹脂体５０から露出させてもよい。これにより、放熱性を向上することができる。同様に、アイランド４２において半導体基板３００の搭載面の裏面を封止樹脂体５０から露出させてもよい。主端子４３、４４と信号端子４５の配置および引き出し方向は、上記した例に限定されない。
【００５０】
＜半導体装置＞
次に、図３に基づき、半導体装置２０の構造について説明する。
【００５１】
上記したように、半導体基板２００には、スイッチング素子２１が形成されている。スイッチング素子２１は、負荷であるモータ２への電流を制御するメイン素子２１ｍと、電流検出用のセンス素子２１ｓを有している。半導体基板２００の表面２００ａには、メイン素子２１ｍのソース電極２１０ｍと、センス素子２１ｓのソース電極２１０ｓが形成されている。ソース電極２１０ｍ、２１０ｓの分離により、メイン素子２１ｍとセンス素子２１ｓに区画されている。半導体基板２００の表面２００ａが、一面に相当する。表面２００ａは、主面と称されることがある。
【００５２】
半導体基板２００の表面２００ａ側の表層には、図示しないソース領域が形成されている。ソース電極２１０ｍは、メイン素子２１ｍのソース領域に接続されている。ソース電極２１０ｓは、センス素子２１ｓのソース領域に接続されている。ソース電極２１０ｍは、上記した抵抗２２に相当する。つまり、抵抗２２、ソース電極２１０ｍが、配線抵抗に相当する。ソース電極２１０ｍ、２１０ｓは、温度が上昇するほど抵抗値が高くなる正の温度特性を有する材料を用いて形成されている。
【００５３】
平面視において、メイン素子２１ｍは、センス素子２１ｓを取り囲んでいる。センス素子２１ｓは、メイン素子２１ｍよりも半導体基板２００の中心に近い位置に設けられている。スイッチング素子２１の形成領域において、中央領域内にセンス素子２１ｓが形成され、中央領域を取り囲む外周領域内にメイン素子２１ｍが形成されている。
【００５４】
本実施形態において、ソース電極２１０ｍ、２１０ｓは、正の温特を有するアルミニウム（Ａｌ）を含んで形成されている。メイン素子２１ｍは、センス素子２１ｓの全周を連続的に取り囲んでいる。メイン素子２１ｍの形成領域は、平面視において略矩形の環状をなしている。なお、センス素子２１ｓを取り囲む構成は、上記例に限定されない。たとえば、メイン素子２１ｍを非連続の環状としてもよい。メイン素子２１ｍを、センス素子２１ｓの外周輪郭を規定する辺の一部のみ、たとえば四辺のうちの二辺や三辺のみに沿うように設けてもよい。
【００５５】
センス素子２１ｓは、メイン素子２１ｍと分離されている。センス素子２１ｓは、半導体基板２００の中心には設けられておらず、中央領域の外周部に形成されている。センス素子２１ｓは、平面視において略矩形の環状をなしている。つまり、センス素子２１ｓの形成領域の内側には、スイッチング素子２１のセルが形成されていない。
【００５６】
平面視において、センス素子２１ｓの内側には、抵抗２３と感温ダイオード２４が配置されている。抵抗２３は、平面視において、センス素子２１ｓに取り囲まれている。抵抗２３は、センス素子２１ｓよりも半導体基板２００の中心に近い位置に配置されている。抵抗２３は、半導体基板２００の表面２００ａ上に配置されている。抵抗２３は正の温度特性を有する材料を用いて形成されている。抵抗２３は、抵抗２２に相当するソース電極２１０ｍと同じ材料を用いて形成されているのが好ましい。本実施形態において、抵抗２３は、ソース電極２１０ｍと同じ材料（アルミニウム系材料）を用いて形成されている。抵抗２３が、センス抵抗に相当する。
【００５７】
抵抗２３の端部のひとつは、図示しない配線を介して、センス素子２１ｓのソース電極２１０ｓと電気的に接続されている。抵抗２３の端部の他のひとつは、図示しない配線を介してメイン素子２１ｍのソース電極２１０ｍに電気的に接続されている。
【００５８】
感温ダイオード２４は、平面視において、センス素子２１ｓに取り囲まれている。感温ダイオード２４は、センス素子２１ｓよりも半導体基板２００の中心に近い位置に配置されている。感温ダイオード２４は、抵抗２３とは電気的分離されつつ、並んで配置されている。たとえば、感温ダイオード２４は、不純物を注入することで半導体基板２００内に形成されている。感温ダイオード２４は、半導体基板２００上に配置されたポリシリコンに不純物を注入することで形成されてもよい。感温ダイオード２４のアノードは、図示しない配線を介して端子２５ｄに接続されている。感温ダイオード２４のカソードは、図示しない配線を介して端子２５ｅに接続されている。本実施形態において、感温ダイオード２４は、Ｙ方向において抵抗２３と並んでいる。
【００５９】
なお、端子２５は、Ｘ方向において、ゲート電極用の端子２５ａ、電流検出用の端子２５ｂ、２５ｃ、アノード用の端子２５ｄ、カソード用の端子２５ｅの順に並んでいる。端子２５ａが、ゲート端子に相当する。端子２５ｂ、２５ｃが、センス端子に相当する。端子２５ｄがアノード端子に相当し、端子２５ｅがカソード端子に相当する。
【００６０】
＜第１実施形態のまとめ＞
リニア制御の場合、スイッチング素子をハーフオン状態で動作させるため、フルオン状態に較べてオン抵抗が高く、半導体基板の温度が高くなりやすい。また、ＭＯＳＦＥＴのように、リニア領域において負の温度特性を有するスイッチング素子の場合、温度の高い基板中心部（素子中心部）の抵抗値が低下し、これにより電流が増加し、さらに温度が高くなる正帰還を引き起こすことで、スイッチング素子が二次降伏しやすい。
【００６１】
たとえば、センス素子に直列接続されたセンス抵抗を用いて電流を検出し、過電流が流れている場合に、スイッチング素子を強制的にオフ駆動させることで、二次降伏を防ぐことができる。しかしながら、このような構成では、安全動作領域（ＳＯＡ）を拡大することができない。ＳＯＡとは、Safty Operating Areaの略称である。
【００６２】
本実施形態の半導体装置２０は、メイン素子２１ｍに直列接続される抵抗２２（２１０ｍ）の抵抗値が正の温度特性を有している。同様に、センス素子２１ｓに直列接続される抵抗２３の抵抗値が正の温度特性を有している。温度上昇により、メイン素子２１ｍおよびセンス素子２１ｓの抵抗値は低下するのに対し、抵抗２２（配線抵抗）および抵抗２３（センス抵抗）の抵抗値は増加する。このように、抵抗２２、２３の正の温度特性により、スイッチング素子２１の負の温度特性を打ち消すことができる。よって、半導体装置２０（半導体素子）全体として、温度上昇にともなう抵抗値の低下を抑制し、これにより電流集中を抑制することができる。この結果、二次降伏を抑制しつつ、安全動作領域の広い半導体装置２０を提供することができる。
【００６３】
さらに本実施形態では、平面視において、メイン素子２１ｍがセンス素子２１ｓを取り囲んでいる。センス素子２１ｓのほうがメイン素子２１ｍよりも半導体基板２００の中心に近い位置に形成されている。半導体基板２００の温度は、放熱性の違いから、基板中心ほど温度が高くなり、基板端部ほど温度が低くなるため、外側配置により、メイン素子２１ｍの温度上昇を抑え、電流集中を抑制することができる。よって、安全動作領域をより広くすることができる。また、内側に配置したセンス素子２１ｓには、抵抗２２（配線抵抗）よりも抵抗値の大きい抵抗２３（センス抵抗）が直列接続されている。このため、二次降伏が生じにくい。
【００６４】
さらに本実施形態では、平面視において、センス素子２１ｓが抵抗２３を取り囲むように形成されている。抵抗２３のほうがセンス素子２１ｓよりも半導体基板２００の中心に近い位置に配置されている。抵抗２３は温度が高くなる位置に配置されているため、抵抗値をより高くすることができる。つまり、スイッチング素子２１の負の温度特性を打ち消す効果を高め、安全動作領域をさらに広くすることができる。また、半導体基板２００において、抵抗２３と重なる領域にはスイッチング素子２１のセルが形成されない。つまり、基板中心付近に、スイッチング動作しない非動作領域を設けるため、半導体基板２００の温度上昇を抑制することができる。これによっても、安全動作領域をより広くすることができる。
【００６５】
さらに本実施形態では、平面視において、センス素子２１ｓが感温ダイオード２４を取り囲んでいる。これにより、基板中心付近の非動作領域をより広くすることができる。よって、安全動作領域をより広くすることができる。
【００６６】
また、上記したように、メイン素子２１ｍがセンス素子２１ｓを取り囲む構成では、ソース電極２１０ｍと主端子４４とをつなぐボンディングワイヤ６１を、センス素子２１ｓを避けて接続する必要がある。図２に示したように、本実施形態のボンディングワイヤ６１は、平面視においてソース電極２１０ｍの中心よりも主端子４４から離れた位置で、ソース電極２１０ｍに接続されている。これにより、ソース電極２１０ｍの中心よりも主端子４４に近い位置に接続する構成に較べて、抵抗２２（配線抵抗）の抵抗値を高めることができる。つまり、メイン素子２１ｍの負の温度特性を打ち消す効果を高めることができる。よって、安全動作領域をより広くすることができる。
【００６７】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、半導体装置の端子を、半導体基板の端部付近に設けた。これに代えて、端子をセンス素子の内側に設けてもよい。
【００６８】
図４は、本実施形態に係る半導体装置２０を示す平面図である。図４に示すように、センス素子２１ｓは、先行実施形態同様、平面視において抵抗２３および感温ダイオード２４を取り囲んでいる。本実施形態のセンス素子２１ｓは、さらに複数の端子２５のすべてについても取り囲んでいる。具体的には、センス素子２１ｓが、ゲート電極用の端子２５ａを取り囲んでいる。また、センス素子２１ｓが、電流センス用の端子２５ｂ、２５ｃを取り囲んでいる。さらに、センス素子２１ｓが、感温ダイオード用の端子２５ｄ、２５ｅを取り囲んでいる。
【００６９】
先行実施形態同様、半導体基板２００において、センス素子２１ｓの内側にはセルが形成されていない。平面視において、端子２５ａ〜２５ｅと重なる領域には、セルが形成されていない。
【００７０】
＜第２実施形態のまとめ＞
上記したように、本実施形態では、端子２５ａ〜２５ｅをセンス素子２１ｓの内側に配置している。この配置により、基板中心付近の非動作領域が先行実施形態よりも広くなるため、半導体基板２００の温度上昇を抑制することができる。よって、安全動作領域をより広くすることができる。
【００７１】
本実施形態では、端子２５のすべてをセンス素子２１ｓの内側に配置する例を示したが、これに限定されない。端子２５の少なくともひとつをセンス素子２１ｓの内側に配置すると、端子２５のいずれも内側に配置しない構成に較べて、安全動作領域を広くすることができる。たとえば、センス素子２１ｓが、端子２５のうち、ゲート電極用の端子２５ａのみを取り囲む配置としてもよい。同様に、センス素子２１ｓが、電流センス用の端子２５ｂ、２５ｃのみを取り囲む配置としてもよい。センス素子２１ｓが、感温ダイオード２４用の端子２５ｄ、２５ｅのみを取り囲む配置としてもよい。
【００７２】
（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、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部品および／または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。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。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、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味およ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。
【００７３】
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
【００７４】
ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。
【００７５】
空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。
【００７６】
駆動制御部３５を含む制御ＩＣ３０は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）を含む。ハードウェアプロセッサは、下記（ｉ）、（ｉｉ）、又は（ｉｉｉ）により提供することができる。
【００７７】
（ｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、プログラムおよび／またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。
【００７８】
（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、たとえばＣＰＵと称される。メモリは、記憶媒体とも称される。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび／またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。
【００７９】
（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、又は共通のチップの上に配置される。
【００８０】
すなわち、駆動制御部３５を含む制御ＩＣ３０が提供する手段および／または機能は、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組み合わせにより提供することができる。
【００８１】
負荷駆動装置１０は、上記した構成に限定されない。たとえば、半導体装置２０が感温ダイオード２４と端子２５ｄ、２５ｅを備えない構成としてもよい。制御ＩＣ３０が、温度検出部３２と、温度補正部３３と、端子３６ｄ、３６ｅを備えない構成としてもよい。つまり、電流相関値の温度補正を行わない構成としてもよい。
【００８２】
リニア領域において抵抗値が負の温度特性を有するスイッチング素子２１は、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。
【符号の説明】
【００８３】
１…バッテリ、２…モータ、１０…負荷駆動装置、２０…半導体装置、２００…半導体基板、２１…スイッチング素子、２１ｍ…メイン素子、２１０ｍ…ソース電極、２１ｓ…センス素子、２１０ｓ…ソース電極、２２、２３…抵抗、２４…感温ダイオード、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ…端子、３０…制御ＩＣ、３００…半導体基板、３１…電流検出部、３２…温度検出部、３３…温度補正部、３４…過電流判定部、３５…駆動制御部、３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３７…端子、４０…リードフレーム、４１、４２…アイランド、４４、４４…主端子、４５…信号端子、４５ａ…グランド端子、５０…封止樹脂体、６０、６１、６２…ボンディングワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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