(57)【要約】【課題】熱抵抗及びインダクタンスが低い半導体装置を提供する。【解決手段】第１の主面１０と第１の主面１０に対向する第２の主面１１とを有する基板３と、基板３の第１の主面１０上に配置された第１の金属配線部５と、第１の金属配線部５上に配置された、表面電極及びゲート電極を有する半導体チップ４と、第１の主面１０上の第１の金属配線部５とは異なる部分に配置され、表面電極へ電気的に接続された第２の金属配線部６と、第１の主面１０上の第１及び第２の金属配線部５、６とは異なる部分に配置され、ゲート電極へ電気的に接続されたゲート配線部７と、第１及び第２の金属配線部５、６に接合され、半導体チップ４が位置する部分に開口部を有する平板状のバスバ電極２ａと、バスバ電極２ａ上に配置され、ゲート配線部７へ電気的に接続されたゲート配線基板８と、第２の主面１１上に配置された冷却器１とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と第１の主面に対向する第２の主面とを有する基板と、
前記第１の主面上に配置された第１の金属配線部と、
前記第１の金属配線部上に配置された、表面電極及びゲート電極を有する半導体チップと、
前記第１の主面上の前記第１の金属配線部とは異なる部分に配置され、前記表面電極へ電気的に接続された第２の金属配線部と、
前記第１の主面上の前記第１及び第２の金属配線部とは異なる部分に配置され、前記ゲート電極へ電気的に接続されたゲート配線部と、
前記第１及び第２の金属配線部に接合され、前記半導体チップが位置する部分に開口部を有する平板状のバスバ電極と、
前記バスバ電極上に配置され、前記ゲート配線部へ電気的に接続されたゲート配線基板と、
前記第２の主面上に配置された冷却器
とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記バスバ電極の一端側が前記冷却器の外側まで延伸してい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】
前記バスバ電極は高電位側の電源電極であって前記第１の金属配線部へ電気的に接続され、前記バスバ電極は前記一端側に対向する他端側において前記第２の金属配線部に接合され、前記半導体装置は負荷としてのモータを駆動する第１の駆動回路を成すことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バスバ電極は低電位側の電源電極であって前記第２の金属配線部へ電気的に接続され、前記バスバ電極は前記一端側に対向する他端側において前記第１の金属配線部に接合され、前記半導体装置は負荷としてのモータを駆動する第２の駆動回路を成すことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記開口部を覆うカバーと、
前記カバーの内部に充填された、前記半導体チップを保護する保護部材とを更に有することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板は複数あり、前記基板ごとに前記半導体チップが配置され、前記バスバ電極は前記基板ごとに前記半導体チップが位置する部分に前記開口部を有することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップを封止する封止部材を更に有することを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記基板はセラミックス基板であることを特徴とする請求項１乃至７何れか１項記載の半導体装置。
【請求項９】
前記基板は前記第１の金属配線部と一体の金属板であることを特徴とする請求項１乃至７何れか１項記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項３記載の第１の駆動回路と、
請求項４記載の第２の駆動回路と、
前記第１及び第２の駆動回路がそれぞれ有する前記基板の前記第２の主面の間に配置された冷却器と、
前記冷却器の外側まで延伸して互いに対向して配置された前記第１及び第２の駆動回路がそれぞれ有するバスバ電極の延伸部分の間に配置されたコンデンサ
とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の駆動回路の前記第２の金属配線部と第２の駆動回路の前記第１の金属配線部の間を電気的に接続する圧接金属部を更に有することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体装置は負荷としての交流モータを駆動する為に供せられるインバータ装置を成すことを特徴とする請求項１乃至１１何れか１項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に、発熱体としての半導体チップと半導体チップが実装された冷却器とを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子が形成された半導体チップを冷却器の上に配置し、半導体チップから発生する熱を冷却器が冷却する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１など参照）。特許文献１に開示された半導体装置において、冷却器はベースプレートの上に配置され、冷却器の上にＵ字型の冷却板が設置され、この冷却板の上にモールド樹脂等の封止部材でパッケージされた半導体チップが実装されている。半導体チップから導出された端子は、冷却器に対して鉛直方向に配置されている。この端子に低電位側バスバ電極、ＡＣバスバ電極が電気的に接続され、電気的に対応する半導体チップの裏面電極に高電位側バスバ電極が電気的に接続されている。こうして、半導体装置は、交流モータを駆動する３相インバータ回路を成している。
【特許文献１】特開平１０−２２９６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された半導体装置において、半導体チップから発生する熱は比較的薄い冷却板を横切るため、低熱抵抗化が甚だ困難である。半導体チップの端子とバスバ電極の間の電気的な接続は空中接続的な形態となるため、製造工程が複雑になり、製造コストの増大を招く。
【０００４】
また、装置サイズに与える影響が多大で、装置の小型化に対する大きな障害となる。
【０００５】
また、バスバ電極を長く複雑な形状で引き伸ばすので、低インダクタンス化や複数の半導体チップへの電流バランスの改善に対して支障を来たす。
【０００６】
特に半導体装置の電流容量を増やす等の理由により多数の半導体チップを並列に接続する場合などは、装置自体が並列接続方向に沿って細長くなるので、上記の問題点がさらに顕著になる。
【０００７】
なお、冷却板の位置にそれぞれ冷却器を配置して、冷却器に半導体チップを直接実装しても上述した問題点は改善されない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴は、第１の主面と第１の主面に対向する第２の主面とを有する基板と、基板の第１の主面上に配置された第１の金属配線部と、第１の金属配線部上に配置された、表面電極及びゲート電極を有する半導体チップと、基板の第１の主面上の第１の金属配線部とは異なる部分に配置され、表面電極へ電気的に接続された第２の金属配線部と、基板の第１の主面上の第１及び第２の金属配線部とは異なる部分に配置され、ゲート電極へ電気的に接続されたゲート配線部と、第１及び第２の金属配線部に接合され、半導体チップが位置する部分に開口部を有する平板状のバスバ電極と、バスバ電極上に配置され、ゲート配線部へ電気的に接続されたゲート配線基板と、基板の第２の主面上に配置された冷却器とを有する半導体装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱抵抗及びインダクタンスが低い半導体装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１１】
本発明の第１乃至第６の実施の形態では、本発明に係わる半導体装置として、電気自動車用モータを駆動するための半導体装置を例にとり説明する。勿論、電気自動車用モータを駆動する用途以外の半導体装置に対しても本発明を適用できることは言うまでも無い。
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、負荷としての交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置における、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を例にとり説明する。
【００１３】
図１に示すように、第１の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、第１の主面１０と第１の主面１０に対向する第２の主面１１とを有する基板３と、第１の主面１０上に配置された第１の金属配線部５と、第１の金属配線部５上に配置された半導体チップ４と、第１の主面１０上の第１の金属配線部５とは異なる部分に配置された第２の金属配線部６と、第１の主面１０上の第１及び第２の金属配線部５、６とは異なる部分に配置されたゲート配線部７と、接合層１２を介して第１及び第２の金属配線部５、６に接合された平板状のバスバ電極２ａと、バスバ電極２ａ上に配置されたゲート配線基板８と、第２の主面１１上に配置された冷却器１とを少なくとも有する。なお、基板３はセラミックス基板からなる。
【００１４】
図２は図１の第１の駆動回路６１を示す平面図であって、図１は図２のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図である。複数（ここでは３つ）の半導体チップ４はそれぞれ表面電極及びゲート電極を有する。第２の金属配線部６はボンディングワイヤにより半導体チップ４の表面電極へ電気的に接続されている。ゲート配線部７はボンディングワイヤにより半導体チップ４のゲート電極へ電気的に接続されている。ゲート配線基板８はボンディングワイヤによりゲート配線部７へ電気的に接続されている。バスバ電極２ａは高電位側の電源電極であってボンディングワイヤにより第１の金属配線部５へ電気的に接続されている。
【００１５】
バスバ電極２ａは、半導体チップ４が位置する部分に開口部１５を有する。開口部１５は、ロの字型形状を有し、バスバ電極２ａの内側に形成されている。開口部１５から、半導体チップ４、第１及び第２の金属配線部５、６、ゲート配線部７が表出している。バスバ電極２ａと第１の金属配線部５の間、及びゲート配線基板８とゲート配線部７の間は、それぞれ開口部１５を介して電気的に接続されている。
【００１６】
第１の駆動回路６１は、開口部１５を覆うカバー９と、カバー９の内部に充填された保護部材（図示省略）とを更に有する。保護部材は半導体チップ４を保護する機能／用途を有する。カバー９は、開口部１５のみならずゲート配線基板８の一部分をも覆い、開口部１５の外側全周においてバスバ電極２ａに接合されている。保護部材をカバー９内部に充填することにより、上述した半導体チップ４やボンディングワイヤなどは外部環境から保護される。なお、第１の実施の形態における半導体チップ４は、図６などで後述するモールド樹脂等の封止部材によりパッケージされた状態に対して、半導体基板上に半導体素子（スイッチング素子など）が形成された状態、いわゆる「ベアチップ」の状態であり、ベアチップ４の状態で保護部材を充填している。
【００１７】
バスバ電極２ａの一端側１３は冷却器１の外側まで延伸され、バスバ電極２ａは一端側１３に対向する他端側１４において第２の金属配線部６に接合されている。また、ゲート配線基板８は、他端側１４においてバスバ電極２ａの上に配置されている。
【００１８】
以上説明した第１の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、高電位側電源と負荷モータとの間で、負荷モータへの電流通電を制御するハイサイド側スイッチ回路として、以下の作用効果を奏する。
【００１９】
第１に、図２に示したようにバスバ電極（高電位側バスバ電極）２ａの長辺に対して垂直方向に複数の半導体チップ４を配置しているため、バスバ電極２ａの長辺を短く、バスバ電極２ａの短辺（バスバ電極２ａの幅）を長く（広く）できる。これにより、複数の半導体チップ４を低インダクタンスでバスバ電極２ａへ電気的に接続できる。特に、バスバ電極２ａを幅広くできることにより、バスバ電極２ａ内部の電流密度を低減できる。
【００２０】
また、バスバ電極２ａは平板形状を有し、屈曲部や曲げ形状を有さないため、最短経路で電源コンデンサに接続できる。このことにより、上述した電流密度の低減効果と相まって、インダクタンスを低減できる。
【００２１】
更に、バスバ電極２ａに屈曲部や曲げ形状が無いことにより、電流の流れが曲がる部分も少ないのでさらにインダクタンスを低減できる。即ち、特許文献１に開示された半導体装置のように、全体構造を組み立てるためにバスバ電極を長く延ばしたり、曲げる必要が無い。よって、バスバ電極２ａの寄生インダクタンスを下げることができる。よって、半導体チップ４に形成された半導体素子（スイッチング素子）のスイッチング動作時に発生するサージ電圧を低減でき、装置の破壊や、サージ電圧に伴う装置の誤動作を防止できる。
【００２２】
更に、複数の半導体チップ４に対する電流バランスを良好にほぼ均一にできる。よって、半導体装置（第１の駆動回路６１）の電流容量を大きくする等の理由によって、半導体チップ４を多数電気的に並列接続する場合でも、特定チップに電流が集中するための破壊を防止できる。更に、半導体装置（第１の駆動回路６１）の電流容量を大きくする、あるいは個々の半導体チップ４への電流値を小さくして容易に温度上昇を抑えることもできる。
【００２３】
第２に、ゲート配線基板８は高電位側の電源に接続されるバスバ電極２ａ上に配置されている。これにより、バスバ電極２ａは、半導体チップ４のスイッチング時に発生する大きなノイズ電圧が半導体チップ４のゲート配線に重畳することを防ぐことができる。即ち、一定電位のバスバ電極２ａがシールド板としての機能を発揮できる。
【００２４】
第３に、バスバ電極２ａを、低インダクタンス化や素子電流バランス改善という良好な電気特性を持たせつつ、平面的な形状で基板３から外側に引き出せるので、半導体装置（第１の駆動回路６１）の小型化、とりわけ薄型化に寄与できる。またバスバ電極２ａを複雑な屈曲形状や立体形状にする必要が無いので、装置を大きくする懸念が無い。
【００２５】
第４に、バスバ電極２ａと基板３との接合を、基板３の一端側部分のみでなく、基板３の他端側、及びこの一端側と他端側を結ぶ側面部で行なう。即ち、図２に示した開口部１５の外周全体にわたってバスバ電極２ａと基板３とは接合されている。この為、接合面積を大きくすると共に、基板３の一端部と他端部という間隔を空けて、バスバ電極２ａと基板３とを接合できる。よって、バスバ電極２ａに外部から応力を印加しても、バスバ電極２ａと基板３が剥離し、半導体装置（第１の駆動回路６１）が破壊することを防止できる。特に、基板３の一端部と他端部の間で所定の間隔を空けて接合できることにより、この外力によるモーメントに対しても十分な破壊防止を図れるだけの強度を維持できる。また、本構成自体で十分な接合強度を持てることにより、外力によるバスバ接合部の破壊防止のための特別な補強や、応力を緩和する為の構造を必要としない。この点からも半導体装置（第１の駆動回路６１）を小型化できる。
【００２６】
なお、第１の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、形成する際に複雑な工程を必要としないため容易に形成できる。また、冷却器１の直上に半導体素子が形成された半導体チップ４を配置できるので、半導体チップ４を低熱抵抗で冷却することができる。即ち、半導体チップ４からの熱流が薄い冷却板内部を横切るようなことが無く、広い熱流断面積でかつ短い経路長で冷却器１に達する。
【００２７】
また、カバー９を配置させ、保護材料として例えばゲル材をカバー９内部に充填させることにより、半導体チップ４に水分や塵埃が付着することを容易に防止できる。なお、バスバ電極２ａの開口部１５周辺の主面部に例えば樹脂材料によるカバー９を容易に接着又は熱溶着できる。
【００２８】
更に、予め、半導体チップ４を基板３上に実装し、例えばワイヤボンディングなどの半導体チップ４に対する電気的な接続を行なった後に、バスバ電極２ａとカバー９を接合できるので、カバー９の接合工程は、半導体チップ４の実装工程や電気的接続に掛かる工程（例えばワイヤボンディング工程）に全く影響を与えない。なお、カバー９部を側面部と蓋部とに分割し、予めバスバ電極２ａには側面部を接合しておき、保護材料を塗布した後に蓋部を接合しても良い。
【００２９】
更に、半導体チップ４がベアチップの状態であることにより、さらに低熱抵抗で半導体チップ４を冷却できる。前述のようにカバー９を用いて保護材料を充填できるので、容易にベアチップ４を用いて低熱抵抗な半導体装置（第１の駆動回路６１）を構成できる。
【００３０】
更に、基板３がセラミックス基板であるならば、半導体チップ４から冷却器１に至る経路を低熱抵抗化できると共に、電位が異なる第１及び第２の金属配線部５、６及びゲート配線部７の間の電気的な絶縁を容易に実現可能である。半導体チップ４を実装したセラミックス基板３をバスバ電極２ａに接合すれば良く、形成容易である。
【００３１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、負荷としての交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置における、低電位位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）を例にとり説明する。
【００３２】
図３に示すように、第２の実施の形態に係わる第２の駆動回路６２は、第１の主面１０と第１の主面１０に対向する第２の主面１１とを有するセラミックス基板からなる基板３と、第１の主面１０上に配置された第１の金属配線部５と、第１の金属配線部５上に配置された半導体チップ４と、第１の主面１０上の第１の金属配線部５とは異なる部分に配置された第２の金属配線部６と、第１の主面１０上の第１及び第２の金属配線部５、６とは異なる部分に配置されたゲート配線部７と、接合層１２を介して第１の金属配線部５に接合された平板状のバスバ電極２ｂと、バスバ電極２ｂ上に配置されたゲート配線基板８と、第２の主面１１上に配置された冷却器１とを少なくとも有する。
【００３３】
第２の駆動回路６２は、図１に示した第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１に比べて、第１の金属配線部５と第２の金属配線部６の配置が入れ替わり、ゲート配線部７と半導体チップ４の配置が入れ替わっている点が異なり、その他の構成は同じである。
【００３４】
図４は図３の第２の駆動回路６２を示す平面図であって、図３は図４のＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図である。複数（ここでは３つ）の半導体チップ４はそれぞれ表面電極及びゲート電極を有する。第２の金属配線部６はボンディングワイヤにより半導体チップ４の表面電極へ電気的に接続されている。ゲート配線部７はボンディングワイヤにより半導体チップ４のゲート電極へ電気的に接続されている。ゲート配線基板８はボンディングワイヤによりゲート配線部７へ電気的に接続されている。図１に示した第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１に比べて、バスバ電極２ｂは低電位側の電源電極であってボンディングワイヤにより第２の金属配線部６へ電気的に接続されている点が異なる。
【００３５】
バスバ電極２ｂは、半導体チップ４が位置する部分に開口部１５を有する。開口部１５は、ロの字型形状を有し、バスバ電極２ｂの内側に形成されている。開口部１５から、半導体チップ４、第１及び第２の金属配線部５、６、ゲート配線部７が表出している。バスバ電極２ｂと第２の金属配線部６の間、及びゲート配線基板８とゲート配線部７の間は、それぞれ開口部１５を介して電気的に接続されている。
【００３６】
第２の駆動回路６２は、開口部１５を覆うカバー９と、カバー９の内部に充填された保護部材（図示省略）とを更に有する。カバー９は、開口部１５のみならずゲート配線基板８の一部分をも覆い、開口部１５の外側全周においてバスバ電極２ｂに接合されている。保護部材をカバー９内部に充填することにより、上述した半導体チップ４やボンディングワイヤなどは外部環境から保護される。なお、第２の実施の形態における半導体チップ４は、図６などで後述するモールド樹脂等の封止部材によりパッケージされた状態に対して、半導体基板上に半導体素子（スイッチング素子など）が形成された状態、いわゆる「ベアチップ」の状態であり、ベアチップ４の状態で保護部材を充填している。
【００３７】
バスバ電極２ｂの一端側１３は冷却器１の外側まで延伸され、バスバ電極２ｂは一端側１３に対向する他端側１４において第１の金属配線部５に接合されている。また、ゲート配線基板８は、他端側１４においてバスバ電極２ｂの上に配置されている。
【００３８】
以上説明した第２の実施の形態に係わる第２の駆動回路６２は、低電位側電源と負荷モータとの間で、負荷モータへの電流通電を制御するローサイド側スイッチ回路として、以下の作用効果を奏する。
【００３９】
第１に、図４に示したようにバスバ電極（低電位側バスバ電極）２ｂの長辺に対して垂直方向に複数の半導体チップ４を配置しているため、バスバ電極２ｂの長辺を短く、バスバ電極２ｂの短辺（バスバ電極２ｂの幅）を長く（広く）できる。これにより、複数の半導体チップ４を低インダクタンスでバスバ電極２ｂへ電気的に接続できる。特に、バスバ電極２ｂを幅広くできることにより、バスバ電極２ｂ内部の電流密度を低減できる。
【００４０】
また、バスバ電極２ｂは平板形状を有し、屈曲部や曲げ形状を有さないため、最短経路で電源コンデンサに接続できる。このことにより、上述した電流密度の低減効果と相まって、インダクタンスを低減できる。
【００４１】
更に、バスバ電極２ｂに屈曲部や曲げ形状が無いことにより、電流の流れが曲がる部分も少ないのでさらにインダクタンスを低減できる。即ち、特許文献１に開示された半導体装置のように、全体構造を組み立てるためにバスバ電極を長く延ばしたり、曲げる必要が無い。よって、バスバ電極２ｂの寄生インダクタンスを下げることができる。よって、半導体チップ４に形成された半導体素子（スイッチング素子）のスイッチング動作時に発生するサージ電圧を低減でき、装置の破壊や、サージ電圧に伴う装置の誤動作を防止できる。
【００４２】
更に、複数の半導体チップ４に対する電流バランスを良好にほぼ均一にできる。よって、半導体装置（第２の駆動回路６２）の電流容量を大きくする等の理由によって、半導体チップ４を多数電気的に並列接続する場合でも、特定チップに電流が集中するための破壊を防止できる。更に、半導体装置（第１の駆動回路６１）の電流容量を大きくする、あるいは個々の半導体チップ４への電流値を小さくして容易に温度上昇を抑えることもできる。
【００４３】
第２に、ゲート配線基板８は低電位側の電源に接続されるバスバ電極２ｂ上に配置されている。これにより、バスバ電極２ｂは、半導体チップ４のスイッチング時に発生する大きなノイズ電圧が半導体チップ４のゲート配線に重畳することを防ぐことができる。即ち、一定電位のバスバ電極２ｂがシールド板としての機能を発揮できる。
【００４４】
第３に、バスバ電極２ｂを、低インダクタンス化や素子電流バランス改善という良好な電気特性を持たせつつ、平面的な形状で基板３から外側に引き出せるので、半導体装置（第２の駆動回路６２）の小型化、とりわけ薄型化に寄与できる。またバスバ電極２ｂを複雑な屈曲形状や立体形状にする必要が無いので、装置を大きくする懸念が無い。
【００４５】
第４に、バスバ電極２ｂと基板３との接合を、基板３の一端側部分のみでなく、基板３の他端側、及びこの一端側と他端側を結ぶ側面部で行なう。即ち、図４に示した開口部１５の外周全体にわたってバスバ電極２ｂと基板３とは接合されている。この為、接合面積を大きくすると共に、基板３の一端部と他端部という間隔を空けて、バスバ電極２ｂと基板３とを接合できる。よって、バスバ電極２ｂに外部から応力を印加しても、バスバ電極２ｂと基板３が剥離し、半導体装置（第２の駆動回路６２）が破壊することを防止できる。特に、基板３の一端部と他端部の間で所定の間隔を空けて接合できることにより、この外力によるモーメントに対しても十分な破壊防止を図れるだけの強度を維持できる。また、本構成自体で十分な接合強度を持てることにより、外力によるバスバ接合部の破壊防止のための特別な補強や、応力を緩和する為の構造を必要としない。この点からも半導体装置（第２の駆動回路６２）を小型化できる。
【００４６】
なお、第２の実施の形態に係わる第２の駆動回路６２は、形成する際に複雑な工程を必要としないため容易に形成できる。また、冷却器１の直上に半導体素子が形成された半導体チップ４を配置できるので、半導体チップ４を低熱抵抗で冷却することができる。即ち、半導体チップ４からの熱流が薄い冷却板内部を横切るようなことが無く、広い熱流断面積でかつ短い経路長で冷却器１に達する。
【００４７】
また、カバー９を配置させ、保護材料として例えばゲル材をカバー９内部に充填させることにより、半導体チップ４に水分や塵埃が付着することを容易に防止できる。なお、バスバ電極２ｂの開口部１５周辺の主面部に例えば樹脂材料によるカバー９を容易に接着又は熱溶着できる。
【００４８】
更に、予め、半導体チップ４を基板３上に実装し、例えばワイヤボンディングなどの半導体チップ４に対する電気的な接続を行なった後に、バスバ電極２ｂとカバー９を接合できるので、カバー９の接合工程は、半導体チップ４の実装工程や電気的接続に掛かる工程（例えばワイヤボンディング工程）に全く影響を与えない。なお、カバー９部を側面部と蓋部とに分割し、予めバスバ電極２ｂには側面部を接合しておき、保護材料を塗布した後に蓋部を接合しても良い。
【００４９】
更に、半導体チップ４がベアチップの状態であることにより、さらに低熱抵抗で半導体チップ４を冷却できる。前述のようにカバー９を用いて保護材料を充填できるので、容易にベアチップ４を用いて低熱抵抗な半導体装置（第２の駆動回路６２）を構成できる。
【００５０】
更に、基板３がセラミックス基板であるならば、半導体チップ４から冷却器１に至る経路を低熱抵抗化できると共に、電位が異なる第１及び第２の金属配線部５、６及びゲート配線部７の間の電気的な絶縁を容易に実現可能である。半導体チップ４を実装したセラミックス基板３をバスバ電極２ｂに接合すれば良く、形成容易である。
【００５１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様にして、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を例にとり説明する。
【００５２】
図５は第３の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１を示す平面図である。なお、図５のＣ−Ｃ’切断面及びＤ−Ｄ’切断面に沿った断面図は、図１に示した断面図と同様であり、第１の駆動回路６１の断面図への図示及びこれを用いた説明を省略する。
【００５３】
図５に示すように、第３の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、図２に比べて、基板３は複数（ここでは２つ）あり、基板３ごとに複数（ここでは３つ）の半導体チップ４が配置され、バスバ電極２ａは基板３ごとに半導体チップ４が位置する部分に開口部１５を有する点が異なる。
【００５４】
なお、２つの基板３は、半導体チップ４の配列方向に平行に１つの冷却器１の上に配置されている。各基板３の上に第１及び第２の金属配線部５、６及びゲート配線部７がそれぞれ配置され、その上に接合層（図示せず）を介して１つのバスバ電極２ａが接合されている。第１の駆動回路６１は、基板３毎に、開口部１５を覆うカバー９と、カバー９の内部に充填された保護部材（図示省略）とを更に有する。バスバ電極２ａの一端側１３は冷却器１の外側まで延伸され、バスバ電極２ａは一端側１３に対向する他端側１４において第２の金属配線部６に接合されている。また、ゲート配線基板８は、他端側１４においてバスバ電極２ａの上に配置されている。
【００５５】
その他の平面構成は、図２と同様であり、説明を省略する。
【００５６】
以上説明した第３の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、高電位側電源と負荷モータとの間で、負荷モータへの電流通電を制御するハイサイド側スイッチ回路として、第１の実施の形態で述べた効果のみならず、さらに以下の作用効果をも奏する。
【００５７】
半導体装置（第１の駆動回路６１）の電流容量を大きくしたい、或いは個々の半導体チップ４に流れる電流を少なくして半導体チップ４の温度上昇を抑えたい等の理由によって、多数の半導体チップ４を電気的に並列接続する場合でも、電気的特性を良好に保つことができる。即ち、個々の半導体チップ４に対して、幅が広く短いバスバ電極２ａが接続される。よって、低インダクタンス化を図れると共に、個々の半導体チップ４に対する電流バランスもほぼ均一にすることができる。
【００５８】
一般的に多数の半導体チップ４を並列接続しようとする場合、基板３が細長くなりがちである。しかしながら、基板３が大きくなると半導体チップ４の実装工程が困難になると共に、基板３内部に強い応力が残留し、熱応力等のよる信頼性の懸念が生じ易い。しかし、第３の実施の形態によれば、個々の基板３は小面積にできると共に、細長くする必要が無い。よって、容易に形成でき、信頼性の懸念も生じず、かつ各基板３同士はバスバ電極２ａを介して接続されているので良好な電気的特性も得られる。特に、基板３がセラミックス基板である場合、セラミックス基板を小型化できる。一般的に、セラミックス基板は、大きくかつ細長くなると、単にコスト増大だけでなく、残留応力等による信頼性懸念が出易い。第３の実施の形態によれば、このような問題を回避できる。
【００５９】
なお、第３の実施の形態では、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１を例にとり説明したが、第２の実施の形態で説明した第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）６２の構成に対しても適用することができ、第２の実施の形態で示した作用効果に加えて、上記効果も同様に生じる。
【００６０】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を例にとり説明する。
【００６１】
図６に示すように、第４の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、第１の主面１０と第１の主面１０に対向する第２の主面１１とを有するセラミックス基板からなる基板３と、第１の主面１０上に配置された第１の金属配線部５と、第１の金属配線部５上に配置された半導体チップ４と、第１の主面１０上の第１の金属配線部５とは異なる部分に配置された第２の金属配線部６と、第１の主面１０上の第１及び第２の金属配線部５、６とは異なる部分に配置されたゲート配線部７と、接合層１２を介して第１及び第２の金属配線部５、６に接合された平板状のバスバ電極２ａと、バスバ電極２ａ上に配置されたゲート配線基板８と、第２の主面１１上に配置された冷却器１と、半導体チップ４の周囲を封止する封止部材１７とを少なくとも有する。
【００６２】
図１に比して、半導体チップ４及び半導体チップ４から導出されたボンディングワイヤの周囲がモールド樹脂等の封止部材１７によりパッケージされている点、開口部１５を覆うカバー及びカバーの内部に充填された保護部材を有さない点が異なり、その他の構成は、図１と同様であり、説明を省略する。
【００６３】
図７は図６の第１の駆動回路６１を示す平面図であって、図６は図７のＥ−Ｅ’切断面に沿った断面図である。第２の金属配線部６はボンディングワイヤにより３つの半導体チップ４の表面電極へそれぞれ電気的に接続されている。ゲート配線部７はボンディングワイヤにより３つの半導体チップ４のゲート電極へそれぞれ電気的に接続されている。ゲート配線基板８はボンディングワイヤによりゲート配線部７へ電気的に接続されている。バスバ電極２ａは高電位側の電源電極であってボンディングワイヤにより第１の金属配線部５へ電気的に接続されている。
【００６４】
バスバ電極２ａは、封止部材１７で封止された半導体チップ４が位置する部分に開口部１５を有する。開口部１５は、ロの字型形状を有し、バスバ電極２ａの内側に形成されている。開口部１５から、半導体チップ４及びボンディングワイヤを封止する封止部材１７、第１及び第２の金属配線部５、６、ゲート配線部７が表出している。バスバ電極２ａと第１の金属配線部５の間、及びゲート配線基板８とゲート配線部７の間は、それぞれ開口部１５を介して電気的に接続されている。
【００６５】
その他の平面構成は図２と同様であり説明を省略する。
【００６６】
以上説明した第４の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、高電位側電源と負荷モータとの間で、負荷モータへの電流通電を制御するハイサイド側スイッチ回路として、第１の実施の形態で述べた効果のみならず、さらに以下の作用効果をも奏する。
【００６７】
半導体チップ４をモールド樹脂等の封止部材１７でパッケージすれば、半導体チップ４へ機械的な損傷を与える懸念が無く、さらに容易に半導体装置（第１の駆動回路６１）を形成することができる。また、装置の低コスト化に寄与できる。
【００６８】
なお、第４の実施の形態では、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１を例にとり説明したが、図８及び図９に示すように、第２の実施の形態で説明した第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）６２の構成に対しても適用することができる。即ち、第２の駆動回路６２は、図６に示した第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１に比べて、バスバ電極２ｂには低電位側の電源電圧が印加され、第１の金属配線部５と第２の金属配線部６の配置が入れ替わり、ゲート配線部７と封止部材１７で封止された半導体チップ４の配置が入れ替わっている点が異なり、その他の構成は同じである。
【００６９】
第２の駆動回路６２に適用した場合、第２の実施の形態で示した作用効果に加えて、上記効果も同様に生じる。
【００７０】
また更に、図６乃至図９に示した第１及び第２の駆動回路６１、６２に対して、図５に示した第３の実施の形態の構成を適用しても構わない。
【００７１】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を例にとり説明する。
【００７２】
図１０に示すように、第５の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、第１の主面１０と第１の主面１０に対向する第２の主面１１とを有する金属板からなる基板（第１の金属配線部）１８と、基板（第１の金属配線部）１８上に配置された半導体チップ４と、第１の主面１０上に絶縁物からなる中間層１９を介して配置された第２の金属配線部６と、第１の主面１０上の第２の金属配線部６とは異なる部分に配置されたゲート配線部７と、中間層１９及び接合層１２を介して基板（第１の金属配線部）１８及び第２の金属配線部６に接合された平板状のバスバ電極２ａと、バスバ電極２ａ上に配置されたゲート配線基板８と、第２の主面１１上に接合層２０を介して配置された冷却器１とを少なくとも有する。
【００７３】
図１に比して、基板１８が、セラミックス基板ではなく、金属板からなり、図１の第１の金属配線部５に相当する部分と一体を成している点、即ち、基板１８を金属板で形成することで第１の金属配線部５の機能を兼ね備える点が異なり、その他の構成は、図１と同様であり、説明を省略する。
【００７４】
図１１は図１０の第１の駆動回路６１を示す平面図であって、図１０は図１１のＧ−Ｇ’切断面に沿った断面図である。第２の金属配線部６はボンディングワイヤにより３つの半導体チップ４の表面電極へそれぞれ電気的に接続されている。ゲート配線部７はボンディングワイヤにより３つの半導体チップ４のゲート電極へそれぞれ電気的に接続されている。ゲート配線基板８はボンディングワイヤによりゲート配線部７へ電気的に接続されている。図２に比して、バスバ電極２ａはボンディングワイヤにより基板（第１の金属配線部）１８へ電気的に接続されている点が異なる。その他の平面構成は図２と同様であり説明を省略する。
【００７５】
以上説明した第５の実施の形態に係わる第１の駆動回路６１は、高電位側電源と負荷モータとの間で、負荷モータへの電流通電を制御するハイサイド側スイッチ回路として、第１の実施の形態で述べた効果のみならず、さらに以下の作用効果をも奏する。
【００７６】
比較的高価なセラミックス基板を用いる必要が無くなり低コスト化できる。特に、基板１８がバスバ電極２ａとしての機能を有する。この基板１８の直下に冷却器１を配置し、かつバスバ電極２ａはその上から接続する。この為、基板１８の下側に例えば別電位のバスバ電極が積層されていないので、半導体チップ４と冷却器１の間の構造体を少なくでき、熱抵抗を最小化できる。この際の寄生インダクタンスに関しては前述の理由により十分小さくできる。またバスバ電極２ａを上から被せるような構造であるので、同様に半導体チップ４と冷却器１の間の構造体を少なくでき、熱抵抗を最小化できる。
【００７７】
なお、第５の実施の形態では、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１を例にとり説明したが、第２の実施の形態で説明した第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）６２の構成に対しても適用することができる。第２の駆動回路に適用した場合、第２の実施の形態で示した作用効果に加えて、上記効果も同様に生じる。
【００７８】
また更に、図６乃至図９に示した第１及び第２の駆動回路６１、６２に対して、図５に示した第３の実施の形態の構成を適用しても構わない。
【００７９】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態では、負荷としての交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置における、高電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）と、低電位側電源と負荷モータとの間でモータに印加される電流を制御する第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）とを有する半導体装置を例にとり説明する。
【００８０】
図１２に示すように、第６の実施の形態に係わる半導体装置は、図１に示した第１の駆動回路６１と、図３に示した第２の駆動回路６２と、第１及び第２の駆動回路６１、６２がそれぞれ有する基板３の第２の主面１１の間に配置された冷却器２４と、冷却器２４の外側まで延伸して互いに対向して配置された高電位側バスバ電極２ａと低電位側バスバ電極２ｂの延伸部分の間に配置されたコンデンサ２１と、バスバ電極２ａ、２ｂの延伸部分とコンデンサ２１間を固定するネジ２２とを有する。更に、半導体装置は、第１の駆動回路６１の第２の金属配線部６と第２の駆動回路６２の第１の金属配線部５の間を電気的に接続する圧接金属部２３を更に有することが望ましい。
【００８１】
表面及び裏面に半導体チップ４を実装可能な冷却器２４に対して、その表面側（上側）に図１に示した第１の駆動回路６１が配置されている。そして、その裏面側（下側）に図２に示した第２の駆動回路６２が配置されている。バスバ電極２ａの一端側は冷却器２４の外側まで延伸され、バスバ電極２ｂの一端側も冷却器２４の外側まで延伸され、バスバ電極２ａ及びバスバ電極２ｂの延伸部分は、互いに対向して配置されている。バスバ電極２ａ及びバスバ電極２ｂの延伸部分の空間にコンデンサ２１がネジ２２により接続されている。
【００８２】
以上説明した第６の実施の形態に係わる半導体装置は、高電位側電源と負荷モータとの間で負荷モータへの電流通電を制御する第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）６１として第１の実施の形態で述べた効果、及び低電位側電源と負荷モータとの間で負荷モータへの電流通電を制御する第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）６２として第２の実施の形態で述べた効果のみならず、さらに以下の作用効果をも奏する。
【００８３】
先ず、半導体チップ４とコンデンサ２１までの接続距離を短くできるので、インダクタンスを更に低減し、これにより更なるサージ電圧の低減が可能である。また、良好な電流バランスもより一層達成できる。即ち、第１の実施の形態や第２の実施の形態で述べたように、特にバスバ電極２ａ、２ｂを幅広く短くできることにより、バスバ内部の電流密度を低減できる。これに加えて、バスバ電極２ａ、２ｂに屈曲部や曲げ形状を設けず、最短経路で電源コンデンサ２２に接続できることにより、上記電流密度低減と相まって、インダクタンスを低減できる。さらに、この屈曲部や曲げ形状が無いことにより、電流の流れが曲がる部分も少ないのでさらにインダクタンス低減に効果がある。即ち、特許文献１に示された半導体装置のように、全体構造を組み立てる為にバスバ電極を長く伸ばしたり、曲げる必要が無くなる。よって、寄生インダクタンスを下げることができる。
【００８４】
また、従来は異なる電位のバスバ電極を複数積層させて寄生インダクタンスを低減させる方法が用いられる場合もあった。しかし、第６の実施の形態では、複数のバスバ電極を積層させている部分さえも除去しており、半導体チップ４近傍の配線部分と、同じくコンデンサ２１電極の配線部分のみに近似し得る形態である。このため、従来構成で存在する半導体チップ近傍の配線部分と、同じくコンデンサ電極の配線部分と、さらに積層バスバ電極の寄生インダクタンスにおいて、後者部分（積層バスバ電極の寄生インダクタンス）が無くなる。このことと、前述のバスバ電極が幅広く屈曲曲げ部が無いことと相まって、寄生インダクタンスを更に低減できる。
【００８５】
次に、冷却器２４の両面を活用することにより、半導体装置の小型化をさらに図れる。特に、第６の実施の形態に係わる半導体装置は平面的な形状であるので、半導体装置の薄型化を多いに貢献することができる。
【００８６】
また、第６の実施の形態は予め基板３とバスバ電極２ａ、２ｂとを接合した後に冷却器２４の両面に配置する。これと共にさらにカバー９を形成できるので、半導体チップ４へ損傷を与える懸念が無く、容易に放熱器（冷却器）の両面に半導体チップ４を配置できる。
【００８７】
加えて、バスバ電極２ａ、２ｂと基板３との接合強度が高いので、この接合個所近傍にコンデンサ２１を直接接続しても破壊が生じるおそれが無い。よって、応力を緩和させる為の追加機構部位など必要なく、さらに小型化に寄与できる。
【００８８】
更に、第１の駆動回路６１の第２の金属配線部６と第２の駆動回路６２の第１の金属配線部５とを圧接金属部２３によって電気的に容易に接続することができる。また、第１の駆動回路６１の基板３と冷却器２４との固定、及び第２の駆動回路６２の基板３と冷却器２４との固定を容易に実現可能である。更に、これら固定は機械的に結合させるのではなくネジ２２により圧接させることができる。よって、基板３の材料と冷却器２４の材料の熱膨張係数が異なっても、熱応力による信頼性の懸念を防止できる。
【００８９】
なお、第６の実施の形態では、図１乃至図４に示した第１及び第２の駆動回路６１、６２を組み合わせた場合について説明した。しかし、これに限られることなく、図５乃至図１１に示した第１及び第２の駆動回路６１、６２を組み合わせてもよく、上記効果が同様に生じる。
【００９０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１乃至第６の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、負荷としての交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を示す断面図である。
【図２】図１の第１の駆動回路を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）を示す断面図である。
【図４】図３の第２の駆動回路を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わる第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係わる第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を示す断面図である。
【図７】図６の第１の駆動回路を示す平面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係わる第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）を示す断面図である。
【図９】図８の第２の駆動回路を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係わる第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）を示す断面図である。
【図１１】図１０の第１の駆動回路を示す平面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係わる第１の駆動回路（ハイサイド側スイッチ回路）及び第２の駆動回路（ローサイド側スイッチ回路）を有する半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１、２４…冷却器
２ａ…高電位側バスバ電極
２ｂ…低電位側バスバ電極
３、１８…基板
４…半導体チップ（ベアチップ）
５…第１の金属配線部
６…第２の金属配線部
７…ゲート配線部
８…ゲート配線基板
９…カバー
１０…第１の主面
１１…第２の主面
１２、２０…接合層
１３…一端側
１４…他端側
１５…開口部
１７…封止部材
１９…中間層
２１…コンデンサ
２２…ネジ
２３…圧接金属部
６１…第１の駆動回路
６２…第２の駆動回路
【図１】
2005302989.tif 000003
【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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