(57)【要約】【課題】半導体チップを冷却装置で冷却する半導体装置を車載すると、コモンモード電流が流れてノイズ発生源となる。【解決手段】半導体チップが接続固定されている電極板と冷却装置の間に、絶縁プレートと導電プレートと絶縁プレートの積層構造を介在させ、その導電プレートを直流電源の一方の端子に導通させる。コモンモード電流を生み出すブリッジ回路のバランスが改善されてコモンモード電流が低下する。容量を低下させる必要がないことから絶縁薄膜が利用でき、負荷の駆動電流（主電流）の電流経路から外すことで導電箔が利用できる。半導体チップと冷却装置の間の間隔を狭め、冷却効率を増大させることができる。【選択図】図５
2017041524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと冷却装置を備えている車載用半導体装置であり、
前記半導体チップは電極板に接続固定されており、
前記冷却装置は金属面を持ち、
前記電極板と前記金属面の間に絶縁プレートと導電プレートと絶縁プレートの積層構造が介在しており、
前記導電プレートが前記電極板を介して直流電源の一方の端子に導通していることを特徴とする車載用半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップが第１半導体チップと第２半導体チップに分割されており、
前記第１半導体チップと前記第２半導体チップを接続して２個のスイッチング素子の直列回路を形成していることを特徴とする請求項１の車載用半導体装置。
【請求項３】
前記第１半導体チップの前記電極板と前記金属面の間と、前記第２半導体チップの前記電極板と前記金属面の間の双方に、前記積層構造が介在していることを特徴とする請求項２の車載用半導体装置。
【請求項４】
前記直列回路がマイナス電極と中間電極とプラス電極を備えており、
前記マイナス電極と前記中間電極の間に直流電源と第１コンデンサを並列に接続し、
前記マイナス電極と前記プラス電極の間に負荷と第２コンデンサを並列に接続し、
前記第１コンデンサと前記中間電極の間にコイルを挿入して用いることを特徴とする請求項３の車載用半導体装置。
【請求項５】
前記導電プレートが金属箔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの１項に記載の車載用半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの上下に冷却装置が配置されており、
前記半導体チップの上面側電極板と上面側冷却装置の間に前記積層構造が介在しており、
前記半導体チップの下面側電極板と下面側冷却装置の間に前記積層構造が介在しており、
前記上面側導電プレートと前記下面側導電プレートが、直流電源の一方の端子に導通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの１項に記載の車載用半導体装置。
【請求項７】
前記上面側導電プレートと前記下面側導電プレートが金属箔であることを特徴とする請求項６のいずれかの１項に記載の車載用半導体装置。
【請求項８】
半導体チップと冷却装置を備えている車載用半導体装置であり、
前記半導体チップは電極板に接続固定されており、
前記冷却装置は金属面を持ち、
前記電極板と前記金属面の間に表裏両面が絶縁薄膜で被覆されている導電プレートが介在しており、
前記導電プレートが直流電源の一方の端子に導通していることを特徴とする車載用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体チップを冷却装置で冷却する車載用半導体装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、車載用のＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を例示している。昇圧時には、半導体チップ４が内蔵しているスイッチング素子を断続的にオン・オフさせる。すると電池６の電圧を昇圧した電圧がコイル１０の両端に発生し、昇圧した電圧を負荷１４に印加することができる。負荷１４が発電機となることがある。この場合、半導体チップ２が内蔵しているスイッチング素子を断続的にオン・オフさせる。すると負荷１４が発電した電圧を降圧した電圧を電池６に印加して電池６を充電することができる。
【０００３】
半導体チップ２，４は、動作すると発熱する。そこで冷却装置によって冷却する半導体装置が開発されている。図２は、その半導体装置の構造を例示している。参照番号２６はマイナス電極板であり、半導体チップ４の裏面に露出しているマイナス電極に接続固定されている。マイナス電極板２６は絶縁板３２を介して冷却装置２２の表面に固定されている。参照番号２８は中間電極板であり、半導体チップ２の裏面に露出している中間電極に接続固定されている。中間電極板２８も絶縁板３２を介して冷却装置２２の表面に固定されている。冷却装置２２の表面は、平坦であって金属が露出している。マイナス電極板２６と金属面の間に絶縁板３２が介在しており、マイナス電極板２６と冷却装置２２が電気的に絶縁される。絶縁板３２の熱伝導率は高く、マイナス電極板２６から冷却装置２２に効率的に伝熱される。同様に、中間電極板２８と金属面の間にも絶縁板３２が介在しており、中間電極板２８と冷却装置２２が電気的に絶縁される。絶縁板３２の熱伝導率は高く、中間電極板２８から冷却装置２２に効率的に伝熱される。
【０００４】
半導体チップ４の表面には中間電極が露出しており、図１に示したコイル１０から伸びている中間電位線１８が中間電極に接続される。その中間電極と中間電極板２８の間は中間接続線２４で接続されている。半導体チップ２の表面にはプラス電極が露出しており、図１に示した負荷１４に伸びているプラス電位線２０が接続される。マイナス電極板２６には、図１に示した電池６のマイナス端子から伸びるマイナス電位線１６が接続される。図２の半導体装置を利用すると、図１の回路を形成することができる。図１において、参照番号８と１２はコンデンサであり、電圧変動を平滑化する。中間電圧線１８は、コイル１０を介して電池６のプラス端子に接続されているが、マイナス電位線１６とプラス電位線２０と区別するために、中間電位線という。必ずしも電位が中間電位にあることを意味しない。
【０００５】
図２の場合、マイナス電位線１６とマイナス電極板２６とそれらと同電位の部材が絶縁板３２を介して冷却装置２２に対向しており、コンデンサ構造となっている。また中間電位線１８と中間接続線２４と中間電極板２８とそれらと同電位の部材が絶縁板３２を介して冷却装置２２に対向しており、コンデンサ構造となっている。さらに、プラス電位線２０とそれに同電位の部材が絶縁板３２を介して冷却装置２２に対向しており、コンデンサ構造となっている。これらのコンデンサ構造によって、容量が形成されている。
【０００６】
図１と２の破線は、上記の容量を示している。マイナス電位線１６とそれに同電位の部材（マイナス電位部材）と冷却装置２２の間に容量ＣＮが存在し、中間電位線１８とそれに同電位の部材（中間電位部材）と冷却装置２２の間に容量ＣＭＩＤが存在し、プラス電位線２０とそれに同電位の部材（プラス電位部材）と冷却装置２２の間に容量ＣＰが存在する。
図１において、参照番号３０は、電池（直流電源）６と車体の間に形成されているインピーダンスＺＣを示している。冷却装置２２は車体に接地されており、冷却装置２２と車体は同電位である。
【０００７】
半導体チップ２，４は高速度でオン・オフを繰り返し、高周波ノイズの発生源（高周波電源）となる。半導体チップ２，４から生じた高周波電圧は、容量ＣＮ，ＣＭＩＤ，ＣＰ等を経由して冷却装置２２に流れ、インピーダンス３０を介してマイナス電位線１６に流れるコモンモード電流を生み出す。コモンモード電流は、電磁ノイズの発生源となる。車載用半導体装置には、コモンモード電流を低下させることが求められる。
【０００８】
特許文献１に、コモンモード電流を低下させる半導体装置が開示されている。この半導体装置は、図３に模式的に示すように、半導体チップ２の裏面に露出しているプラス電極をプラス電極板３６に固定し、半導体チップ４の裏面に露出している中間電極を中間電極板３８に固定する。また、プラス電極板３６と冷却装置２２の間と、中間電極板３８と冷却装置２２の間に、マイナス電極板４２を挿入する。マイナス電極板４２は、半導体チップ２，４に亘って広がるサイズにしておく。参照番号４０は、プラス電極板３６と中間電極板３８とマイナス電極板４２を相互に絶縁する絶縁板であり、参照番号４４は、マイナス電極板４２と冷却装置２２を絶縁する絶縁板である。
図３の場合、マイナス電位線１６がマイナス電極板４２に接続され、マイナス電極板４２がマイナス接続線１７によって半導体チップ４のマイナス電極（表面に露出している）に接続される。中間電極板３８が中間接続線２４によって半導体チップ２の中間電極（表面に露出している）に接続され、プラス電位線２０がプラス電極板３６に接続され、中間電位線１８が中間電極板３８に接続される。特許文献１では、インバータ回路を構成する半導体装置を開示している。図３では、ＤＣ−ＤＣコンバータ用半導体装置に変形したものを図示している。
【０００９】
図３の半導体装置によると、図４の回路が形成される。図４の回路によって、図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ回路を形成することができる。図３の半導体装置では、プラス電極板３６とそれに同電位の部材が絶縁板４０を挟んでマイナス電極板４２に対向し、マイナス電極板４２が絶縁板４４を挟んで冷却装置２２に対向している。また、中間電極板３８とそれに同電位の部材が絶縁板４０を挟んでマイナス電極板４２に対向し、マイナス電極板４２が絶縁板４４を挟んで冷却装置２２に対向している。図３と４の破線は、それらのコンデンサ構造の容量を示している。図３と４では、中間電極板３８とマイナス電極板４２が絶縁板４０を挟んで対向することによる容量をＣＭＩＤとし、プラス電極板３６とマイナス電極板４２が絶縁板４０を挟んで対向することによる容量をＣＰとし、マイナス電極板４２と冷却装置２２が絶縁板４４を挟んで対向することによる容量をＣＮしている。
【００１０】
上記によると、中間電極板３８等（ここでいう等は同電位の部材をいう）と冷却装置２２間の容量は、ＣＭＩＤとＣＮを直列に接続した容量となる。直列に接続すると容量は低下する。図３に示すように、中間電極板３８等と冷却装置２２の間にマイナス電極板４２が介在する構造とすると、中間電極板３８等と冷却装置２２間の容量が低下し、中間電極板３８等と冷却装置２２の間を流れるコモンモード電流が低下する。同様に、プラス電極板３６等と冷却装置２２間の容量は、ＣＰとＣＮを直列に接続した容量となる。直列に接続すると容量は低下する。プラス電極板３６等と冷却装置２２の間にマイナス電極板４２が介在する構造とすると、プラス電極板３６等と冷却装置２２の間の容量が低下し、プラス電極板３６等と冷却装置２２の間を流れるコモンモード電流が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−４５９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の技術では、ＣＭＩＤとＣＮを直列に接続することで容量を小さくする。この方式は、直列に接続するＣＭＩＤとＣＮの夫々の容量を小さくすることが前提となる。ＣＭＩＤとＣＮの夫々の容量が大きくなれば、それらを直列に接続しても合計容量が低下するとは限らない。同様に、直列に接続するＣＰとＣＮの夫々の容量を小さくすることも必要になる。
ＣＭＩＤあるいはＣＰの容量を小さくするためには、絶縁板４０の厚みを厚くしなければならない。ＣＮの容量を小さくするためには、絶縁板４４の厚みを厚くしなければならない。
【００１３】
半導体チップを効率的に冷却するためには、半導体チップと冷却装置の間隔を短くする必要がある。そこで例えば、図３の絶縁板４０の厚みｔ２＝図２の絶縁板３２の厚みｔ１の半分であり、図３の絶縁板４４の厚みｔ４＝図２の絶縁板３２の厚みｔ１の半分であり、図３の絶縁板４０の厚みｔ２＋絶縁板４４の厚みｔ４＝図２の絶縁板３２の厚みｔ１であるとする。上記であれば、半導体チップと冷却装置の間隔を増大させることなく、図２から図３の構造に変えることができる。ただし、簡単のために、マイナス電極板４２の厚みｔ３を無視するものとする。
この場合、図３のＣＭＩＤ＝図２のＣＭＩＤの２倍となり、図３のＣＰ＝図２のＣＰの２倍となり、図３のＣＮ＝図２のＣＮの２倍となる。図３のＣＭＩＤとＣＮを直列に接続した回路の容量＝図２のＣＭＩＤとなり、直列に接続しても容量は減少しない。同様に、図３のＣＰとＣＮを直列に接続した回路の容量＝図２のＣＰとなり、直列に接続しても容量は減少しない。
ｔ２＝ｔ４＝ｔ１／２の場合、図２から図３に改良しても、容量を低下させることができない。直列接続することで容量を低下させるためには、ｔ２＞ｔ１／２とし、ｔ４＞ｔ１／２としなければならない。すると半導体チップと冷却装置の間隔が増大してしまう。間隔が厚くなると、半導体チップ４と冷却装置２２の間の熱抵抗が増大する。半導体チップ２と冷却装置２２の間隔についても同様である。
【００１４】
図３の技術によって実質容量（直列接続した容量）を低下させるためには、絶縁板４０を厚くしてＣＭＩＤとＣＰの容量を低下させる必要があり、絶縁板４４を厚くしてＣＮの容量を低下させる必要がある。しかるに、絶縁板４０と絶縁板４４を厚くすると、半導体チップ２，４と冷却装置２２間の熱抵抗が増大してしまう。図３の技術では、半導体チップ２，４と冷却装置２２間の熱抵抗を増加させないようにしながら実質的容量（直列接続した容量）を低下させることが難しい。熱抵抗を増加させないという条件下で図３に改良すると、実質容量は低下しない。
本明細書では、絶縁板４０，４４の厚みを薄くして熱抵抗を下げ、その結果として容量が増大してもコモンモード電流を低下させることのできる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本明細書では、半導体チップを冷却装置によって冷却する車載用半導体装置を開示する。その半導体装置では、半導体チップが電極板に接続固定されている。冷却装置は金属面を持っている。半導体チップが接続固定されている電極板と冷却装置の金属面の間に、絶縁プレートと導電プレートと絶縁プレートの積層構造が介在している。その導電プレートは、前記電極板を介して直流電源の一方の端子に導通している。
【００１６】
上記の半導体装置は、図３のものと主電流経路が相違する。ここでいう主電流とは、負荷１４を流れる電流をいう。図３の半導体装置では、マイナス電位線１６から供給された主電流が、マイナス電極板４２とマイナス接続線１７を経由して半導体チップ４のマイナス電極に供給される。マイナス電極板４２には、半導体チップ４に供給する主電流を流せるものを使用する必要がある。主電流の電流値は高く、マイナス電極板４２を通過する際に大きなジュール熱を発生させる。マイナス電極板４２の溶融を防ぐためには板厚を厚くする必要があり、マイナス電極板４２を薄くすることは難しい。
本明細書に開示する半導体装置でも、導電プレートが直流電源の一方の端子に導通しているが、電極板を介して直流電源の一方の端子に導通している。直流電源からの主電流は、電極板から半導体チップの電極に供給され、導電プレートを経由しない。導電プレートには半導体チップに供給する主電流が流れないことから（電流量が小さなコモンモード電流が流れるに過ぎない）、十分に薄くすることができる。金属箔で導電プレートを構成することが可能となる。半導体チップと冷却装置の間の間隔を狭くして熱抵抗を下げることができる。
【００１７】
また本明細書による半導体装置では、半導体チップの導電部材が絶縁プレートを介して導電プレートに対向し、導電プレートが絶縁プレートを介して冷却装置に対向する。コンデンサ構造を提供する絶縁プレートを薄くすると、そのコンデンサ構造が大きな容量を持つことになる。従来技術の考え方によると、絶縁プレートを薄くすると容量が増大し、容量を直列に接続しても接続後容量が増大することから、直列接続後容量が増大するほどに絶縁プレートを薄くすることができないと考える。本技術は、導電プレートを直流電源の一方の端子に導通させと、高周波ノイズ伝播回路のトポロジーが変わり、コモンモード電流を低下させることが可能となるという知見に基づいて開発された。半導体チップの導電部材と導電プレートを絶縁する絶縁プレートと、導電プレートと冷却装置を絶縁する絶縁プレートは、両者とも薄膜でよく、半導体チップと冷却装置間の間隔を狭め、半導体チップと冷却装置間の熱抵抗を下げ、冷却装置による半導体チップ冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
半導体チップは、図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータを構成するものであってもよいし、あるいはインバータ回路を構成するものであってもよい。一つの半導体チップの中に２個のスイッチング素子が作りこまれているものであってもよいし、１個のスイッチング素子を内蔵している半導体チップの２個を利用してＤＣ−ＤＣコンバータ等を構成するものであってもよい。２個のスイッチング素子を利用して、マイナス電位線の電位ともプラス電位線の電位とも相違する第３の電位を中間電位線に印加するものあれば、本技術を適用することができる。
【００１９】
例えば図２、図３に例示するように、半導体チップが、第１半導体チップと第２半導体チップに分割されていてもよい。この場合、第１半導体チップの電極板と冷却装置の金属面の間と、第２半導体チップの電極板と冷却装置の金属面の間の双方に、前記した積層構造が介在していることが好ましい。第１半導体チップと第２半導体チップを接続することによって２個のスイッチング素子の直列回路が形成されていると、その半導体装置によってＤＣ−ＤＣコンバータやインバータを構成することができる。
２個のスイッチング素子を直列に接続した回路は、両端にマイナス電極とプラス電極を備えており、２個のスイッチング素子の中間点が中間電極となる。そのマイナス電極と中間電極の間に直流電源と第１コンデンサを並列に接続し、マイナス電極とプラス電極の間に負荷と第２コンデンサを並列に接続し、第１コンデンサと中間電極の間にコイルを挿入すれば、ＤＣ−ＤＣコンバータとなる。
【００２０】
半導体チップの上下に冷却装置を配置し、半導体チップの上下両面から冷却する場合がある。その場合は、半導体チップの上面側電極板と上面側冷却装置の間に、絶縁プレートと導電プレートと絶縁プレートの積層構造が介在しており、半導体チップの下面側電極板と下面側冷却装置の間にも、絶縁プレートと導電プレートと絶縁プレートの積層構造が介在していることが好ましい。その場合は、上面側導電プレートと下面側導電プレートの双方が、直流電源の一方の端子に導通していることが好ましい。上面側導電プレートと下面側導電プレートの電位は同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、上面側導電プレートが直流電源のプラス端子に接続され、下面側導電プレートが直流電源のマイナス端子に接続されていてもよい。
【００２１】
本明細書に記載の技術によると、積層構造を構成する絶縁プレートが薄くてもよい。すなわち薄膜化することができる。ここでいう薄膜とは、導電プレートに形成した膜であって、導電プレートがなければ形成できないものをいう。その特性を活用すると、表裏両面が絶縁薄膜で被覆されている導電プレートを半導体チップと冷却装置の間に介在させることでコモンモード電流を低減することができる。表裏両面が絶縁薄膜で被覆されている導電プレートが利用可能となる技術は、導電プレートを半導体チップに供給する電流の経路に利用しないという技術とは別の有用性を備えている。表裏両面が絶縁薄膜で被覆されている導電プレートを利用する技術は、その導電プレートが給電経路を兼用する場合にも有用であり、兼用しない場合にも有用である。兼用しない場合は金属箔の表裏両面に絶縁薄膜を形成した積層材を利用することができ、半導体チップと冷却装置間の距離を非常に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一例を示す図。
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する従来の半導体装置を示す図。
【図３】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する従来の他の半導体装置を示す図。
【図４】図３の半導体装置によって得られる回路構成を示す図。
【図５】実施例１の半導体装置を示す図。
【図６】図５の半導体装置によって得られる回路構成を示す図。
【図７】図５の半導体装置を用いたＤＣ−ＤＣコンバータ回路の等価回路を示す図。
【図８】図７の高周波等価回路を示す図。
【図９】図８の等価回路を示す図。
【図１０】図９の等価回路を示す図。
【図１１】図１０の等価回路を示す図。
【図１２】一般的なブリッジ回路。
【図１３】図１２の場合のコモンモード電流の大きさを示す図。
【図１４】図１１の場合のコモンモード電流の大きさを示す図。
【図１５】実施例の半導体装置の実測結果を示す図。
【図１６】実施例２の半導体装置を示す図。
【図１７】実施例３の半導体装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に説明する実施例の主要な特徴を整理する。
（特徴１）表裏両面に絶縁薄膜が形成されている導電プレートが、電池のマイナス端子に接続されている。
（特徴２）前記導電プレートには負荷の駆動電流（主電流）が流れない。
（特徴３）前記導電プレートは金属箔で形成されている。
（特徴４）表裏両面に絶縁薄膜が形成されている導電プレートが、負荷のプラス端子に接続されている。
（特徴５）前記導電プレートには負荷の駆動電流（主電流）が流れない。
（特徴６）前記導電プレートは金属箔で形成されている。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
図５は実施例１の半導体装置を示している。半導体チップ２の表面に中間電極が露出し、裏面にプラス電極が露出し、裏面のプラス電極がプラス電極板３６に電気的に接続され、機械的に固定されている。半導体チップ２内には、図示の方向でＩＧＢＴとダイオードが並列に配置されている。半導体チップ４の表面にマイナス電極が露出し、裏面に中間電極が露出し、裏面の中間電極が中間電極板３８に電気的に接続され、機械的に固定されている。半導体チップ４内には、図示の方向でＩＧＢＴとダイオードが並列に配置されている。
半導体チップ４の表面に露出しているマイナス電極にマイナス電位線１６が接続され、プラス電極板３６にプラス電位線２０が接続され、中間電極板３８に中間電位線１８が接続されている。半導体チップ２の表面に露出している中間電極は、中間接続線２４によって中間電極板３８に接続されている。図５の半導体装置によって図１のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成することができる。
【００２５】
プラス電極板３６と冷却装置２２の間と、中間電極板３８と冷却装置２２の間に、表面が絶縁薄膜４６ａで被覆されており、裏面が絶縁薄膜４６ｃで被覆されている導電箔（実施例では金属箔）４６ｂが挿入されている。導電箔４６ｂは、マイナス接続線１７によってマイナス電位線１６に接続されている。なお、負荷１４を駆動する主電流はマイナス電位線１６から半導体チップ４に流れる。導電箔４６ｂには主電流が流れない。導電箔４６ｂの厚みｔ６は、主電流を流せない程度に薄い。絶縁薄膜４６ａ，４６ｃは、導電箔４６ｂの表裏両面に塗布することによって形成されている。薄膜４６ａ，４６ｃは、単体では製造できない程度に薄い。
絶縁薄膜４６ａと導電箔４６ｂと絶縁薄膜４６ｃは、積層材４６を構成している。積層材４６は、表裏両面に絶縁薄膜が形成されている導電プレートの実施例である。また、絶縁薄膜４６ａ，４６ｃは絶縁プレートの実施例であり、導電箔４６ｂは導電プレートの実施例である。
絶縁薄膜４６ａの厚みｔ５は図３の厚みｔ２より薄い。絶縁薄膜４６ｃの厚みｔ７は図３の厚みｔ４より薄い。導電箔４６ｂの厚みｔ６は、図３の厚みｔ３より薄い。ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＞ｔ５＋ｔ６＋ｔ７である。図５の半導体チップ２と冷却装置２２間の間隔は、図３の半導体チップ２と冷却装置２２間の間隔よりも狭く、図５の半導体チップ２は冷却装置２２によってよく冷却される。図５の半導体チップ４と冷却装置２２間の間隔は、図３の半導体チップ４と冷却装置２２間の間隔よりも狭く、図５の半導体チップ４は冷却装置２２によってよく冷却される。
【００２６】
図６は、図５の半導体装置の回路構成を示し、マイナス電位線１６等と導電箔４６ｂの間に容量ＣＮ１が新たに発生した点以外は、図４と変わらない。ただし、図６の容量ＣＭＩＤ，ＣＰ，ＣＮは、いずれも図４の容量ＣＭＩＤ，ＣＰ，ＣＮより大きく、従来技術の考え方によるとコモンモード電流が増大してしまうはずである。しかしながら、図６の回路に流れるコモンモード電流は小さい。
【００２７】
図７は、図６の回路で構成されるＤＣ−ＤＣコンバータ回路を示す。図７では、導電箔４６ｂと冷却装置２２間の容量を、ＣＮ２，ＣＭＩＤ２，ＣＰ２の３個に分離して表示している。これに伴って、マイナス電位線１６等と導電箔４６ｂの容量をＣＮ１とし、中間電極板３８等と導電箔４６ｂの容量をＣＭＩＤ１とし、プラス電極板３６等と導電箔４６ｂの容量をＣＰ１としている。
【００２８】
問題となるコモンモード電流は、半導体チップ２，４が高速度で繰り返してオン・オフを切換えることで発生する高周波電流である。その高周波に対する等価回路を図８に示す。半導体チップ２，４は、高周波電圧の発生源とすることができる。半導体チップ２，４は、いずれか一方がオンするときには他方がオフしており、逆相の高周波パルス発生源となっている。高周波成分に対しては、コンデンサ８とコンデンサ１２のインピーダンスが低下する。マイナス電位線１６と中間電位線１８はコイル１０を介して接続され、プラス電位線２０とマイナス電位線１６は短絡していると扱うことができる。
【００２９】
図９は図８を変形した等価回路であり、図１０は図９をさらに変形した等価回路である。図８では逆相のパルス発生源２ａ，４ａであった半導体チップ２，４は、図９では同相のパルス発生源であるとすることができ、図１０では一個のパルス発生源とすることができる。図１０においてＤ，Ｐ，Ｑ，Ｒで示す位置は、図９から明らかに、同電位となるように接続されている。図１１は、それを加味した等価回路である。図１１から明らかに、Ａ点とＢ点の電位差の大きさがコモンモード電流の大きさを決める。
【００３０】
図１１の等価回路から、Ｃ点とＤ点の間にパルス発生源が存在しており、Ｃ点とＤ点の間に電位差が生じることがわかる。Ａ点とＣ点の間にはコイル１０が介在しているのに対し、Ａ点とＤ点の間が短絡しているので、Ａ点の電位はＤ点の電位に等しいことがわかる。一方、Ｂ点とＣ点の間のインピーダンスが無限大であるのに対し、Ｂ点とＤ点の間は、ＣＮ２，ＣＭＩＤ２，ＣＰ２の並列回路で接続されている。Ｂ点の電位はＣ点の電位よりもＤ点の電位に近いことがわかる。すなわち、Ａ点の電位もＢ点の電位もＤ点の電位に近く、Ａ点とＢ点の電位差が小さく、小さなコモンモード電流しか流れないことがわかる。図６に示した容量ＣＮ，ＣＭＩＤ，ＣＰのいずれもが、図４に示したものよりも大きいにもかかわらず、実際に流れるコモンモード電流は小さい。
【００３１】
図１２は、一般的なブリッジ回路の流れるコモンモード電流Ｉｃを示している。図１３は図１２のＡ点の電位とＢ点の電位とその電位差を示している。インビーダンスの比、すなわちＺＡ１／ＺＡ２とＺＢ１／ＺＢ２の値が相違するほど、Ａ点とＢ点の電位差が大きくなり、コモンモード電流が大きくなる。
図１４は、図１１の回路におけるＡ点の電位とＢ点の電位とその電位差を示している。Ａ点の電位はＤ点の電位に等しい。Ｂ点の電位は、Ｃ点とＤ点の電位差を、Ｂ点とＣ点間のインビーダンスＺＢ−Ｃと、Ｂ点とＤ点間のインビーダンスＺＢ−Ｄで比例配分した電位となる。図１１の回路では、ＺＢ−Ｃが無限大となり、Ｂ点の電位はＤ点の電位に等しくなる。
【００３２】
図１５は、図５の半導体装置と、従来の半導体装置（表裏両面が絶縁薄膜４６ａ、４６ｃで覆われた導電箔４６ｂを利用せず、代わりに、ｔ５＋ｔ６＋ｔ７の厚みに等しい絶縁板を半導体チップ２，４と冷却装置２２間の間隔に挿入した）を動作させて測定したコモンモードノイズの測定値を示す。図５の半導体装置によると、コモンモードノイズが顕著に低下することがわかる。
【００３３】
（実施例２）
図１６は、実施例２の半導体装置を示している。この実施例では、半導体チップ２，４の表面側に表面側冷却装置２３を配置し、裏面側に裏面側冷却装置２２を配置し、表裏両面から半導体チップ２，４を冷却する。半導体チップ２，４の表面と表面側冷却装置２３の間には、導電箔４７ｂの表面に絶縁薄膜４７ｃを形成し、裏面にも絶縁薄膜４７ａを形成した積層材４７が挿入されている。半導体チップ２，４の裏面と裏面側冷却装置２２の間には、導電箔４６ｂの表面に絶縁薄膜４７ａを形成し、裏面にも絶縁薄膜４６ｃを形成した積層材４６が挿入されている。裏面側積層材４６の導電箔４６ｂは、マイナス接続線１７によってマイナス電極板２６に接続されている。表面側積層材４７の導電箔４７ｂは、プラス接続線２１によってプラス電極板３６に接続されている。
【００３４】
２個の半導体チップ２，４で２個のスイッチング素子の直列回路を構成する場合、図２と図５に示すように半導体チップ２を右側に配置してもよいし、図３と図１６に示すように半導体チップ２を左側に配置してもよい。図２と図１６に示すように半導体チップ２のプラス電極が表面に露出する向きであってもよいし、図３と図５に示すようにプラス電極が裏面に露出する向きであってもよい。同様に、図２と図１６に示すように半導体チップ４の中間電極が表面に露出する向きであってもよいし、図３と図５に示すように中間電極が裏面に露出する向きであってもよい。いずれであっても、本明細書に開示する技術によってコモンモード電流を低下させることができる。
図１６に示すように、表面側と裏面側の双方に冷却装置を配置する場合は、プラス電極板３６、中間電極板２８，３８、マイナス電極板２６によって、半導体チップ２，４を表裏両面から挟むことが好ましい。プレートに接続線を接続することができ、半導体チップに直接にワイヤボンディングする必要をなくすことができる。
導電箔４７ｂに例示されるように、導電箔はプラス電位線２０に接続してもよい。導電箔４６ｂ、４７ｂとも、プラス電位線２０またはマイナス電位線１６に接続することで、コモンモード電流を低下させることができる。
【００３５】
（実施例３）
２個のスイッチング素子の直列回路が１個の半導体チップ３内に実装されている場合、図１７に示すように、半導体チップ３のマイナス電極に固定されているマイナス電極板２６と冷却装置２２の間に積層材４６を挿入し、導電箔４６ｂをマイナス電極板に導通させる。コモンモード電流を低下させることができる。図１７から半導体チップ３の上下方向を反転し、半導体チップ３のプラス電極がプラス電極板３６に接続・固定されている場合は、プラス電極板３６と冷却装置２２の間に積層材４６を挿入し、導電箔４６ｂをプラス電極板に導通させる。これによってもコモンモード電流を低下させることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３７】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３８】
２：      第１半導体チップ
３：      半導体チップ
４：      第２半導体チップ
６：      電池（直流電源の実施例）
８：      コンデンサ
１０：    コイル
１２：    コンデンサ
１４：    負荷
１６：    マイナス電位線
１７：    マイナス接続線
１８：    中間電位線
２０：    プラス電位線
２１：    プラス接続線
２２：    冷却装置
２３：    冷却装置
２４：    中間接続線
２６：    マイナス電極板
２８：    中間電極板
３０：    電源・接地間インピーダンス
３２：    絶縁板
３６：    プラス電極板
３８：    中間電極板
４０：    絶縁板
４２：    マイナス電極板
４４：    絶縁板
４６：    積層材
４６ａ：  絶縁薄膜（絶縁プレートの実施例）
４６ｂ：  導電箔（導電プレートの実施例）
４６ｃ：  絶縁薄膜（絶縁プレートの実施例）
４７：    積層材
４７ａ：  絶縁薄膜（絶縁プレートの実施例）
４７ｂ：  導電箔（導電プレートの実施例）
４７ｃ：  絶縁薄膜（絶縁プレートの実施例）
【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１６】
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【図１７】
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【図１５】
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