(57)【要約】【課題】高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の薄い配線層の信頼性を維持することが可能な半導体装置を提供することにある。【解決手段】上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｕと、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｌとを有する。上アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｕのソース端子と、下アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｌのドレイン端子とは、配線層からなる第１配線１４により接続される。また、第１配線と並列接続されるとともに、半導体スイッチング素子のスイッチング時に、第１配線に比べて低周波の電流成分が流れやすい第２配線１０を備える。【選択図】図３
2009130201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、
該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、
前記第１配線と並列接続されるとともに、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、前記第１配線に比べて低周波の電流成分が流れやすい第２配線を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子は、半導体チップからなり、
前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続されるとともに、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のチップサイズよりも大きく、熱拡散性を有する第１のヒートスプレッダと、
前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続されるとともに、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のチップサイズよりも大きく、熱拡散性を有する第２のヒートスプレッダとを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記第１配線は、基板上に形成した配線層であり、
前記第２のヒートスプレッダは、前記第１配線に接続固定され、
前記第１のヒートスプレッダは、前記基板上に形成された別の配線層に接続固定され、
前記第１配線と、前記別の配線層は、前記第２配線により接続されるとともに、
前記第１配線及び前記別の配線層は、前記基板上において、ループ状に構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置において、
前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子を個別に、またはまとめて樹脂封止したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置において、
前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子、及び前記基板を一体的に樹脂封止したことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第２配線は、
前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続された第１部材と、
前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材を接続する第３部材とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置において、
前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続される第３配線と、
前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続される第４配線とを備え、
前記第３配線と前記第４配線とは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項２記載の半導体装置において、
前記第２配線の一部は、前記第１ヒートスプレッダの側面と平行に配置される部分を有し、
該平行配置部において、前記第２配線の一部と前記第１ヒートスプレッダの側面とは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項３記載の半導体装置において、
前記基板上に形成されたさらに別の配線層を有し、
前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続される第４配線は、前記さらに別の配線層に接続され、
さらに、前記さらに別の配線層に接続されたリードを有するとともに、
前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続される第３配線と前記リードとは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、
該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、
前記第１配線と並列接続された第２配線を備え、
前記第２配線は、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、徐々に流れる電流が増加する特性を有するとともに、
前記第１配線は、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、一旦流れる電流が増加した後、次第に電流が減少する特性を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、
該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、
前記第１配線は、基板上に形成された金属箔をエッチングにより形成した配線層であり、
前記第１配線と並列接続されるとともに、前記第１配線よりも厚い金属製のリードである第２配線を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
車両に搭載され、車載電源に電気的に接続された回転電機と、
該回転電機と前記車載電源との間に設けられて電力を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、請求項１，１０，１１のいずれかに記載の半導体装置により電力変換回路を構成している、
ことを特徴とする車載用電機システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車載用電機システムにおいて、
前記回転電機は、前後輪のうち、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪の駆動力を発生する電動機であり、
前記制御装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であり、
前記車載電源であるとともに、前記内燃機関によって駆動される発電機から供給された直流電力が前記インバータ装置によって交流電力に変換されて前記電動機に供給されることにより、前記電動機は前記駆動力を発生する、
ことを特徴とする車載用電機システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の車載用電機システムにおいて、
前記回転電機は、内燃機関に機械的に接続され、前記内燃機関の始動時には始動用駆動力を発生してその始動用駆動力を前記内燃機関に供給し、前記内燃機関から駆動力を受ける時には交流電力を発生して前記制御装置に供給し、車両の加速時には補助駆動力を車輪に出力する電動発電機であり、
前記制御装置は、前記車載電源であるバッテリと前記電動発電機との間の電力の授受を制御するインバータ装置である、
ことを特徴とする車載用電機システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の車載用電機システムにおいて、
前記回転電機は、内燃機関に機械的に接続され、前記内燃機関の始動時には始動用駆動力を発生してその始動用駆動力を前記内燃機関に供給し、前記内燃機関から駆動力を受ける時には交流電力を発生して前記制御装置に供給する電動発電機であり、
前記制御装置は、前記車載電源であるバッテリと前記電動発電機との間の電力の授受を制御するインバータ装置である、
ことを特徴とする車載用電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特に、大電流をスイッチングするものに用いるに好適な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置においては、（１）低スイッチング（ＳＷ）損失、（２）低通電損失、（３）熱抵抗の低減、（４）信頼性の維持、は重要な課題である。以下、順に詳細に説明する。
【０００３】
（１）ＳＷ損失において問題となるサージ（誘導）電圧ΔＶは、電流変化率を（ｄｉ／ｄｔ）、半導体装置の主回路インダクタンスをＬとすると、ΔＶ＝−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）によって求められる。よって、サージ電圧ΔＶを低減するためには、Ｌを小さくする、または（ｄｉ／ｄｔ）を小さくする、すなわちスイッチング速度を遅くする、という対策が考えられる。しかし、半導体装置においては高速スイッチングが求められ、（ｄｉ／ｄｔ）を小さくすることは難しい。よって、スイッチングサージ電圧は主回路のインダクタンスＬを低減することにより抑制することが望ましい。
【０００４】
主回路インダクタンスＬの低減のためには、半導体チップの内部配線、電源平滑用コンデンサと素子の間の外部配線、電源平滑用コンデンサの内部配線などの寄生インダクタンスを小さくすることが必要である。
【０００５】
（２）通電損失は、電流経路の配線抵抗および素子の内部抵抗などで決まる。損失が大きいと効率が下がるだけでなく発熱量も増えるため、冷却器を設置するなど装置の大型化にもつながる。さらに、発熱と冷却が繰り返されると信頼性の低下にもつながる。通電損失低減のためには、抵抗の小さな素子の選択、幅広で厚いリードや基板配線層を利用し配線抵抗を小さくすることが必要である。
【０００６】
（３）熱抵抗の低減において問題となるのは、放熱経路上に存在する絶縁材や接着剤などである。一般に絶縁材や接着剤の熱伝導率は小さいため、基板上の半導体チップや電流検出用抵抗器等から発生する熱を如何に他の部材へ効率的に伝えるか、または如何にファンなどにより冷却するかが重要となる。熱抵抗低減のためには、熱伝導率の大きい絶縁材の使用、半導体装置の大型化などが必要である。また、水冷や空冷などの強制冷却も手法の一つである。
【０００７】
（４）一般に半導体装置の信頼性というと、ハンダ接合部の破壊やエポキシなどの封止樹脂の剥離などが懸念される。接合部の信頼性維持策としては、熱膨張率差の小さい部材の選択やエポキシなどによる樹脂封止がある。また、信頼性としては基板部の配線層の信頼性維持も重要な問題である。基板部の配線層に数百（Ａ）の大電流が流れると配線層が発熱し、長期間半導体装置を使用すると半導体装置が破壊する恐れがある。配線層の信頼性維持策としては、配線層を広く厚くすることで発熱を抑える、基板部の絶縁層として熱伝導率が大きい絶縁物を使用すること、電圧を上げるなどして基板配線への大電流通電を回避することが必要となる。
【０００８】
以上述べたように、半導体装置においては、インダクタンス・損失の低減と、熱抵抗低減、さらに、信頼性維持が重要な課題であり、これまで低インダクタンス構造および低熱抵抗構造の半導体装置として、以下のようなものが知られている。
【０００９】
第１は、冷却器上部に半導体チップが実装された基板を搭載し、冷却部下部にバスバ部を絶縁層を介して積層する。また、バスバ部と基板部の配線パターンは垂直電極により接続するようになっている（例えば、特許文献１参照）。これにより、バスバ部のインダクタンスを低減することができ、また半導体装置の小型化を図れる。
【００１０】
第２は、リードフレーム上に実装された半導体チップの下に金属の放熱ブロックを設け樹脂封止し、さらにそれらを金属基板上に実装するものである（例えば、特許文献２参照）。これにより、下方向の放熱経路を確保し、熱抵抗を低減できる。
【００１１】
第３は、基板に搭載された半導体チップおよび外部へのリード端子を樹脂封止する際、事前に金属との密着性の良い樹脂でプリコートするものである（例えば、特許文献３参照）。これにより、樹脂の剥離を抑制し、信頼性を向上している。
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−３５４８６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０７９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１記載のものでは、バスバ部をラミネートすることで低インダクタンスを実現しているが、絶縁層を挟むことで構造が複雑になる問題がある。また、基板配線に大電流を通電すると信頼性が低下する問題もある。
【００１４】
特許文献２記載のものでは、リードフレーム部のインダクタンスの低減が困難になるという問題がある。
【００１５】
また、特許文献３記載のものでは、配線部とリードフレーム部のインダクタンスを低減することが困難、また基板部の配線の信頼性維持が困難という問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、前記第１配線と並列接続されるとともに、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、前記第１配線に比べて低周波の電流成分が流れやすい第２配線を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することが可能となる。
【００１８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子は、半導体チップからなり、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続されるとともに、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のチップサイズよりも大きく、熱拡散性を有する第１のヒートスプレッダと、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続されるとともに、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のチップサイズよりも大きく、熱拡散性を有する第２のヒートスプレッダとを備えるようにしたものである。  
（３）上記（２）において、好ましくは、前記第１配線は、基板上に形成した配線層であり、前記第２のヒートスプレッダは、前記第１配線に接続固定され、前記第１のヒートスプレッダは、前記基板上に形成された別の配線層に接続固定され、前記第１配線と、前記別の配線層は、前記第２配線により接続されるとともに、前記第１配線及び前記別の配線層は、前記基板上において、ループ状に構成されるものである。
【００１９】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子を個別に、またはまとめて樹脂封止したものである。
【００２０】
（５）上記（３）において、好ましくは、前記上アーム側及び下アーム側の半導体スイッチング素子、及び前記基板を一体的に樹脂封止したものである。
【００２１】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記第２配線は、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続された第１部材と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材を接続する第３部材とからなる。
【００２２】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続される第３配線と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続される第４配線とを備え、前記第３配線と前記第４配線とは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したものである。
【００２３】
（８）上記（２）において、好ましくは、前記第２配線の一部は、前記第１ヒートスプレッダの側面と平行に配置される部分を有し、該平行配置部において、前記第２配線の一部と前記第１ヒートスプレッダの側面とは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したものである。
【００２４】
（９）上記（３）において、好ましくは、前記基板上に形成されたさらに別の配線層を有し、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子に接続される第４配線は、前記さらに別の配線層に接続され、さらに、前記さらに別の配線層に接続されたリードを有するとともに、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子に接続される第３配線と前記リードとは、絶縁距離を保持する範囲で近接配置したものである。
【００２５】
（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、前記第１配線と並列接続された第２配線を備え、前記第２配線は、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、徐々に流れる電流が増加する特性を有するとともに、前記第１配線は、前記上アーム側若しくは下アーム側半導体スイッチング素子のスイッチング時に、一旦流れる電流が増加した後、次第に電流が減少する特性を有するものである。  
かかる構成により、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することが可能となる。
【００２６】
（１１）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、上アームに配置された上アーム側の半導体スイッチング素子と、下アームに配置された下アーム側の半導体スイッチング素子と、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子と、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子と接続する配線層からなる第１配線を有し、該第１配線が出力ラインに接続され、前記上アーム側の半導体スイッチング素子のドレイン端子が電源ラインに接続され、前記下アーム側の半導体スイッチング素子のソース端子がアースラインに接続された半導体装置であって、前記第１配線は、基板上に形成された金属箔をエッチングにより形成した配線層であり、前記第１配線と並列接続されるとともに、前記第１配線よりも厚い金属製のリードである第２配線を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【００２９】
図１に示すモータ駆動装置は、バッテリなどの電源ＢＡＴと、インバータＩＮＶと、交流同期モータＭと、モータ制御回路ＭＣＵとを備えている。電源ＢＡＴは、１００Ｖ〜３００Ｖ程度の直流電源である。交流同期モータＭには、例えば、１００Ａ以上の高電流が供給される。なお、４２Ｖの直流電源や６００Ｖの直流電源を用いることもできる。
【００３０】
インバータＩＮＶは、電源ＢＡＴの直流電力を、３相交流電力に変換して、交流同期モータＭに供給し、交流同期モータＭを回転駆動する。交流同期モータＭは、電機子コイルとして、Ｕ相コイルＣｕと、Ｖ相コイルＣｖと、Ｗ相コイルＣｗとを備えている。各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗは、Ｙ結線されている。また、交流同期モータＭは、界磁コイルも備えているが、その図示は省略している。
【００３１】
インバータＩＮＶは、６個の半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬを備えている。Ｕ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＵＵと、Ｕ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＵＬとは、直列接続されている。すなわち、Ｕ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＵＵのソース端子と、Ｕ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＵＬのドレイン端子は、第１配線１４Ｕと、第２配線１０Ｕにより接続されている。第１配線１４Ｕと、第２配線１０Ｕとは、並列接続されている。第１配線１４Ｕと、第２配線１０Ｕとは、異なる種類の配線である。詳細は後述するが、第１配線１４Ｕは、配線基板状に形成された，例えば、銅箔をエッチングして形成された薄い配線である。第２配線１０Ｕは、銅のバーを用いた厚い配線である。第２配線１０Ｕの断面積は、第１配線１４Ｕの断面積よりも大きいものである。第１配線１４Ｕは従来から用いられているものであり、本実施形態では、第１配線１４Ｕと並列に第２配線１０Ｕを設けた点に特徴がある。
【００３２】
Ｕ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＵＵのドレイン端子は、電源側の配線である第３配線１Ｕにより、電源ラインＰＬに接続されている。Ｕ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＵＬのソース端子は、アース側の配線である第４配線２ＵによりアースラインＥＬに接続されている。なお、電源ラインＰＬは電源ＢＡＴの正極に接続され、アースラインＥＬは、電源ＢＡＴの負極に接続されている。
【００３３】
Ｖ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＶＵと、Ｖ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＶＬとは、直列接続されている。すなわち、Ｖ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＶＵのソース端子と、Ｖ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＶＬのドレイン端子は、第１配線１４Ｖと、第２配線１０Ｖにより接続されている。第１配線１４Ｖと、第２配線１０Ｖとは、並列接続されている。Ｖ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＶＵのドレイン端子は、第３配線１Ｖにより、電源ラインＰＬに接続されている。Ｖ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＶＬのソース端子は、第４配線２ＶによりアースラインＥＬに接続されている。
【００３４】
Ｗ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＷＵと、Ｗ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＷＬとは、直列接続されている。すなわち、Ｗ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＷＵのソース端子と、Ｗ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＷＬのドレイン端子は、第１配線１４Ｗと、第２配線１０Ｗにより接続されている。第１配線１４Ｗと、第２配線１０Ｗとは、並列接続されている。Ｗ相上アームの半導体スイッチング素子１２ＷＵのドレイン端子は、第３配線１Ｗにより、電源ラインＰＬに接続されている。Ｗ相下アームの半導体スイッチング素子１２ＷＬのソース端子は、第４配線２ＷによりアースラインＥＬに接続されている。
【００３５】
Ｕ相の第２配線１０Ｕは、Ｕ相出力ライン２２Ｕにより、交流同期モータＭのＵ相コイルＣｕに接続されている。Ｖ相の第２配線１０Ｖは、Ｖ相出力ライン２２Ｖにより、交流同期モータＭのＶ相コイルＣｖに接続されている。Ｗ相の第２配線１０Ｗは、Ｗ相出力ライン２２Ｗにより、交流同期モータＭのＷ相コイルＣｗに接続されている。
【００３６】
半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬの各ゲート端子には、モータ制御回路ＭＣＵからゲート制御信号が入力する。例えば、半導体スイッチング素子１２ＵＵのゲート端子に、ハイレベルのゲート制御信号が入力すると、半導体スイッチング素子１２ＵＵが導通し、半導体スイッチング素子１２ＵＵのドレイン端子からソース端子に電流が流れる。
【００３７】
モータ制御回路ＭＣＵは、例えば、半導体スイッチング素子１２ＵＵと、半導体スイッチング素子１２ＶＬとを導通させ、他の半導体スイッチング素子１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＷＵ，１２ＷＬを非道通とすると、電源ＢＡＴからの高電流は、半導体スイッチング素子１２ＵＵから、第２配線１０ＵとＵ相出力ライン２２Ｕとを介して、交流同期モータＭのＵ相コイルＣｕに供給される。交流同期モータＭのＹ結線の中性点を経た高電流は、さらに、Ｖ相コイルＣｖに供給され、Ｖ相出力ライン２２Ｖと第２配線１０Ｖとを介して、半導体スイッチング素子１２ＶＬに流れ、さらに、アースラインＥＬを経由して、電源ＢＡＴに戻る。
【００３８】
モータ制御回路ＭＣＵは、導通すべき半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬを選択して制御することで、交流同期モータＭの３相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの内所定のコイルに通電することで、交流同期モータＭの回転子を回転させ、回転駆動力を出力する。このとき、モータ制御回路ＭＣＵは、半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬの各ゲート端子に供給するゲート制御信号としてＰＷＭ信号を用いることで、各半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬを流れる電流を制御して、交流同期モータＭの３相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗに流れる電流を可変することで、交流同期モータＭの駆動力を可変することができる。
【００３９】
なお、図１においては、半導体スイッチング素子１２ＵＵ，１２ＵＬ，１２ＶＵ，１２ＶＬ，１２ＷＵ，１２ＷＬとしては、ＭＯＳＦＥＴの例を図示しているが、ＩＧＢＴを用いることもできる。その場合には、ヒートスプレッダ上にさらにダイオードがそれぞれ実装されるため、ワイヤーはダイオードを介してリード部へ接続される。
【００４０】
また、交流同期モータＭとして、モータジェネレータを用いる場合、交流同期モータＭが発電機として動作する場合、発電機の発電電力は、インバータＩＮＶによって直流に変換され、電源ＢＡＴに蓄電される。
【００４１】
次に、図２を用いて、本実施形態による半導体装置の等価回路について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の等価回路図である。
【００４２】
本実施形態による半導体装置は、図１に示したＵ相上下アーム，Ｖ相上下アーム，Ｗ相上下アームを構成する。Ｕ相上下アーム，Ｖ相上下アーム，Ｗ相上下アームは、いずれも同じ構成であるため、ここでは、１相分を例示して説明する。
【００４３】
上アームの半導体スイッチング素子１２Ｕのソース端子と、下アームの半導体スイッチング素子１２Ｌのドレイン端子は、第１配線１４と、第２配線１０により接続されている。第１配線１４と、第２配線１０とは、並列接続されている。第１配線１４と、第２配線１０とは、異なる種類の配線である。上アームの半導体スイッチング素子１２Ｕのドレイン端子は、第３配線１により、電源ラインＰＬに接続されている。下アームの半導体スイッチング素子１２Ｌのソース端子は、第４配線２によりアースラインＥＬに接続されている。
【００４４】
第１配線１４，第２配線１０，第３配線１，第４配線２は、それぞれ、抵抗とインダクタンスが直列接続された等価回路として図示している。第１配線１４は、前述し、また、図３を用いて後述するように、配線基板状に形成された，例えば、銅箔をエッチングして形成された薄い配線である。第２配線１０は、銅のバーを用いた厚い配線である。第３配線１，第４配線２も、第２配線１０と同様に、銅のバーを用いた厚い配線である。
【００４５】
例えば、上アームの半導体スイッチング素子１２Ｕが導通し、下アームの半導体スイッチング素子１２Ｌが非導通の場合、上アームの半導体スイッチング素子１２Ｕから出力ライン２２に流れる電流は、第１配線１４を経由して出力ライン２２に流れるものと、第２配線１０を経由して出力ライン２２に流れるものとに分かれる。
【００４６】
それぞれの配線１４，１０を流れる電流の詳細については、図７を用いて後述する。
【００４７】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による半導体装置の具体的構成について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。図４は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図ある。図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。
【００４８】
図３に示すように、上アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｕのドレイン電極が、ヒートスプレッダ２１に接続される。下アーム側の半導体スイッチング素子１２Ｌのドレイン電極が、ヒートスプレッダ２３に接続される。ヒートスプレッダ２４は、熱伝導性がよく、また、電気抵抗が小さい銅製である。
【００４９】
半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌはチップ構造であり、その大きさは、例えば、９ｍｍ角である。半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌは、大電流をスイッチングするため、発熱量が大である。基板１７は、図示しないフィン等の放熱部に熱的に接続される。半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌの発熱は、基板１７を介して、放熱部より放熱される。従って、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌを直接基板１７に固定した場合、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌの大きさが小さいため、十分に基板１７に伝熱できないものである。
【００５０】
そこで、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌは、それぞれ、ヒートスプレッダ２１，２３にハンダ等により固定される。ヒートスプレッダ２１，２３の大きさは、例えば、３０ｍｍ角であり、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌの大きさよりも大きい。したがって、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌの発熱は、ヒートスプレッダ２１，２３によって広げられ、基板１７に伝熱されることになる。その結果、基板１７からの放熱性を向上できる。
【００５１】
図５に示すように、基板１７は、金属ベース１１と、金属ベース１１の上面に取り付けられたポリイミドなど樹脂製の絶縁層１５と、絶縁層１５の上に取り付けられた配線層１３，１４とからなる。絶縁層の厚さは、例えば、０．１μｍ程度薄いものである。配線層１３，１４は、絶縁層１５の全面に銅箔を貼り付けた後、エッチングにより配線層のパターンを形成している。銅箔の厚さは、例えば、１００μｍである。銅箔の代わりに、アルミ箔を用いることもできる。
【００５２】
図３や図５に示すように、ヒートスプレッダ２１の下方の面は、ハンダ等により、基板１７の上の配線層１３に接続される。また、ヒートスプレッダ２３の下方の面は、ハンダ等により、基板１７の上の配線層１４に接続される。
【００５３】
また、第３配線層であるリード１は、ヒートスプレッダ２１に、ハンダや超音波接合などにより電気的に接続される。第４配線層であるリード２は、ヒートスプレッダ２４に、ハンダや超音波接合などにより電気的に接続される。半導体スイッチング素子１２Ｌの上面にあるソース電極は、複数本のワイヤー３Ｌにより、リード２に接続されている。ワイヤー３Ｕ，３Ｌは、アルミや金などの金属からなる。
【００５４】
第２配線層であるリード１０は、図示のように、Ｈ字形状に一体的に形成されている。半導体スイッチング素子１２Ｕの上面にあるソース電極は、複数本のワイヤー３Ｕにより、リード１０に接続されている。リード１０は、銅製であるが、アルミ製とすることもできる。リード１０の厚さは、例えば、１〜２ｍｍであり、第１配線層１４として用いる銅箔の厚さよりも厚いものである。すなわち、リード１０の抵抗は、第１配線層１４の抵抗よりも小さいものである。なお、リード１０としては、銅の代わりに、アルミを用いることもできる。
【００５５】
半導体スイッチング素子１２Ｌの下面にあるドレイン電極は、ヒートスプレッダ２３にハンダ接続されている。ヒートスプレッダ２３は、第１配線層１４にハンダ接続されている。また、第２配線層であるリード１０は、ヒートスプレッダ２３にハンダ接続されている。したがって、第２配線層であるリード１０も、ヒートスプレッダ２３を介して、半導体スイッチング素子１２Ｌのドレイン電極に接続されている。
【００５６】
以上により、上アーム側と下アーム側は、基板部１７上の配線層１４およびリード１０が並列になった構成で接続される。
【００５７】
半導体スイッチング素子１２Ｕの下面にあるドレイン電極は、ヒートスプレッダ２１にハンダ接続されている。半導体スイッチング素子１２Ｕのドレイン電極は、ヒートスプレッダ２１を介して、第３配線層であるリード１に接続されている。
【００５８】
第２配線層であるリード１０に、図２に示した出力ライン２２が接続される。
【００５９】
また、ヒートスプレッダ２１は、第５配線層１３にハンダ接続されている。第５配線層１３は、配線としての機能は有さず、単に、ヒートスプレッダ２１を基板１７に固定するためのものである。
【００６０】
ヒートスプレッダやリードの接続は、ハンダ接続以外にも、超音波接続や導電性接着剤など他の電気的接続手法を用いることができる。
【００６１】
図４に示すように、リード１と、リード２は平行に配置される。リード１は、電気的に、第２配線層であるリード１０を介して、リード２に接続される。また、リード１は、電気的に、第１配線層である配線層１４を介して、リード２に接続される。すなわち、リード１からリード２に至る電流経路は、Ｕ字形状となっている。すなわち、リード１からリード２までの電流経路は、円を描くようにループ状に構成されている。
【００６２】
さらに、図５に示すように、本実施形態の半導体装置は、２つの半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌを含み、これらは、樹脂４０で一体封止されている。
【００６３】
本実施形態の半導体装置は、以上のような構成とすることで、以下の効果が得られる。
【００６４】
１）半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌの直下にヒートスプレッダ２１，２３を固定し、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌからの熱を拡散し、熱抵抗を低減できる。
【００６５】
２）基板１７の配線層１４，１３を用い、さらにリード１からリード２までの電流経路をループ状とすることで、低インダクタンスとすることができる。すなわち、リード１からリード２までの電流経路をループ状とすることで、基板１７において、リード１から流れ込む電流と、リード２から流れ出る電流の流れが逆向きとなり、お互いの電流によって発生する電磁作用を打ち消すことができるため、インダクタンスを低減できる。
【００６６】
ここで、図６を用いて、本実施形態によるインダクタンスの低減効果について説明する。  
図６は、本発明の第１の実施形態による半導体装置におけるインダクタンスの解析結果の説明図である。図６において、縦軸は電圧を示し、任意単位である。横軸は時間ｔを示している。
【００６７】
従来構造では、インダクタンスの低減が困難であるため、実線Ａで示すように、スイッチング時の跳ね上がり電圧が大きくなる。
【００６８】
それに対して、本実施形態の構成では、実線Ｂで示すように、低インダクタンスを実現できるため、跳ね上がり電圧を従来よりも小さくすることができる。この結果、低耐電圧素子の利用が可能となり素子の損失を低減することも可能となる。
【００６９】
３）半導体装置に流れる電流のうち、低周波成分の電流は、抵抗の小さな経路を通るため、最短の経路であり第１配線層である配線層１４より厚みのある第２配線層であるリード１０を流れる。一方、高周波成分の電流は、インダクタンスの小さな経路を通るため、２）で述べたようにインダクタンスの小さな経路の基板上の配線層１４を流れる。結果として、配線層１４に大きな電流が流れるのを回避し、信頼性維持を可能とする。
【００７０】
ここで、図７を用いて、本実施形態による電流配分について説明する。  
図７は、本発明の第１の実施形態による半導体装置における電流経路の電流配分の説明図である。図７において、縦軸は電流を示し、全電流を１としている。横軸は時間ｔを示している。
【００７１】
図７において、実線Ａは、第２配線層であるリード１０に流れる電流を示している。実線Ｂは、第１配線層である配線層１４に流れる電流を示している。実線Ｃは、実線Ａと実線Ｂの和，すなわち、全電流を示している。
【００７２】
図７において、実線Ｃで示すように、電流がステップ的に増加した場合、最初、、実線Ｂで示すように、インダクタンスの小さな第１配線層である配線層１４に第２配線層であるリード１０よりも大きな電流が流れる。しかし、ある程度の時間経過後、抵抗成分が支配的になるため、抵抗の大きな第１配線層である配線層１４の電流値は減少していき、逆に抵抗の小さな第２配線層であるリード１０の電流は増加する。
【００７３】
このように、本実施形態の構造では、分流が可能であり、信頼性を向上できる。
【００７４】
さらに、第１配線である配線層１４のインダクタンスが大きい場合には、図７の実線Ｂで示す配線層１４に瞬間的に流れる電流値が大きくなる。しかし、本実施形態では、配線層１４のインダクタンスを小さくしているので、配線層１４に接続するリードを流れる電流が小さくなり、発熱を抑制することが可能となる。そのため、リード１０と配線層１４の接続部のハンダ部の信頼性を向上することもできる。
【００７５】
４）基板までを含めて樹脂封止をすることにより、ハンダ接続部の信頼性を維持できる。
【００７６】
次に、図８を用いて、本実施形態による半導体装置を用いたインバータの平面構成について説明する。
【００７７】
図８は、本発明の第１の実施形態による半導体装置を用いたインバータの平面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００７８】
金属製の放熱板３２の上に、Ｕ相上下アーム半導体スイッチング部３４Ｕと、Ｖ相上下アーム半導体スイッチング部３４Ｖと、Ｗ相上下アーム半導体スイッチング部３４Ｗが、ハンダ接続されている。スイッチング部３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗの個々の回路構成は、図２に示したものと同様である。インバータＩＮＶの回路構成は、図１に示したものと同様である。
【００７９】
本実施形態では、６個の半導体スイッチング素子が同一パッケージに収納される６ｉｎ１の構造となっている。放熱板３２の裏側には、放熱フィンが設けられ、冷却空気若しくは冷却水により冷却する。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体スイッチング素子の直下にヒートスプレッダを用いることで、半導体スイッチング素子からの熱を拡散し、熱抵抗を低減できる。
【００８１】
また、基板の配線層の電流経路をループ状とすることで、低インダクタンスとすることができる。
【００８２】
また、配線層とリードを並列配置し、配線層に大きな電流が流れるのを回避し、リードに大電流を流すことで、信頼性維持を可能とする。
【００８３】
また、基板までを含めて樹脂封止をすることにより、ハンダ接続部の信頼性を維持できる。
【００８４】
したがって、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。
【００８５】
次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図９は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００８６】
本実施形態では、リードの構成が、図３に示したものと異なっている。すなわち、本実施形態では、第２配線であるリードは、リード１０Ａ，リード１０Ｂ，リード１０Ｃの３部材から構成されている。リード１０Ａ，リード１０Ｂ，リード１０Ｃは、全て銅製であり、厚さは第１配線層１４として用いる銅箔の厚さよりも厚いものである。
【００８７】
リード１０Ａの一端は、ヒートスプレッダ２３にハンダ接続されている。リード１０Ａの他端には、図２に示した出力ライン２２が接続される。
【００８８】
リード１０Ｂの一端は、複数本のワイヤー３Ｕにより、半導体スイッチング素子１２Ｕの上面にあるソース電極に接続されている。リード１０Ｂの他端は、第１配線層１４にハンダ接続されている。
【００８９】
リード１０Ｃは、リード１０Ａの中央部付近と、リード１０Ｂの中央部付近に、その両端がハンダ接続されている。
【００９０】
したがって、第１配線１４と、リード１０Ａ，リード１０Ｂ，リード１０Ｃからなる第２配線とは、並列接続されている。
【００９１】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。なお、本実施形態ではリード１０Aが出力ライン２２と接続される構成となっているが、リード１０Bまたはリード１０Cが出力ライン２２に接続される構成でも同様な効果を得ることができる。さらに、新たなリードを１０Dとして基板配線１４に接続し、リード１０Dを出力ライン２２と接続しても構わない。
【００９２】
次に、図１０を用いて、本発明の第３の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１０は、本発明の第３の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００９３】
本実施形態では、リードの構成が、図３に示したものと異なっている。すなわち、本実施形態では、第２配線であるリードは、リード１０Ａ’，リード１０Ｂ，リード１０Ｃ’の３部材から構成されている。リード１０Ａ’，リード１０Ｂ，リード１０Ｃ’は、全て銅製であり、厚さは第１配線層１４として用いる銅箔の厚さよりも厚いものである。
【００９４】
リード１０Ａ’の一端は、ヒートスプレッダ２３にハンダ接続されている。
【００９５】
リード１０Ｂの一端は、複数本のワイヤー３Ｕにより、半導体スイッチング素子１２Ｕの上面にあるソース電極に接続されている。
【００９６】
リード１０Ｃ’は、第1配線層14にハンダで接続される。さらに、リード10A',リード10B’ともハンダやネジなどにより電気的に接続される。  
したがって、第１配線１４と、リード１０Ａ’，リード１０Ｂ，リード１０Ｃ’からなる第２配線とは、並列接続されている。  
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。なお、本実施形態においても実施形態２に示すように１０A〜１０Dのどのリードが出力ライン２２に接続されても同様の効果を得ることができる。
【００９７】
次に、図１１及び図１２を用いて、本発明の第４の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１１は、本発明の第４の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図である。図１２は、図１１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１〜図５，図９と同一符号は、同一部分を示している。
【００９８】
本実施形態は、図９に示した実施形態と類似する構成であるが、樹脂封止構造の点において、相違している。すなわち、図９に示した実施形態では、樹脂封止は、基板１４まで含めた全体を一体封止するものでなく、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌを含むスイッチング部をそれぞれ樹脂４１，４２で封止している。
【００９９】
なお、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌを含むスイッチング部を一体的に樹脂で封止するようにしてもよいものである。
【０１００】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。
【０１０１】
次に、図１３〜図１５を用いて、本発明の第５の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１３は、本発明の第５の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。図１４は、本発明の第５の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図である。図１５は、図１４のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【０１０２】
図３〜図５の実施形態では、ヒートスプレッダ２１，２４の半導体チップが実装される面とは逆の面は、配線層１３，１４に接続していたが、本実施形態では、図１４に示すように、個々のスイッチング部は、それぞれ、樹脂４１，４２により封止されるとともに、図１５に示すように、スイッチング部は、ヒートスプレッダの下面まで、樹脂４１により封止される。
【０１０３】
なお、半導体スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｌを含むスイッチング部を一体的に樹脂で封止するようにしてもよいものである。さらに、基板まで含めて一体封止してもよいものである。
【０１０４】
リード１０Ａ”，１０Ｂ”は、基板１７の第１配線層１４’に接続される。
【０１０５】
なお、ヒートスプレッダ２１，２４の半導体チップが実装される面とは逆の面を、絶縁層を介して、基板１７の上に固定するようにしてもよいものである。これにより、スイッチング部下面と基板との接触熱抵抗を低減するために用いるグリースなどを効果的に塗布することができる。
【０１０６】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。
【０１０７】
また、スイッチング部を基板に実装する際のハンダ付けが不要となり、鉛ハンダフリーが容易な構造とすることができる。なお、本実施形態においても実施形態２に示すように１０A〜１０Dのどのリードが出力ライン２２に接続されても同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
次に、図１６を用いて、本発明の第６の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１６は、本発明の第６の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す断面図である。なお、図１〜図５，図９と同一符号は、同一部分を示している。
【０１０９】
本実施形態は、図９とは、リード１’，２’の形状が相違するものであり、他の構成は図９と同様である。
【０１１０】
図１６に示すように、リード１’，２”は、その間の距離Ｌ１を、絶縁距離を保持する範囲で近接するように配置することで、電流経路のループがより閉じる形となりインダクタンスを低減することが可能となる。
【０１１１】
また、リード１’，２’に接続される電源ラインとアースラインを、それぞれ、銅製のバスバとし、絶縁層を挟んで積層した構造の積層リードを使用する際、電源側とアース側が重なる部分の面積が大きくなるため、インダクタンスをさらに低減することができる。
【０１１２】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。
【０１１３】
次に、図１７を用いて、本発明の第７の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１７は、本発明の第７の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す断面図である。なお、図１〜図５，図９と同一符号は、同一部分を示している。
【０１１４】
本実施形態は、図５や図９とは、第２配線であるリード１０ＢＬの形状が異なるものであり、他の構成は図９と同様である。
【０１１５】
リード１０ＢＬの垂直部６０と対向するヒートスプレッダ２１の面６１の間の距離Ｌ２を、絶縁距離を保持する範囲で近接するように配置することで、両者の重なる部分の面積がおおきくなるため、インダクタンスを低減することができる。
【０１１６】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。
【０１１７】
次に、図１８及び図１９を用いて、本発明の第８の実施形態による半導体装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成は、図１と同様である。また、本実施形態による半導体装置の等価回路は、図２と同様である。  
図１８は、本発明の第８の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。図１９は、図１８の要部側面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【０１１８】
本実施形態は、図３に示した実施形態とは、リード２”の部分の構成が異なっているものである。基板１７の上には、新たな配線層１６が設けられている。下アーム側のリード２”は、配線層１６にハンダ接続される。また、配線層１６には、アースライン側に接続されるリード９がハンダ接続されている。
【０１１９】
基板１７の上には、３つの配線層１３，１４，１６が設けられている。そして、基板１７の配線層１３，１４，１６のみで、電流経路がループを描くように構成することができるため、インダクタンスを低減できる。
【０１２０】
また、図１９に示すように、上アーム側のリード１に近接する位置からリード９を取り出す。リード９は、配線層１６にハンダ接続される直線部９Ａと、直線部９Ａに対して直角に折り曲げられた直線部９Ｂと、直線部９Ｂに対して折り曲げられると共に、第１の直線部９Ａに対して平行な直線部９Ｃとから構成される。ここで、直線部９Ｃにアースラインが接続される。リード１には、電源ラインが接続される。リード１とリード９の直線部９Ｃの間の距離Ｌ３を、絶縁距離を保持する範囲で近接するように配置することで、両者の重なる部分の面積が大きくなるため、リード部のインダクタンスを低減することができる。
【０１２１】
なお、リード１と直線部９Ｃの間は、空隙を設けているが、この空隙部に樹脂を介在させるようにしてもよいものである。
【０１２２】
本実施形態によっても、高放熱・低インダクタンスであり、さらに基板上の配線層の信頼性を維持することができる。なお、本実施形態においても実施形態２に示すように１０A〜１０Dのどのリードが出力ライン２２に接続されても同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
なお、以上の各実施形態においては、半導体チップのドレイン電極はワイヤーによりリードへ接続していたが、リードが直接ハンダなどによりドレイン電極に接続するようにしてもよいものである。
【０１２４】
本発明の第９の実施形態を図２０および図２１に基づいて説明する。
【０１２５】
本実施形態は、第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置を、モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車に搭載されたインバータ装置に採用した例である。
【０１２６】
まず、図２０を用いて、モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車の駆動システムの構成を説明する。
【０１２７】
なお、図２０では、制御信号を伝達する制御ケーブルを細い実線により、電気エネルギーを供給する電気ケーブルを、制御ケーブルを示す実線よりも太い実線によりそれぞれ示している。
【０１２８】
モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動車（以下、「４輪駆動車１０００」と記述する）は、内燃機関であるエンジン１００１により前輪１００２（主輪）を、回転電機であるモータ１１０２により後輪１００４（従輪）をそれぞれ駆動するように、エンジン１００１による駆動システムと、モータ１１０２による駆動システムとを備えた複合駆動型車両である。エンジン１００１は、前輪１００２の主駆動系を構成する動力源であり、車両の走行範囲全域において熱エネルギーにより回転動力を発生する。モータ１１０２は、後輪１００４の従駆動系を構成する動力源であり、車両の発進時からエンジン１００１のみによる走行速度域に達するまでの間、および氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路においてエンジン１００１により駆動される前輪１００２にスリップが生じ、エンジン１００１の動力を路面に伝達できない時に電気エネルギーにより回転駆動力を発生する。
【０１２９】
なお、本実施形態では、エンジン１００１により前輪１００２を、モータ１１０２により後輪１００４をそれぞれ駆動する場合を例に挙げて説明するが、エンジン１００１により後輪１００４を、モータ１１０２により前輪１００２をそれぞれ駆動する構成としてもよい。
【０１３０】
エンジン１００１の回転動力は、自動変速機１００７によって変速された後、動力伝達機構１００８を介して前輪１００２の駆動軸１００３に伝達される。これにより、前輪１００２は車両走行範囲全域においてエンジン１００１により駆動される。
【０１３１】
エンジン１００１には車載補機用発電機１００６及び駆動専用発電機１２００のベルトを介して機械的に連結されている。両発電機は、エンジン１００１の回転動力を受けて作動し、それぞれ用途の異なる電力を発生する。
【０１３２】
車載補機用発電機１００６は車載１４ボルト系電源を構成しており、公称出力電圧１２ボルトの車載バッテリ１００９を充電するための直流電力及び車載補機用を駆動するための直流電力を発生する。
【０１３３】
駆動専用発電機１２００は、モータ１１０２の駆動用電力を専用に発生するモータ電源を構成するとともに、車載補機用発電機１００６よりも高い電力を出力できる車載４２ボルト系電源を構成しており、モータ１１０２に対する要求駆動力に応じて出力電圧を０ボルトから５０ボルト又は６０ボルトまで可変できる。
【０１３４】
なお、本実施形態では、モータ１１０２の電源として駆動専用発電機１２００を備えた場合を例に挙げて説明する。この場合、モータ駆動専用大容量バッテリの搭載が不要な分、従駆動輪（本実施形態では後輪１００４）の従駆動システムの搭載スペースを小さくできるとともに、エンジンの動力により前後輪を駆動する機械式４輪駆動車と比べて従駆動輪の従駆動システムを安価に提供できる。
【０１３５】
また、モータ駆動用バッテリを搭載し、駆動専用発電機１２００の電力をモータ駆動用バッテリに充電するようにしてもよい。
【０１３６】
また、本実施形態では、駆動専用発電機１２００を電源として低電圧，大電流によりモータ１１０２を駆動するので、車両の走行性能において要求される高トルクを出力でき、エンジンの動力により前後輪を駆動する機械式４輪駆動車と比べて遜色のない従駆動システムを提供できる。
【０１３７】
車載補機用発電機１００６及び駆動専用発電機１２００はエンジン１００１とともにエンジンルーム内に配置されている。駆動専用発電機１２００は水冷密閉型回転電機であるので、駆動専用発電機１２００のエンジン１００１に対する取付位置は、空冷開放型回転電機である車載補機用発電機１００６のエンジン１００１に対する取付位置よりも低い位置にできる。
【０１３８】
本実施形態では、前述したように、モータ駆動用バッテリを備えていないので、駆動専用発電機１２００から出力された直流電力はリレー１３００を介してインバータ装置１００の直流側に直接入力される。インバータ装置１００は、入力された直流電力を、モータ１１０２の駆動に必要な三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力をモータ１１０２に供給する。モータ１１０２は三相交流電力を受けて作動し、後輪１００４の駆動に必要な回転動力を発生する。
【０１３９】
モータ１１０２の回転動力は、モータ１１０２の出力側に接続されたクラッチ１５００、及びクラッチ１５００の出力側に接続されたデファレンシャルギヤ１６００を介して後輪１００４の駆動軸１００５に伝達される。これにより、後輪１００４は、車両の発進時からエンジン１００１のみによる走行速度域に達するまでの間、及びモータ１１０２の回転動力により後輪１００４を駆動することが可能な最高走行速度域以下において、氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路でエンジン１００１により駆動される前輪１００２にスリップが生じ、エンジン１００６の動力を路面に伝達できない時に駆動される。
【０１４０】
したがって、本実施形態の従駆動システムによれば、車両を安定させながら高トルクにより発進および走行させることができ、前輪１００２にスリップが発生した時には、前輪１００２を速やかにグリップさせて、摩擦係数μの小さい走行路を安定にかつ確実に走破させることができる。
【０１４１】
デファレンシャルギヤ１６００は、モータ１１０２の回転動力を左右の駆動軸１００５に分配するための動力伝達機構であり、モータ１１０２の回転動力を減速するための減速機が一体に設けられている。
【０１４２】
モータ１１０２及びインバータ装置１１０１を一体化した車両駆動装置（回転電機装置）１１００は、車両の後部座席からトランクルームに至る床下にあり、かつデファレンシャルギヤ１６００の近傍にある狭小スペースに設置されている。本実施形態では、機電一体型の車両駆動装置（回転電機装置）１１００により、車両駆動装置（回転電機装置）１１００の小型化を達成できるとともに、車両に対する車両駆動装置（回転電機装置）１１００の搭載性を向上できる。
【０１４３】
また、本実施形態では、車両駆動装置（回転電機装置）１１００として、図１５に示す機電一体型回転電機装置を用いているので、車両駆動装置（回転電機装置）１１００をより小型でき、車両に対する車両駆動装置（回転電機装置）１１００の搭載性をより向上できる。
【０１４４】
また、車両駆動装置（回転電機装置）１１００，クラッチ１５００及びデファレンシャルギヤ１６００を一体のユニット構造にしてもよい。
【０１４５】
クラッチ１５００は、２つのクラッチ板を電磁力により制御して動力伝達を制御する電磁式動力遮断機構であり、車両の発進時からエンジン１００１のみによる走行速度域に達するまでの間、およびモータ１１０２の回転動力により後輪１００４を駆動することが可能な最高速度域以下において、氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路でエンジン１００１により駆動される前輪１００２にスリップが生じ、エンジン１００１の動力を路面に伝達できない時には２つのクラッチ板が締結されて、モータ１１０２の回転動力がデファレンシャルギヤ１６００に伝達されるように制御され、エンジン１００１のみによる走行速度域にある時には２つのクラッチ板が解放されて、モータ１１０２からデファレンシャルギヤ１６００への回転動力の伝達が遮断されるように制御される。
【０１４６】
後輪１００４の従駆動系を構成する各機器の作動は、電子回路装置１４００から供給された信号或いは電力によって制御される。電子回路装置１４００は、プログラムに基づいて各機器の制御に必要な演算を実行するマイクロコンピュータ，マイクロコンピュータの演算に必要なプログラムやマップ及びパラメータなどのデータが予め格納された記憶装置、及び抵抗などの回路素子が集積された集積回路（ＩＣ）などの複数の電子部品を搭載した複数の制御基板を備えている。
【０１４７】
電子回路装置１４００が司る制御としては、駆動専用発電機１２００に供給される界磁電流を制御して駆動専用発電機１２００の発電を制御する界磁制御、リレー１３００の接点の駆動を制御して駆動専用発電機１２００とインバータ装置１１０１との間の電気的な接続を制御するリレー制御、インバータ装置１１０１の電力変換動作を制御してモータ１１０２の駆動を制御する駆動制御、及びクラッチ１５００に供給される励磁電流を制御してクラッチ１５００の締結・遮断を制御するクラッチ制御がある。
【０１４８】
後輪１００４の従駆動系を構成する各機器と電子回路装置１４００との間は信号ケーブル或いは電気ケーブルによって電気的に接続されている。車載バッテリ１００９と電子回路装置１４００との間は電気ケーブルによって電気的に接続されている。エンジン１００１のコンポーネント機器（空気絞り弁，給排気弁，燃料噴射弁），変速機１００７を構成する変速機構及び車載補機用発電機１００６の作動を制御するエンジン制御装置、及びアンチロックブレーキシステムを構成するキャリパーシリンダ機構の作動を制御するアンチロックブレーキシステム制御装置などの他の車載制御装置（図示省略）と電子回路装置１４００との間はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ケーブルによって電気的に接続されている。これにより、各車載制御装置の間において各車載制御装置の所有情報を共有でき、電子回路装置１４００は、エンジン制御装置からシフト位置信号，アクセル開度信号、及びエンジン回転数信号を、アンチロックブレーキシステム制御装置から車輪速信号をそれぞれ必要に応じて入力情報として取得でき、それらの入力情報を上記各制御に利用する。
【０１４９】
なお、本実施形態では、自動変速機１００７を構成する変速機構の作動をエンジン制御装置が制御する場合を例に挙げているが、車両が変速機制御装置を搭載する場合には、自動変速機１００７を構成する変速機構の作動は変速機制御装置により制御される。この場合、電子回路装置１４００に入力されるシフト位置信号は変速機制御装置からＬＡＮケーブルを介して取得される。
【０１５０】
図２１は、モータ１１０２及びインバータ装置１１０１を一体化した車両駆動装置（回転電機装置）１１００の外観構成を示す。
【０１５１】
図２１において、インバータ装置１１０１は回転電機１１０２の上部に配置されている。本実施形態では、インバータ装置１１０１の筐体９０１と回転電機１１０２の筐体との間に螺入されるネジ９５１によってインバータ装置１１０１の筐体９０１が回転電機１１０２の筐体に固定されることにより、インバータ装置１１０１と回転電機１１０２とが一体化されている。インバータ装置１１０１の高さ方向（インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との合体方向）の寸法は回転電機１１０２の外径寸法の半分以下である。このような寸法は、車両の後部座席からトランクルームに至る床下にあり、かつデファレンシャルギヤ１６００の近傍にある狭小スペースに設置される車両駆動装置（回転電機装置）１１００にとって非常に好適なものと言える。
【０１５２】
回転電機１１０２の軸方向一方側端部の筐体端面からは出力軸９６４が水平方向に延びるように突出している。出力軸９６４の延びる方向における筐体９０１の側面には正極側直流ハーネス９６１および負極側直流ハーネス９６２が水平方向（出力軸９６４が延びる方向と同じ方向）に突出するように形成されている。正極側直流ハーネス９６１および負極側直流ハーネス９６２は、図３に示すリレー１３００を介して駆動専用発電機１２００に電気的に接続されている。
【０１５３】
インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との電気的な接続は、回転電機１１０２の出力軸９６４側とは反対側の端部において上下方向（インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との合体方向）に延びるバスバー（図示省略）によって行われている。回転電機１１０２の磁極位置を検出するためのセンサ（レゾルバ）は回転電機１１０２の出力軸９６４側とは反対側の端部に配置されている。そのセンサの信号線は、回転電機１１０２の出力軸９６４側とは反対側の端部において上方向（インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との合体方向を回転電機１１０２からインバータ装置１１０１に向かう方向）に延び、インバータ装置１１０１の制御回路に電気的に接続されている。
【０１５４】
なお、本実施形態では、インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との電気的な接続を車両駆動装置（回転電機装置）１１００の筐体内部にて行う場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１１０１と回転電機１１０２との電気的な接続は、ハーネスなどを介して車両駆動装置（回転電機装置）１１００の筐体外部にて行ってもよい。
【０１５５】
正極側直流ハーネス９６１および負極側直流ハーネス９６２が突出した筐体９０１の側面にはコネクタ９６３が取り付けられている。コネクタ９６３は、インバータ装置１１０１の外部に配置された上位制御装置からの入力情報（たとえばトルク指令信号，回転数指令信号，上位からのフェール信号など）を、インバータ装置１１０１の筐体９０１の内部に収納された制御回路に取り込むためのものであるとともに、その制御回路を作動させるための電源を取り込むためのものであり、さらには上位制御装置に送信する出力情報（たとえば下位側フェール信号など）をインバータ装置１１０１から取り出すためのものである。コネクタ９６３には、上位制御装置に電気的に接続されて、インバータ装置１１０１に延びる信号線のコネクタが接続される。
【０１５６】
以上のように、本実施形態では、第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置を、モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車に搭載されたインバータ装置に採用した場合を例に挙げて説明した。第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置は、次のような車載電機システムに搭載されるインバータ装置などの電力変換装置にも適用できる。
【０１５７】
その一つとしては、エンジンの駆動力により車両用発電機を駆動して三相交流電力を発生し、この発生した三相交流電力を、スイッチング半導体素子によって構成された電力変換装置（整流器）によって直流電力に整流し、その直流電力を１４ボルト系の車載バッテリ（公称出力電圧１２ボルト）に充電するシステムがある。第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置は上記電力変換装置（整流器）に適用できる。
【０１５８】
その他の一つとしては、エンジンの再始動時（信号待ちなどの車両の一時停止時にエンジンを停止し、車両の発進時にエンジンを再始動する時）、スイッチング半導体素子によって構成されたインバータ装置により、１４ボルト系の車載バッテリから供給された直流電力を三相交流電力に変換してそれを車両用電動発電機に供給し、車両用電動発電機を電動機として作動させ、発生した電動力をエンジンに伝達してエンジンを始動するとともに、エンジンの自立運転時、エンジンからの駆動力を受けて車両用電動発電機を発電機として作動させ、発生した三相交流電力をインバータ装置により直流電力に変換してそれを１４ボルト系の車載バッテリに充電するシステムがある。この場合、車両用電動発電機とインバータ装置は一体構造になっている。第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置は上記インバータ装置に適用できる。
【０１５９】
また、その他の一つとしては、エンジンの再始動時（信号待ちなどの車両の一時停止時にエンジンを停止し、車両の発進時にエンジンを再始動する時）、および車両の加速運転時、スイッチング半導体素子によって構成されたインバータ装置により、４２ボルト系の車載バッテリ（公称出力電圧３６ボルト）から供給された直流電力を三相交流電力に変換してそれを車両用電動発電機に供給し、車両用電動発電機を電動機として作動させ、発生した電動力をエンジンに伝達してエンジンを始動、および車輪に伝達してエンジンの駆動力をアシストするとともに、エンジンの自立運転時、エンジンからの駆動力を受けて車両用電動発電機を発電機として作動させ、発生した三相交流電力をインバータ装置により直流電力に変換してそれを４２ボルト系の車載バッテリに充電するシステムがある。この場合、４２ボルト系の車載バッテリには昇降圧装置（ＤＣＤＣコンバータ）を介して１４ボルト系の車載バッテリが接続されている。第１の実施形態ないし第８の実施形態に示した半導体装置は上記インバータ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体装置を用いるモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による半導体装置の等価回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図ある。
【図５】図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による半導体装置におけるインダクタンスの解析結果の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による半導体装置における電流経路の電流配分の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による半導体装置を用いたインバータの平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ’断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す平面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ’断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態による半導体装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８の要部側面図である。
【図２０】モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車の駆動システムの構成図である。
【図２１】モータ及びインバータ装置を一体化した車両駆動装置（回転電機装置）の外観構成図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１，２，９，１０…リード
３…ワイヤー
１５…絶縁層
１１…金属ベース
１３，１４，１６…基板配線層
１２…半導体スイッチング素子
２１，２３…ヒートスプレッタ
４０，４１，４２…樹脂
【図１】
2009130201.tif 000003
【図２】
2009130201.tif 000004
【図３】
2009130201.tif 000005
【図４】
2009130201.tif 000006
【図５】
2009130201.tif 000007
【図６】
2009130201.tif 000008
【図７】
2009130201.tif 000009
【図８】
2009130201.tif 000010
【図９】
2009130201.tif 000011
【図１０】
2009130201.tif 000012
【図１１】
2009130201.tif 000013
【図１２】
2009130201.tif 000014
【図１３】
2009130201.tif 000015
【図１４】
2009130201.tif 000016
【図１５】
2009130201.tif 000017
【図１６】
2009130201.tif 000018
【図１７】
2009130201.tif 000019
【図１８】
2009130201.tif 000020
【図１９】
2009130201.tif 000021
【図２０】
2009130201.tif 000022
【図２１】
2009130201.tif 000023