CN117039796A - 半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明的半导体单元包括半导体装置、控制部和电阻部。半导体装置具有设置在电池的正极与逆变电路之间的晶体管，逆变电路与电池电连接。控制部与晶体管的控制端子连接，控制晶体管。电阻部设置在控制端子与控制部之间。控制部以在流过晶体管的电流为阈值以上的情况下使晶体管截止的方式控制晶体管。电阻部的电阻值为100Ω以上。

Description

半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆

本申请是国际申请号PCT/JP2019/042653，中国申请号2019800707403，发明名称为“半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆”的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆。

背景技术

例如在混合动力汽车、电动汽车等电动车辆中，如图53所示，在电池210的正极与对驱动电动车辆的电动机220进行控制的逆变电路230之间设置有继电器单元200。继电器单元200具备作为机械触点式继电器的主继电器201和与主继电器201并联连接的预充电用的继电器电路202(例如，参照专利文献1)。在继电器单元200与逆变电路230之间设置有电容器240。预充电用的继电器电路202是用于避免冲击电流从电池向逆变电路流动的电路，是机械触点式继电器203与限流电阻204串联连接的电路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-161009号公报

发明内容

发明要解决的课题

在机械触点式继电器的情况下，从接通状态切换为断开状态需要数毫秒，因此，在该期间，大电流流过逆变电路，逆变电路有可能发生故障。为了避免该逆变电路的故障，与机械触点式继电器分开地设置有熔断器。但是，若设置熔断器，则部件数量增加。

本发明的目的在于提供一种能够省略熔断器的半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆。

用于解决课题的手段

解决上述课题的半导体单元包括半导体装置、控制部和电阻部。所述半导体装置具有设置在电池的正极与逆变电路之间的晶体管，所述逆变电路与所述电池电连接。所述控制部与所述晶体管的控制端子连接，控制所述晶体管。所述电阻部设置在所述控制端子与所述控制部之间。所述控制部控制所述晶体管使所述晶体管在流过所述晶体管的电流为阈值以上的情况下截止。所述电阻部的电阻值为100Ω以上。

根据该结构，在大电流从电池流向逆变电路时，在该大电流流过晶体管的情况下，晶体管截止。在此，晶体管从导通状态切换为截止状态为止的时间为数微秒，与机械触点式继电器相比足够快，因此能够抑制大电流流过逆变电路而导致逆变电路发生故障的情况。因此，能够省略熔断器。

解决上述课题的半导体单元包括半导体装置和控制部。所述半导体装置具有设置在电池的正极与逆变电路之间的晶体管，所述逆变电路与所述电池电连接。所述控制部与所述晶体管的控制端子连接，控制所述晶体管。所述晶体管为IGBT或MOSFET。所述控制部将所述晶体管的发射极或源极与栅极之间的电压控制为流过所述晶体管的电流在预定的电流下饱和的电压以下。

根据该结构，即使大电流从电池流向逆变电路，从晶体管向逆变电路也仅流过达到晶体管的饱和电流为止。因此，能够抑制大电流流过逆变电路而导致逆变电路发生故障的情况，因此能够省略熔断器。

解决上述课题的半导体装置包含晶体管和至少1个接合线。所述晶体管设置在电池的正极与逆变电路之间，所述逆变电路与所述电池电连接。所述至少1个接合线与所述晶体管连接。以在所述晶体管中流动的电流为阈值以上的情况下所述接合线断线的方式来设定所述接合线的根数及所述接合线的直径。

根据该结构，在大电流从电池向逆变电路流动时，在该大电流向晶体管流动的情况下，晶体管的接合线断线，由此向逆变电路的大电流的供给被切断。由此，晶体管成为截止状态。这样，由于接合线起到熔断器的功能，因此能够省略熔断器。

发明效果

根据上述半导体单元、半导体装置、电池单元以及车辆，能够省略熔断器。

附图说明

图1是示意性地表示具备第一实施方式的半导体装置的车辆的一部分的电气结构的框图。

图2是示意性地表示图1的继电器单元及其周边的电气结构的电路图。

图3A是表示车辆动力运行时的半导体装置的IGBT中流过的集电极电流与集电极-发射极间电压的关系的曲线图。

图3B是表示车辆再生时的半导体装置的二极管中流动的电流与正向电压的关系的曲线图。

图4A是第一实施方式的IGBT的示意性剖视图。

图4B是比较例的IGBT的示意性剖视图。

图5是二极管的示意性剖视图。

图6是具备半导体装置的半导体模块的立体图。

图7是表示半导体装置的配置结构的半导体模块的图解性的俯视图。

图8是沿图7的8-8线剖切的半导体模块的剖视图。

图9是半导体模块的仰视图。

图10是半导体单元的侧视图。

图11是表示第一比较例的预充电控制中的集电极-发射极间电压以及电容器的端子间电压的推移的曲线图。

图12是表示第一比较例的预充电控制中的流过半导体模块的电流的推移的曲线图。

图13是表示第二比较例的预充电控制中的集电极-发射极间电压以及电容器的端子间电压的推移的曲线图。

图14是表示第二比较例的预充电控制中的流过半导体模块的电流的推移的曲线图。

图15是表示第一实施方式的预充电控制中的集电极-发射极间电压以及电容器的端子间电压的推移的曲线图。

图16是表示第一实施方式的预充电控制中的流过半导体模块的电流的推移的曲线图。

图17是比较例的半导体装置的电路图。

图18是第二实施方式的半导体单元的电路图。

图19是半导体模块的立体图。

图20是表示半导体装置的配置结构的半导体模块的图解性的俯视图。

图21是表示IGBT的电极焊盘(電極パッド)的配置结构的IGBT的俯视图。

图22是表示二极管的电极焊盘的配置结构的二极管的俯视图。

图23是作为第三实施方式的半导体装置的RC-IGBT的立体剖视图。

图24是RC-IGBT的仰视图。

图25是表示半导体装置的配置结构的半导体模块的图解性的俯视图。

图26A是表示在RC-IGBT的IGBT以及二极管中流动的电流和RC-IGBT的温度的推移的曲线图。

图26B是在单独地形成IGBT和二极管的比较例中，上段是表示流过IGBT的电流和IGBT的温度的推移的曲线图，下段是表示流过二极管的电流和二极管的温度的推移的曲线图。

图27是第四实施方式的半导体单元的电路图。

图28是表示半导体装置的配置结构的半导体模块的图解性的俯视图。

图29是第五实施方式的半导体单元的电路图。

图30是表示半导体装置的配置结构的半导体模块的图解性的俯视图。

图31A是表示在IGBT及MOSFET中流动的情况下的动力运行电流的大小与半导体模块的端子间电压的关系的曲线图。

图31B是表示车辆再生时的半导体装置的二极管中流动的电流与正向电压的关系的曲线图。

图32是第六实施方式的半导体单元的电路图。

图33是表示各IGBT的栅极驱动信号的推移的曲线图。

图34是变形例的半导体单元的电路图。

图35是变形例的半导体单元的电路图。

图36是在变形例的半导体模块中表示半导体装置的配置结构的图解性的俯视图。

图37是在变形例的半导体模块中表示半导体装置的配置结构的图解性的俯视图。

图38是沿着图37的38-38线的半导体模块的剖视图。

图39是变形例的半导体模块的图解性的俯视图。

图40是变形例的半导体装置的RC-IGBT的仰视图。

图41是变形例的半导体装置的RC-IGBT的仰视图。

图42是变形例的半导体装置的RC-IGBT的仰视图。

图43是变形例的半导体模块的图解性的俯视图。

图44是在变形例的半导体单元中，(a)以及(b)是表示电容器的端子间电压与IGBT的间歇动作时的频率的关系的示意图(map)。

图45是在变形例的半导体单元中，表示电容器的端子间电压与IGBT的间歇动作时的频率的关系的示意图。

图46是在变形例的半导体单元中，(a)以及(b)是表示电容器的端子间电压与IGBT的栅极-发射极间电压的关系的示意图。

图47是在变形例的半导体单元中，表示电容器的端子间电压与IGBT的栅极-发射极间电压的关系的示意图。

图48是在变形例的半导体单元中，(a)以及(b)是表示电容器的端子间电压与IGBT的占空比的关系的示意图。

图49是在变形例的半导体单元中，表示电容器的端子间电压与IGBT的占空比的关系的示意图。

图50是变形例的继电器单元及其周边的示意性电路图。

图51是变形例的继电器单元及其周边的示意性电路图。

图52是示意性地表示变形例的车辆的一部分的电气结构的框图。

图53是现有的继电器单元及其周边的示意性电路图。

具体实施方式

以下，参照附图对半导体装置、半导体模块、半导体单元、继电器单元、电池单元以及车辆的各实施方式进行说明。以下所示的各实施方式例示了用于将技术思想具体化的结构、方法，各构成部件的材质、形状、构造、配置、尺寸等并不限定于下述内容。以下的各实施方式能够施加各种变更。

在本说明书中，“部件A与部件B连接的状态”包括部件A与部件B在物理上直接连接的情况、以及部件A和部件B经由不影响电连接状态的其他部件间接地连接的情况。

同样地，“部件C设置在部件A与部件B之间的状态”包括部件A与部件C或者部件B与部件C直接连接的情况、以及部件A与部件C或者部件B与部件C经由不影响电连接状态的其他部件间接地连接的情况。

(第一实施方式)

如图1所示，作为混合动力汽车、电动汽车等电动车辆的车辆1具备电池单元20、电动机11、逆变电路12以及电容器13。电动机11与逆变电路12连接。电动机11的一例是3相交流电动机。作为三相交流电动机，例如能够使用3相感应电动机。逆变电路12通过高压侧线HL以及低压侧线LL与电池单元20电连接。逆变电路12将电池单元20的输出电力转换为驱动电动机11的交流电(例如，U相、V相以及W相的交流电)。电容器13设置在电池单元20与逆变电路12之间。电容器13与逆变电路12并联连接。电容器13的一例是薄膜电容器或电解电容器。

电池单元20具备：电池模块21，其是由多个电池单元构成的电池的一例；以及继电器单元30，其控制来自电池模块21的电流的流通方式。电池单元20通过将电池模块21及继电器单元30收纳于壳体(省略图示)而集成化。电池单元的一个例子是锂离子电池。电池模块21的正极和负极与继电器单元30连接。继电器单元30设置在电池模块21与逆变电路12之间。更详细而言，继电器单元30设置于高压侧线HL及低压侧线LL中的电池模块21与电容器13之间的部分。此外，也可以在继电器单元30与电容器13之间设置升压电路。

继电器单元30具备第一继电器部31、第二继电器部32以及作为控制部的一例的控制电路33。第一继电器部31设置于电池模块21的正极与逆变电路12之间的高压侧线HL，第二继电器部32设置于电池模块21的负极与逆变电路12之间的低压侧线LL。

控制电路33分别控制第一继电器部31和第二继电器部32。例如，控制电路33在车辆1的启动开关(主开关)被进行了接通操作的情况下，使第一继电器部31以及第二继电器部32接通，在启动开关被进行了断开操作的情况下，使第一继电器部31以及第二继电器部32断开。通过第一继电器部31及第二继电器部32的接通断开，控制从电池模块21向逆变电路12的电流的供给及切断、以及从逆变电路12向电池模块21的电流的供给及切断。

在车辆1中，在从电池模块21经由逆变电路12向电动机11供电的动力运行时，从电池模块21向逆变电路12供给的电流的大小的一例是400A。另一方面，在制动时等将电动机11的动能经由逆变电路12作为电力向电池模块21供给的再生时，从逆变电路12向电池模块21供给的电流的大小的一个例子是400A。这样，第一继电器部31允许从电池模块21向逆变电路12的电流的流动和从逆变电路12向电池模块21的电流的流动这两者。

图2是继电器单元30的电路图。

设置于高压侧线HL的第一继电器部31构成为包括半导体模块40。设置于低压侧线LL的第二继电器部32是机械触点式的继电器。在继电器单元30中，由半导体模块40和栅极控制电路34构成半导体单元41。

半导体模块40具备半导体装置40A。半导体装置40A设置在电池模块21(参照图1)的正极和与电池模块21电连接的逆变电路12(参照图1)之间。

半导体装置40A具备作为晶体管的一个示例的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)42、以及与IGBT42反并联连接的二极管43。详细而言，IGBT42的发射极与二极管43的阳极连接，IGBT42的集电极与二极管43的阴极连接。

IGBT42的集电极与电池模块21的正极连接。即，IGBT42的集电极是与半导体装置40A中的电池模块21的正极连接的第一端子的一例。IGBT42的发射极与逆变电路12的上段侧的开关元件连接。即，IGBT42的发射极是与半导体装置40A中的逆变电路12连接的第二端子的一例。另外，IGBT42的发射极与电容器13的第一端子连接。此外，电容器13的第二端子与第二继电器部32连接。

IGBT42由硅(Si)器件形成，构成为截止状态时的集电极-发射极间的耐压为600V。另外，二极管43由硅(Si)器件形成，构成为耐压(反向电压VR)为600V。即，在本实施方式中，IGBT42的集电极-发射极间的耐压与二极管43的耐压相等。

控制电路33具有栅极控制电路34以及继电器控制电路35。

栅极控制电路34与IGBT42的栅极电连接。栅极控制电路34生成向IGBT42的栅极施加的电压信号即栅极驱动信号Sg，并输出至IGBT42的栅极。IGBT42基于栅极驱动信号Sg进行动作。

继电器控制电路35与第二继电器部32电连接。继电器控制电路35生成对第二继电器部32的接通断开进行控制的控制信号Sr，并输出至第二继电器部32。第二继电器部32基于控制信号Sr进行接通断开动作。

在栅极控制电路34与半导体模块40之间设置有限流电阻36。详细而言，限流电阻36设置在栅极控制电路34与IGBT42的栅极之间。限流电阻36优选为100Ω以上。本实施方式的限流电阻36为500Ω。

在这样的结构的半导体模块40中，在车辆1的动力运行时，电流经由IGBT42流动，在车辆1的再生时，电流经由二极管43流动。图3A表示车辆1的动力运行时的流过IGBT42的集电极的合计的集电极电流Ic与IGBT42的集电极-发射极间电压Vce的关系的一例。图3B表示车辆1的再生时流过二极管43的电流If与二极管43的正向电压Vf的关系的一例。

〔IGBT的结构〕

参照图4A以及图4B，对IGBT42的构造进行说明。

如图4A所示，IGBT42是沟槽栅型的IGBT。IGBT42包含n型的半导体基板50。半导体基板50例如是硅基板，具有表面50A及其相反侧的背面50B。在该半导体基板50的表面区域制作有构成IGBT42的一部分的单位单元51。

半导体基板50从其背面50B侧起依次包括p⁺型的集电极区域52、n⁺型的缓冲区域53以及n型的漂移区域54。集电极区域52以及缓冲区域53形成在半导体基板50的背面区域。集电极区域52从半导体基板50的背面50B露出。集电极区域52包含B(硼)作为p型杂质。缓冲区域53以与集电极区域52相接的方式而形成于集电极区域52。漂移区域54利用半导体基板50的一部分而形成。漂移区域54的一部分从半导体基板50的表面50A露出(省略图示)。缓冲区域53以及漂移区域54分别包含P(磷)、As(砷)、Sb(锑)中的任意一种作为n型杂质。

在半导体基板50的表面区域，隔开间隔地形成有多个栅极沟槽55。各栅极沟槽55贯穿基极区域59，并具有位于漂移区域54内的底部。在各栅极沟槽55内，隔着栅极绝缘膜56而埋入有栅极电极57。在多个栅极沟槽55的侧方，从半导体基板50的表面50A侧朝向背面50B侧依次形成有n⁺型的发射极区域58、p^-型的基极区域59以及漂移区域54。

基极区域59由一个栅极沟槽55和另一个栅极沟槽55共用。发射极区域58以从半导体基板50的表面50A露出的方式，沿着栅极沟槽55的一侧的侧面以及另一侧的侧面而形成。发射极区域58包含P(磷)、As(砷)、Sb(锑)中的任意一种作为n型杂质。在基极区域59的表面区域，以被发射极区域58夹着的方式形成有p⁺型的接触区域60。基极区域59和接触区域60包含B(硼)作为p型杂质。

基极区域59中的发射极区域58与漂移区域54之间的区域被设为沟道区域61，由此，形成有多个构成IGBT42的一部分的单位单元51。在图4A的剖视图中，单位单元51被规定为由一个栅极沟槽55的中心线与另一个栅极沟槽55的中心线夹着的区域。

在半导体基板50的表面50A，以覆盖栅极沟槽55的方式形成有例如由氧化硅(SiO₂)构成的绝缘膜62。在绝缘膜62上形成有使发射极区域58的一部分以及接触区域60露出的接触孔62a。在绝缘膜62上形成有例如由铝(AlSiCu、AlCu等)构成的发射极电极63。发射极电极63从绝缘膜62上进入接触孔62a，在接触孔62a内与发射极区域58以及接触区域60电连接。

在半导体基板50的背面50B形成有例如由铝(AlSiCu、AlCu等)构成的集电极电极64。集电极电极64与集电极区域52电连接。

由于如上述那样以在启动开关被进行了接通操作时使IGBT42导通的方式进行动作，因此例如与逆变电路12的开关元件的开关次数相比，IGBT42的开关次数较少。在这样的用途的IGBT42中，动作速度也可以不快。另一方面，在从车辆1的启动开关(主开关)被进行接通操作到被进行断开操作的期间，IGBT42成为导通状态，因此优选IGBT42的导通损耗较小。

鉴于这一点，IGBT42通过采用使动作速度降低的构造来降低导通损耗。使用图4A以及图4B，对IGBT42的导通损耗的降低构造进行说明。

图4B表示用于与IGBT42的结构进行比较的比较IGBT的结构。比较IGBT在形成有晶格缺陷层65这一点以及集电极区域52的杂质浓度这一点不同。

晶格缺陷层65介于漂移区域54与缓冲区域53之间。晶格缺陷层65与漂移区域54及缓冲区域53相接。晶格缺陷层65是通过带电粒子导入晶格缺陷，从而电阻率(电阻值)高于集电极区域52以及缓冲区域53的高电阻层。作为带电粒子，例如是n型杂质以及氩(Ar)。

在带电粒子为n型杂质的情况下，晶格缺陷层65是n型杂质没有供体化(ドナー化)而存在的区域。即，晶格缺陷层65是高电阻层，该高电阻层在注入有n型杂质的状态下被设为未活性，使得晶格缺陷未恢复，其结果是，电阻率(电阻值)提高。另外，在带电粒子为氩(Ar)的情况下，晶格缺陷层65是通过使晶格缺陷浓度高于缓冲区域53的晶格缺陷浓度而提高了电阻率(电阻值)的高电阻层。作为带电粒子，也可以采用质子(H⁺)或氦(He)来代替氩(Ar)。

比较IGBT能够通过晶格缺陷层65进行少数载流子的寿命的控制，因此能够进行高速开关，另一方面，晶格缺陷层65存在于半导体基板50，因此导通损耗增大。关于这一点，本实施方式的IGBT42由于不存在晶格缺陷层65，因此无法实现高速开关，但能够降低导通损耗。

另外，IGBT42的集电极区域52的杂质浓度高于比较IGBT的集电极区域52的杂质浓度。比较IGBT的集电极区域52的杂质浓度的一个例子是1E+16cm^-3。IGBT42的集电极区域52的杂质浓度优选为1E+18cm^-3以上，在本实施方式中，IGBT42的集电极区域52的杂质浓度为1E+18cm^-3。

〔二极管的构造〕

接着，对二极管43的结构进行说明。图5示出了二极管43的剖视结构。

二极管43包含n型的半导体基板70。半导体基板70例如是硅基板，具有表面70A及其相反侧的背面70B。半导体基板70包括作为基底基板的n⁺型区域71和n^-型区域72。半导体基板70例如通过使n^-型区域72在n⁺型区域71上外延生长而构成。n⁺型区域71和n^-型区域72是含有n型杂质的半导体区域。作为所含有的n型杂质，例如能够使用氮(N)、磷(P)、砷(As)等。n⁺型区域71的杂质浓度比n^-型区域72的杂质浓度高。另外，在本实施方式中，n⁺型区域71的厚度比n^-型区域72的厚度薄。此外，n⁺型区域71的厚度也可以为n^-型区域72的厚度以上。

在n^-型区域72的表面区域形成有p型区域73。p型区域73是含有p型杂质的半导体区域。作为所含有的p型杂质，例如能够使用硼(B)。在本实施方式中，通过使p型区域73的杂质浓度变浓，来降低二极管43的导通损耗。在一个例子中，p型区域73的杂质浓度优选为1E+17cm^-3以上。本实施方式的p型区域73的杂质浓度为1E+17cm^-3。在半导体基板70上，在p型区域73与n^-型区域72之间形成有pn结。

在半导体基板70的表面70A形成有阳极电极焊盘76。阳极电极焊盘76与p型区域73连接。在半导体基板70的背面70B上形成有阴极电极77。阴极电极77在半导体基板70的背面70B与n⁺型区域71连接。

〔半导体模块40的结构〕

参照图6～图10，对半导体模块40的结构进行说明。

如图6及图7所示，作为外部端子，半导体模块40具有从密封树脂48突出的控制端子45、电池单元20(参照图1)侧的连接端子46及逆变电路12(参照图1)侧的连接端子47。如图7所示，半导体模块40是用1个封装将IGBT42和二极管43模块化而得到的模块。半导体模块40具备金属基板44。半导体模块40形成为在俯视时呈长方形。在以下的说明中，将俯视时的半导体模块40的长边方向规定为“第一方向X”，将俯视时与第一方向X正交的方向规定为“第二方向Y”，将与第一方向X以及第二方向Y双方正交的方向规定为“第三方向Z”。

如图8所示，金属基板44是层叠有散热板44a、绝缘基板44b、第一配线部44c以及第二配线部44d的结构。

散热板44a由铜(Cu)构成。如图8及图9所示，散热板44a从密封树脂48的底面48A露出。散热板44a的俯视时的形状是第一方向X成为长边的长方形。此外，散热板44a例如可以由铝(Al)形成，也可以省略散热板44a而使绝缘基板44b直接露出。

绝缘基板44b固定于散热板44a。绝缘基板44b例如由Si₃N₄构成。如图8以及图9所示，绝缘基板44b的俯视时的形状是第一方向X成为长边的长方形。绝缘基板44b的俯视时的面积比散热板44a的俯视时的面积大。即，绝缘基板44b相对于散热板44a从第一方向X以及第二方向Y中的至少一方突出。在本实施方式中，绝缘基板44b相对于散热板44a从第一方向X以及第二方向Y这两个方向突出。

如图8所示，第一配线部44c及第二配线部44d固定于绝缘基板44b。第一配线部44c及第二配线部44d由铜(Cu)构成。第一配线部44c与第二配线部44d电绝缘。如图7所示，第一配线部44c的俯视时的形状是第一方向X成为长边的长方形。

在第一方向X上，在第一配线部44c的与第二配线部44d相反的一侧的端部连接有连接端子46。连接端子46与电池模块21侧的高压侧线HL连接。即，连接端子46与电池模块21的正极电连接。连接端子46例如由铜(Cu)构成。连接端子46的俯视时的形状是第一方向X成为长边的长方形。

第二配线部44d与连接端子47连接。连接端子47与逆变电路12侧的高压侧线HL连接。即，连接端子47与逆变电路12电连接。连接端子47例如由铜(Cu)构成。第二方向Y上的连接端子47的位置与第二方向Y上的连接端子46的位置相等。连接端子47的俯视时的形状是第一方向X成为长边的长方形，与连接端子46的形状相同。

在金属基板44的第一配线部44c安装有IGBT42以及二极管43。IGBT42和二极管43设置为单独的半导体芯片。在第二方向Y上，二极管43相对于IGBT42而配置在第二配线部44d侧。IGBT42的集电极电极64(参照图4A)通过焊料等导电材料而与第一配线部44c电连接。二极管43的阴极电极77通过焊料等导电材料而与第一配线部44c电连接。

在IGBT42的表面形成有发射极电极焊盘66以及栅极电极焊盘67。在二极管43的表面形成有阳极电极焊盘76a。IGBT42的发射极电极焊盘66、二极管43的阳极电极焊盘76a以及第二配线部44d通过多根(在图7中为6根)电力用导线49a电连接。在俯视时，电力用导线49a沿着第二方向Y延伸。电力用导线49a例如是由铝(Al)构成的接合线(bonding line)。

发射极电极焊盘66、栅极电极焊盘67以及阳极电极焊盘76a由铝(Al)、镍(Ni)等构成。

在发射极电极焊盘66形成有第一金属电极层(省略图示)，在栅极电极焊盘67形成有第二金属电极层(省略图示)。另外，在阳极电极焊盘76a形成有第三金属电极层(省略图示)。

本实施方式的控制端子45是栅极端子。控制端子45在第二方向Y上相对于IGBT42配置于二极管43的相反侧。控制端子45在第二方向Y上与第一配线部44c分离地配置。控制端子45与栅极控制电路34(参照图2)电连接。

栅极电极焊盘67在IGBT42的表面形成于控制端子45侧。IGBT42的栅极电极焊盘67及控制端子45通过控制用导线49b电连接。控制用导线49b例如是由铝(Al)构成的接合线。

如图6及图10所示，各个控制端子45形成为L字状。如图10所示，控制电路33具备至少形成有栅极控制电路34(参照图2)的控制基板33a。此外，控制基板33a也可以形成继电器控制电路35(参照图2)。控制基板33a与控制端子45连接。控制基板33a在第三方向Z上与半导体模块40隔着间隙对置。详细而言，控制基板33a与半导体模块40的密封树脂48的底面48A的相反侧的上表面48B对置。这样，通过组装半导体模块40和控制电路33(控制基板33a)，构成半导体单元41。

〔预充电〕

参照图1、图2以及图11～图16，对启动开关被进行了接通操作时的半导体模块40的控制进行说明。

在电容器13的充电容量为0或接近0的状态下对启动开关进行了接通操作的情况下，在从电池模块21向逆变电路12供电时，由电池模块21与电容器13的电位差引起的冲击电流有可能流过半导体模块40。因此，以抑制冲击电流流过半导体模块40为目的，执行预充电控制。在预充电控制中，是在从电池模块21向逆变电路12的电力供给开始时，通过栅极控制电路34限制从电池模块21流向半导体模块40的电流而逐渐对电容器13进行充电的控制。在车辆1的启动开关(主开关)被进行了接通操作时开始预充电控制，在电容器13的端子间电压成为阈值以上的情况下结束。阈值是用于判定电容器13充满电的电压值。阈值的一个例子是电池模块21的电压(以下称为“电池电压VB”)的80％以上的电压。

在车辆1的启动开关(主开关)被进行了接通操作的情况下，控制电路33通过栅极控制电路34生成栅极驱动信号Sg，并输出到IGBT42。

在预充电控制中，栅极控制电路34控制IGBT42，以使电容器13逐渐充电。具体而言，栅极控制电路34使施加于IGBT42的栅极的电压低于在IGBT42全导通时施加于栅极的电压。在预充电控制中施加于IGBT42的栅极的电压优选为比IGBT42的阈值电压Vth稍高的电压。即，在预充电控制中，设定施加于IGBT42的栅极的电压，使得虽然在IGBT42中流过电流，但在IGBT42全导通的情况下成为与流过IGBT42的电流相比足够小的电流。在本实施方式中，在IGBT42全导通的情况下施加于栅极的电压为20V，在预充电控制中施加于IGBT42的栅极的电压为8～10V。另外，栅极控制电路34通过间歇控制使IGBT42间歇动作。IGBT42的间歇动作的频率优选为1000Hz以下。本实施方式的IGBT42的间歇动作的频率为200Hz。而且，优选IGBT42的占空比小于50％。在本实施方式中，IGBT42的占空比为5％。

在预充电控制结束后，电容器13的端子间电压为阈值以上的足够高的电压，因此栅极控制电路34生成使IGBT42全导通的栅极驱动信号Sg，并输出到IGBT42。

此外，预充电控制的结束条件能够任意地变更。例如，也可以在从预充电控制的执行开始时起经过了预定时间的情况下，结束预充电控制。在此，预定时间是通过预充电控制进行充电直到电容器13的充电容量从0变为充满电为止所需的时间，通过试验等预先设定。

接下来，对预充电控制中的电容器13的端子间电压、以及IGBT42的电压以及流过半导体模块40的电流的推移进行说明。此外，作为第一比较例的第一比较预充电控制是将施加于IGBT42的栅极的电压设为10V，另一方面将IGBT42始终维持为导通状态的控制。作为第二比较例的第二比较预充电控制是将施加于IGBT42的栅极的电压设为20V，使IGBT42间歇动作的控制。在第二比较预充电控制中，通过间歇控制使IGBT42间歇动作。使IGBT42间歇动作的频率为10kHz，占空比为50％。此外，在第一比较预充电控制以及第二比较预充电控制的情况下，设置于栅极控制电路34与半导体模块40之间的限流电阻36为50Ω。

如图11所示，在第一比较预充电控制中，从该控制开始起随着时间的经过，IGBT42的集电极-发射极间电压V_CE逐渐降低，另一方面，电容器13的端子间电压VC上升。集电极-发射极间电压V_CE以及电容器13的端子间电压VC如一次函数那样推移。

如图12所示，在第一比较预充电控制中，在从该控制开始到电容器13成为充满电为止的整个期间，高的电流始终流过半导体模块40。在图11中，在半导体模块40中以400V流过约70A的电流达3msec的期间，由此IGBT42的温度变得过高。

另外，如图13所示，在第二比较预充电控制中，为了使IGBT42高速地间歇动作，使IGBT42的集电极-发射极间电压V_CE产生浪涌电压。集电极-发射极间电压V_CE的峰值从第二比较预充电控制的开始起随着时间的经过而逐渐降低。另一方面，电容器13的端子间电压VC从第二比较预充电控制的开始起随着时间的经过而上升。

如图14所示，在第二比较预充电控制中，在从该控制开始到电容器13成为充满电为止的期间，大电流间歇地流过半导体模块40。第二比较预充电控制中的电流的峰值随着时间的经过而逐渐降低。在第二比较预充电控制的控制开始时，在高压侧线HL中流过超过800A的电流。这样的大电流在半导体模块40中间歇地流动，电流高速地进行变化，因此伴随着电路上的寄生电感和电流变化而产生的浪涌电压变大。另外，由于在IGBT42中不流过电流的期间较短，因此IGBT42的温度变得过高。

鉴于这样的问题，在本实施方式中，降低对IGBT42的栅极施加的电压，并且使IGBT42比第二比较预充电控制更慢地间歇动作。在该情况下，如图15所示，IGBT42的集电极-发射极间电压V_CE从预充电控制的开始起随着时间的经过而阶段性地降低。另一方面，电容器13的端子间电压VC从本实施方式的预充电控制的开始起随着时间的经过而阶段性地上升。

如图16所示，在本实施方式的预充电控制中，在从该控制开始起到电容器13成为充满电为止的期间，电流间歇地流过半导体模块40。流过半导体模块40的电流为80A～100A左右。即，在本实施方式的预充电控制中流过半导体模块40的电流的大小与在第二比较预充电控制中流过半导体模块40的电流的大小相比足够小。另外，由于在IGBT42中不流过电流的期间较长，因此在该不流过电流的期间内IGBT42冷却。因此，抑制了IGBT42的温度变得过高的情况。

对本实施方式的第一作用进行说明。此外，图17是相对于本实施方式的半导体装置40A而言的作为比较对象的例子的第一继电器部即半导体装置40X。首先，对作为比较例的半导体装置40X的结构进行说明。

半导体装置40X具备相互串联连接的MOSFET42x、42y。详细而言，MOSFET42x的漏极与电池模块21连接，MOSFET42x的源极与MOSFET42y的源极连接。MOSFET42y的漏极与逆变电路12连接。MOSFET42x具有体二极管43x，MOSFET42y具有体二极管43y。体二极管43x的MOSFET42x的源极侧成为阳极，MOSFET42x的漏极侧成为阴极。体二极管43y的MOSFET42y的源极侧成为阳极，MOSFET42y的漏极侧成为阴极。在电流从电池模块21流向逆变电路12的情况下或者电流从逆变电路12流向电池模块21的情况下，MOSFET42x和MOSFET42y同时导通，由此电流流过MOSFET42x和MOSFET42y。即，半导体装置40X能够双向导通。

另外，MOSFET42x、42y分别由碳化硅(SiC)器件形成，由此能够同时实现高耐压和低导通电阻。但是，半导体装置40X是将MOSFET42x和MOSFET42y这2个串联连接的结构，因此导通电阻变高，而且半导体装置40X的成本变高。

鉴于这样的实际情况，在本实施方式中，半导体装置40A由IGBT42和与IGBT42反向连接的二极管43构成，因此与半导体装置40X相比，能够减少晶体管的元件数。因此，能够降低成本。

接着，对本实施方式的第二作用进行说明。

在逆变电路12短路的情况下，大电流从电池模块21向逆变电路12流动。因此，在设置于电池模块21与逆变电路12之间的半导体模块40中也流过大电流。

因此，为了抑制大电流从电池模块21向逆变电路12流动，在大电流从电池模块21向逆变电路12流动的情况下，使半导体模块40的IGBT42成为截止状态。在将IGBT42设为截止状态的情况下，若IGBT42从导通状态变更为截止状态的速度快，则流过IGBT42的电流的大小急剧地变化，因此会产生浪涌电压。

因此，在本实施方式中，设置在IGBT42的栅极与栅极控制电路34之间的限流电阻36例如使用比设置在逆变电路12的开关元件(例如IGBT)的栅极与控制开关元件的栅极控制电路之间的限流电阻大的电阻值的电阻。具体而言，限流电阻36使用100Ω以上，在本实施方式中使用500Ω的限流电阻36。由此，IGBT42从导通状态变更为截止状态的速度变慢。由此，流过IGBT42的电流的变化速度变慢，因此能够抑制浪涌电压的产生。

根据本实施方式，还能够得到以下的效果。

(1-1)半导体装置40A设置在电池模块21与逆变电路12之间，具有IGBT42以及与IGBT42反向连接的二极管43。IGBT42的集电极与电池模块21的正极连接，IGBT42的发射极与逆变电路12连接。半导体装置40A的耐压为电池电压VB以上。根据该结构，半导体装置40A能够实现主继电器以及预充电用的继电器电路的功能。即，能够从继电器单元中省略用于抑制来自电池模块21的冲击电流的限流电阻、预充电用的继电器电路的机械触点式的继电器、以及机械触点式的主继电器。因此，能够抑制因机械触点式的主继电器的触点部分熔敷而无法切断电流、电弧放电、以及开闭次数存在限制导致的作为继电器的可靠性降低的问题、以及主继电器和预充电用的继电器电路在开闭时发出声音的问题的产生。因此，能够分别抑制可靠性的降低和噪音的产生，并且能够实现继电器单元30的小型化和轻量化。

然而，在从电池模块21向逆变电路12流动的电流为400A的高压侧线HL设置有机械触点式的继电器的情况下，继电器的体积在俯视继电器时横向尺寸为100mm以上，纵向尺寸大于60mm，以及高度尺寸大于70mm。在继电器的一个例子中，横向尺寸为111mm，纵向尺寸为63mm，高度尺寸为75mm。

关于这一点，具备半导体装置40A的半导体模块40的第一方向X的尺寸为60mm以下，第二方向Y的尺寸为60mm以下，高度尺寸为12mm以下。因此，与机械触点式的继电器相比，能够实现第一继电器部31的小型化。

(1-2)半导体装置40A在预充电控制中，IGBT42间歇动作，且施加于IGBT42的栅极的电压比IGBT42全导通时施加于栅极的电压低。根据该结构，能够限制从电池模块21朝向电容器13流动的电流，因此能够抑制大电流从电池模块21向电容器13流动。

(1-3)在半导体装置40A中，在预充电控制中，IGBT42间歇动作时的频率为1000Hz以下，IGBT42间歇动作时的占空比小于50％。根据该结构，能够进一步限制从电池模块21朝向电容器13流动的电流，因此能够进一步抑制大电流从电池模块21朝向电容器13流动。因此，能够抑制IGBT42的温度上升。另外，在本实施方式的半导体装置40A中，在预充电控制中，IGBT42间歇动作时的占空比为5％。因此，能够进一步抑制大电流从电池模块21朝向电容器13流动。

(1-4)设置在半导体装置40A的IGBT42的栅极与栅极控制电路34之间的限流电阻36为100Ω以上。根据该结构，在IGBT42关断时从导通状态变更为截止状态的速度变慢。因此，能够抑制浪涌电压的产生。另外，本实施方式的限流电阻36为500Ω。因此，能够进一步抑制浪涌电压的产生。

(1-5)半导体装置40A的IGBT42为在缓冲区域53与漂移区域54之间未夹设有晶格缺陷层65的构造。因此，与在IGBT42上形成有晶格缺陷层65的结构相比，能够降低IGBT42的导通损耗。

(1-6)通过提高IGBT42的集电极区域52的杂质浓度，从而降低了IGBT42的导通损耗。由此，在动力运行电流从电池模块21向逆变电路12或电容器13流动时，能够降低IGBT42中的损耗。

(1-7)通过提高成为二极管43的阳极区域的p型区域73的杂质浓度，从而降低了二极管43的导通损耗。由此，在再生电流从逆变电路12向电池模块21流动时，能够降低二极管43中的损耗。

(第二实施方式)

参照图18～图22，对第二实施方式的半导体单元41进行说明。本实施方式的半导体单元41与第一实施方式的半导体单元41相比，不同点在于检测IGBT42的温度以及过电流这一点。此外，在以下的说明中，有时对与第一实施方式的半导体单元41的结构共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

如图18所示，在IGBT42中，设置有用于检测IGBT42的温度的感温二极管80、和用于检测流过IGBT42的电流的电流感测器81。电流感测器81以从电流感测器81流出的电流相对于从IGBT42的发射极流出的电流之比即电流感测比成为例如1/1000的方式设置。在栅极控制电路34与电流感测器81之间设置有感测电阻83。栅极控制电路34与感测电阻83的两端连接，基于流过感测电阻83的电流，检测从IGBT42的发射极流过的电流。栅极控制电路34在流过感测电阻83的电流为阈值以上的情况下使IGBT42变为截止状态。

控制电路33具备温度检测电路37。温度检测电路37与感温二极管80的阳极以及阴极连接。详细而言，温度检测电路37向感温二极管80供给预先设定的电流，测定此时的感温二极管80的两端的电压。感温二极管80具有随着温度上升而阈值电压下降的特性。因此，例如，当感温二极管80的两端的电压变成IGBT42的温度相当于温度阈值的阈值以上时，温度检测电路37向栅极控制电路34输出信号。在此，温度阈值是IGBT42有可能发生故障的温度，通过试验等而被预先设定。

如图19及图20所示，半导体模块40具备与IGBT42连接的5根控制端子45。如图19所示，各控制端子45弯折成L字状而形成。各控制端子45与控制电路33(参照图18)电连接。

如图20所示，IGBT42及二极管43通过6根电力用导线49a连接。电力用导线49a与第二配线部44d连接。IGBT42通过5根控制用导线49b与5根控制端子45连接。

图21表示IGBT42的电极的结构。

在IGBT42的与金属基板44(参照图20)侧相反的一侧的表面的外周部分形成有保护环90。在保护环90内的区域Rg1形成有一对发射极电极焊盘91A、91B、栅极电极焊盘92、感温二极管80、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器81、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96。另外，在IGBT42中的成为金属基板44侧的背面形成有集电极电极(省略图示)。在发射极电极焊盘91A、91B、栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96设置有与第一实施方式的发射极电极焊盘66的第一金属电极层和栅极电极焊盘67的第二金属电极层相同的金属电极层。

一对发射极电极焊盘91A、91B与发射极电极63(参照图4A)电连接。发射极电极焊盘91A、91B分别与电力用导线49a(参照图20)连接。发射极电极焊盘91A、91B在第一方向X上稍微隔开间隙地配置。在发射极电极焊盘91A、91B的第二方向Y的一侧、即相对于IGBT42配置有控制端子45(参照图20)的一侧的部分，形成有发射极电极焊盘91A、91B在第二方向Y上被切口的切口部97。通过这些切口部97，形成有成为在与排列方向正交的方向(第二方向Y)凹陷的凹部的区域。在由该区域和保护环90包围的区域，沿着第一方向X配置有栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96。栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94以及电流感测器焊盘95分别通过控制用导线49b(参照图20)与控制端子45连接。

栅极电极焊盘92与栅极电极57(参照图4A)电连接，经由控制端子45(参照图20)与栅极控制电路(参照图18)电连接。阳极电极焊盘93和阴极电极焊盘94经由控制端子45与温度检测电路37(参照图18)电连接。电流感测器81由从连接有发射极电极焊盘91A、91B的发射极电极63(参照图4A)分离的图案形成，与电流感测器焊盘95电连接。电流感测器焊盘95经由控制端子45与栅极控制电路34电连接。发射极电位焊盘96成为生成栅极驱动信号Sg时的基准电压。发射极电位焊盘96经由控制端子45与栅极控制电路34电连接。

在发射极电极焊盘91B中，在与IGBT42的表面的中央部对应的部分形成有以在第一方向X上远离发射极电极焊盘91A的方式凹陷的凹部98。在凹部98形成有感温二极管80。即，感温二极管80形成于IGBT42的表面的中央部。另外，感温二极管80配置在2个发射极电极焊盘91A、91B之间。感温二极管80的面积比栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96各自的面积小。感温二极管80与阳极电极焊盘93及阴极电极焊盘94电连接。详细而言，在IGBT42的表面形成有配线图案。感温二极管80与阳极电极焊盘93及阴极电极焊盘94通过配线图案串联连接。由此，感温二极管80与温度检测电路37(参照图18)电连接。

图22表示二极管43的电极的结构。

在二极管43的与金属基板44(参照图20)侧相反的一侧的表面的外周部分形成有保护环100。在保护环100内的区域Rg2形成有阳极电极焊盘101。另外，在二极管43的成为金属基板44侧的背面形成有阴极电极(省略图示)。在阳极电极焊盘101上，与第一实施方式的阳极电极焊盘76同样地形成有第三金属电极层。

然而，在逆变电路12短路的情况下，大电流从电池模块21朝向逆变电路12流动。因此，在设置于电池模块21与逆变电路12之间的半导体模块40中也有可能流过大电流。

因此，为了抑制大电流从电池模块21流向逆变电路12，控制电路33在大电流从电池模块21流向逆变电路12的情况下，使半导体模块40的IGBT42从导通状态变为截止状态。在一个例子中，当IGBT42的温度成为温度阈值以上时，即接收到来自温度检测电路37的信号时，控制电路33使IGBT42从导通状态变为截止状态。详细而言，控制电路33通过栅极控制电路34而将使IGBT42成为截止状态的栅极驱动信号Sg(电流降低信号)输出至IGBT42的栅极。

然而，在使IGBT42变为截止状态的情况下，若IGBT42从导通状态变更为截止状态的速度快，则流过IGBT42的电流的大小急剧地变化，因此会产生浪涌电压。因此，在本实施方式中，将设置于IGBT42的栅极与栅极控制电路34之间的限流电阻36例如使用比设置于逆变电路12的开关元件(例如IGBT)的栅极与控制开关元件的接通断开的栅极控制电路之间的限流电阻大的电阻值的电阻。具体而言，设置在开关元件与栅极控制电路之间的限流电阻的电阻值为数Ω～数十Ω，另一方面，限流电阻36的电阻值为100Ω以上。在本实施方式中，使用500Ω的限流电阻36。由此，IGBT42从导通状态变更为截止状态的速度变慢。由此，流过IGBT42的电流的变化速度变慢，因此能够抑制浪涌电压的产生。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

(2-1)在IGBT42设置有与从IGBT42的发射极流动的电流成比例的电流流动的电流感测器81。栅极控制电路34基于流过与电流感测器81连接的感测电阻83的电流，检测流过IGBT42的电流。并且，在该电流为阈值以上的情况下，使IGBT42变为截止状态。根据该结构，在IGBT42中流过过电流的情况下，能够使该IGBT42成为截止状态而切断电流。因此，与机械触点式的继电器相比，能够在短时间内可靠地切断电流，因此能够省略熔断器。另外，与机械触点式的继电器相比，能够小型化。

(2-2)在IGBT42的温度为温度阈值以上的情况下，使IGBT42变为截止状态。根据该结构，能够在因大电流流过IGBT42而导致IGBT42的温度上升的情况下切断流过IGBT42的电流。

(第三实施方式)

参照图23～图26B，对第三实施方式的半导体单元41进行说明。本实施方式的半导体单元41与第二实施方式的半导体单元41相比，半导体模块40的结构不同。此外，在以下的说明中，有时对与第二实施方式的半导体单元41的结构共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

图25所示的本实施方式的半导体模块40具备作为包含IGBT42以及二极管43的半导体装置40A的RC(Reverse Conduction：反向导通)-IGBT(反导电绝缘栅双极型晶体管)。此外，RC-IGBT的电极焊盘的配置与第二实施方式的IGBT42的电极焊盘的配置相同。因此，半导体装置40A的电极焊盘的附图标记使用与IGBT42的电极焊盘的附图标记相同的附图标记。

图23示出了半导体模块40中的包括IGBT42和二极管43的RC-IGBT的剖视构造的一例。如图23所示，IGBT42及二极管43形成于同一半导体基板110。即，IGBT42及二极管43被集成为一芯片。

如图23所示，在半导体基板110的表面110A侧的表层部形成有p^-型的沟道区域111。相对于沟道区域111，在半导体基板110的背面110B侧，以与沟道区域111电连接的方式形成有n^-型的漂移区域112。在本实施方式中，n^-型的半导体基板被用作半导体基板110，漂移区域112利用半导体基板110的一部分而形成。

在半导体基板110的背面110B侧的表层部，以与漂移区域112电连接的方式形成有p⁺型的集电极区域113以及n⁺型的阴极区域114。在本实施方式中，以在漂移区域112与集电极区域113之间、以及漂移区域112与阴极区域114之间延伸的方式而形成有n型的缓冲区域115。集电极区域113以及阴极区域114经由缓冲区域115而与漂移区域112电连接。集电极区域113以及阴极区域114以从半导体基板110的背面110B侧露出的方式而形成。

阴极区域114以横穿集电极区域113以及缓冲区域115的边界的方式而形成。阴极区域114中的半导体基板110的表面110A侧的端部位于缓冲区域115内。

在半导体基板110的表面110A侧的表层部，形成有俯视时呈带状延伸的多个沟槽栅构造116。各沟槽栅构造116包括栅极电极119，该栅极电极119夹着栅极绝缘膜118被埋入到下挖半导体基板110而形成的栅极沟槽117中。栅极沟槽117贯穿沟道区域111，具有位于漂移区域112内的底部。在本实施方式中，栅极绝缘膜118也覆盖于半导体基板110的表面110A。

在各沟槽栅构造116的侧方的沟道区域111的表层部，以从半导体基板110的表面110A露出的方式形成有n⁺型的发射极区域120。由此，在各沟槽栅构造116的侧方，从半导体基板110的表面110A侧朝向背面110B侧依次形成有n⁺型的发射极区域120、p^-型的沟道区域111、以及n^-型的漂移区域112。沟道区域111被彼此相邻的多个沟槽栅构造116共用。栅极电极119在栅极沟槽117内隔着栅极绝缘膜118而与发射极区域120、沟道区域111以及漂移区域112对置。

在沟道区域111的表层部中的多个沟槽栅构造116之间，形成有多个接触凹部121。各接触凹部121形成为沿着与多个沟槽栅构造116相同的方向延伸的俯视时的带状。各接触凹部121以其底部位于沟道区域111内的方式下挖半导体基板110的表面110A侧的表层部而形成。在半导体基板110的厚度方向上，接触凹部121的深度小于沟槽栅构造116(栅极沟槽117)的深度。

发射极区域120从各接触凹部121的侧部露出。在本实施方式中，在沟道区域111内，以从发射极区域120的下方沿着接触凹部121的侧部以及底部的方式，形成有具有比沟道区域111的p型杂质浓度高的p型杂质浓度的p⁺型的接触区域122。此外，也可以在接触凹部121的侧部的整个区域露出发射极区域120，形成仅沿着接触凹部121的底部的接触区域122。

在半导体基板110的表面110A上，以覆盖沟槽栅构造116的方式形成有绝缘层123。绝缘层123可以具有层叠有多个绝缘膜的层叠构造，也可以具有由1个绝缘膜构成的单层构造。绝缘层123可以包含例如氧化膜(SiO₂)或氮化膜(SiN)。在绝缘层123形成有使形成于半导体基板110的各接触凹部121露出的接触孔124。

接触孔124沿着与接触凹部121相同的方向在俯视时呈带状延伸，与形成于半导体基板110的表面110A侧的表层部的接触凹部121连通。接触孔124的内壁形成为与接触凹部121的内壁齐平。

在绝缘层123上，隔着阻挡金属层125形成有发射极电极126。阻挡金属层125是用于抑制发射极电极126向接触孔124及接触凹部121的外侧扩散的金属层。在本实施方式中，具有包含从半导体基板110侧依次层叠的钛层和氮化钛层的层叠构造。阻挡金属层125中的半导体基板110侧的表面及其相反侧的背面沿着接触凹部121的内壁、接触孔124的内壁、以及接触孔124外的绝缘层123的表面而形成。

发射极电极126以填埋接触凹部121及接触孔124而覆盖绝缘层123的表面的整个区域的方式形成在阻挡金属层125上。发射极电极126在接触凹部121内经由阻挡金属层125与沟道区域111、发射极区域120、接触区域122等电连接。

在半导体基板110的背面110B侧，以与集电极区域113以及阴极区域114电连接的方式形成有集电极电极127。

二极管43由沟道区域111和漂移区域112之间的pn结部形成。二极管43包含沟道区域111作为阳极区域。二极管43经由沟道区域111与发射极电极126电连接，并且经由阴极区域114与集电极电极127电连接。这样，本实施方式的RC-IGBT具有如下结构：二极管43的阳极与IGBT42的发射极电极126电连接，二极管43的阴极与IGBT42的集电极电极127电连接。

图24示出了半导体基板110的背面110B。在以下的说明中，为了方便，将背面110B的一个方向规定为“W方向”，将从背面110B观察半导体基板110时与W方向正交的方向规定为“V方向”。

如图24所示，在半导体基板110的背面110B侧的表层部，形成有阴极区域114(交叉影线部分)以及集电极区域113。在本实施方式中，阴极区域114具有比集电极区域113的p型杂质浓度高的n型杂质浓度，以集电极区域113的p型杂质被n型杂质抵消的方式形成。

阴极区域114以预定的图案形成。详细而言，阴极区域114具有连续地来回走线(引き回された)的线状的图案。具体而言，阴极区域114包括多条第一线114a和多条第二线114b。多条第一线114a沿着W方向延伸，并且沿着V方向隔开间隔地形成。多条第二线114b沿着V方向延伸，并且将在W方向上相邻的第一线114a彼此连接。多条第一线114a中的一部分的W方向的长度比多条第一线114a中的剩余的W方向的长度短。多条第一线114a的一部分在半导体基板110的背面110B位于V方向的中央。关于第二线114b，在V方向上交替地形成有将在V方向上相邻的第一线114a的W方向的一方的端部连接的第二线114b、以及将在V方向上相邻的第一线114a的W方向的另一方的端部连接的第二线114b。此外，在本实施方式中，在与配置有栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96(均参照图21)的区域Rp对应的区域没有形成有阴极区域114。

由第一线114a的V方向的宽度和第二线114b的W方向的宽度规定的阴极区域114的线宽例如为1μm以上且100μm以下，更优选为10μm以上且50μm以下。阴极区域114可以具有如图24所示的一样的线宽，也可以具有虽然未图示但不一样的线宽。作为不均匀的线宽，例如阴极区域114的多条第一线114a的一部分的线宽也可以与多条第一线114a的剩余的线宽不同。另外，阴极区域114的多条第二线114b的一部分的线宽也可以与多条第二线114b的剩余的线宽不同。

图25示出了本实施方式的半导体模块40的布局。

在金属基板44中形成于绝缘基板44b上的第一配线部44c安装有作为RC-IGBT的半导体装置40A。详细而言，半导体装置40A的集电极电极127(参照图23)通过焊料等与第一配线部44c电连接。

半导体装置40A的发射极电极焊盘91A、91B以及第二配线部44d通过电力用导线49a连接。在一个例子中，电力用导线49a的根数为6根。

半导体装置40A通过5根控制用导线49b与5根控制端子45连接。详细而言，半导体装置40A的栅极电极焊盘92、电流感测器焊盘95、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、以及发射极电位焊盘96(均参照图21)与5根控制端子45分别通过控制用导线49b连接。

参照图26A及图26B，对本实施方式的作用进行说明。图26A的上段的曲线图示意性地示出了由构成RC-IGBT的IGBT42和二极管43构成的RC-IGBT的温度。图26A的下段的柱状图表示在RC-IGBT中流动的电流的绝对值的推移。此外，在图26A的下段标注了阴影线的柱状图表示在RC-IGBT中流过二极管43的电流，空心的柱状图表示在RC-IGBT中流过IGBT42的电流。图26B的上段的曲线图表示IGBT42和二极管43由单独的半导体芯片构成的情况下的IGBT42的温度的推移，图26B的上段的柱状图表示流过IGBT42的电流的推移。图26B的下段的曲线图表示IGBT42和二极管43由单独的半导体芯片构成的情况下的二极管43的温度的推移，图26B的下段的柱状图表示流过二极管43的电流的推移。

在IGBT及二极管等半导体元件与接合线接合的结构中，由于半导体元件与接合线的接合部分的温度变化，半导体元件与接合线会剥离。半导体元件与接合线的剥离的可能性随着半导体元件与接合线的接合部分的温度变化的反复次数变多而变高。半导体元件与接合线的接合部分的温度变化的反复次数和半导体元件与接合线的剥离之间的关系表示为功率循环耐量(パワーサイクル耐量)。随着半导体元件与接合线的接合部分的温度变化量变大，直至半导体元件与接合线剥离为止的半导体元件与接合线的接合部分的温度变化的反复次数变少。即，随着半导体元件与接合线的接合部分的温度变化量变大，功率循环耐量降低。

如图26B所示，在从电池模块21向逆变电路12流过动力运行电流的情况下，由于在IGBT42中流过动力运行电流，所以IGBT42的温度变高，另一方面，由于在二极管43中不流过动力运行电流，所以二极管43的温度不会变高。另外，在从逆变电路12向电池模块21流过再生电流的情况下，由于在二极管43中流过再生电流，所以二极管43的温度变高，另一方面，由于在IGBT42中不流过再生电流，所以IGBT42的温度不会变高。

这样，在流过动力运行电流的情况下以及流过再生电流的情况下，IGBT42的温度变化被反复进行，二极管43的温度变化被反复进行。另外，在再生电流流动的情况下，IGBT42的温度降低，因此IGBT42的温度变化量变大。另外，在流过动力运行电流的情况下，二极管43的温度降低，因此二极管43的温度变化量变大。其结果是，功率循环耐量降低。

关于这一点，在本实施方式中，由于IGBT42以及二极管43为同一半导体芯片，因此通过IGBT42的温度变高以及二极管43的温度变高这两者，RC-IGBT的温度变高。因此，如图26A所示，在流过动力运行电流的情况下以及流过再生电流的情况下，RC-IGBT的温度变化小。此外，只要流过动力运行电流以及再生电流，则难以产生影响功率循环耐量的IGBT42以及二极管43的温度变化，因此IGBT42以及二极管43的温度变化的反复次数变少。因此，能够长期使用RC-IGBT。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

(3-1)IGBT42和二极管43由同一半导体基板110形成。根据该结构，与由单独的半导体基板形成IGBT42和二极管43的情况相比，不需要将IGBT42和二极管43电连接的电力用导线。因此，能够简化半导体模块40的结构。此外，由于各半导体元件的温度变化变小，因此功率循环的可靠性提高。

(第四实施方式)

参照图27及图28，对第四实施方式的半导体单元41进行说明。本实施方式的半导体单元41与第二实施方式的半导体单元41相比，半导体模块40以及控制电路33的结构不同。此外，在以下的说明中，有时对与第二实施方式的半导体单元41的结构共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

如图27所示，半导体模块40的半导体装置40A具备IGBT42和与IGBT42并联连接的RB(Reverse Blocking：反向阻断)-IGBT42rb(反向阻断绝缘栅双极型晶体管)。在一个例子中，RB-IGBT42rb的发射极与IGBT42的集电极连接，RB-IGBT42rb的集电极与IGBT42的发射极连接。

IGBT42的栅极与限流电阻36连接。IGBT42rb的栅极与限流电阻36rb连接。在一个例子中，限流电阻36的电阻值与限流电阻36rb的电阻值相等。来自栅极控制电路34的栅极驱动信号Sg经由限流电阻36、36rb同时供给到IGBT42的栅极以及RB-IGBT42rb的栅极。因此，IGBT42以及RB-IGBT42rb以同时导通、同时截止的方式同步地动作。RB-IGBT42rb在正向和反向这两个方向上具有耐压特性。此外，限流电阻36的电阻值也可以与限流电阻36rb的电阻值不同。

如图27所示，在RB-IGBT42rb中，设置有用于检测RB-IGBT42rb的温度的感温二极管80rb、以及用于检测在RB-IGBT42rb中流动的电流的电流感测器81rb。电流感测器81rb被设置为，从电流感测器81rb流出的电流相对于从RB-IGBT42rb的发射极流出的电流之比即电流感测比例如为1/1000。在栅极控制电路34与电流感测器81rb之间设置有感测电阻83rb。栅极控制电路34与感测电阻83rb的两端连接，基于感测电阻83rb的两端的电压，检测从RB-IGBT42rb的发射极流过的电流。栅极控制电路34在感测电阻83rb的两端的电压为第一阈值以上的情况下使RB-IGBT42rb为截止状态。

控制电路33具备温度检测电路37rb。温度检测电路37rb与感温二极管80rb的阳极以及阴极连接。温度检测电路37rb向感温二极管80rb供给预先设定的电流，测定此时的感温二极管80rb的两端的电压。温度检测电路37rb将测定出的感温二极管80rb的电压输出到栅极控制电路34。感温二极管80rb具有随着温度上升而阈值电压下降的特性。因此，根据感温二极管80rb的两端的电压可知感温二极管80rb的温度、即RB-IGBT42rb的温度。因此，例如，当感温二极管80rb的两端的电压成为IGBT42rb的温度相当于温度阈值的阈值以上时，温度检测电路37rb向栅极控制电路34输出信号。在此，温度阈值是IGBT42rb有可能发生故障的温度，通过试验等预先设定。

在一个例子中，当感温二极管80rb的两端的电压成为阈值以上时，控制电路33使RB-IGBT42rb从导通状态变为截止状态。详细而言，控制电路33通过栅极控制电路34将使RB-IGBT42rb成为截止状态的栅极驱动信号Sg(电流降低信号)输出到RB-IGBT42rb的栅极。这样，在本实施方式中，若IGBT42以及RB-IGBT42rb的至少一方的温度成为温度阈值以上，则IGBT42以及RB-IGBTTrb成为截止状态。

图28表示本实施方式的半导体模块40的布局。此外，在以下的说明中，有时对与第二实施方式的半导体模块40共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

如图28所示，在金属基板44中形成于绝缘基板44b上的第一配线部44c以及第二配线部44d的形状与第二实施方式的第一配线部44c以及第二配线部44d不同。本实施方式的第一配线部44c及第二配线部44d为相同形状。在俯视时，第一配线部44c以及第二配线部44d分别包含第一方向X成为长边的长方形。

在第一配线部44c安装有IGBT42。在第二配线部44d安装有RB-IGBT42rb。在第一方向X上，IGBT42的配置位置与RB-IGBT42rb的配置位置相互不同。在一个例子中，如图28所示，在第一方向X上，IGBT42配置在相比于RB-IGBT42rb而更靠连接端子46侧。

IGBT42的发射极电极焊盘91A、91B以及第二配线部44d通过电力用导线49a连接。在一个例子中，电力用导线49a的根数为6根。

在一个例子中，RB-IGBT42rb与IGBT42同样地，在第三方向Z上在第一配线部44c侧的面(背面)形成有集电极电极(省略图示)，在与上述背面在第三方向Z上相反的一侧的表面形成有发射极电极焊盘91rbA、91rbB。另外，在RB-IGBT42rb的表面上，与IGBT42同样地，形成有栅极电极焊盘92、感温二极管80rb、阳极电极焊盘93rb、阴极电极焊盘94rb、电流感测器81rb、电流感测器焊盘95rb、以及发射极电位焊盘96rb。

RB-IGBT42rb的发射极电极焊盘91rbA、91rbB以及第一配线部44c通过电力用导线49c连接。在一个例子中，电力用导线49c的根数为6根。

半导体模块40具有控制端子45A、45B。控制端子45A、45B分别设置有5根。控制端子45A与IGBT42电连接，控制端子45B与RB-IGBT42rb电连接。在第一方向X上，5根控制端子45A的配置位置与5根控制端子45B的配置位置互不相同。在一个例子中，如图28所示，在第一方向X上，5根控制端子45A配置于相比于5根控制端子45B而更靠连接端子46侧的位置。控制端子45A在第二方向Y上相对于第一配线部44c配置于与配置有第二配线部44d的一侧相反的一侧。控制端子45B在第二方向Y上相对于第二配线部44d配置于与配置有第一配线部44c的一侧相反的一侧。5根控制端子45B以从第一方向X观察与RB-IGBT42rb重叠的方式配置。

在IGBT42中，与第二实施方式同样地，栅极电极焊盘92、电流感测器焊盘95、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、以及发射极电位焊盘96与5根控制端子45A分别通过控制用导线49b连接。

RB-IGBT42rb与IGBT42同样地，栅极电极焊盘92rb、电流感测器焊盘95rb、阳极电极焊盘93rb、阴极电极焊盘94rb、以及发射极电位焊盘96rb与5根控制端子45B分别通过控制用导线49d连接。

根据本实施方式，除了第二实施方式的效果之外，还能够得到以下的效果。

(4-1)在RB-IGBT42rb设置有与从RB-IGBT42rb的发射极流动的电流成比例的电流流动的电流感测器81rb。栅极控制电路34基于在与电流感测器81rb连接的感测电阻83rb中流动的电流，检测在RB-IGBT42rb中流动的电流。并且，在该电流为阈值以上的情况下，使RB-IGBT42rb为截止状态。根据该结构，在RB-IGBT42rb中流过过电流的情况下，能够使该RB-IGBT42rb成为截止状态而切断电流。而且，与机械触点式的继电器相比，能够小型化，能够在短时间内可靠地切断电流。

(4-2)在RB-IGBT42rb的温度为温度阈值以上的情况下，使RB-IGBT42rb变为截止状态。根据该结构，在由于在RB-IGBT42rb中流过大电流使得RB-IGBT42rb的温度上升的情况下，能够切断在RB-IGBT42rb中流过的电流。即，通过RB-IGBT42rb，即使对于再生电流，在过电流以及温度过度变高的情况下也能够切断电流。

(第五实施方式)

参照图29～图31B，对第五实施方式的半导体单元41进行说明。本实施方式的半导体单元41与第一实施方式的半导体单元41相比，半导体模块40的结构不同。此外，在以下的说明中，有时对与第一实施方式的半导体单元41的结构共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

如图29所示，本实施方式的半导体模块40的半导体装置40A具备IGBT42、二极管43以及MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)140。MOSFET140的一例是由碳化硅(SiC)的半导体基板形成的MOSFET、所谓宽带隙半导体。本实施方式的MOSFET140使用N沟道型MOSFET。MOSFET140具有体二极管140a。此外，MOSFET140也可以是由氮化镓(GaN)等氮化物半导体形成的MOSFET。

在半导体装置40A中，二极管43与IGBT42反并联连接，与MOSFET140并联连接。详细而言，IGBT42的发射极与二极管43的阳极以及MOSFET140的源极连接。IGBT42的集电极与二极管43的阴极以及MOSFET140的漏极连接。

IGBT42的栅极以及MOSFET140的栅极与栅极控制电路34连接。在IGBT42的栅极与栅极控制电路34之间设置有限流电阻36，在MOSFET140的栅极与栅极控制电路34之间设置有限流电阻36m。栅极控制电路34将栅极驱动信号Sg分别输出到IGBT42的栅极以及MOSFET140的栅极。栅极驱动信号Sg是对IGBT42和MOSFET140共用的信号。因此，IGBT42以及MOSFET140基于栅极驱动信号Sg同步地动作。

图30示出了本实施方式的半导体模块40的布局。

如图30所示，在金属基板44的绝缘基板44b上设置有第一配线部143、第二配线部144以及2个第三配线部170、171。在一个例子中，在第一方向X上，第一配线部143与第二配线部144以隔开间隔而对置的方式配置。第一配线部143与连接端子46连接，第二配线部144与连接端子47连接。在一个例子中，从第二方向Y观察，第三配线部170、171配置于与连接端子46重叠的位置。

在第一配线部143以在第二方向Y上隔开间隙的方式而配置有IGBT42、二极管43以及MOSFET140。IGBT42的集电极电极64、二极管43的阴极电极77、以及MOSFET140的漏极电极通过焊料等与第一配线部143电连接。

IGBT42具有发射极电极焊盘66以及栅极电极焊盘67。在本实施方式中，IGBT42不具有阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96，但也可以具有这些焊盘。二极管43具有阳极电极焊盘76a。MOSFET140具有源极电极焊盘145和栅极电极焊盘146。IGBT42的发射极电极焊盘66和第二配线部144通过电力用导线147a连接，二极管43的阳极电极焊盘76a和第二配线部144通过电力用导线147b连接，MOSFET140的源极电极焊盘145和第二配线部144通过电力用导线147c连接。在一个例子中，电力用导线147a的根数为4根，电力用导线147b的根数为2根，电力用导线147c的根数为2根。

半导体模块40具有控制端子149a、149b。IGBT42的栅极及发射极和MOSFET140的栅极及源极与控制端子149a、149b电连接。具体而言，IGBT42的栅极电极焊盘67通过控制用导线148a与第三配线部170电连接，MOSFET140的栅极电极焊盘146通过控制用导线148b与第三配线部170电连接。IGBT42的发射极电极焊盘66通过控制用导线148c与第三配线部171电连接，MOSFET140的源极电极焊盘145通过控制用导线148d与第三配线部171电连接。第三配线部170通过控制用导线148e与控制端子149a连接，第三配线部171通过控制用导线148f与控制端子149b连接。

然而，作为MOSFET140的特性，能够在IGBT42的集电极-发射极间电压比偏置电压低的电压区域中流过电流。另一方面，流过MOSFET140的电流小于流过IGBT42的电流。此外，流过MOSFET140的电流相对于MOSFET140的漏极-源极间电压的增加的增加量小于流过IGBT42的电流相对于IGBT42的集电极-发射极间电压的增加的增加量。

另外，MOSFET140成为在其栅极导通时使再生电流从源极流向漏极的路径。作为MOSFET140的反向导通特性，能够以比二极管43的上升电压低的电压流过电流。另一方面，在MOSFET140中向反方向流动的电流比在二极管43中流动的电流小。此外，在MOSFET140中反方向流动的电流相对于MOSFET140的源极-漏极间电压的增加的增加量小于在二极管43中流动的电流相对于二极管43的两端子间电压的增加的增加量。

在从电池模块21向逆变电路12供给动力运行电流的情况下，在IGBT42以及MOSFET140中分别流过动力运行电流。图31A表示动力运行电流在IGBT42及MOSFET140中流动的情况下的动力运行电流的大小与半导体模块40的端子间电压的关系。图31A的虚线的曲线图表示流过MOSFET140的电流的推移，图31A的单点划线的曲线图表示流过IGBT42的电流的推移，图31A的实线的曲线图表示MOSFET140和IGBT42的合计的电流(动力运行电流)的推移。

如图31A所示，在IGBT42的集电极-发射极间电压小于偏置电压(在图31A中为0.7V)的情况下，在MOSFET140中流过动力运行电流，在IGBT42中不流过动力运行电流。而且，在IGBT42的集电极-发射极间电压成为偏置电压以上的情况下，除了在MOSFET140中流过动力运行电流之外，在IGBT42中也流过动力运行电流。

在从逆变电路12向电池模块21供给再生电流的情况下，在二极管43中流过再生电流，且在MOSFET140中流过再生电流。图31B表示再生电流在二极管43及MOSFET140中向反方向流动的情况下的再生电流的大小与半导体模块40的端子间电压的关系。图31B的虚线的曲线图表示在MOSFET140中向反方向流动的电流的推移，图31B的单点划线的曲线图表示在二极管43a中流动的电流的推移，图31B的实线的曲线图表示二极管43a以及MOSFET140的合计电流(再生电流)的推移。

如图31B所示，在二极管43a的两端子间电压小于上升电压(在图31B中为0.7V)的情况下，在MOSFET140中流过再生电流，在二极管43a中不流过再生电流。而且，在二极管43a的两端子间电压变成上升电压以上的情况下，在MOSFET140中流过再生电流，而且在二极管43a中流过再生电流。这样，通过在半导体装置40A中追加MOSFET140，能够降低动力运行电流以及再生电流的低电流时的导通损耗。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

(5-1)半导体装置40A具备IGBT42、与IGBT42反并联连接的二极管43、以及与IGBT42并联连接的MOSFET140。根据该结构，在从电池模块21向逆变电路12供给动力运行电流的情况下，在IGBT42的集电极-发射极间电压小于偏置电压的电压区域，动力运行电流通过MOSFET140而流动。另外，在从逆变电路12向电池模块21供给再生电流的情况下，在小于二极管43a的上升电压的电压区域，在MOSFET140中流过再生电流。因此，能够从电池模块21通过逆变电路12迅速地供给动力运行电流，能够从逆变电路12通过电池模块21迅速地供给再生电流。

(第六实施方式)

参照图32以及图33，对第六实施方式的半导体单元41进行说明。本实施方式的半导体单元41与第一实施方式的半导体单元41相比，控制电路33的结构以及半导体单元41的控制不同。此外，在以下的说明中，有时对与第一实施方式的半导体单元41的结构共同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

如图32所示，本实施方式的半导体单元41具有第一半导体装置40A、第二半导体装置40B以及第三半导体装置40C。第一半导体装置40A具备IGBT42a以及二极管43a，第二半导体装置40B具备IGBT42b以及二极管43b，第三半导体装置40C具备IGBT42c以及二极管43c。IGBT42a～42c并联连接。二极管43a～43c并联连接。

在第一半导体装置40A中，IGBT42a与二极管43a反并联连接。详细而言，IGBT42a的发射极与二极管43a的阳极连接，IGBT42a的集电极与二极管43a的阴极连接。

在第二半导体装置40B中，IGBT42b与二极管43b反并联连接。详细而言，IGBT42b的发射极与二极管43b的阳极连接，IGBT42b的集电极与二极管43b的阴极连接。

在第三半导体装置40C中，IGBT42c与二极管43c反并联连接。详细而言，IGBT42c的发射极与二极管43c的阳极连接，IGBT42c的集电极与二极管43c的阴极连接。

控制电路33具备第一栅极控制电路34A、第二栅极控制电路34B以及第三栅极控制电路34C。第一栅极控制电路34A与IGBT42a的栅极电连接，第二栅极控制电路34B与IGBT42b的栅极连接，第三栅极控制电路34C与IGBT42c的栅极连接。在第一栅极控制电路34A与IGBT42a的栅极之间、第二栅极控制电路34B与IGBT42b的栅极之间、以及第三栅极控制电路34C与IGBT42c的栅极之间分别设置有限流电阻36。这3个限流电阻36的电阻值彼此相等。限流电阻36的电阻值优选为100Ω以上。本实施方式的限流电阻36的电阻值为500Ω。

第一栅极控制电路34A向IGBT42a的栅极输出栅极驱动信号Sga，第二栅极控制电路34B向IGBT42b的栅极输出栅极驱动信号Sgb，第三栅极控制电路34C向IGBT42c的栅极输出栅极驱动信号Sgc。这样，能够通过各栅极控制电路34A～34C单独地控制各IGBT42a～IGBT42c。

如图33所示，在本实施方式的预充电控制中，向IGBT42a的栅极输入栅极驱动信号Sga的定时、向IGBT42b的栅极输入栅极驱动信号Sgb的定时、向IGBT42c的栅极输入栅极驱动信号Sgc的定时相互不同。详细而言，首先向IGBT42a的栅极输入栅极驱动信号Sga。然后，在IGBT42a再次成为截止状态之后，向IGBT42b的栅极输入栅极驱动信号Sgb。然后，在IGBT42b再次成为截止状态之后，向IGBT42c的栅极输入栅极驱动信号Sgc。然后，在IGBT42c再次成为截止状态之后，向IGBT42a的栅极输入栅极驱动信号Sga。通过重复该循环，执行预充电控制。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

(6-1)控制电路33在预充电控制中单独地控制各IGBT42a～IGBT42c。详细而言，控制电路33使在预充电控制中施加于各IGBT42a～IGBT42c的栅极的电压的施加定时互不相同。根据该结构，由于电流在各IGBT42a～IGBT 42c中流动的定时互不相同，因此，因电流在各IGBT42a～IGBT 42c中流动而发热的定时互不相同。因此，能够抑制在预充电控制中各IGBT42a～IGBT 42c的温度变得过高。此外，由于不通过1个栅极驱动电路驱动各IGBT42a～IGBT 42c，即不同时使各IGBT42a～IGBT 42c导通截止，因此能够抑制电流集中流过各IGBT42a～IGBT 42c中的1个IGBT。进而，与由1个IGBT42构成的半导体单元41相比，各IGBT42a～IGBT 42c切断的电流量成为约1/3，各IGBT42a～IGBT 42c不同时导通截止，由此浪涌电压不相互重叠，因此能够减小各IGBT42a～IGBT 42c的集电极的浪涌电压。

(变形例)

与上述各实施方式相关的说明是根据本发明的半导体装置、半导体模块、半导体单元、继电器单元、电池单元以及车辆能够采取的方式的例示，并不意图限制其方式。依据本发明的半导体装置、半导体模块、半导体单元、继电器单元、电池单元以及车辆除了上述各实施方式以外，例如能够采取将以下所示的变形例以及相互不矛盾的至少2个变形例组合的方式。

·在第一实施方式～第五实施方式中，半导体装置40A的IGBT42的个数能够任意地变更。例如，半导体装置40A也可以具有并联连接的多个IGBT42。在该变形例中，也可以将控制电路33的结构变更为第六实施方式的控制电路33的结构。

·半导体装置40A的结构不限于上述各实施方式的结构，例如也可以是图34或图35所示的结构。

如图34所示，半导体装置40A具有MOSFET140和与MOSFET140反并联连接的二极管43。详细而言，MOSFET140的源极与二极管43的阳极连接，MOSFET140的漏极与二极管43的阴极连接。MOSFET140的源极以及漏极与高压侧线HL连接。MOSFET140例如使用N沟道型MOSFET。MOSFET140的漏极成为与电池模块21的正极连接的半导体装置40A的第一端子，MOSFET140的源极成为与逆变电路12连接的半导体装置40A的第二端子。MOSFET140的栅极与栅极控制电路34连接。MOSFET140可以是由硅(Si)的半导体基板形成的MOSFET，也可以是由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)的半导体基板形成的MOSFET。在硅(Si)的MOSFET中，也可以使用超结构造的MOSFET。另外，在氮化镓(GaN)的MOSFET中，也可以使用HEMT构造的MOSFET。

在电流从电池模块21流向逆变电路12的情况下，电流流向MOSFET140。另一方面，在电流从逆变电路12流向电池模块21的情况下，电流向二极管43及各MOSFET140的反方向、体二极管140a流动。

如图35所示，半导体装置40A具有MOSFET140，该MOSFET140具有体二极管140a。MOSFET140的源极以及漏极与高压侧线HL连接。MOSFET140的栅极与栅极控制电路34连接。MOSFET140例如使用N沟道型MOSFET。MOSFET140的漏极成为与电池模块21的正极连接的半导体装置40A的第一端子，MOSFET140的源极成为与逆变电路12连接的半导体装置40A的第二端子。

在电流从电池模块21流向逆变电路12的情况下，电流流向MOSFET140。另一方面，在电流从逆变电路12流向电池模块21的情况下，电流向MOSFET140的反方向或体二极管140a流动。

·在图34或图35所示的变形例中，MOSFET140也可以具有用于检测流过MOSFET的电流的电流感测器。在该电流感测器中，流过与流过MOSFET的电流成比例的电流。在该情况下，优选在具有电流感测器的MOSFET中设置电流感测器焊盘95。

·在图34或图35所示的变形例中，MOSFET140也可以具有用于检测MOSFET的温度的感温二极管。在该情况下，优选在具有感温二极管的MOSFET中设置阳极电极焊盘93以及阴极电极焊盘94。

·在图34或图35所示的变形例中，也可以将栅极控制电路34的结构变更为第六实施方式的栅极控制电路34的结构。

·半导体模块40中的半导体装置的个数能够任意地变更。在一个例子中，半导体模块40具有多个半导体装置。在该情况下，多个半导体装置相互并联连接。

图36示出了半导体模块40由2个半导体装置40A、40B构成的结构。

在金属基板44的绝缘基板44b上设置有第一配线部150以及第二配线部151。第一配线部150及第二配线部151沿着第一方向X配置。在第一方向X上，在第一配线部150中的与配置有第二配线部151的一侧相反的一侧的端部连接有连接端子46。在第二配线部151连接有连接端子47。

在第一配线部150安装有半导体装置40A的IGBT42a以及二极管43a、半导体装置40B的IGBT42b以及二极管43b。IGBT42a以及二极管43a沿着第一方向X相互隔开间隔地配置。IGBT42b以及二极管43b沿着第一方向X相互隔开间隔地配置。IGBT42a以及IGBT42b在第二方向Y上隔开间隔地配置。二极管43a以及二极管43b在第二方向Y上隔开间隔地配置。

IGBT42a的发射极电极焊盘66a、二极管43a的阳极电极焊盘76a以及第二配线部151通过多个电力用导线49a(在图36中为6根电力用导线49a)连接。IGBT42b的发射极电极焊盘66b、二极管43b的阳极电极焊盘76b以及第二配线部151通过多个电力用导线49e(在图36中为6根电力用导线49e)连接。

半导体模块40具有2个控制端子45a、45b。控制端子45a通过控制用导线49b与IGBT42a的栅极电极焊盘67a电连接。控制端子45b通过控制用导线49f与IGBT42b的栅极电极焊盘67b电连接。

·在半导体装置40A中，在IGBT42、二极管43以及第二配线部44d的连接中，也可以代替电力用导线而使用平板状的夹具。具体而言，如图37所示，夹具152与IGBT42的发射极电极焊盘66、二极管43的阳极电极焊盘76a以及第二配线部44d连接。在一个例子中，夹具152由铜(Cu)构成。如图38所示，夹具152具有用于与发射极电极焊盘66接触的第一接触部153、用于与阳极电极焊盘76a接触的第二接触部154、以及用于与第二配线部44d接触的第三接触部155。

·在第一实施方式中，半导体模块40例如如图39所示，除了与IGBT42的栅极电连接的控制端子45之外，还可以具有与IGBT42的发射极电连接的发射极端子45x。发射极端子45x通过导线49x与IGBT42的发射极电极焊盘66连接。发射极端子45x的形状例如与控制端子45相同。

·在第一实施方式中，控制端子45的配置结构能够任意地变更。在一个例子中，在俯视观察半导体模块40时，也可以配置为与连接端子46以及连接端子47中的任一个在第二方向Y上相邻。另外，对于第二实施方式～第六实施方式的控制端子45(45A、45B)也能够同样地进行变更。

·在第三实施方式中，半导体装置40A的RC-IGBT中的阴极区域114的布局能够任意地变更。在一个例子中，也可以是图40～图42所示那样的阴极区域114的布局。

如图40所示，第一变形例的阴极区域114与第三实施方式同样地，包含沿着W方向延伸且沿着V方向隔开间隔地形成的多条第一线114a、以及沿着V方向延伸且将在V方向上相邻的多条第一线114a彼此连接的多条第二线114b。在图40所示的阴极区域114中，多条第一线114a在W方向上的长度彼此相等。另外，多条第二线114b在V方向上的长度彼此相等。如图40所示，阴极区域114在半导体基板110的背面110B中，相比于区域Rp而偏向W方向的一侧而形成。

如图41所示，第二变形例的阴极区域114与第三实施方式同样地，包含沿着W方向延伸且沿着V方向隔开间隔地形成的多条第一线114a、以及沿着V方向延伸且将在V方向上相邻的多条第一线114a彼此连接的多条第二线114b。在第二变形例的阴极区域114中，第二线114b将在V方向上相邻的多条第一线114a的W方向的一侧端部彼此连接。

如图42所示，在第三变形例中，区域Rp位于半导体基板110的中央。第三变形例的阴极区域114以包围区域Rp的方式形成为俯视时为四边形环状。第三变形例的阴极区域114包含沿着W方向延伸且沿着V方向隔开间隔地形成的多条第一线114a、以及沿着V方向延伸且将在V方向上相邻的多条第一线114a彼此连接的多条第二线114b。

·在第二实施方式～第四实施方式中，IGBT42的栅极电极焊盘92、阳极电极焊盘93、阴极电极焊盘94、电流感测器焊盘95以及发射极电位焊盘96在第一方向X上配置的顺序能够任意地变更。

·在第二实施方式～第四实施方式中，IGBT42的感温二极管80的配置位置能够任意地变更。

·在第二实施方式～第四实施方式中，也可以从IGBT42中省略感温二极管80以及电流感测器81中的任意一个。另外，也可以从省略了感温二极管80的IGBT中省略阳极电极焊盘93及阴极电极焊盘94。另外，也可以从省略了电流感测器81的IGBT中省略电流感测器焊盘95。

·在第五实施方式中，半导体模块40中的IGBT42、二极管43以及MOSFET140的配置结构能够任意地变更。在一个例子中，如图43所示，也可以以从第一方向X观察时IGBT42以及二极管43重叠的方式来配置IGBT42以及二极管43。在该情况下，IGBT42的发射极电极焊盘66、二极管43的阳极电极焊盘76a以及第二配线部144通过电力用导线147a连接。

·在第六实施方式中，第一半导体装置40A也可以由第三实施方式那样的RC-IGBT构成IGBT42a以及二极管43a。第二半导体装置40B也可以由第三实施方式那样的RC-IGBT构成IGBT42b以及二极管43b。第三半导体装置40C也可以由第三实施方式那样的RC-IGBT构成IGBT42c以及二极管43c。

·在各实施方式中，IGBT42、42a～42c也可以代替沟槽栅型而是平面栅型的IGBT。

·在第六实施方式中，控制电路33也可以仅使对IGBT42a～IGBT42c的栅极施加电压的施加定时中的1个不同。例如，也可以使对IGBT42b的栅极施加电压的施加定时与对IGBT42a、42c的栅极施加电压的施加定时不同。IGBT42a和IGBT42c隔着IGBT42b配置，即IGBT42a和IGBT42c相互分离地配置，因此IGBT42a和IGBT42c相互带来的热影响小。因此，通过使IGBT42b的上述施加定时不同，能够抑制各IGBT42a～IGBT42c的温度变得过高。

·当IGBT42中流动的电流成为阈值以上或者IGBT42的温度成为温度阈值以上时，控制电路33使IGBT42成为截止状态，但也可以如以下的(A1)或者(A2)那样来变更使IGBT42成为截止状态的方法。

(A1)以在IGBT42中流动的电流成为阈值以上时电力用导线49a断线的方式，设定电力用导线49a各自的根数及导线直径。另一方面，电力用导线49a在半导体模块40的导通损耗不会变得过大的范围内设定各自的根数以及导线直径。电力用导线49a以在驱动电流和再生电流为额定电流以上且小于额定电流的2倍的情况下，即使在一定时间以上流过电流也不会断线的方式设定根数和线径。阈值优选为额定电流的2倍以上且4倍以下。在额定电流的一个例子中，是在电池模块21充满电且电容器13的容量为0时从电池模块21流向电容器13的电流。在一个例子中，电力用导线49a以在经过一定时间地流过作为阈值的预先设定的额定电流的2倍的电流时断线的方式设定根数及电线直径。另外，例如，电力用导线49a也可以以在经过一定时间地流过作为阈值的额定电流的3倍的电流时断线的方式设定根数及电线直径。

根据该结构，在大电流从电池模块21朝向逆变电路12流动时，在半导体模块40中流动该大电流的情况下，电力用导线49a断线，由此切断向逆变电路12的大电流的供给。由此，IGBT42成为截止状态。这样，由于电力用导导线49a发挥熔断器的功能，因此能够省略熔断器。

此外，也能够将上述(A1)的变形例应用于图34、图35所示的半导体单元41的结构。在该情况下，代替IGBT42，而以在流过MOSFET140的电流为阈值以上时与MOSFET140连接的电力用导线断线的方式设定电力用导线的根数以及导线直径。电力用导线的根数及电线直径的设定与上述(A1)的电力用导线49a的根数及电线直径的设定相同。

(A2)将施加于IGBT42的栅极的电压设定为对栅极施加了电压的情况下的集电极电流Ic在预定的电流下饱和时的电压以下。即，控制电路33将IGBT42的发射极与栅极之间的电压控制为流过IGBT42的电流在预定的电流下饱和的电压以下。集电极电流Ic以预定的电流饱和那样的施加于IGBT42的栅极的电压的一个例子是10V。

根据该结构，即使大电流从电池模块21流向逆变电路12，从半导体模块40向逆变电路12也仅流动与上述那样设定的施加于IGBT42的栅极的电压相应的电流。因此，能够抑制大电流流过逆变电路12使得逆变电路12发生故障，因此能够省略熔断器。

此外，也能够将上述(A2)的变形例应用于图34、图35所示的半导体单元41的结构。在该情况下，代替IGBT42，而将施加于MOSFET140的栅极的电压设定为在对栅极施加了电压的情况下的漏极电流以预定的电流饱和时的电压以下。

·在上述(A1)以及(A2)的变形例中，IGBT42的个数(各MOSFET140的个数)能够任意地变更。在一个例子中，半导体模块40具备多个IGBT(多个MOSFET)。

·在各实施方式中，也能够如以下的(B1)～(B6)那样变更预充电控制。另外，(B1)～(B6)只要没有技术上的矛盾，也能够相互组合。

(B1)控制电路33使电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的情况下的IGBT42间歇动作时的频率高于电容器13的端子间电压小于阈值Xc的情况下的IGBT42间歇动作时的频率。在此，阈值Xc是能够判定为不流过由电池模块21与电容器13的电位差引起的大电流的值，通过试验等预先设定。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定IGBT42间歇动作时的频率。图44的(a)是表示电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息的第一例的示意图。如图44的(a)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，IGBT42间歇动作时的频率被设定为第一频率f1，在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的区域，IGBT42间歇动作时的频率被设定为比第一频率f1高的第二频率f2。图44的(b)是表示电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息的第二例的示意图。如图44的(b)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，IGBT42间歇动作时的频率被设定为第一频率f1。在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上且比阈值Xc大的上限值Xd以下的区域，随着电容器13的端子间电压变高，IGBT42间歇动作时的频率变高。在电容器13的端子间电压为阈值Xd以上的区域，IGBT42间歇动作时的频率被设定为第二频率f2。此外，阈值Xd能够在比阈值Xc大且电容器13充满电时的端子间电压以下的范围内任意地变更。

根据使用图44的(a)的示意图的结构，使IGBT42以第二频率f2间歇动作，由此电容器13的充电速度变快。另外，根据使用图44的(b)的示意图的结构，在阈值Xc以上，使IGBT42的间歇动作变快，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中始终维持第一频率f1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

(B2)控制电路33随着电容器13的端子间电压变高而提高IGBT42间歇动作时的频率。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定IGBT42间歇动作时的频率。图45是表示(B2)中的电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息即示意图。在第一例中，如图45的实线所示，电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系由1次函数表示。在第二例中，如图45的单点划线所示，电容器13的端子间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系由2次函数表示。在第二例中，在电容器13的端子间电压低的区域，IGBT42间歇动作时的频率大致为第一频率f1，在电容器13的端子间电压高的区域，随着端子间电压变高，IGBT42间歇动作时的频率急剧变高。

根据该结构，随着电容器13的端子间电压变高，IGBT42的间歇动作变快，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中始终维持第一频率f1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

(B3)控制电路33使电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的情况下施加于IGBT42的栅极的电压Vge高于电容器13的端子间电压小于阈值Xc的情况下施加于IGBT42的栅极的电压Vge。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定施加于IGBT42的栅极的电压Vge。图46的(a)是表示电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息的第一例的示意图。如图46的(a)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，对IGBT42的栅极施加的电压Vge被设定为第一电压Vge1。另一方面，在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的区域，施加于IGBT42的栅极的电压Vge被设定为比第一电压Vge1高的第二电压Vge2。图46的(b)是表示电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息的第二例的示意图。如图46的(b)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，对IGBT42的栅极施加的电压Vge被设定为第一电压Vge1。在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上且上限值Xd以下的区域，随着电容器13的端子间电压变高，施加于IGBT42的栅极的电压Vge变高。在电容器13的端子间电压为阈值Xd以上的区域，对IGBT42的栅极施加的电压Vge被设定为第二电压Vge2。

根据使用图46的(a)的示意图的结构，通过对IGBT42的栅极施加第二电压Vge2，流过IGBT42的电流变大，因此电容器13的充电速度变快。另外，根据使用图46的(b)的示意图的结构，在阈值Xc以上时流过IGBT42的电流变大，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中将施加于IGBT42的栅极的电压始终维持为第一电压Vge1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

(B4)控制电路33随着电容器13的端子间电压变高而使施加于IGBT42的栅极的电压Vge变高。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定施加于IGBT42的电压Vge。图47是表示(B4)中的电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息即示意图。在第一例中，如图47的实线所示，电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系由1次函数表示。在第二例中，如图47的单点划线所示，电容器13的端子间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系由2次函数表示。在第二例中，在电容器13的端子间电压低的区域，施加于IGBT42的栅极的电压Vge大致为第一电压Vge1，在电容器13的端子间电压高的区域，随着端子间电压变高，施加于IGBT42的栅极的电压Vge急剧变高。

根据该结构，随着电容器13的端子间电压变高而提高对IGBT42的栅极施加的电压，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中将施加于IGBT42的栅极的电压始终维持为第一电压Vge1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

(B5)控制电路33使电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的情况下的IGBT42的占空比比电容器13的端子间电压小于阈值Xc的情况下的IGBT42的占空比高。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定IGBT42的占空比。图48的(a)是表示电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系的信息的第一例的示意图。如图48的(a)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，IGBT42的占空比被设定为第一占空比D1，在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上的区域，IGBT42的占空比被设定为比第一占空比D1高的第二占空比D2。图48的(b)是表示电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系的信息的第二例的示意图。如图48的(b)所示，在电容器13的端子间电压小于阈值Xc的区域，IGBT42的占空比被设定为第一占空比D1。在电容器13的端子间电压为阈值Xc以上且比阈值Xc大的上限值Xd以下的区域，随着电容器13的端子间电压变高，IGBT42的占空比变高。在电容器13的端子间电压为阈值Xd以上的区域，IGBT42的占空比被设定为第二占空比D2。

根据使用图48的(a)的示意图的结构，通过将IGBT42的占空比设定为第二占空比D2，流过IGBT42的电流变大，因此电容器13的充电速度变快。另外，根据使用图48的(b)的示意图的结构，在阈值Xc以上，IGBT42的占空比变大，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中将IGBT42的占空比始终维持为第一占空比D1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

(B6)控制电路33随着电容器13的端子间电压变高而提高IGBT42的占空比。控制电路33使用表示电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系的信息即示意图、函数等，根据电容器13的端子间电压来设定IGBT42的占空比。图49是表示(B6)中的电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系的信息即示意图。在第一例中，如图49的实线所示，电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系由1次函数表示。在第二例中，如图49的单点划线所示，电容器13的端子间电压与IGBT42的占空比的关系由2次函数表示。在第二例中，在电容器13的端子间电压低的区域，IGBT42的占空比大致为第一占空比D1，在电容器13的端子间电压高的区域，随着端子间电压变高，IGBT42的占空比急剧变高。

根据该结构，随着电容器13的端子间电压变高而增大IGBT42的占空比，由此电容器13的充电速度变快。因此，与在预充电控制中将IGBT42的占空比始终维持为第一占空比D1而对电容器13进行充电的情况相比，能够迅速地使电容器13充满电。

此外，在上述(B1)～(B6)中，监视电容器13的端子间电压来控制IGBT42，但不限于此，例如也可以基于IGBT42的集电极-发射极间电压来控制。在该情况下，能够如以下的(C1)～(C6)那样变更上述(B1)～(B6)的控制。即使将上述(B1)～(B6)的控制变更为(C1)～(C6)，也能够得到与(B1)～(B6)同样的效果。

(C1)控制电路33使IGBT42的集电极-发射极间电压小于阈值的情况下的IGBT42间歇动作时的频率高于IGBT42的集电极-发射极间电压为阈值以上的情况下的IGBT42间歇动作时的频率。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定IGBT42间歇动作时的频率。

(C2)控制电路33随着IGBT42的集电极-发射极间电压变低而提高IGBT42间歇动作时的频率。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与IGBT42间歇动作时的频率的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定IGBT42间歇动作时的频率。

(C3)控制电路33使IGBT42的集电极-发射极间电压小于阈值的情况下施加于IGBT42的栅极的电压Vge高于IGBT42的集电极-发射极间电压为阈值以上的情况下施加于IGBT42的栅极的电压Vge。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定施加于IGBT42的栅极的电压Vge。

(C4)控制电路33随着IGBT42的集电极-发射极间电压变低而使施加于IGBT42的栅极的电压Vge变高。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与施加于IGBT42的栅极的电压Vge的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定施加于IGBT42的栅极的电压Vge。

(C5)控制电路33使IGBT42的集电极-发射极间电压小于阈值的情况下的IGBT42的占空比高于IGBT42的集电极-发射极间电压为阈值以上的情况下的IGBT42的占空比。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与IGBT42的占空比的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定IGBT42的占空比。

(C6)控制电路33随着IGBT42的集电极-发射极间电压变低而提高IGBT42的占空比。控制电路33使用表示IGBT42的集电极-发射极间电压与IGBT42的占空比的关系的信息即示意图、函数等，根据IGBT42的集电极-发射极间电压来设定IGBT42的占空比。

·在各实施方式中，也能够如以下的(D1)以及(D2)那样变更继电器单元30的结构。

(D1)如图50所示，从继电器单元30中省略第二继电器部32。即，低压侧线LL使电池模块21的负极与逆变电路12的下段侧的开关元件直接连接。

(D2)如图51所示，第二继电器部32代替机械触点式的继电器而具有半导体模块40，该半导体模块具备具有IGBT以及MOSFET等晶体管的半导体装置。该变形例的继电器单元30是具备设置于电池模块21的正极与逆变电路12之间的正极侧半导体模块以及设置于电池模块21的负极与逆变电路12之间的负极侧半导体模块的继电器单元。另外，也可以将该变形例的继电器单元30称为具备设置于电池模块21的正极与逆变电路12之间的正极侧半导体装置以及设置于电池模块21的负极与逆变电路12之间的负极侧半导体装置的继电器单元。此外，第二继电器部32的半导体模块40可以是与第一继电器部31的半导体模块40相同的结构，也可以是与半导体模块40不同的结构。第二继电器部32的半导体装置可以是与半导体装置40A相同的结构，也可以使用与半导体装置40A不同的结构。第二继电器部32的半导体模块中的半导体装置的个数也可以与第一继电器部31的半导体模块40中的半导体装置的个数不同。

·在各实施方式中，对将半导体装置、半导体模块以及半导体单元应用于设置在电池模块21与逆变电路12之间的继电器单元30的结构进行了说明，但半导体装置、半导体模块以及半导体单元的应用部位不限于此。例如，如图52所示，也可以对搭载于车辆1的多个继电器部应用各实施方式的半导体装置、半导体模块以及半导体单元。

详细而言，图52所示的车辆1是能够从作为外部的电源的快速充电用站SQC对电池模块21进行充电的结构。另外，车辆1具备通常充电用插头4和与通常充电用插头4电连接的直流交流转换装置5。例如通过与商用交流电源连接通常充电用插头4，供给到通常充电用插头4的交流电被直流交流转换装置5转换为直流电而对电池模块21充电。在这样的结构的车辆1中，也能够将各实施方式的半导体装置、半导体模块以及半导体单元应用于在快速充电用站SQC的充电用插头(省略图示)的连接口160与电池模块21之间设置的继电器部161、162。另外，在设置于直流交流转换装置5与电池模块21之间的继电器部163、164中，也能够应用各实施方式的半导体装置、半导体模块以及半导体单元。并且，在电池模块21和从电池模块21供电的车载设备(例如辅助设备6)之间设置的继电器部165中，也可以应用各实施方式的半导体装置、半导体模块及半导体单元。此外，辅助设备6的一例是音频设备或汽车导航装置。另外，在图52所示的变形例中，通过对各继电器部161～164应用各实施方式的半导体装置，也能够将各继电器部161～164封装化成一个封装。

(附记)

接下来，以下记载根据上述各实施方式以及变形例能够掌握的技术思想。

(附记A1)一种半导体单元，其设置在电动机与控制所述电动机的逆变电路之间，所述半导体单元具备：晶体管，其设置在对所述逆变电路供给电力的电池的正极与所述逆变电路之间，用于控制从所述电池向所述逆变电路的电力的供给；以及控制部，其与所述晶体管的控制端子连接，控制施加于所述控制端子的电压即控制电压，所述控制部在从所述电池向所述逆变电路的电力供给开始时，控制所述控制电压以使所述晶体管间歇动作，并且使施加于所述晶体管的控制端子的控制电压比所述晶体管全导通时的所述控制电压低。

(附记A2)根据附记A1所述的半导体单元，其中，所述晶体管间歇动作时的所述控制电压是所述晶体管全导通时的所述控制电压的约一半。

(附记A3)根据附记A1或A2所述的半导体单元，其中，所述晶体管间歇动作时的频率为1000Hz以下。

(附记A4)根据附记A3所述的半导体单元，其中，所述晶体管间歇动作时的频率为200Hz。

(附记A5)根据附记A1至A4中任一项所述的半导体单元，其中，所述晶体管间歇动作时的占空比小于50％。

(附记A6)根据附记A5所述的半导体单元，其中，所述晶体管间歇动作时的占空比为5％。

(附记A7)根据附记A1至A6中任一项所述的半导体单元，其中，在所述电池与所述逆变电路之间，电容器与所述逆变电路并联连接，所述控制部使所述电容器的端子间电压为阈值以上的情况下所述晶体管间歇动作时的频率高于所述电容器的端子间电压小于所述阈值的情况下所述晶体管间歇动作时的频率。

(附记A8)根据附记A7所述的半导体单元，其中，随着所述电容器的端子间电压变高，所述控制部提高所述晶体管间歇动作时的频率。

(附记A9)根据附记A1至A8中任一项所述的半导体单元，其中，在所述电池与所述逆变电路之间，电容器与所述逆变电路并联连接，所述控制部使所述电容器的端子间电压为阈值以上的情况下所述晶体管间歇动作时的所述控制电压高于所述电容器的端子间电压小于所述阈值的情况下所述晶体管间歇动作时的所述控制电压。

(附记A10)根据附记A9所述的半导体单元，其中，随着所述电容器的端子间电压变高，所述控制部提高所述晶体管间歇动作时的所述控制电压。

(附记A11)根据附记A1至A10中任一项所述的半导体单元，其中，在所述电池与所述逆变电路之间，电容器与所述逆变电路并联连接，所述控制部使所述电容器成为充满电的情况下的所述控制电压与所述晶体管全导通时的所述控制电压相等。

(附记A12)根据附记A1至A11中任一项所述的半导体单元，其中，所述半导体单元具备多个所述晶体管，多个所述晶体管相互并联连接。

(附记A13)根据附记A12所述的半导体单元，其中，所述控制部单独地控制多个所述晶体管。

(附记A14)根据附记A13所述的半导体单元，其中，所述控制部使多个所述晶体管的控制电压的施加定时彼此不同。

(附记A15)一种电池单元，其具备所述电池和附记A1至A14中任一项所述的半导体单元。

(附记A16)一种车辆，其具备附记A15所述的电池单元、所述逆变电路、与所述逆变电路并联连接的电容器、以及所述电动机。

(附记B1)一种半导体装置，其具有电池侧的第一端子和逆变电路侧的第二端子，包含晶体管，该半导体装置构成为，通过控制对所述晶体管的控制端子施加的电压，容许从所述第一端子向所述第二端子的电流的供给，并且容许从所述第二端子向所述第一端子的电流的供给，所述第一端子与所述第二端子之间的耐压为所述电池与所述逆变电路之间的电压以上。

(附记B2)根据附记B1所述的半导体装置，其中，所述晶体管是IGBT，具备与所述IGBT反并联连接的二极管，所述IGBT的集电极成为所述第一端子，所述IGBT的发射极成为所述第二端子。

(附记B3)根据附记B2所述的半导体装置，其中，所述IGBT和所述二极管被设置为单独的半导体芯片。

(附记B4)根据附记B2所述的半导体装置，其中，所述IGBT和所述二极管由同一半导体基板形成。

(附记B5)根据附记B2至B4中任一项所述的半导体装置，其中，还具备与所述IGBT并联连接的MOSFET，所述MOSFET包括作为续流(還流)二极管的体二极管。

(附记B6)根据附记B5所述的半导体装置，其中，所述IGBT和所述MOSFET同时导通，同时截止。

(附记B7)根据附记B1所述的半导体装置，其中，所述晶体管是IGBT，具备与所述IGBT并联连接的MOSFET，所述MOSFET在包含作为续流二极管的体二极管的电压小于所述阈值的情况下，比所述晶体管间歇动作时的频率高。

(附记B8)根据附记B7所述的半导体装置，其中，所述IGBT和所述MOSFET同时导通，同时截止。

(附记B9)根据附记B1所述的半导体单元，其中，所述晶体管是MOSFET，具备与所述MOSFET反并联连接的二极管。

(附记B10)根据附记B9所述的半导体单元，其中，所述MOSFET和所述二极管被设置为单独的半导体芯片。

(附记B11)根据附记B9或B10所述的半导体单元，其中，所述MOSFET包含作为续流二极管的体二极管。

(附记B12)根据附记B1所述的半导体单元，其中，所述晶体管是包含作为续流二极管的体二极管的MOSFET。

(附记B13)一种半导体装置，具备：IGBT，其设置于电池的正极与逆变电路之间，所述逆变电路与所述电池电连接；以及RB-IGBT，其与所述IGBT反并联连接。

(附记B14)根据附记B13所述的半导体单元，其中，所述IGBT和所述RB-IGBT同时导通，同时截止。

(附记B15)一种半导体模块，其由多个半导体装置并联连接而构成，所述多个半导体装置是附记B1至B14中任一项所述的半导体装置。

(附记B16)一种继电器单元，其具备附记B15所述的半导体模块。

(附记B17)一种继电器单元，其具备附记B1至B14中任一项所述的半导体装置。

(附记B18)根据附记B16或B17所述的继电器单元，其中，还具备设置于所述电池的负极与所述逆变电路之间的机械式触点的继电器。

(附记B19)一种继电器单元，具备：正极侧半导体装置，其设置于所述电池的正极与所述逆变电路之间；以及负极侧半导体装置，其设置于所述电池的负极与所述逆变电路之间，所述正极侧半导体装置是附记B1至B14中任一项所述的半导体装置。

(附记B20)一种继电器单元，其具备：正极侧半导体模块，其设置于所述电池的正极与所述逆变电路之间；以及负极侧半导体模块，其设置于所述电池的负极与所述逆变电路之间，所述正极侧半导体模块是附记B15所述的半导体模块。

(附记B21)一种电池单元，其具备所述电池和附记B16至B20中任一项所述的继电器单元。

(附记B22)一种车辆，其具备附记B21所述的电池单元、所述逆变电路以及由所述逆变电路驱动的电动机。

附图标记说明

1车辆

11电动机

12逆变电路

13电容器

20电池单元

21电池模块(电池)

30继电器单元

32第二继电器部(机械触点式的继电器)

33控制电路(控制部)

34栅极控制电路

36限流电阻(电阻部)

37温度检测电路

40半导体模块

40A第一半导体装置(半导体装置)

40B第二半导体装置(半导体装置)

40C第三半导体装置(半导体装置)

41半导体单元

42、42rb、42a、42b、42c IGBT

43、43a、43b、43c二极管

49a电力用导线

50、110半导体基板

64集电极电极

66发射极电极焊盘

67栅极电极焊盘

76a阳极电极焊盘

80感温二极管

81电流感测器

91A、91B发射极电极焊盘

92栅极电极焊盘

93阳极电极焊盘

94阴极电极焊盘

95电流感测器焊盘

97切口部

101阳极电极焊盘

102电流感测器焊盘

140MOSFET

140a体二极管

X第一方向(排列方向)

Y第二方向(与排列方向正交的方向)。

Claims (24)

1.一种半导体单元，其特征在于，具备：

半导体装置，其具有：四边形的晶体管芯片，其在表面形成第一电极焊盘和控制焊盘，在背面形成第二电极焊盘，根据输入到所述控制焊盘的电压进行所述第一电极焊盘与所述第二电极焊盘之间的导通/截止动作；并具有与所述第一电极焊盘电连接的第一端子、与所述第二电极焊盘电连接的第二端子和与所述控制焊盘电连接的控制端子；

控制部，其与所述控制端子电连接，控制所述晶体管芯片；以及

电阻部，其设置在所述控制端子与所述控制部之间，

所述第一电极焊盘在所述晶体管芯片的表面中央被分离为2个区域，

在所述2个区域之间配置感温二极管。

2.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述控制部控制所述晶体管芯片使所述晶体管芯片在流过所述晶体管芯片的电流为阈值以上的情况下截止。

3.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述电阻部的电阻值为100Ω以上。

4.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述晶体管芯片是IGBT，所述第一电极焊盘是集电极电极，所述第二电极焊盘是发射极电极。

5.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述晶体管芯片是由碳化硅的半导体基板形成的MOSFET，所述第一电极焊盘是源极电极，所述第二电极焊盘是漏极电极。

6.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

在所述晶体管芯片的表面设置有栅极电极焊盘、与所述感温二极管的阳极电连接的阳极电极焊盘以及与所述感温二极管的阴极电连接的阴极电极焊盘，

所述栅极电极焊盘、所述阳极电极焊盘以及所述阴极电极焊盘沿着所述晶体管芯片的一边配置。

7.根据权利要求6所述的半导体单元，其特征在于，

所述晶体管芯片具有在俯视所述晶体管芯片时在与所述2个区域的排列方向正交的方向以所述第一电极焊盘凹陷的方式形成的切口部，

所述栅极电极焊盘、所述阳极电极焊盘以及所述阴极电极焊盘被配置在所述切口部。

8.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述控制部还包括根据来自所述感温二极管的信号检测所述晶体管芯片的温度的温度检测电路，

所述控制部在通过所述温度检测电路检测出的信号为阈值以上的情况下，向所述晶体管芯片的上述控制端子供给电流降低信号。

9.根据权利要求1所述的半导体单元，其特征在于，

所述半导体单元具备多个所述晶体管芯片，

多个所述晶体管芯片相互并联连接。

10.根据权利要求9所述的半导体单元，其特征在于，

多个所述晶体管芯片分别包括感温二极管。

11.根据权利要求10所述的半导体单元，其特征在于，

所述控制部包括多个温度检测电路，

所述多个温度检测电路被输入来自所述多个晶体管芯片的感温二极管的每一个感温二极管的信号，

所述控制部在与通过所述多个温度检测电路检测出的温度对应的信号的至少一个为阈值以上的情况下，向多个所述晶体管芯片的所述控制端子分别供给电流降低信号。

12.一种电池单元，其特征在于，具备：

权利要求1至11中任一项所述的半导体单元；以及

与所述第一端子电连接的电池。

13.一种车辆，其特征在于，具备：

权利要求12所述的电池单元；

与所述第二端子电连接的逆变电路；以及

由所述逆变电路驱动的电动机。

14.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，

所述车辆还具备在所述电池与所述逆变电路之间与所述半导体单元并联连接的机械式继电器部。

15.一种半导体单元，其特征在于，具备：

半导体装置，其具有：四边形的晶体管芯片，其具备第一端子、第二端子和控制端子，在表面形成与所述第一端子电连接的第一电极焊盘和与所述控制端子电连接的控制焊盘，在背面形成第二电极焊盘，根据输入到所述控制焊盘的电压进行所述第一电极焊盘与所述第二电极焊盘之间的导通/截止动作；并具有与所述第一电极焊盘电连接的第一端子、与所述第二电极焊盘电连接的第二端子和与所述控制焊盘电连接的控制端子；以及

控制部，其与所述控制端子电连接，控制所述第一电极焊盘与所述第二电极焊盘之间的导通/截止动作，

所述晶体管芯片还具有与感温二极管连接的第三电极焊盘和第四电极焊盘，

所述控制焊盘、所述第三电极焊盘和所述第四电极焊盘沿着所述晶体管芯片的一边配置。

16.根据权利要求15所述的半导体单元，其特征在于，

所述半导体单元还具备与所述控制端子电连接的限流电阻和与所述晶体管芯片反并联连接的二极管。

17.根据权利要求15所述的半导体单元，其特征在于，

所述第一电极焊盘在所述晶体管芯片的表面中央被分离为2个区域，

在所述2个区域之间配置感温二极管，

所述半导体单元具有在俯视所述晶体管芯片时在与所述2个区域的排列方向正交的方向以所述第一电极焊盘凹陷的方式形成的切口部，

所述控制焊盘、所述第三电极焊盘以及所述第四电极焊盘被配置在所述切口部。

18.根据权利要求15所述的半导体单元，其特征在于，

所述晶体管芯片是由碳化硅的半导体基板形成的MOSFET，所述第一电极焊盘是源极电极，所述第二电极焊盘是漏极电极。

19.一种半导体装置，其具备：

绝缘基板；

多个配线部，其配置在所述绝缘基板上；

晶体管芯片，其被配置于所述多个配线部的一个配线部；以及

密封树脂，其将所述绝缘基板、所述多个配线部和所述晶体管芯片密封，

所述半导体装置的特征在于，

所述晶体管芯片在表面形成第一电极焊盘和控制焊盘，在背面形成与所述多个配线部的一个配线部连接的第二电极焊盘，根据输入到所述控制焊盘的电压进行所述第一电极焊盘与所述第二电极焊盘之间的导通/截止动作，

所述半导体装置还具备与所述第一电极焊盘连接的第一端子、与所述第二电极焊盘连接的第二端子和与所述控制焊盘连接的控制端子，

所述晶体管芯片还具有与感温二极管连接的第三电极焊盘以及第四电极焊盘，

所述控制焊盘、所述第三电极焊盘和所述第四电极焊盘沿着所述晶体管芯片的一边配置。

20.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

所述半导体装置还具备与所述控制焊盘、所述第三电极焊盘和所述第四电极焊盘分别连接的多个控制端子，

该多个控制端子的所述密封树脂内的端部被配置成与配置有所述控制焊盘、所述第三电极焊盘和所述第四电极焊盘的所述晶体管芯片的一边对置。

21.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

所述第一电极焊盘在所述晶体管芯片的表面中央被分离为2个区域，

在所述2个区域之间配置感温二极管。

22.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

所述半导体装置还具备与所述晶体管芯片反并联连接的二极管，

所述二极管被所述密封树脂密封。

23.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

所述晶体管芯片是RB-IGBT，所述第一电极焊盘是集电极电极，所述第二电极焊盘是发射极电极，

所述半导体装置还具备在所述晶体管芯片内形成的二极管。

24.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

所述晶体管芯片是由碳化硅的半导体基板形成的MOSFET，所述第一电极焊盘是源极电极，所述第二电极焊盘是漏极电极。