JP3847676B2 - パワー半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワー半導体装置に関し、具体的にはワイヤによる接続を無くしてこれに起因する問題を解消するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、パワー半導体装置には小型軽量化、低価格化、高品質化が求められている。一般的には高品質を得るためには価格が高くなってしまうが、価格を下げつつも高い品質を確保することが望まれている。
【０００３】
図２６及び図２７に従来のパワー半導体装置５１Ｐを説明するための模式的な平面図及び断面図をそれぞれ示す。ここでは従来の半導体装置５１Ｐとして３相インバータの１相分の構成（いわゆるアーム）を例に挙げる。また、説明のため、図２６及び図２７にはケース本体（樹脂部分）の図示を省略している。
【０００４】
従来のパワー半導体装置５１Ｐにおいて、例えばセラミックから成る放熱用絶縁基板１５１Ｐの両主面上に銅やアルミニウム等の金属層１５２Ｐ，１５３Ｐが配置されている。なお、絶縁基板１５１Ｐは例えば銅やアルミニウムから成る金属製放熱板（図示せず）上に半田によって接着される。
【０００５】
そして、各金属層１５２Ｐ上にＩＧＢＴ１２１Ｐ，１２２Ｐ及びフリーホイールダイオード１３１Ｐ，１３２Ｐが配置されており（従って４つのパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐが同一平面上に配置されている）、金属層１５２Ｐと電気的に接触している。対を成すパワー半導体素子１２１Ｐ，１３１Ｐ及び同パワー半導体素子１２２Ｐ，１３２Ｐはアルミニウムや金のワイヤ１５４Ｐによって互いに接続されている。更に、パワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐはワイヤ１５４Ｐによって金属層１５２Ｐ、端子１５５Ｐ，１５５ＰＰに接続されている。また、金属層１５２Ｐと端子１５５ＮＰとの間もワイヤ１５４Ｐによって接続されている。なお、端子１５５ＮＰ，１５５ＰＰは低電位（電源グランド電位）及び高電位にそれぞれ接続される。
【０００６】
そして、ケース（図示せず）がパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐを収容するように配置されており、ケース内にはエポキシ系樹脂が充填されている。この際、シリコーンゲルでパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐが封止され、当該シリコーンゲル上にエポキシ系樹脂が充填される場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワー半導体装置５１Ｐはワイヤ１５４Ｐに起因して次のような問題を有している。
【０００８】
まず、ワイヤ１５４Ｐの切断等による断線という問題がある。例えば自動車、バイク、列車等に従来のパワー半導体装置５１Ｐを用いると、振動によってワイヤのネック部にクラックが生じ、断線してしまう場合がある。
【０００９】
さらに、ワイヤ１５４Ｐの接続箇所を確保する必要性から、パワー半導体装置５１Ｐが大きくなってしまう。
【００１０】
また、ワイヤ１５４Ｐでの電圧降下は電力損失を引き起こす。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ワイヤによる接続を有さないパワー半導体装置を提供することを主たる目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のパワー半導体装置は、互いに対向する第１及び第２主面を有する素子配置部分をそれぞれ有する第１乃至第３端子部材と、互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第１パワー半導体素子と、互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第２パワー半導体素子と、前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子を収容するパッケージと、を備えた基体と、前記基体を収容する凹部を有するヒートシンクとを備え、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子と同じ構造を有しており、前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合され、前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合されており、前記第１乃至第３端子部材は、前記パッケージ外に引き出された外部接続部分をそれぞれ更に有し、前記凹部内に前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子が配置されるように、前記基体が前記凹部内に挿入されている。
【００１４】
請求項２に記載のパワー半導体装置は、請求項１に記載のパワー半導体装置であって、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は、前記第１及び第２主電極を有する第１スイッチングパワー半導体素子と、前記第１スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第１フリーホイールダイオードと、を含み、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子は、前記第１及び第２主電極を有する第２スイッチングパワー半導体素子と、前記第２スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第２フリーホイールダイオードと、を含む。
【００１５】
請求項３に記載のパワー半導体装置は、請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面と前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面との少なくとも一方の主面は、前記パッケージから露出している。
【００１６】
請求項４に記載のパワー半導体装置は、請求項３に記載のパワー半導体装置であって、前記少なくとも一方の主面は前記外部接続部分に段差無く引き続いている。
【００１７】
請求項５に記載のパワー半導体装置は、請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材を介して前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子に対向するように、及び／又は、前記第３端子部材を介して前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子に対向するように、配置された絶縁部分を更に備える。
【００１８】
請求項６に記載のパワー半導体装置は、請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第２フリーホイールダイオードに対向し、前記第２スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第１フリーホイールダイオードに対向する。
【００１９】
請求項７に記載のパワー半導体装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、前記第１又は第３端子部材の前記素子配置部分の上方に配置された、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子用及び前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子用の制御回路を、更に備え、前記制御回路はそれぞれ、銀ロウから成る回路パターンと、前記回路パターンに接合された回路部品と、を含む。
【００２０】
請求項８に記載のパワー半導体装置は、請求項７に記載のパワー半導体装置であって、前記制御回路に接続された端子を有しており、前記第１又は第３端子部材に固定されたコネクタを更に備える。
【００２１】
請求項９に記載のパワー半導体装置は、請求項３に記載のパワー半導体装置であって、前記第１乃至第３端子部材の少なくとも１つの端子部材は前記外部接続部分に雄ネジ挿入穴を更に有する。
【００２３】
請求項１０に記載のパワー半導体装置は、請求項１に記載のパワー半導体装置であって、前記第１又は第３端子部材のいずれかは前記凹部内において前記パッケージから露出している。
【００２４】
請求項１１に記載のパワー半導体装置は、請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１及び／又は第２スイッチングパワー半導体素子は前記凹部内において前記第１及び／又は第２フリーホイールダイオードよりも底側に配置されている。
【００２５】
請求項１２に記載のパワー半導体装置は、請求項１記載のパワー半導体装置であって、前記基体と前記凹部の側面との間にこれらに接して配置されており、空気よりも高い熱伝導率を有する弾性体を、更に備える。
【００２６】
請求項１３に記載のパワー半導体装置は、請求項１記載のパワー半導体装置であって、前記ヒートシンクは導電性を有し、前記第１又は第３端子部材は前記ヒートシンクに等電位に接続されている一方で、前記第３又は第１端子部材は前記ヒートシンクに接しておらず、前記パワー半導体装置は、前記第３又は第１端子部材の前記外部接続部分と前記ヒートシンクとに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える。
【００２７】
請求項１４に記載のパワー半導体装置は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材の前記外部接続部分と前記第３端子部材の前記外部接続部分とに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える。
【００２８】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
まず、図１に本発明に係るパワー半導体装置５０を説明するためのブロック図を示す。図１に示すようにパワー半導体装置５０はパワー素子部５０Ａと制御部５０Ｂとに大別される。
【００２９】
ここではパワー素子部５０Ａとして３相（３アーム）インバータを例示している。インバータの１相分の構成、すなわち１つのアームは高電位側アーム（上アームとも呼ばれる）と低電位側アーム（下アームとも呼ばれる）とが直列接続されて成る。
【００３０】
低電位側アームはそれぞれ第１パワー半導体素子としての第１スイッチングパワー半導体素子１２１及び第１フリーホイールダイオード（以下、単に「（第１）ダイオード」とも呼ぶ）１３１を含む。なお、第１スイッチングパワー半導体素子１２１としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を一例に挙げる。ダイオード１３１はＩＧＢＴ１２１に対して順電流が還流する向きに並列に接続されている、すなわち逆並列に接続されている。具体的にはＩＧＢＴ１２１のエミッタ及びコレクタはダイオード１３１のアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
【００３１】
高電位側アームはそれぞれ第２パワー半導体素子としての第２スイッチングパワー半導体素子１２２及び第２フリーホイールダイオード（以下、単に「（第２）ダイオード」とも呼ぶ）１３２を含む。なお、第２スイッチングパワー半導体素子１２２としてＩＧＢＴを一例に挙げる。低電位側アームと同様に、ＩＧＢＴ１２２とダイオード１３２とは逆並列に接続されている。
【００３２】
高電位側アームと低電位側アームとの接続点が出力端子にあたる。なお、高電位側アームのＩＧＢＴ１２２のコレクタは高電位Ｐに接続され、低電位側アームのＩＧＢＴ１２１のエミッタは低電位Ｎ（ここでは電源グランド電位ＧＮＤ）に接続される。
【００３３】
制御部５０Ｂは、ＩＧＢＴ１２１のゲートに接続された低電位側用の制御回路１６０と、ＩＧＢＴ１２２のゲートに接続された高電位側用の制御回路１７０と、を含んでいる。なお、図面の煩雑化をさけるため、図１には１つのアーム分の制御回路１６０，１７０のみを図示している。制御回路１６０，１７０はＩＧＢＴ１２１，１２２を所定タイミングでオン／オフ制御し駆動する。なお、制御回路１６０は低電位側アームの保護回路を含む場合もあり、制御回路１７０についても同様である。なお、パワー半導体装置５０は外部の駆動電源及び制御・通信回路と接続される。
【００３４】
次に、図２に本発明の実施の形態１に係る第１のパワー半導体装置５１の基本構造を説明するための模式的な平面図（レイアウト図）を示す。なお、図２では一部の要素を透視して図示しており、後述の平面図においても同様に図示する。更に、図２中の３−３線における模式的な断面図を図３に示し、図３中の破線で囲んだ部分４の拡大図を図４に示す。なお、パワー半導体装置５１は図１のパワー半導体装置５０の１つのアームにあたる。
【００３５】
図２乃至図４に示すように、パワー半導体装置５１は、第１乃至第３端子部材１１１，１１２，１１３と、第１及び第２ＩＧＢＴ１２１，１２２と、第１及び第２ダイオード１３１，１３２と、トランスファモールドパッケージ１４１と、を含んでいる。
【００３６】
詳細には、第１端子部材１１１は、互いに対向する第１及び第２主面１１１Ｓ，１１１Ｔを有する例えば銅やアルミニウム等の導電性板材（厚さは例えば０．３〜０．５ｍｍ程度）を側面視上（又は断面視上）略Ｌ字型に折り曲げた形状をしており、折り曲げ部分（換言すれば稜線）を介して２つの部分１１１ａ，１１１ｂに大別される。ここでは、説明の便宜上、端子部材１１１の稜線に沿って第１方向Ｄ１を取り、当該稜線から上記部分１１１ａ，１１１ｂが延在する方向にそれぞれ第２及び第３方向Ｄ２，Ｄ３を取る。
【００３７】
同様に、第２端子部材１１２も略Ｌ字型に折り曲げられた導電性板材から成り、上記主面１１１Ｓ，１１１Ｔに相当する第１及び第２主面１１２Ｓ，１１２Ｔと、上記２つの部分１１１ａ，１１１ｂに相当する２つの部分１１２ａ，１１２ｂとを有している。また、第３端子部材１１３も略Ｌ字型に折り曲げられた導電性板材から成り、上記主面１１１Ｓ，１１１Ｔに相当する第１及び第２主面１１３Ｓ，１１３Ｔと、上記２つの部分１１１ａ，１１１ｂに相当する２つの部分１１３ａ，１１３ｂとを有している。
【００３８】
第１ＩＧＢＴ１２１の半導体チップは、互いに対向する第１及び第２主面１２１Ｓ，１２１Ｔを有しており、当該主面１２１Ｓ，１２１Ｔ上に第１及び第２主電極１２１Ｅ，１２１Ｆがそれぞれ設けられている。同様に、第２ＩＧＢＴ１２２の半導体チップも、互いに対向する第１及び第２主面１２２Ｓ，１２２Ｔを有しており、当該主面１２２Ｓ，１２２Ｔ上に第１及び第２主電極１２２Ｅ，１２２Ｆがそれぞれ設けられている。
【００３９】
また、第１ダイオード１３１の半導体チップは、互いに対向する第１及び第２主面１３１Ｓ，１３１Ｔを有しており、当該主面１３１Ｓ，１３１Ｔ上に第１及び第２主電極１３１Ｅ，１３１Ｆがそれぞれ設けられている。同様に、第２ダイオード１３２の半導体チップも、互いに対向する第１及び第２主面１３２Ｓ，１３２Ｔを有しており、当該主面１３２Ｓ，１３２Ｔ上に第１及び第２主電極１３２Ｅ，１３２Ｆがそれぞれ設けられている。
【００４０】
第１ＩＧＢＴ１２１及び第１ダイオード１３１の第１主電極１２１Ｅ，１３１Ｅは共に第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａの第２主面１１１Ｔに例えば半田で接合されている。このとき、ＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１は第２方向Ｄ２に並べられており、ＩＧＢＴ１２１が上記稜線側に配置されている。
【００４１】
そして、第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａの第１主面１１２ＳがＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１を介して第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａに対面するように配置されており、当該主面１１２ＳはＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１の第２主電極１２１Ｆ，１３１Ｆに接合している。なお、パワー半導体装置５１では、端子部材１１２の他方の部分１１２ｂはダイオード１３１側に配置されている。すなわち、端子部材１１１，１１２の他方の部分１１１ｂ，１１２ｂはＩＧＢＴ１２１及び第１ダイオード１３１の平面視においてＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１を介して互いに対向するように配置されている。
【００４２】
第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａの第２主面１１１Ｔには第２ＩＧＢＴ１２２及び第２ダイオード１３２の第１主電極１２２Ｅ，１３２Ｅが接合されている。なお、パワー半導体装置５１では、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２が第３方向Ｄ３に積み重ねられ、２つのダイオード１３１，１３２が第３方向Ｄ３に積み重ねられている。すなわち、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２は端子部材１１２の部分１１２ａを介して対向しており、２つのダイオード１３１，１３２は同部分１１２ａを介して対向している。その一方で、第１ＩＧＢＴ１２１は端子部材１１２の部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ダイオード１３２には対向しておらず、同様に第２ＩＧＢＴ１２２は第３方向Ｄ３において第１ダイオード１３１には対向していない。
【００４３】
更に、第３端子部材１１３の一方の部分１１３ａの第１主面１１３ＳがＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２を介して第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａに対面するように配置されており、当該主面１１３ＳはＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２の第２主電極１２２Ｆ，１３２Ｆに接合している。パワー半導体装置５１では、端子部材１１３の他方の部分１１３ｂは、端子部材１１１の部分１１１ｂと同様に、ＩＧＢＴ１２１，１２２側に配置されている。
【００４４】
なお、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の素子配置部分１１１ａ〜１１３ａは必要に応じて主電極１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２２Ｅ，１２２Ｆ，１３１Ｅ，１３１Ｆ，１３２Ｅ，１３２Ｆ及び後述の制御電極１２１Ｇ，１２２Ｇ（図１３参照）の平面パターンに対応させてパターニングされている。
【００４５】
そして、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はトランスファモールドパッケージ１４１によって封止され、当該パッケージ１４１内に収容されている。このとき、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の一方の部分１１１ａ〜１１３ａの側面及び先端面はトランスファモールドパッケージ１４１で覆われるように、トランスファモールドパッケージ１４１が形成されている。更に、パワー半導体装置５１では、第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の一方の部分１１３ａの第２主面１１３Ｔが露出するように、トランスファモールドパッケージ１４１が形成されている。他方、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂの少なくとも先端側部分（折り曲げ部分から遠い側の部分）は当該パッケージ１４１の外部に配置されている（引き出されている）。なお、パワー半導体装置５１では３つの他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂは第３方向Ｄ３において同じ側へ向けて突出している。なお、他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂは外部の他の装置等に接続される。
【００４６】
このような構造に鑑みて、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の一方の部分１１１ａ〜１１３ａを「素子配置部分１１１ａ〜１１３ａ」と呼び、同他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂを「外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂ」と呼ぶことにする。
【００４７】
ここで、図１のブロック図に示すようにＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１で以て低電位側アームを構成する場合、第１端子部材１１１が低電位Ｎに接続され、第３端子部材１１３が高電位Ｐに接続され、第２端子部材１１２が出力端子にあたる。更にこのとき、ＩＧＢＴ１２１，１２２の第１主電極１２１Ｅ，１２２Ｅ及び第２主電極１２１Ｆ，１２２Ｆがエミッタ及びコレクタにそれぞれにあたり、ダイオード１３１，１３２の第１主電極１３１Ｅ，１３２Ｅ及び第２主電極１３１Ｆ，１３２Ｆがアノード及びカソードにそれぞれにあたる。
【００４８】
これに対してパワー半導体装置５１によればＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１で以て高電位側アームを構成することも可能であり、そのような場合、ＩＧＢＴ１２１，１２２の第１主電極１２１Ｅ，１２２Ｅ及び第２主電極１２１Ｆ，１２２Ｆがコレクタ及びエミッタにそれぞれにあたり、ダイオード１３１，１３２の第１主電極１３１Ｅ，１３２Ｅ及び第２主電極１３１Ｆ，１３２Ｆがカソード及びアノードにそれぞれにあたる。そして、第１端子部材１１１が高電位Ｐに接続され、第３端子部材１１３が低電位Ｎに接続される。
【００４９】
なお、ＩＧＢＴ１２１，１２２のゲートないしは制御電極については後述の図１３で説明する。
【００５０】
パワー半導体装置５１によれば、端子部材１１１〜１１３とパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２）とが交互に積み重ねられ接合されていると共に、端子部材１１１〜１１３の外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂはパッケージ１４１外に引き出されている。このため、パワー半導体装置５１はワイヤ１５４Ｐ（図２６及び図２７参照）による接続を有さない。従って、パワー半導体装置５１によればワイヤ１５４Ｐによる接続に起因した問題を解消することができる。
【００５１】
例えば、たとえ振動が加わってもワイヤの切断等による断線が発生しないので、製品寿命を延ばすことができる。また、ワイヤの接続箇所を確保する必要性が無いので、パワー半導体装置５１を小型化できる。また、端子部材１１１〜１１３によれば、パワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２との接触面積（すなわち電流経路の断面積）をワイヤ１５４Ｐよりも容易に大きくすることができるし、端子部材１１１〜１１３とパワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２との直接接合により配線長を大幅に短くすることができるので、ワイヤ１５４Ｐの場合に比べて格段に電圧降下及び配線インダクタンスを低減して電力損失を小さくすることができる。
【００５２】
更に、ワイヤ１５４Ｐの本数（電流定格に合わせて決められる）が多くなるほど製造時間が長くなるのに対して、パワー半導体装置５１では電流定格に関わりなく端子部材１１１〜１１３とＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２とが接合されて成るので、生産性に優れる。
【００５３】
更に、端子部材１１１〜１１３及びＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が積み重ねられていることによっても小型化が図られる。
【００５４】
このとき、第１及び第２ダイオード１３１，１３２は互いに同じ構造（例えば高耐圧化のための構造も含む）の素子ないしは半導体チップであることが望ましい。例えば、両ダイオード１３１，１３２とも順メサ型のものを用いる、或いは両方とも逆メサ型のものを用いる。このように同じ構造のダイオード１３１，１３２を用いることにより、異なる構造の２つのダイオードを準備する必要がないので、コストを削減することができる。この点は第１及び第２ＩＧＢＴ１２１，１２２についても同様である。
【００５５】
上述のようにパワー半導体装置５１はワイヤ１５４Ｐによる接続を有さないので、例えばモールド樹脂１４１とワイヤ１５４Ｐとの熱膨張の違いや、モールド時のワイヤ１５４Ｐ同士の接触等を考慮する必要性が無い。このため、モールド樹脂１４１の選定に自由度が増すので、例えばコストを削減することができる。
【００５６】
更に、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔがトランスファモールドパッケージ１４１から露出しているので、高い放熱性が得られる。なお、露出主面１１１Ｓ，１１３Ｔ上に例えばヒートシンクを配置することによって更に放熱性を向上することができる（後述する）。高い放熱性によれば小型のＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が採用可能となるので（逆に言えば放熱性が低い場合には発熱を抑えるために大型のパワー半導体素子を用いる必要がある）、結果的にパワー半導体装置５１を小型にすることができる。また、上記露出主面１１１Ｓ，１１３Ｔに例えば回路部品等を接続（接合）することによって小型化、高集積化及び高機能化を図ることができる。
【００５７】
さて、パワー半導体装置５１を図５の平面図及び図６の断面図に模式的に示す実施の形態１に係る第２のパワー半導体装置５２のように変形することも可能である。なお、図６は図５中の６−６線における模式的な断面図である。具体的には３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂをすべてＩＧＢＴ１２１，１２２側に設けても構わない。もちろん、３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂをすべてダイオード１３１，１３２側に設けることも可能である。なお、パワー半導体装置５２では３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂが全て同じ方向に突出しているが、後述の図１９のパワー半導体装置６２のように突出方向を違えても構わない。かかるパワー半導体装置５２によっても上述の効果を奏する。
【００５８】
また、パワー半導体装置５１を図７の模式的な断面図に示す実施の形態１に係る第３のパワー半導体装置５３のように変形することも可能である。具体的には、既述のパワー半導体装置５１においてＩＧＢＴ１２１とダイオード１３１とを互いに入れ替えて配置しても構わない。すなわちこのとき、第１ＩＧＢＴ１２１が第２端子部材１１２の素子配置部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ダイオード１３２に対向し、第１ダイオード１３１が同素子配置部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ＩＧＢＴ１２２に対向する。もちろん、ＩＧＢＴ１２２とダイオード１３２とを互いに入れ替えて配置しても良いし、そのような配置転換を上述のパワー半導体装置５２において行っても良い。
【００５９】
当該パワー半導体装置５３によれはパワー半導体装置５１と同様の効果が得れると共に、次のような効果も得られる。すなわち、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２が第２端子部材１２２を介して対向する面積を減らせるので或いは第２端子部材を介して積み重ならないようにできるので、両ＩＧＢＴ１２１，１２２間の熱干渉を減少させることができる或いは無くすことができる。これにより、両ＩＧＢＴ１２１，１２２の発熱、従ってパワー半導体装置５３の発熱を抑えることができる。
【００６０】
＜実施の形態２＞
図８に実施の形態２に係る第１のパワー半導体装置５４の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。図８と既述の図３とを比較すれば分かるようにパワー半導体装置５４はパワー半導体装置５１においてトランスファモールドパッケージ１４１をトランスファモールドパッケージ１４２に変えた構造を有している。
【００６１】
詳細には、トランスファモールドパッケージ１４２は、第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔは露出させる一方で第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓを覆うように、形成されている。このとき、トランスファモールドパッケージ１４２は既述のトランスファモールドパッケージ１４１と、更なる絶縁部分１４２ａと、に大別される。当該絶縁部分１４２ａは第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを介してＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１に対向するように配置されており、上記素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及びトランスファモールドパッケージ１４１に接している。
【００６２】
或いは、上記絶縁部分１４２ａに変えて、図９の模式的な断面図に示す実施の形態２に係る第２のパワー半導体装置５５のように、絶縁フィルム１４３ａを貼り付けることも可能である。すなわちパワー半導体装置５５のパッケージ１４３は、既述のトランスファモールドパッケージ１４１と、上記絶縁部分１４２ａと同様に配置された絶縁フィルム１４３ａと、で構成されている。
【００６３】
また、上記絶縁部分１４２ａに変えて、図１０の模式的な断面図に示す実施の形態２に係る第３のパワー半導体装置５６のように、例えばセラミックから成る絶縁基板（ないしは絶縁部分）１５１を用いても良い。すなわち、パワー半導体装置５６は基本的には既述のパワー半導体装置５１に金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を追加した構造を有している。
【００６４】
詳細には、絶縁基板１５１の対向する両主面上には例えば銅やアルミニウム等の金属層１５２，１５３（厚さは例えば０．３〜０．５ｍｍ程度）が配置されている。なお、絶縁基板１５１がセラミックの場合、金属層１５２，１５３は例えば銀ロウによって接合されている。そして、金属層１５２が第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓに接合されている。このとき、絶縁基板１５１は第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを介してＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１に対向する。
【００６５】
なお、パワー半導体装置５６のトランスファモールドパッケージ１４４は、既述のトランスファモールドパッケージ１４１が絶縁基板１５１の側へ更に延在して成り、絶縁基板１５１を端子部材１１１〜１１３に対して固定するように形成されている。
【００６６】
なお、絶縁部分１４２ａ、絶縁フィルム１４３ａ、及び、絶縁基板１５１を第３端子１１３の側に設けても良いし（後述の図１９に示すトランスファモールドパッケージ１４５を参照）、或いは第１及び第３端子１１１，１１３の両方の側に設けても良い（後述の図２１に示すトランスファモールドパッケージ１４６を参照）。また、絶縁部分１４２ａ等を既述のパワー半導体装置５２，５３へ適用することも可能である。
【００６７】
絶縁部分１４２ａ、絶縁フィルム１４３ａ、及び、絶縁基板１５１によれば第１及び／又は第３端子部材１１１，１１３の素子配置部分１１１ａ，１１３ａを外部から絶縁することができるので、パワー半導体装置５４〜５６は既述のパワー半導体装置５１等に比して設置場所の自由度が高い（後述の実施の形態５を参照）。
【００６８】
また、絶縁基板１５１を熱伝導性の良好な材質、例えばセラミック等で構成することにより、当該絶縁基板１５１を放熱板としても利用可能である。すなわち、トランスファモールドパッケージ１４２の一部である絶縁部分１４２ａや絶縁フィルム１４３ａを有するパワー半導体装置５４，５５よりも放熱性を高くすることができる。
【００６９】
ところで、パワー半導体装置５６を図１１の断面図に模式的に示す実施の形態２に係る第４のパワー半導体装置５７のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置５６では第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａに接する金属層１５２を、パワー半導体装置５７では素子配置部分として利用している。すなわち、パワー半導体装置５７の第１端子部材１１０は、金属層１５２から成る素子配置部分（以下「素子配置部分１５２」とも呼ぶ）と、外部接続部分１１１ｂと、で構成されており、外部接続部分１１１ｂは金属層１５２に半田等で接合されて絶縁基板１５１上に立設されている。このとき、金属層１５２は例えば０．３〜０．５ｍｍの厚さで形成され、又、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａと同様にパターニングされている。なお、パワー半導体装置５７では第１端子部材１１０に絶縁基板１５１が接している。このような第１端子部材１１０を既述の実施の形態１に係るパワー半導体装置５２，５３に適用可能であることは言うまでもない。
【００７０】
＜実施の形態３＞
図１２に実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置５８の基本構造を説明するための模式的な平面図を示す。また、図１２中の矢印１３，１４の方向からパワー半導体装置５８を見た場合の模式的な断面図を図１３及び図１４にそれぞれ示す。
【００７１】
パワー半導体装置５８は図１のブロック図に示すパワー半導体装置５０の１つのアーム及び当該アーム用の制御回路１６０，１７０を含んでおり、図１１のパワー半導体装置５７において金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を広げ、その拡張された部分上に制御回路１６０，１７０が第３方向Ｄ３に積み重ねられている。
【００７２】
なお、パワー半導体装置５８では第１端子部材１１０の外部接続部分１１１ｂが金属層１５２のエッジから少し離れた箇所に立設されている場合を例示している。また、図面の煩雑化を避けるため、図１２の平面図では絶縁基板１５１を図示していない。
【００７３】
パワー半導体装置５８においては、第１端子部材１１０の素子配置部分１５２上にはＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１と共に、例えばセラミックやガラスエポキシから成る絶縁基板１６１が配置されている。
【００７４】
絶縁基板１６１上には当該絶縁基板１６１を介して素子配置部分１５２と対向する側に回路パターン１６２が形成されている。このとき、絶縁基板１６１がセラミックの場合、回路パターン１６２は例えば銀ロウ（既述のようにセラミックから成る絶縁基板１５１上に金属層１５２，１５３を接合するのに用いられる）で形成し、絶縁基板１６１がガラスエポキシの場合、回路パターン１６２は例えば銅で形成する。なお、回路パターン１６２は、例えば銀ロウの層を絶縁基板１６１上に全面的に形成した後、これを所定パターンにエッチングすることによって、形成する。
【００７５】
そして、絶縁基板１６１上には制御回路用ＩＣチップ１６３が搭載されており、例えば半田により回路パターン１６２に接合されている。なお、図面の煩雑化を避けるため図示していないが、絶縁基板１６１上には不図示の素子や当該素子に接続する更なる回路パターン１６２が配置されている。つまり、制御回路用ＩＣチップ１６３や不図示の素子等含む回路部品と、回路パターン１６２と、で以て制御回路１６０が構成される。
【００７６】
回路パターン１６２は例えば金属片から成る中継端子１６５を介してＩＧＢＴ１２１のゲートないしは制御電極１２１Ｇに電気的に接続されている。なお、図１３では制御電極１２１ＧがＩＧＢＴ１２１の第２主面１２１Ｔ（図４参照）上に設けられている場合を模式的に図示しているが、第１主面１２１Ｓ（図４参照）上に設けられている場合には例えば中継端子１６５の形状を工夫すれば良い。或いは、例えば金属層１５２をパターニングして互いには接しないように各電極１２１Ｅ，１２１Ｇに接合する部位を設けて、制御電極１２１Ｇ用の部位に中継端子１６５を接合すれば良い。
【００７７】
また、回路パターン１６２には制御回路用端子１６４の一端が例えば半田付けや溶接により接合されており、制御回路用端子１６４の他端はトランスファモールドパッケージ１４４の外部に突出している。
【００７８】
ＩＣチップ１６３及び回路パターン１６２を覆って絶縁基板１６１上に例えばガラスエポキシ等の絶縁層１６９が配置されており、絶縁層１６９上には当該絶縁層１６９を介して上記絶縁基板１６１と対面するように絶縁基板１７１が配置されている。
【００７９】
絶縁基板１７１の主面（上記絶縁層１６９に接する主面とは反対側の主面）上には、制御回路１７０を構成する回路パターン１７２及び制御回路用ＩＣチップ１７３が上述の回路パターン１６２及びＩＣチップ１６３と同様に配置されており、回路パターン１７２は中継端子１７５を介してＩＧＢＴ１２２の制御電極１２２Ｇに接続されている。また、制御回路用端子１７４が上述の端子１６４と同様に配置されており、回路パターン１７２に接合されている。なお、絶縁層１６９の厚さ（第３方向Ｄ３の寸法）を調整することによって、ＩＧＢＴ１２２の制御電極１２２Ｇと回路パターン１７２との第３方向Ｄ３の位置を調整し、中継端子１７５による接続を確実にしている。
【００８０】
なお、制御回路１６０，１７０等もトランスファモールドパッケージ１４４内に収容されている。
【００８１】
このように、パワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２のみならず制御回路１６０，１７０を搭載した高機能タイプのパワー半導体装置（いわゆるＩＰＭ（Intelligent Power Module））５８においても既述の効果得られる。
【００８２】
特に、銀ロウによれば回路パターン１６２，１７２を薄く形成できる（例えば０．１ｍｍ以下）ので、制御回路１６０，１７０の組み立て時においてＩＣチップ１６３，１７３等の回路部品の位置ずれを低減することができる。これは以下の理由による。すなわち回路パターン１６２，１７２の厚さが厚い場合、換言すれば高さが高い場合、当該回路パターン１６２，１７２上に回路部品が少しずれて配置されただけでも、回路パターン１６２，１７２から落ちてしまい大きな位置ずれを起こしやすい。これに対して、銀ロウによる薄い回路パターン１６２，１７２によれば、そのような大きな位置ずれを起こしにくい。更に、薄い回路パターン１６２，１７２によれば半田ブリッジ等の製造不良も低減することができる。
【００８３】
また、薄い回路パターン１６２，１７２によれば微細にパターニングすることができるので（パターン幅は例えば０．１ｍｍ以下）、制御回路１６０，１７０の集積度を高めることができる。
【００８４】
次に、図１５に実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置５９を説明するための模式的な平面図を示す。パワー半導体装置５９は図１のブロック図に示すパワー半導体装置５０にあたり、３つのアーム及び各アーム用の制御回路１６０，１７０を含んでいる。
【００８５】
詳細には、パワー半導体装置５９は基本的には上述の図１２〜図１４に示したパワー半導体装置５８を３個含み、３個のパワー半導体装置５８の金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１（図１３参照）を一体化した構造を有している。すなわち、３個のパワー半導体装置５８で単一の金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を共有しており、従って第１端子部材１１０の素子配置部分１５２を共有している。
【００８６】
更に、パワー半導体装置５９は各パワー半導体装置５８毎に、つまり各アーム毎に例えば樹脂から成る絶縁部材１８１を有しており、当該絶縁部材１８１は複数の制御回路用端子１６４，１７４を互いには接しないように一纏めに保持している。より具体的には絶縁部材１８１と制御回路用端子１６４，１７４とで多端子型のコネクタ構造ないしはコネクタ１８０を構成している。図１６の断面図に示すように、絶縁部材１８１は第１端子部材１１０の素子配置部分１５２に例えば接着により固定され支持されている。
【００８７】
このとき、例えば、既に回路パターン１６２，１７２に接続された状態の端子１６４，１７４に対して液状又はペースト状の樹脂を塗布し、当該樹脂を硬化させることによって、絶縁部材１８１を形成することが可能である。或いは、端子１６４，１７４を有するコネクタ１８０として市販のコネクタを利用しても良い。なお、図１５の図示とは違えて、３つのパワー半導体装置５８に対して、つまり３つのアームに対して単一の絶縁部材１８１を設けても構わない。
【００８８】
上述のようにコネクタ１８０の絶縁部材１８１は第１端子部材１１０の素子配置部分１５２に固定されているので、端子１６４，１７４は第１端子部材１１０に対して固定される。これにより、絶縁部材１８１を設けない場合と比べて、振動や外力に対して強固な端子１６４，１７４を提供することができる。従って、端子１６４，１７４の折れ等の不具合を低減することができる。
【００８９】
なお、パワー半導体装置５８，５９と同様にして、既述のパワー半導体装置５１〜５６に制御回路１６０，１７０及びコネクタ１８０を設けることも可能である。
【００９０】
＜実施の形態４＞
図１７に実施の形態４に係る第１のパワー半導体装置６０の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。パワー半導体装置６０は基本的には、既述のパワー半導体装置５１（図３参照）と、ヒートシンク１９１，１９２と、を含んでいる。
【００９１】
詳細には、パワー半導体装置６０は、既述のパワー半導体装置５１を第１端子部材１１１が折り曲げられていない状態で含んでいる。すなわち、パワー半導体装置６０の第１端子部材１１１は平板状をしており、このとき第１端子部材１１１の第１主面１１１Ｓ（図４参照）は素子配置部分１１１ａと外部接続部分１１１ｂとで段差無く引き続いている。第１端子部材１１１の第２主面１１１Ｔも同様である。
【００９２】
そして、当該第１端子部材１１１の第１主面１１１Ｓ全体に接して、ヒートシンク１９１が配置されている。第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂには雄ネジ挿入穴１１１ｃが設けられており、当該雄ネジ挿入穴１１１ｃに挿入された雄ネジ（又はボルト）１１６ｃによって第１端子部材１１１がヒートシンク１９１に固定されている。なお、当該雄ネジ挿入穴１１１ｃ及び後述の雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃは雌ネジ加工されていなくても良いが、そのような加工がされている方が強固に固定可能である。雄ネジに加えて又は変えて、例えば半田付け、超音波接合、ロウ付け、溶接、接着剤等による接合を利用して、第１端子部材１１１をヒートシンク１９１に固定しても良い。
【００９３】
更に、第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ（図４参照）上にフィン状のヒートシンク１９２が例えば半田付け、超音波接合、ロウ付け、溶接、接着剤等によって接合されている。
【００９４】
図１７の図示例とは違えて、フィン状のヒートシンク１９２をブロック状のものに変えても良いし、又、ヒートシンク１９１をフィン形状を有するものに変えても良い。
【００９５】
ここで、パワー半導体装置６０ではヒートシンク１９１，１９２は導電性であるか否かを問わないが、例えば銅から成る導電性のヒートシンク１９１，１９２によれば当該ヒートシンク１９１，１９２を回路ないしは配線の一部として利用することができる（後述の実施の形態６を参照）。
【００９６】
そして、第２及び第３端子部材１１２，１１３の外部接続部分１１２ｂ，１１３ｂには雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃが設けられており、当該雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃに挿入された雄ネジ１１７ｃ，１１８ｃによって第２及び第３端子部材１１２，１１３は他の装置の端子５１２，５１３に接続されている。このとき、雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃに雌ネジを加工することにより、図１７に示すように別途のナットを用いずに固定可能である（雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃがナットの役割を果たす）。なお、従来のパワー半導体装置ではコネクタを利用して他の装置との接続を行っていた。
【００９７】
このように平板状の第１端子部材１１１によれば、第１主面１１１Ｓを全面的に利用して、Ｌ字型に折り曲げられた既述の第１端子部材１１１（図３参照）よりも大きなヒートシンク１９１を配置することができる。
【００９８】
かかる点に鑑みれば、パワー半導体装置６０を図１８の断面図に模式的に示す実施の形態４に係る第２のパワー半導体装置６１のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６１では第３端子部材１１３にも平板状部材を用いている。このとき、第３端子部材１１３の第２主面１１３Ｔ（図４参照）は素子配置部分１１３ａと外部接続部分１１３ｂとで段差無く引き続いており、同第１主面１１３Ｓも同様である。これにより、ヒートシンク１９２を素子配置部分１１３ａのみならず外部接続部分１１３ｂ上にも配置することができる。すなわち、図１７のパワー半導体装置６０よりも大きいヒートシンク１９２を用いることができる。
【００９９】
ところで、従来のパワー半導体装置ではヒートシンクを固定するための雄ネジ挿入穴はケース内に設けられていた。これに対して、パワー半導体装置６０，６１では第１端子部材１１１の雄ネジ挿入穴１１１ｃを利用してヒートシンク１９１を取り付ける。このため、パッケージ１４１を小型化でき、材料コストを削減することができる。
【０１００】
なお、実施の形態４に係る端子部材の形状およびヒートシンクの配置を、既述のパワー半導体装置５２等に応用することも可能である。
【０１０１】
＜実施の形態５＞
実施の形態２で述べたように、絶縁部分１４２ａ等によって例えば第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを外部から絶縁することにより、パワー半導体装置５４〜５７は設置場所の自由度が高くなる。実施の形態５ではかかる点に着目したパワー半導体装置を説明する。
【０１０２】
図１９に実施の形態５に係る第１のパワー半導体装置６２の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６２は基本的に、既述のパワー半導体装置５４（図８参照）を変形した構成を基体として含み、凹部１９３ａを有する導電性のヒートシンク１９３を更に含んでおり、上記基体が凹部１９３ａ内に挿入された構造を有している。
【０１０３】
詳細には、パワー半導体装置６２は図８のパワー半導体装置５４の第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂを図６のパワー半導体装置５２のように同じ側に配置した構成を基体として有している。なお、パワー半導体装置６２では、第２端子部材１１２は平板状をしており、第１及び第３端子部材１１１，１１３は互いに反対側に曲げられた略Ｌ字型をしている。なお、第２及び第３端子部材１１２，１１３は凹部１９３ａ外においてヒートシンク１９３に接しないように配置されている。
【０１０４】
パワー半導体装置６２のトランスファモールドパッケージ１４５は基本的に図８のトランスファモールドパッケージ１４２と同様であるが、絶縁部分１４２ａが第３端子部分１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ（図４参照）に接して設けられている。そして、第１端子部分１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）はトランスファモールドパッケージ１４５から露出している。
【０１０５】
上記基体は端子部材１１１，１１２，１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂを凹部１９３ａ外に突出させた状態でヒートシンク１９３の凹部１９３ａ内に挿入されており、当該基体は凹部１９３ａ内でヒートシンク１９３に接している。逆に言えば凹部１９３ａはそのような状態で基体を収容可能な大きさを有している。このとき、凹部１９３ａはＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の全体を収容可能な深さを有している。
【０１０６】
そして、トランスファモールドパッケージ１４５の絶縁部分１４２ａが凹部１９３ａ内においてヒートシンク１９３に接している。当該絶縁部分１４２ａは第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａを覆っているので、第３端子部材１１３は凹部１９３ａ内において導電性のヒートシンク１９３から絶縁される。
【０１０７】
また、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）は凹部１９３ａ内において露出しており、且つ、凹部１９３ａ内において導電性のヒートシンク１９３に接している。更に、第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂの第１主面１１１Ｓは凹部１９３ａ外でヒートシンク１９３に接している。より具体的には第１端子部材１１１は第１主面１１Ｓ全体がヒートシンク１９３に接するように略Ｌ字型に曲げられている。このとき、第１端子部材１１１はヒートシンク１９３に等電位に接続される。なお、第１端子部材１１１の雄ネジ挿入穴１１１ｃを利用して基体がヒートシンク１９３に固定されている。
【０１０８】
凹部１９３ａは底部に向かうに従って狭くなるテーパー状をしており、凹部１９３ａのテーパー形状に対応するように上記基体もテーパー形状に形成されている。具体的には、素子配置部分１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの先端（外部接続部分１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂから遠い側）に向かうほど基体の断面積が小さくなるようにトランスファモールドパッケージ１４５及び第１端子部材１１１の形状が設計されている。このようなテーパー形状によれば基体を凹部１９３ａ内に挿入しやすい。
【０１０９】
なお、パワー半導体装置６２ではダイオード１３１，１３２がヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底部側に配置され、ＩＧＢＴ１２１，１２２が凹部１９３ａの開口入り口側に配置されている。
【０１１０】
パワー半導体装置６２によれば、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はヒートシンク１９３に取り囲まれている。具体的には、既述の図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１では第１及び第３端子部材１１１，１１３上にのみそれぞれ別個のヒートシンク１９１，１９２が配置されているのに対して、パワー半導体装置６２ではＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の側面もヒートシンク１９３に対向している。このようにＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が対向する面が図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１よりも多いので、放熱性が向上する。このとき、パワー半導体装置６２によれば、図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１に比べて小型のヒートシンク１９３で同じ放熱特性を得ることができる。また、放熱性の向上により小型のパワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２が採用可能となるので、パワー半導体装置６２を小型化することができる。
【０１１１】
ところで、凹部１９３ａは例えばヒートシンク１９３を切削することにより容易に形成可能である。また、凹部１９３ａを有するヒートシンク１９３を例えば複数のヒートシンクを組み立てることによっても構成可能である。このとき、切削による凹部１９３ａの方がヒートシンク１９３のみならずパワー半導体装置６２の構造及び製造が簡単である。
【０１１２】
さて、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の配置位置は入れ替えても構わない。具体的には、図２０の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第２のパワー半導体装置６３のように、ＩＧＢＴ１２１，１２２をヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底部側に配置し、ダイオード１３１，１３２が凹部１９３ａの開口入り口側に配置しても構わない。
【０１１３】
このパワー半導体装置６３によれば、ＩＧＢＴ１２１，１２２はヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底面に対向するので、その分、ＩＧＢＴ１２１，１２２の方がダイオード１３１，１３２よりもヒートシンク１９３に対向する面積が広い。一般的にダイオード１３１，１３２よりもＩＧＢＴ１２１，１２２の方が発熱量が大きいので、パワー半導体装置６３全体として良好な放熱性が得られる。なお、ＩＧＢＴ１２１，１２２のいずれか一方のみを凹部１９３ａの底部側に配置しても（図７のパワー半導体装置５３参照）、かかる効果はある程度、得られる。
【０１１４】
また、パワー半導体装置６２を図２１の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第３のパワー半導体装置６４のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６４では、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔの双方ともがトランスファモールドパッケージ１４６で覆われており、第１及び第３端子部材１１１，１１３の素子配置部分１１１ａ，１１３ａは凹部１９３ａ内においてヒートシンク１９３に接しない。なお、パワー半導体装置６４のトランスファモールドパッケージ１４６にはテーパーが形成されている。
【０１１５】
かかるパワー半導体装置６４においてもＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はヒートシンク１９３に取り囲まれているので、上述のパワー半導体装置６２と同様に放熱性が向上し、又、ヒートシンク１９３を小型化できる。
【０１１６】
このとき、上述のパワー半導体装置６２，６３では第１端子部材１１１がヒートシンク１９３の凹部１９３ａ内において露出しているので、パワー半導体装置６２，６３の方が、第１端子部材１１１とヒートシンクとの間にモールド樹脂が存在するパワー半導体装置６４に比べて、放熱性が高い。なお、第３端子部材１１３を露出させる場合についても同様である。
【０１１７】
また、パワー半導体装置６２を図２２の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第４のパワー半導体装置６５のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６５の導電性のヒートシンク１９４は上記凹部１９３ａよりも開口が大きい凹部１９４ａを有しており、パワー半導体装置６５は当該凹部１９４ａと基体との間の隙間に板バネ２０１を含んでいる。なお、凹部１９４ａは既述の凹部１９３ａよりも開口が広いので、図２２では凹部１９４ａ及び基体がテーパー形状を有さない場合を例示している。
【０１１８】
当該板バネ２０１は凹部１９４ａ内において第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａとヒートシンク１９４（の凹部１９４ａの側面）とに接しており、板バネ２０１の弾性は基体を、より具体的は第３端子部材１１３上のトランスファモールドパッケージ１４７をヒートシンク１９４に押しつけるように働いている。これにより、基体をヒートシンク１９４に対して固定することができる。板バネ２０１は凹部１９４ａ内の隙間に単に挿入するだけでも構わないし、例えば半田付けや溶接によって第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）に接合しても構わない。予め第１端子部材１１１に接合しておけばパワー半導体装置６５の製造工程において基体を容易に凹部１９４ａ内へ挿入できる。
【０１１９】
このとき、金属等の導電性部材から成る板バネ２０１を用いることにより、第１端子部材１１１を板バネ２０１を介してヒートシンク１９４に等電位に接触させることができる。これに対して、第１端子部材１１１が凹部１９４ａ外でヒートシンク１９４に接している場合、絶縁性の板バネ２０１を用いても構わない。
【０１２０】
いずれの場合であっても空気よりも熱伝導率が高い材質（例えば金属）で板バネ２０１を構成することにより、板バネ２０１が無い場合に比べて、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の発熱をヒートシンク１９４へ効率良く伝達することができ、その結果、放熱性を向上させることができる。
【０１２１】
このとき、板バネ２０１を第３端子部材１１３側に設けても上述の固定作用及び放熱性改善効果は得られる。このため、図２１のパワー半導体装置６４のように第１及び第３端子部材１１１，１１３の双方ともトランスファモールドパッケージ１４６で覆われている基体に板バネ２０１を適用しても同様に効果が得られる。
【０１２２】
板バネ２０１に変えて例えばワッシャーバネ等の各種弾性体が適用可能であることは言うまでもない。
【０１２３】
なお、パワー半導体装置６４，６５においてＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を図２０のパワー半導体装置６３のように配置転換しても構わない。
【０１２４】
また、既述の図９の絶縁フィルム１４３ａや図１０の絶縁基板１５１によって第１及び／又は第３端子部材１１１，１１３をヒートシンク１９４から絶縁しても良い。また、図１２及び図１５のパワー半導体装置５８，５９のようにパワー半導体装置６２〜６５に制御回路１６０，１７０を搭載することも可能である。
【０１２５】
＜実施の形態６＞
図２３に実施の形態６に係る第１のパワー半導体装置６６の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６６は基本的には図１８のパワー半導体装置６１と平滑コンデンサ２１１とを組み合わせた構成を有している。
【０１２６】
詳細には、パワー半導体装置６６では、第１及び第３端子部材１１１，１１３は平板状部材から成り、双方の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂが第３方向Ｄ３において対面するように両端子部材１１１，１１３が配置されている。そして、平滑コンデンサ２１１は第１及び第３端子部材１１１，１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂ間に挟まれており、平滑コンデンサ２１１の第１電極２１１Ｅが第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂの第２主面１１１Ｔに接触すると共に平滑コンデンサ２１１の第２電極２１１Ｆが第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの第１主面１１３Ｓに接触している。これにより、平滑コンデンサ２１１は第１及び第３端子部材１１１，１１３に電気的に接続される。なお、平滑コンデンサ２１１の第１及び第２電極２１１Ｅ，２１１Ｆはコンデンサ本体を介して対向して設けられている。
【０１２７】
平滑コンデンサ２１１は、例えば第１及び第２電極２１１Ｅ，２１１Ｆを上記第２及び第１主面１１１Ｔ，１１３Ｓに半田付けすることによって、或いは、例えば雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃを利用することによって、第１及び第３端子部材１１１，１１３に固定される。
【０１２８】
なお、例えば第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの長さを第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂよりも短くして雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃの位置をずらすことにより、ヒートシンク１９１及び平滑コンデンサ２１１へのネジ止め作業を同じ方向から連続的に実施可能であり、生産性が向上する。また、雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃの形成方向が鉛直方向になるように第１及び第３端子部材１１１，１１３を配置してネジ止め作業をすることにより、当該作業時にネジ１１６ｃ，１１８ｃ、平滑コンデンサ２１１及びヒートシンク１９１，１９２等を同時に支持しなくて済むので、生産性が向上する。これらの生産性向上効果は図１８のパワー半導体装置６１についても同様である。
【０１２９】
パワー半導体装置６６のその他の構成は既述のパワー半導体装置５１，６１と同様である。
【０１３０】
パワー半導体装置６６によれば、ワイヤを用いずに平滑コンデンサ２１１を第１及び第３端子部材１１１，１１３間に回路的に設けることができる。従って、平滑コンデンサ２１１の取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題（従来のワイヤ１５４Ｐによる接続に起因した問題と同様に生じうる）を解消することができる。更に、平滑コンデンサ２１１は第１端子部材１１１と第３端子部材１１３とに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【０１３１】
次に、図２４に実施の形態６に係る第２のパワー半導体装置６７の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６７は基本的に既述の図１９のパワー半導体装置６２に平滑コンデンサ２１１を加えた構成を有している。
【０１３２】
具体的には、パワー半導体装置６７において第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂは第２主面１１３Ｔがヒートシンク１９３に対面するように設けられている。ヒートシンク１９３は導電性を有し、ヒートシンク１９３と第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂとの間に平滑コンデンサ２１１が配置されている。ここでは、平滑コンデンサ２１１の第１電極２１１Ｅがヒートシンク１９３に接しており、第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの第２主面１１３Ｔに平滑コンデンサ２１１の第２電極２１１Ｆが接している。なお、平滑コンデンサ２１１は例えば半田やネジによって固定される。これにより、平滑コンデンサ２１１はヒートシンク１９３及び第３端子部材１１３に電気的に接続される。
【０１３３】
パワー半導体装置６７によっても上述のパワー半導体装置６６と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、第１及び第３端子部材１１１，１１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂが対面していれば、或いは、第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂと導電性のヒートシンク１９３，１９４とが対面していれば、平滑コンデンサ２１１を設けることは可能である。すなわち、既述のパワー半導体装置５１，５３〜５９，６３〜６５にも平滑コンデンサ２１１を接続することができる。また、図６のパワー半導体装置５２であっても第２端子部材１１２の外部接続部分１１２ｂを長さを短くしたり平面パターンを工夫することにより、第１及び第３端子部材１１１，１１３間に平滑コンデンサ２１１を接続可能である。
【０１３５】
＜実施の形態１乃至６に共通の変形例１＞
実施の形態１乃至６ではパワー半導体装置５１〜６７がトランスファモールドパッケージを含む場合を説明したが、予め成型されたケースタイプのパッケージを用いることも可能であり、同様の効果を奏する。本変形例では一例としてパワー半導体装置５１（図２及び図３参照）のトランスファモールドパッケージ１４１をケースタイプパッケージ構造に変えて成るパワー半導体装置６８を説明する。パワー半導体装置６８の基本構造を説明するための模式的な断面図を図２５に示す。
【０１３６】
パワー半導体装置６８のケースタイプパッケージを成すケース１４８はＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を収容可能な大きさの開口を有した枠体であり、樹脂等の絶縁材料から成る。パワー半導体装置６８では第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａが枠体の一方の開口に蓋をするように配置されており、第１端子部材１１１は絶縁ケース１４８にインサート成型されている。また、第２及び第３端子部材１１２，１１３は絶縁ケース１４８に例えばネジで取り付けられている。
【０１３７】
そして、絶縁ケース１４８内には例えばエポキシ系樹脂やシリコンゲル等の絶縁充填材１４９が充填されており、これにより絶縁ケース１４８内に収容されたＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が封止される。なお、シリコーンゲルでＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を覆い、当該シリコーンゲル上にエポキシ系樹脂を充填しても良く、かかる場合にはシリコーンゲル及びエポキシ系樹脂から成る２層が絶縁充填材１４９にあたる。このとき、絶縁ケース１４８によって、又は、絶縁ケース１４８及び絶縁充填材１４９によって、ケースタイプパッケージが構成される。なお、絶縁充填材１４９は第３部分１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ上に配置されており、当該素子配置部分１１３ａを介してＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２に対向する絶縁部分を成す。
【０１３８】
＜実施の形態１乃至６に共通の変形例２＞
さて、パワー半導体装置５１〜６８が２つの第１パワー半導体素子１２１，１３１及び２つの第２パワー半導体素子１２２，１３２を含む場合を説明したが、例えば第１及び第２パワー半導体素子としてそれぞれダイオードを用いればパワー半導体装置としていわゆるダイオードモジュールを得られる。同様に第１及び第２パワー半導体素子としてそれぞれ３つ以上の素子を用いても良い。
【０１３９】
なお、パワー半導体装置５１〜６８は例えば図１に示すパワー半導体装置５０のようにモータ制御に適用可能であるし、あるいはエアコン等のインバータや、ＮＣ制御等に用いられるパワーモジュールに適用可能である。
【０１４０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、端子部材とパワー半導体素子とは交互に積み重ねられ接合されており、しかも端子部材の外部接続部分はパッケージ外に引き出されているので、ワイヤによる接続を有さないパワー半導体装置を提供することができる。従って、当該パワー半導体装置によればワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、ワイヤの本数（電流定格に合わせて決められる）が多くなるほど製造時間が長くなるのに対して、当該パワー半導体装置では電流定格に関わりなく端子部材とパワー半導体素子とが接合されて成るので、生産性に優れる。更に、上述のように端子部材及びパワー半導体素子が積み重ねられていることによっても小型化が図られる。更に、第１パワー半導体素子と第２パワー半導体素子とは同じ構造を有しているので、従って異なる構造のパワー半導体素子を準備する必要がないので、コストを削減することができる。また、第１及び第２パワー半導体素子はヒートシンクに取り囲まれるので、第１及び第３端子部材上にのみそれぞれ別個のヒートシンクを配置する構成に比べて、放熱性を向上させることができる。このとき、第１及び第３端子部材上にのみそれぞれ別個のヒートシンクを配置する上述の構成に比べて小型のヒートシンクで同じ放熱特性を得ることができる。また、放熱性の向上により小型のパワー半導体素子が採用可能となるので、小型なパワー半導体装置を提供することができる。しかも、例えばヒートシンクを切削して凹部を形成することにより、複数のヒートシンクを組み立てて第１及び第２パワー半導体素子を取り囲む場合に比べて、ヒートシンク及びパワー半導体装置の構造及び製造が簡単である。
【０１４２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る効果を奏するインバータ装置又はそれのアームを提供することができる。
【０１４３】
請求項３に係る発明によれば、パッケージから露出している主面が在るので、高い放熱性が得られる。なお、このとき、当該露出主面上に例えばヒートシンクを配置することによって更に放熱性を向上することができる。高い放熱性によれば小型のパワー半導体素子が採用可能となるので、結果的に小型なパワー半導体装置を提供することができる。また、当該露出主面に例えば回路部品等を接続（接合）することによって小型化、高集積化及び高機能化を図ることができる。
【０１４４】
請求項４に係る発明によれば、第１端子部材の第１主面及び／又は第３端子部材の第２主面を全面的に利用して、例えば折り曲げられて段差が在る場合よりも大きなヒートシンクを配置することが可能になる。
【０１４５】
請求項５に係る発明によれば、第１及び／又は第３端子部材の素子配置部分を外部から絶縁することができるので、設置場所の自由度が増す。
【０１４６】
請求項６に係る発明によれば、第１及び第２スイッチングパワー半導体素子が第２端子部材を介して対向する面積を減らせるので或いは第２端子部材を介して積み重ならないようにできるので、両スイッチングパワー半導体素子間の熱干渉を減少させることができる或いは無くすことができる。これにより、両スイッチングパワー半導体素子の発熱、従ってパワー半導体装置の発熱を抑えることができる。
【０１４７】
請求項７に係る発明によれば、パワー半導体素子及び制御回路を搭載した高機能タイプのパワー半導体装置において請求項１乃至請求項７の効果が得られる。更に、銀ロウによれば回路パターンを薄く形成できるので、制御回路の組み立て時における回路部品の位置ずれや半田ブリッジ等の製造不良を低減することができる。また、薄い回路パターンによれば当該回路パターン（の幅）を微細化できるので、集積度度の高い制御回路を形成することができる。
【０１４８】
請求項８に係る発明によれば、コネクタの端子は第１又は第３端子部材に対して固定されるので、振動や外力に強いコネクタ端子を提供することができ、コネクタ端子に起因する不具合を低減することができる。
【０１４９】
請求項９に係る発明によれば、雄ネジ挿入穴をヒートシンクの取り付けに利用することによって、ヒートシンクを固定するための雄ネジ挿入穴がパッケージ内に設けられている従来のパワー半導体装置に比較して、パッケージを小型化でき、材料コストを削減することができる。また、雄ネジ挿入穴を利用することにより端子部材と他の装置の端子とをネジで固定することができる（従来のパワー半導体装置ではコネクタを利用していた）。
【０１５１】
請求項１０に係る発明によれば、ヒートシンクの凹部内において第１及び第３端子部材の双方がパッケージから露出していない場合に比べて、放熱性を高めることができる。
【０１５２】
請求項１１に係る発明によれば、スイッチングパワー半導体素子はヒートシンクの凹部の底面に対向するので、その分、スイッチングパワー半導体素子の方がフライホールダイオードよりもヒートシンクに対向する面積が広くなる。一般的にフリーホイールダイオードよりもスイッチングパワー半導体素子の方が発熱量が大きいので、パワー半導体装置全体として良好な放熱性が得られる。
【０１５３】
請求項１２に係る発明によれば、弾性体が基体をヒートシンクに押しつけるように作用することにより、当該基体を固定することができる。更に、基体と凹部側面との間に弾性体が無く隙間（空気）が在る場合に比べて放熱性を高めることができる。
【０１５４】
請求項１３に係る発明によれば、平滑コンデンサは第３又は第１端子部材の外部接続部分と導電性のヒートシンクとに挟まれて電気的に接続されているので、ワイヤを用いずに平滑コンデンサを取り付けることができる。従って、平滑コンデンサの取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、平滑コンデンサは第３又は第１端子部材とヒートシンクとに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【０１５５】
請求項１４に係る発明によれば、平滑コンデンサは第１端子の外部接続部分と第３端子部材の外部接続部分とに挟まれて電気的に接続されているので、ワイヤを用いずに平滑コンデンサを取り付けることができる。従って、平滑コンデンサの取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、平滑コンデンサは第１端子部材と第３端子部材とに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るパワー半導体装置を説明するためのブロック図である。
【図２】 実施の形態１に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図３】 図２中の３−３線における模式的な断面図である。
【図４】 図３中の破線で囲んだ部分４の拡大図である。
【図５】 実施の形態１に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図６】 図５中の６−６線における模式的な断面図である。
【図７】 実施の形態１に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図８】 実施の形態２に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図９】 実施の形態２に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１０】 実施の形態２に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１１】 実施の形態２に係る第４のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１２】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図１３】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を図１２中の矢印１３の方向から見た模式的な断面図である。
【図１４】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を図１２中の矢印１４の方向から見た模式的な断面図である。
【図１５】 実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図１６】 実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１７】 実施の形態４に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１８】 実施の形態４に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１９】 実施の形態５に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２０】 実施の形態５に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２１】 実施の形態５に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２２】 実施の形態５に係る第４のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２３】 実施の形態６に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２４】 実施の形態６に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２５】 実施の形態１乃至６の共通の変形例１に係るパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２６】 従来のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図２７】 従来のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
５０〜６８ パワー半導体装置、１１０ 第１端子部材、１１１，１１２，１１３ 第１，第２，第３端子部材、１１１Ｓ，１１２Ｓ，１１３Ｓ 第１主面、１１１Ｔ，１１２Ｔ，１１３Ｔ 第２主面、１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ 素子配置部分、１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ 外部接続部分、１１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃ 雄ネジ挿入穴、１２１ 第１スイッチングパワー半導体素子（第１パワー半導体素子）、１２２ 第２スイッチングパワー半導体素子（第２パワー半導体素子）、１３１ 第１フリーホイールダイオード（第１パワー半導体素子）、１３２ 第２フリーホイールダイオード（第２パワー半導体素子）、１２１Ｅ，１２２Ｅ，１３１Ｅ，１３２Ｅ 第１主電極、１２１Ｆ，１２２Ｆ，１３１Ｆ，１３２Ｆ 第２主電極、１２１Ｇ，１２２Ｇ 制御電極、１２１Ｓ，１２２Ｓ，１３１Ｓ，１３２Ｓ 第１主面、１２１Ｔ，１２２Ｔ，１３１Ｔ，１３２Ｔ 第２主面、１４１，１４２，１４４〜１４７ トランスファモールドパッケージ、１４２ａ 絶縁部分、１４３ パッケージ、１４３ａ 絶縁フィルム（絶縁部分）、１４８ 絶縁ケース、１４９ 絶縁縁充填材、１５１ 絶縁基板（絶縁部分）、１５２ 金属層（素子配置部分）、１６０，１７０ 制御回路、１６２，１７２ 回路パターン、１６３，１７３ 制御回路用ＩＣチップ（回路部品）、１８０ コネクタ、１８１ 絶縁部材、１９１〜１９４ ヒートシンク、１９３ａ，１９４ａ 凹部、２０１ 板バネ（弾性体）、２１１ 平滑コンデンサ、２１１Ｅ 第１電極、２１１Ｆ 第２電極。
【発明の属する技術分野】
本発明はパワー半導体装置に関し、具体的にはワイヤによる接続を無くしてこれに起因する問題を解消するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、パワー半導体装置には小型軽量化、低価格化、高品質化が求められている。一般的には高品質を得るためには価格が高くなってしまうが、価格を下げつつも高い品質を確保することが望まれている。
【０００３】
図２６及び図２７に従来のパワー半導体装置５１Ｐを説明するための模式的な平面図及び断面図をそれぞれ示す。ここでは従来の半導体装置５１Ｐとして３相インバータの１相分の構成（いわゆるアーム）を例に挙げる。また、説明のため、図２６及び図２７にはケース本体（樹脂部分）の図示を省略している。
【０００４】
従来のパワー半導体装置５１Ｐにおいて、例えばセラミックから成る放熱用絶縁基板１５１Ｐの両主面上に銅やアルミニウム等の金属層１５２Ｐ，１５３Ｐが配置されている。なお、絶縁基板１５１Ｐは例えば銅やアルミニウムから成る金属製放熱板（図示せず）上に半田によって接着される。
【０００５】
そして、各金属層１５２Ｐ上にＩＧＢＴ１２１Ｐ，１２２Ｐ及びフリーホイールダイオード１３１Ｐ，１３２Ｐが配置されており（従って４つのパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐが同一平面上に配置されている）、金属層１５２Ｐと電気的に接触している。対を成すパワー半導体素子１２１Ｐ，１３１Ｐ及び同パワー半導体素子１２２Ｐ，１３２Ｐはアルミニウムや金のワイヤ１５４Ｐによって互いに接続されている。更に、パワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐはワイヤ１５４Ｐによって金属層１５２Ｐ、端子１５５Ｐ，１５５ＰＰに接続されている。また、金属層１５２Ｐと端子１５５ＮＰとの間もワイヤ１５４Ｐによって接続されている。なお、端子１５５ＮＰ，１５５ＰＰは低電位（電源グランド電位）及び高電位にそれぞれ接続される。
【０００６】
そして、ケース（図示せず）がパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐを収容するように配置されており、ケース内にはエポキシ系樹脂が充填されている。この際、シリコーンゲルでパワー半導体素子１２１Ｐ，１２２Ｐ，１３１Ｐ，１３２Ｐが封止され、当該シリコーンゲル上にエポキシ系樹脂が充填される場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワー半導体装置５１Ｐはワイヤ１５４Ｐに起因して次のような問題を有している。
【０００８】
まず、ワイヤ１５４Ｐの切断等による断線という問題がある。例えば自動車、バイク、列車等に従来のパワー半導体装置５１Ｐを用いると、振動によってワイヤのネック部にクラックが生じ、断線してしまう場合がある。
【０００９】
さらに、ワイヤ１５４Ｐの接続箇所を確保する必要性から、パワー半導体装置５１Ｐが大きくなってしまう。
【００１０】
また、ワイヤ１５４Ｐでの電圧降下は電力損失を引き起こす。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ワイヤによる接続を有さないパワー半導体装置を提供することを主たる目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のパワー半導体装置は、互いに対向する第１及び第２主面を有する素子配置部分をそれぞれ有する第１乃至第３端子部材と、互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第１パワー半導体素子と、互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第２パワー半導体素子と、前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子を収容するパッケージと、を備えた基体と、前記基体を収容する凹部を有するヒートシンクとを備え、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子と同じ構造を有しており、前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合され、前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合されており、前記第１乃至第３端子部材は、前記パッケージ外に引き出された外部接続部分をそれぞれ更に有し、前記凹部内に前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子が配置されるように、前記基体が前記凹部内に挿入されている。
【００１４】
請求項２に記載のパワー半導体装置は、請求項１に記載のパワー半導体装置であって、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は、前記第１及び第２主電極を有する第１スイッチングパワー半導体素子と、前記第１スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第１フリーホイールダイオードと、を含み、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子は、前記第１及び第２主電極を有する第２スイッチングパワー半導体素子と、前記第２スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第２フリーホイールダイオードと、を含む。
【００１５】
請求項３に記載のパワー半導体装置は、請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面と前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面との少なくとも一方の主面は、前記パッケージから露出している。
【００１６】
請求項４に記載のパワー半導体装置は、請求項３に記載のパワー半導体装置であって、前記少なくとも一方の主面は前記外部接続部分に段差無く引き続いている。
【００１７】
請求項５に記載のパワー半導体装置は、請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材を介して前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子に対向するように、及び／又は、前記第３端子部材を介して前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子に対向するように、配置された絶縁部分を更に備える。
【００１８】
請求項６に記載のパワー半導体装置は、請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第２フリーホイールダイオードに対向し、前記第２スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第１フリーホイールダイオードに対向する。
【００１９】
請求項７に記載のパワー半導体装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、前記第１又は第３端子部材の前記素子配置部分の上方に配置された、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子用及び前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子用の制御回路を、更に備え、前記制御回路はそれぞれ、銀ロウから成る回路パターンと、前記回路パターンに接合された回路部品と、を含む。
【００２０】
請求項８に記載のパワー半導体装置は、請求項７に記載のパワー半導体装置であって、前記制御回路に接続された端子を有しており、前記第１又は第３端子部材に固定されたコネクタを更に備える。
【００２１】
請求項９に記載のパワー半導体装置は、請求項３に記載のパワー半導体装置であって、前記第１乃至第３端子部材の少なくとも１つの端子部材は前記外部接続部分に雄ネジ挿入穴を更に有する。
【００２３】
請求項１０に記載のパワー半導体装置は、請求項１に記載のパワー半導体装置であって、前記第１又は第３端子部材のいずれかは前記凹部内において前記パッケージから露出している。
【００２４】
請求項１１に記載のパワー半導体装置は、請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１及び／又は第２スイッチングパワー半導体素子は前記凹部内において前記第１及び／又は第２フリーホイールダイオードよりも底側に配置されている。
【００２５】
請求項１２に記載のパワー半導体装置は、請求項１記載のパワー半導体装置であって、前記基体と前記凹部の側面との間にこれらに接して配置されており、空気よりも高い熱伝導率を有する弾性体を、更に備える。
【００２６】
請求項１３に記載のパワー半導体装置は、請求項１記載のパワー半導体装置であって、前記ヒートシンクは導電性を有し、前記第１又は第３端子部材は前記ヒートシンクに等電位に接続されている一方で、前記第３又は第１端子部材は前記ヒートシンクに接しておらず、前記パワー半導体装置は、前記第３又は第１端子部材の前記外部接続部分と前記ヒートシンクとに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える。
【００２７】
請求項１４に記載のパワー半導体装置は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、前記第１端子部材の前記外部接続部分と前記第３端子部材の前記外部接続部分とに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える。
【００２８】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
まず、図１に本発明に係るパワー半導体装置５０を説明するためのブロック図を示す。図１に示すようにパワー半導体装置５０はパワー素子部５０Ａと制御部５０Ｂとに大別される。
【００２９】
ここではパワー素子部５０Ａとして３相（３アーム）インバータを例示している。インバータの１相分の構成、すなわち１つのアームは高電位側アーム（上アームとも呼ばれる）と低電位側アーム（下アームとも呼ばれる）とが直列接続されて成る。
【００３０】
低電位側アームはそれぞれ第１パワー半導体素子としての第１スイッチングパワー半導体素子１２１及び第１フリーホイールダイオード（以下、単に「（第１）ダイオード」とも呼ぶ）１３１を含む。なお、第１スイッチングパワー半導体素子１２１としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を一例に挙げる。ダイオード１３１はＩＧＢＴ１２１に対して順電流が還流する向きに並列に接続されている、すなわち逆並列に接続されている。具体的にはＩＧＢＴ１２１のエミッタ及びコレクタはダイオード１３１のアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
【００３１】
高電位側アームはそれぞれ第２パワー半導体素子としての第２スイッチングパワー半導体素子１２２及び第２フリーホイールダイオード（以下、単に「（第２）ダイオード」とも呼ぶ）１３２を含む。なお、第２スイッチングパワー半導体素子１２２としてＩＧＢＴを一例に挙げる。低電位側アームと同様に、ＩＧＢＴ１２２とダイオード１３２とは逆並列に接続されている。
【００３２】
高電位側アームと低電位側アームとの接続点が出力端子にあたる。なお、高電位側アームのＩＧＢＴ１２２のコレクタは高電位Ｐに接続され、低電位側アームのＩＧＢＴ１２１のエミッタは低電位Ｎ（ここでは電源グランド電位ＧＮＤ）に接続される。
【００３３】
制御部５０Ｂは、ＩＧＢＴ１２１のゲートに接続された低電位側用の制御回路１６０と、ＩＧＢＴ１２２のゲートに接続された高電位側用の制御回路１７０と、を含んでいる。なお、図面の煩雑化をさけるため、図１には１つのアーム分の制御回路１６０，１７０のみを図示している。制御回路１６０，１７０はＩＧＢＴ１２１，１２２を所定タイミングでオン／オフ制御し駆動する。なお、制御回路１６０は低電位側アームの保護回路を含む場合もあり、制御回路１７０についても同様である。なお、パワー半導体装置５０は外部の駆動電源及び制御・通信回路と接続される。
【００３４】
次に、図２に本発明の実施の形態１に係る第１のパワー半導体装置５１の基本構造を説明するための模式的な平面図（レイアウト図）を示す。なお、図２では一部の要素を透視して図示しており、後述の平面図においても同様に図示する。更に、図２中の３−３線における模式的な断面図を図３に示し、図３中の破線で囲んだ部分４の拡大図を図４に示す。なお、パワー半導体装置５１は図１のパワー半導体装置５０の１つのアームにあたる。
【００３５】
図２乃至図４に示すように、パワー半導体装置５１は、第１乃至第３端子部材１１１，１１２，１１３と、第１及び第２ＩＧＢＴ１２１，１２２と、第１及び第２ダイオード１３１，１３２と、トランスファモールドパッケージ１４１と、を含んでいる。
【００３６】
詳細には、第１端子部材１１１は、互いに対向する第１及び第２主面１１１Ｓ，１１１Ｔを有する例えば銅やアルミニウム等の導電性板材（厚さは例えば０．３〜０．５ｍｍ程度）を側面視上（又は断面視上）略Ｌ字型に折り曲げた形状をしており、折り曲げ部分（換言すれば稜線）を介して２つの部分１１１ａ，１１１ｂに大別される。ここでは、説明の便宜上、端子部材１１１の稜線に沿って第１方向Ｄ１を取り、当該稜線から上記部分１１１ａ，１１１ｂが延在する方向にそれぞれ第２及び第３方向Ｄ２，Ｄ３を取る。
【００３７】
同様に、第２端子部材１１２も略Ｌ字型に折り曲げられた導電性板材から成り、上記主面１１１Ｓ，１１１Ｔに相当する第１及び第２主面１１２Ｓ，１１２Ｔと、上記２つの部分１１１ａ，１１１ｂに相当する２つの部分１１２ａ，１１２ｂとを有している。また、第３端子部材１１３も略Ｌ字型に折り曲げられた導電性板材から成り、上記主面１１１Ｓ，１１１Ｔに相当する第１及び第２主面１１３Ｓ，１１３Ｔと、上記２つの部分１１１ａ，１１１ｂに相当する２つの部分１１３ａ，１１３ｂとを有している。
【００３８】
第１ＩＧＢＴ１２１の半導体チップは、互いに対向する第１及び第２主面１２１Ｓ，１２１Ｔを有しており、当該主面１２１Ｓ，１２１Ｔ上に第１及び第２主電極１２１Ｅ，１２１Ｆがそれぞれ設けられている。同様に、第２ＩＧＢＴ１２２の半導体チップも、互いに対向する第１及び第２主面１２２Ｓ，１２２Ｔを有しており、当該主面１２２Ｓ，１２２Ｔ上に第１及び第２主電極１２２Ｅ，１２２Ｆがそれぞれ設けられている。
【００３９】
また、第１ダイオード１３１の半導体チップは、互いに対向する第１及び第２主面１３１Ｓ，１３１Ｔを有しており、当該主面１３１Ｓ，１３１Ｔ上に第１及び第２主電極１３１Ｅ，１３１Ｆがそれぞれ設けられている。同様に、第２ダイオード１３２の半導体チップも、互いに対向する第１及び第２主面１３２Ｓ，１３２Ｔを有しており、当該主面１３２Ｓ，１３２Ｔ上に第１及び第２主電極１３２Ｅ，１３２Ｆがそれぞれ設けられている。
【００４０】
第１ＩＧＢＴ１２１及び第１ダイオード１３１の第１主電極１２１Ｅ，１３１Ｅは共に第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａの第２主面１１１Ｔに例えば半田で接合されている。このとき、ＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１は第２方向Ｄ２に並べられており、ＩＧＢＴ１２１が上記稜線側に配置されている。
【００４１】
そして、第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａの第１主面１１２ＳがＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１を介して第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａに対面するように配置されており、当該主面１１２ＳはＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１の第２主電極１２１Ｆ，１３１Ｆに接合している。なお、パワー半導体装置５１では、端子部材１１２の他方の部分１１２ｂはダイオード１３１側に配置されている。すなわち、端子部材１１１，１１２の他方の部分１１１ｂ，１１２ｂはＩＧＢＴ１２１及び第１ダイオード１３１の平面視においてＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１を介して互いに対向するように配置されている。
【００４２】
第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａの第２主面１１１Ｔには第２ＩＧＢＴ１２２及び第２ダイオード１３２の第１主電極１２２Ｅ，１３２Ｅが接合されている。なお、パワー半導体装置５１では、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２が第３方向Ｄ３に積み重ねられ、２つのダイオード１３１，１３２が第３方向Ｄ３に積み重ねられている。すなわち、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２は端子部材１１２の部分１１２ａを介して対向しており、２つのダイオード１３１，１３２は同部分１１２ａを介して対向している。その一方で、第１ＩＧＢＴ１２１は端子部材１１２の部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ダイオード１３２には対向しておらず、同様に第２ＩＧＢＴ１２２は第３方向Ｄ３において第１ダイオード１３１には対向していない。
【００４３】
更に、第３端子部材１１３の一方の部分１１３ａの第１主面１１３ＳがＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２を介して第２端子部材１１２の一方の部分１１２ａに対面するように配置されており、当該主面１１３ＳはＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２の第２主電極１２２Ｆ，１３２Ｆに接合している。パワー半導体装置５１では、端子部材１１３の他方の部分１１３ｂは、端子部材１１１の部分１１１ｂと同様に、ＩＧＢＴ１２１，１２２側に配置されている。
【００４４】
なお、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の素子配置部分１１１ａ〜１１３ａは必要に応じて主電極１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２２Ｅ，１２２Ｆ，１３１Ｅ，１３１Ｆ，１３２Ｅ，１３２Ｆ及び後述の制御電極１２１Ｇ，１２２Ｇ（図１３参照）の平面パターンに対応させてパターニングされている。
【００４５】
そして、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はトランスファモールドパッケージ１４１によって封止され、当該パッケージ１４１内に収容されている。このとき、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の一方の部分１１１ａ〜１１３ａの側面及び先端面はトランスファモールドパッケージ１４１で覆われるように、トランスファモールドパッケージ１４１が形成されている。更に、パワー半導体装置５１では、第１端子部材１１１の一方の部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の一方の部分１１３ａの第２主面１１３Ｔが露出するように、トランスファモールドパッケージ１４１が形成されている。他方、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂの少なくとも先端側部分（折り曲げ部分から遠い側の部分）は当該パッケージ１４１の外部に配置されている（引き出されている）。なお、パワー半導体装置５１では３つの他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂは第３方向Ｄ３において同じ側へ向けて突出している。なお、他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂは外部の他の装置等に接続される。
【００４６】
このような構造に鑑みて、第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の一方の部分１１１ａ〜１１３ａを「素子配置部分１１１ａ〜１１３ａ」と呼び、同他方の部分１１１ｂ〜１１３ｂを「外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂ」と呼ぶことにする。
【００４７】
ここで、図１のブロック図に示すようにＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１で以て低電位側アームを構成する場合、第１端子部材１１１が低電位Ｎに接続され、第３端子部材１１３が高電位Ｐに接続され、第２端子部材１１２が出力端子にあたる。更にこのとき、ＩＧＢＴ１２１，１２２の第１主電極１２１Ｅ，１２２Ｅ及び第２主電極１２１Ｆ，１２２Ｆがエミッタ及びコレクタにそれぞれにあたり、ダイオード１３１，１３２の第１主電極１３１Ｅ，１３２Ｅ及び第２主電極１３１Ｆ，１３２Ｆがアノード及びカソードにそれぞれにあたる。
【００４８】
これに対してパワー半導体装置５１によればＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１で以て高電位側アームを構成することも可能であり、そのような場合、ＩＧＢＴ１２１，１２２の第１主電極１２１Ｅ，１２２Ｅ及び第２主電極１２１Ｆ，１２２Ｆがコレクタ及びエミッタにそれぞれにあたり、ダイオード１３１，１３２の第１主電極１３１Ｅ，１３２Ｅ及び第２主電極１３１Ｆ，１３２Ｆがカソード及びアノードにそれぞれにあたる。そして、第１端子部材１１１が高電位Ｐに接続され、第３端子部材１１３が低電位Ｎに接続される。
【００４９】
なお、ＩＧＢＴ１２１，１２２のゲートないしは制御電極については後述の図１３で説明する。
【００５０】
パワー半導体装置５１によれば、端子部材１１１〜１１３とパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２）とが交互に積み重ねられ接合されていると共に、端子部材１１１〜１１３の外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂはパッケージ１４１外に引き出されている。このため、パワー半導体装置５１はワイヤ１５４Ｐ（図２６及び図２７参照）による接続を有さない。従って、パワー半導体装置５１によればワイヤ１５４Ｐによる接続に起因した問題を解消することができる。
【００５１】
例えば、たとえ振動が加わってもワイヤの切断等による断線が発生しないので、製品寿命を延ばすことができる。また、ワイヤの接続箇所を確保する必要性が無いので、パワー半導体装置５１を小型化できる。また、端子部材１１１〜１１３によれば、パワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２との接触面積（すなわち電流経路の断面積）をワイヤ１５４Ｐよりも容易に大きくすることができるし、端子部材１１１〜１１３とパワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２との直接接合により配線長を大幅に短くすることができるので、ワイヤ１５４Ｐの場合に比べて格段に電圧降下及び配線インダクタンスを低減して電力損失を小さくすることができる。
【００５２】
更に、ワイヤ１５４Ｐの本数（電流定格に合わせて決められる）が多くなるほど製造時間が長くなるのに対して、パワー半導体装置５１では電流定格に関わりなく端子部材１１１〜１１３とＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２とが接合されて成るので、生産性に優れる。
【００５３】
更に、端子部材１１１〜１１３及びＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が積み重ねられていることによっても小型化が図られる。
【００５４】
このとき、第１及び第２ダイオード１３１，１３２は互いに同じ構造（例えば高耐圧化のための構造も含む）の素子ないしは半導体チップであることが望ましい。例えば、両ダイオード１３１，１３２とも順メサ型のものを用いる、或いは両方とも逆メサ型のものを用いる。このように同じ構造のダイオード１３１，１３２を用いることにより、異なる構造の２つのダイオードを準備する必要がないので、コストを削減することができる。この点は第１及び第２ＩＧＢＴ１２１，１２２についても同様である。
【００５５】
上述のようにパワー半導体装置５１はワイヤ１５４Ｐによる接続を有さないので、例えばモールド樹脂１４１とワイヤ１５４Ｐとの熱膨張の違いや、モールド時のワイヤ１５４Ｐ同士の接触等を考慮する必要性が無い。このため、モールド樹脂１４１の選定に自由度が増すので、例えばコストを削減することができる。
【００５６】
更に、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔがトランスファモールドパッケージ１４１から露出しているので、高い放熱性が得られる。なお、露出主面１１１Ｓ，１１３Ｔ上に例えばヒートシンクを配置することによって更に放熱性を向上することができる（後述する）。高い放熱性によれば小型のＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が採用可能となるので（逆に言えば放熱性が低い場合には発熱を抑えるために大型のパワー半導体素子を用いる必要がある）、結果的にパワー半導体装置５１を小型にすることができる。また、上記露出主面１１１Ｓ，１１３Ｔに例えば回路部品等を接続（接合）することによって小型化、高集積化及び高機能化を図ることができる。
【００５７】
さて、パワー半導体装置５１を図５の平面図及び図６の断面図に模式的に示す実施の形態１に係る第２のパワー半導体装置５２のように変形することも可能である。なお、図６は図５中の６−６線における模式的な断面図である。具体的には３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂをすべてＩＧＢＴ１２１，１２２側に設けても構わない。もちろん、３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂをすべてダイオード１３１，１３２側に設けることも可能である。なお、パワー半導体装置５２では３つの外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂが全て同じ方向に突出しているが、後述の図１９のパワー半導体装置６２のように突出方向を違えても構わない。かかるパワー半導体装置５２によっても上述の効果を奏する。
【００５８】
また、パワー半導体装置５１を図７の模式的な断面図に示す実施の形態１に係る第３のパワー半導体装置５３のように変形することも可能である。具体的には、既述のパワー半導体装置５１においてＩＧＢＴ１２１とダイオード１３１とを互いに入れ替えて配置しても構わない。すなわちこのとき、第１ＩＧＢＴ１２１が第２端子部材１１２の素子配置部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ダイオード１３２に対向し、第１ダイオード１３１が同素子配置部分１１２ａを介して第３方向Ｄ３において第２ＩＧＢＴ１２２に対向する。もちろん、ＩＧＢＴ１２２とダイオード１３２とを互いに入れ替えて配置しても良いし、そのような配置転換を上述のパワー半導体装置５２において行っても良い。
【００５９】
当該パワー半導体装置５３によれはパワー半導体装置５１と同様の効果が得れると共に、次のような効果も得られる。すなわち、２つのＩＧＢＴ１２１，１２２が第２端子部材１２２を介して対向する面積を減らせるので或いは第２端子部材を介して積み重ならないようにできるので、両ＩＧＢＴ１２１，１２２間の熱干渉を減少させることができる或いは無くすことができる。これにより、両ＩＧＢＴ１２１，１２２の発熱、従ってパワー半導体装置５３の発熱を抑えることができる。
【００６０】
＜実施の形態２＞
図８に実施の形態２に係る第１のパワー半導体装置５４の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。図８と既述の図３とを比較すれば分かるようにパワー半導体装置５４はパワー半導体装置５１においてトランスファモールドパッケージ１４１をトランスファモールドパッケージ１４２に変えた構造を有している。
【００６１】
詳細には、トランスファモールドパッケージ１４２は、第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔは露出させる一方で第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓを覆うように、形成されている。このとき、トランスファモールドパッケージ１４２は既述のトランスファモールドパッケージ１４１と、更なる絶縁部分１４２ａと、に大別される。当該絶縁部分１４２ａは第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを介してＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１に対向するように配置されており、上記素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及びトランスファモールドパッケージ１４１に接している。
【００６２】
或いは、上記絶縁部分１４２ａに変えて、図９の模式的な断面図に示す実施の形態２に係る第２のパワー半導体装置５５のように、絶縁フィルム１４３ａを貼り付けることも可能である。すなわちパワー半導体装置５５のパッケージ１４３は、既述のトランスファモールドパッケージ１４１と、上記絶縁部分１４２ａと同様に配置された絶縁フィルム１４３ａと、で構成されている。
【００６３】
また、上記絶縁部分１４２ａに変えて、図１０の模式的な断面図に示す実施の形態２に係る第３のパワー半導体装置５６のように、例えばセラミックから成る絶縁基板（ないしは絶縁部分）１５１を用いても良い。すなわち、パワー半導体装置５６は基本的には既述のパワー半導体装置５１に金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を追加した構造を有している。
【００６４】
詳細には、絶縁基板１５１の対向する両主面上には例えば銅やアルミニウム等の金属層１５２，１５３（厚さは例えば０．３〜０．５ｍｍ程度）が配置されている。なお、絶縁基板１５１がセラミックの場合、金属層１５２，１５３は例えば銀ロウによって接合されている。そして、金属層１５２が第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓに接合されている。このとき、絶縁基板１５１は第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを介してＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１に対向する。
【００６５】
なお、パワー半導体装置５６のトランスファモールドパッケージ１４４は、既述のトランスファモールドパッケージ１４１が絶縁基板１５１の側へ更に延在して成り、絶縁基板１５１を端子部材１１１〜１１３に対して固定するように形成されている。
【００６６】
なお、絶縁部分１４２ａ、絶縁フィルム１４３ａ、及び、絶縁基板１５１を第３端子１１３の側に設けても良いし（後述の図１９に示すトランスファモールドパッケージ１４５を参照）、或いは第１及び第３端子１１１，１１３の両方の側に設けても良い（後述の図２１に示すトランスファモールドパッケージ１４６を参照）。また、絶縁部分１４２ａ等を既述のパワー半導体装置５２，５３へ適用することも可能である。
【００６７】
絶縁部分１４２ａ、絶縁フィルム１４３ａ、及び、絶縁基板１５１によれば第１及び／又は第３端子部材１１１，１１３の素子配置部分１１１ａ，１１３ａを外部から絶縁することができるので、パワー半導体装置５４〜５６は既述のパワー半導体装置５１等に比して設置場所の自由度が高い（後述の実施の形態５を参照）。
【００６８】
また、絶縁基板１５１を熱伝導性の良好な材質、例えばセラミック等で構成することにより、当該絶縁基板１５１を放熱板としても利用可能である。すなわち、トランスファモールドパッケージ１４２の一部である絶縁部分１４２ａや絶縁フィルム１４３ａを有するパワー半導体装置５４，５５よりも放熱性を高くすることができる。
【００６９】
ところで、パワー半導体装置５６を図１１の断面図に模式的に示す実施の形態２に係る第４のパワー半導体装置５７のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置５６では第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａに接する金属層１５２を、パワー半導体装置５７では素子配置部分として利用している。すなわち、パワー半導体装置５７の第１端子部材１１０は、金属層１５２から成る素子配置部分（以下「素子配置部分１５２」とも呼ぶ）と、外部接続部分１１１ｂと、で構成されており、外部接続部分１１１ｂは金属層１５２に半田等で接合されて絶縁基板１５１上に立設されている。このとき、金属層１５２は例えば０．３〜０．５ｍｍの厚さで形成され、又、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａと同様にパターニングされている。なお、パワー半導体装置５７では第１端子部材１１０に絶縁基板１５１が接している。このような第１端子部材１１０を既述の実施の形態１に係るパワー半導体装置５２，５３に適用可能であることは言うまでもない。
【００７０】
＜実施の形態３＞
図１２に実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置５８の基本構造を説明するための模式的な平面図を示す。また、図１２中の矢印１３，１４の方向からパワー半導体装置５８を見た場合の模式的な断面図を図１３及び図１４にそれぞれ示す。
【００７１】
パワー半導体装置５８は図１のブロック図に示すパワー半導体装置５０の１つのアーム及び当該アーム用の制御回路１６０，１７０を含んでおり、図１１のパワー半導体装置５７において金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を広げ、その拡張された部分上に制御回路１６０，１７０が第３方向Ｄ３に積み重ねられている。
【００７２】
なお、パワー半導体装置５８では第１端子部材１１０の外部接続部分１１１ｂが金属層１５２のエッジから少し離れた箇所に立設されている場合を例示している。また、図面の煩雑化を避けるため、図１２の平面図では絶縁基板１５１を図示していない。
【００７３】
パワー半導体装置５８においては、第１端子部材１１０の素子配置部分１５２上にはＩＧＢＴ１２１及びダイオード１３１と共に、例えばセラミックやガラスエポキシから成る絶縁基板１６１が配置されている。
【００７４】
絶縁基板１６１上には当該絶縁基板１６１を介して素子配置部分１５２と対向する側に回路パターン１６２が形成されている。このとき、絶縁基板１６１がセラミックの場合、回路パターン１６２は例えば銀ロウ（既述のようにセラミックから成る絶縁基板１５１上に金属層１５２，１５３を接合するのに用いられる）で形成し、絶縁基板１６１がガラスエポキシの場合、回路パターン１６２は例えば銅で形成する。なお、回路パターン１６２は、例えば銀ロウの層を絶縁基板１６１上に全面的に形成した後、これを所定パターンにエッチングすることによって、形成する。
【００７５】
そして、絶縁基板１６１上には制御回路用ＩＣチップ１６３が搭載されており、例えば半田により回路パターン１６２に接合されている。なお、図面の煩雑化を避けるため図示していないが、絶縁基板１６１上には不図示の素子や当該素子に接続する更なる回路パターン１６２が配置されている。つまり、制御回路用ＩＣチップ１６３や不図示の素子等含む回路部品と、回路パターン１６２と、で以て制御回路１６０が構成される。
【００７６】
回路パターン１６２は例えば金属片から成る中継端子１６５を介してＩＧＢＴ１２１のゲートないしは制御電極１２１Ｇに電気的に接続されている。なお、図１３では制御電極１２１ＧがＩＧＢＴ１２１の第２主面１２１Ｔ（図４参照）上に設けられている場合を模式的に図示しているが、第１主面１２１Ｓ（図４参照）上に設けられている場合には例えば中継端子１６５の形状を工夫すれば良い。或いは、例えば金属層１５２をパターニングして互いには接しないように各電極１２１Ｅ，１２１Ｇに接合する部位を設けて、制御電極１２１Ｇ用の部位に中継端子１６５を接合すれば良い。
【００７７】
また、回路パターン１６２には制御回路用端子１６４の一端が例えば半田付けや溶接により接合されており、制御回路用端子１６４の他端はトランスファモールドパッケージ１４４の外部に突出している。
【００７８】
ＩＣチップ１６３及び回路パターン１６２を覆って絶縁基板１６１上に例えばガラスエポキシ等の絶縁層１６９が配置されており、絶縁層１６９上には当該絶縁層１６９を介して上記絶縁基板１６１と対面するように絶縁基板１７１が配置されている。
【００７９】
絶縁基板１７１の主面（上記絶縁層１６９に接する主面とは反対側の主面）上には、制御回路１７０を構成する回路パターン１７２及び制御回路用ＩＣチップ１７３が上述の回路パターン１６２及びＩＣチップ１６３と同様に配置されており、回路パターン１７２は中継端子１７５を介してＩＧＢＴ１２２の制御電極１２２Ｇに接続されている。また、制御回路用端子１７４が上述の端子１６４と同様に配置されており、回路パターン１７２に接合されている。なお、絶縁層１６９の厚さ（第３方向Ｄ３の寸法）を調整することによって、ＩＧＢＴ１２２の制御電極１２２Ｇと回路パターン１７２との第３方向Ｄ３の位置を調整し、中継端子１７５による接続を確実にしている。
【００８０】
なお、制御回路１６０，１７０等もトランスファモールドパッケージ１４４内に収容されている。
【００８１】
このように、パワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２のみならず制御回路１６０，１７０を搭載した高機能タイプのパワー半導体装置（いわゆるＩＰＭ（Intelligent Power Module））５８においても既述の効果得られる。
【００８２】
特に、銀ロウによれば回路パターン１６２，１７２を薄く形成できる（例えば０．１ｍｍ以下）ので、制御回路１６０，１７０の組み立て時においてＩＣチップ１６３，１７３等の回路部品の位置ずれを低減することができる。これは以下の理由による。すなわち回路パターン１６２，１７２の厚さが厚い場合、換言すれば高さが高い場合、当該回路パターン１６２，１７２上に回路部品が少しずれて配置されただけでも、回路パターン１６２，１７２から落ちてしまい大きな位置ずれを起こしやすい。これに対して、銀ロウによる薄い回路パターン１６２，１７２によれば、そのような大きな位置ずれを起こしにくい。更に、薄い回路パターン１６２，１７２によれば半田ブリッジ等の製造不良も低減することができる。
【００８３】
また、薄い回路パターン１６２，１７２によれば微細にパターニングすることができるので（パターン幅は例えば０．１ｍｍ以下）、制御回路１６０，１７０の集積度を高めることができる。
【００８４】
次に、図１５に実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置５９を説明するための模式的な平面図を示す。パワー半導体装置５９は図１のブロック図に示すパワー半導体装置５０にあたり、３つのアーム及び各アーム用の制御回路１６０，１７０を含んでいる。
【００８５】
詳細には、パワー半導体装置５９は基本的には上述の図１２〜図１４に示したパワー半導体装置５８を３個含み、３個のパワー半導体装置５８の金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１（図１３参照）を一体化した構造を有している。すなわち、３個のパワー半導体装置５８で単一の金属層１５２，１５３付き絶縁基板１５１を共有しており、従って第１端子部材１１０の素子配置部分１５２を共有している。
【００８６】
更に、パワー半導体装置５９は各パワー半導体装置５８毎に、つまり各アーム毎に例えば樹脂から成る絶縁部材１８１を有しており、当該絶縁部材１８１は複数の制御回路用端子１６４，１７４を互いには接しないように一纏めに保持している。より具体的には絶縁部材１８１と制御回路用端子１６４，１７４とで多端子型のコネクタ構造ないしはコネクタ１８０を構成している。図１６の断面図に示すように、絶縁部材１８１は第１端子部材１１０の素子配置部分１５２に例えば接着により固定され支持されている。
【００８７】
このとき、例えば、既に回路パターン１６２，１７２に接続された状態の端子１６４，１７４に対して液状又はペースト状の樹脂を塗布し、当該樹脂を硬化させることによって、絶縁部材１８１を形成することが可能である。或いは、端子１６４，１７４を有するコネクタ１８０として市販のコネクタを利用しても良い。なお、図１５の図示とは違えて、３つのパワー半導体装置５８に対して、つまり３つのアームに対して単一の絶縁部材１８１を設けても構わない。
【００８８】
上述のようにコネクタ１８０の絶縁部材１８１は第１端子部材１１０の素子配置部分１５２に固定されているので、端子１６４，１７４は第１端子部材１１０に対して固定される。これにより、絶縁部材１８１を設けない場合と比べて、振動や外力に対して強固な端子１６４，１７４を提供することができる。従って、端子１６４，１７４の折れ等の不具合を低減することができる。
【００８９】
なお、パワー半導体装置５８，５９と同様にして、既述のパワー半導体装置５１〜５６に制御回路１６０，１７０及びコネクタ１８０を設けることも可能である。
【００９０】
＜実施の形態４＞
図１７に実施の形態４に係る第１のパワー半導体装置６０の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。パワー半導体装置６０は基本的には、既述のパワー半導体装置５１（図３参照）と、ヒートシンク１９１，１９２と、を含んでいる。
【００９１】
詳細には、パワー半導体装置６０は、既述のパワー半導体装置５１を第１端子部材１１１が折り曲げられていない状態で含んでいる。すなわち、パワー半導体装置６０の第１端子部材１１１は平板状をしており、このとき第１端子部材１１１の第１主面１１１Ｓ（図４参照）は素子配置部分１１１ａと外部接続部分１１１ｂとで段差無く引き続いている。第１端子部材１１１の第２主面１１１Ｔも同様である。
【００９２】
そして、当該第１端子部材１１１の第１主面１１１Ｓ全体に接して、ヒートシンク１９１が配置されている。第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂには雄ネジ挿入穴１１１ｃが設けられており、当該雄ネジ挿入穴１１１ｃに挿入された雄ネジ（又はボルト）１１６ｃによって第１端子部材１１１がヒートシンク１９１に固定されている。なお、当該雄ネジ挿入穴１１１ｃ及び後述の雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃは雌ネジ加工されていなくても良いが、そのような加工がされている方が強固に固定可能である。雄ネジに加えて又は変えて、例えば半田付け、超音波接合、ロウ付け、溶接、接着剤等による接合を利用して、第１端子部材１１１をヒートシンク１９１に固定しても良い。
【００９３】
更に、第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ（図４参照）上にフィン状のヒートシンク１９２が例えば半田付け、超音波接合、ロウ付け、溶接、接着剤等によって接合されている。
【００９４】
図１７の図示例とは違えて、フィン状のヒートシンク１９２をブロック状のものに変えても良いし、又、ヒートシンク１９１をフィン形状を有するものに変えても良い。
【００９５】
ここで、パワー半導体装置６０ではヒートシンク１９１，１９２は導電性であるか否かを問わないが、例えば銅から成る導電性のヒートシンク１９１，１９２によれば当該ヒートシンク１９１，１９２を回路ないしは配線の一部として利用することができる（後述の実施の形態６を参照）。
【００９６】
そして、第２及び第３端子部材１１２，１１３の外部接続部分１１２ｂ，１１３ｂには雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃが設けられており、当該雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃに挿入された雄ネジ１１７ｃ，１１８ｃによって第２及び第３端子部材１１２，１１３は他の装置の端子５１２，５１３に接続されている。このとき、雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃに雌ネジを加工することにより、図１７に示すように別途のナットを用いずに固定可能である（雄ネジ挿入穴１１２ｃ，１１３ｃがナットの役割を果たす）。なお、従来のパワー半導体装置ではコネクタを利用して他の装置との接続を行っていた。
【００９７】
このように平板状の第１端子部材１１１によれば、第１主面１１１Ｓを全面的に利用して、Ｌ字型に折り曲げられた既述の第１端子部材１１１（図３参照）よりも大きなヒートシンク１９１を配置することができる。
【００９８】
かかる点に鑑みれば、パワー半導体装置６０を図１８の断面図に模式的に示す実施の形態４に係る第２のパワー半導体装置６１のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６１では第３端子部材１１３にも平板状部材を用いている。このとき、第３端子部材１１３の第２主面１１３Ｔ（図４参照）は素子配置部分１１３ａと外部接続部分１１３ｂとで段差無く引き続いており、同第１主面１１３Ｓも同様である。これにより、ヒートシンク１９２を素子配置部分１１３ａのみならず外部接続部分１１３ｂ上にも配置することができる。すなわち、図１７のパワー半導体装置６０よりも大きいヒートシンク１９２を用いることができる。
【００９９】
ところで、従来のパワー半導体装置ではヒートシンクを固定するための雄ネジ挿入穴はケース内に設けられていた。これに対して、パワー半導体装置６０，６１では第１端子部材１１１の雄ネジ挿入穴１１１ｃを利用してヒートシンク１９１を取り付ける。このため、パッケージ１４１を小型化でき、材料コストを削減することができる。
【０１００】
なお、実施の形態４に係る端子部材の形状およびヒートシンクの配置を、既述のパワー半導体装置５２等に応用することも可能である。
【０１０１】
＜実施の形態５＞
実施の形態２で述べたように、絶縁部分１４２ａ等によって例えば第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａを外部から絶縁することにより、パワー半導体装置５４〜５７は設置場所の自由度が高くなる。実施の形態５ではかかる点に着目したパワー半導体装置を説明する。
【０１０２】
図１９に実施の形態５に係る第１のパワー半導体装置６２の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６２は基本的に、既述のパワー半導体装置５４（図８参照）を変形した構成を基体として含み、凹部１９３ａを有する導電性のヒートシンク１９３を更に含んでおり、上記基体が凹部１９３ａ内に挿入された構造を有している。
【０１０３】
詳細には、パワー半導体装置６２は図８のパワー半導体装置５４の第１乃至第３端子部材１１１〜１１３の外部接続部分１１１ｂ〜１１３ｂを図６のパワー半導体装置５２のように同じ側に配置した構成を基体として有している。なお、パワー半導体装置６２では、第２端子部材１１２は平板状をしており、第１及び第３端子部材１１１，１１３は互いに反対側に曲げられた略Ｌ字型をしている。なお、第２及び第３端子部材１１２，１１３は凹部１９３ａ外においてヒートシンク１９３に接しないように配置されている。
【０１０４】
パワー半導体装置６２のトランスファモールドパッケージ１４５は基本的に図８のトランスファモールドパッケージ１４２と同様であるが、絶縁部分１４２ａが第３端子部分１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ（図４参照）に接して設けられている。そして、第１端子部分１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）はトランスファモールドパッケージ１４５から露出している。
【０１０５】
上記基体は端子部材１１１，１１２，１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂを凹部１９３ａ外に突出させた状態でヒートシンク１９３の凹部１９３ａ内に挿入されており、当該基体は凹部１９３ａ内でヒートシンク１９３に接している。逆に言えば凹部１９３ａはそのような状態で基体を収容可能な大きさを有している。このとき、凹部１９３ａはＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の全体を収容可能な深さを有している。
【０１０６】
そして、トランスファモールドパッケージ１４５の絶縁部分１４２ａが凹部１９３ａ内においてヒートシンク１９３に接している。当該絶縁部分１４２ａは第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａを覆っているので、第３端子部材１１３は凹部１９３ａ内において導電性のヒートシンク１９３から絶縁される。
【０１０７】
また、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）は凹部１９３ａ内において露出しており、且つ、凹部１９３ａ内において導電性のヒートシンク１９３に接している。更に、第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂの第１主面１１１Ｓは凹部１９３ａ外でヒートシンク１９３に接している。より具体的には第１端子部材１１１は第１主面１１Ｓ全体がヒートシンク１９３に接するように略Ｌ字型に曲げられている。このとき、第１端子部材１１１はヒートシンク１９３に等電位に接続される。なお、第１端子部材１１１の雄ネジ挿入穴１１１ｃを利用して基体がヒートシンク１９３に固定されている。
【０１０８】
凹部１９３ａは底部に向かうに従って狭くなるテーパー状をしており、凹部１９３ａのテーパー形状に対応するように上記基体もテーパー形状に形成されている。具体的には、素子配置部分１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの先端（外部接続部分１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂから遠い側）に向かうほど基体の断面積が小さくなるようにトランスファモールドパッケージ１４５及び第１端子部材１１１の形状が設計されている。このようなテーパー形状によれば基体を凹部１９３ａ内に挿入しやすい。
【０１０９】
なお、パワー半導体装置６２ではダイオード１３１，１３２がヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底部側に配置され、ＩＧＢＴ１２１，１２２が凹部１９３ａの開口入り口側に配置されている。
【０１１０】
パワー半導体装置６２によれば、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はヒートシンク１９３に取り囲まれている。具体的には、既述の図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１では第１及び第３端子部材１１１，１１３上にのみそれぞれ別個のヒートシンク１９１，１９２が配置されているのに対して、パワー半導体装置６２ではＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の側面もヒートシンク１９３に対向している。このようにＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が対向する面が図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１よりも多いので、放熱性が向上する。このとき、パワー半導体装置６２によれば、図１７及び図１８のパワー半導体装置６０，６１に比べて小型のヒートシンク１９３で同じ放熱特性を得ることができる。また、放熱性の向上により小型のパワー半導体素子１２１，１２２，１３１，１３２が採用可能となるので、パワー半導体装置６２を小型化することができる。
【０１１１】
ところで、凹部１９３ａは例えばヒートシンク１９３を切削することにより容易に形成可能である。また、凹部１９３ａを有するヒートシンク１９３を例えば複数のヒートシンクを組み立てることによっても構成可能である。このとき、切削による凹部１９３ａの方がヒートシンク１９３のみならずパワー半導体装置６２の構造及び製造が簡単である。
【０１１２】
さて、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の配置位置は入れ替えても構わない。具体的には、図２０の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第２のパワー半導体装置６３のように、ＩＧＢＴ１２１，１２２をヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底部側に配置し、ダイオード１３１，１３２が凹部１９３ａの開口入り口側に配置しても構わない。
【０１１３】
このパワー半導体装置６３によれば、ＩＧＢＴ１２１，１２２はヒートシンク１９３の凹部１９３ａの底面に対向するので、その分、ＩＧＢＴ１２１，１２２の方がダイオード１３１，１３２よりもヒートシンク１９３に対向する面積が広い。一般的にダイオード１３１，１３２よりもＩＧＢＴ１２１，１２２の方が発熱量が大きいので、パワー半導体装置６３全体として良好な放熱性が得られる。なお、ＩＧＢＴ１２１，１２２のいずれか一方のみを凹部１９３ａの底部側に配置しても（図７のパワー半導体装置５３参照）、かかる効果はある程度、得られる。
【０１１４】
また、パワー半導体装置６２を図２１の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第３のパワー半導体装置６４のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６４では、第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ及び第３端子部材１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔの双方ともがトランスファモールドパッケージ１４６で覆われており、第１及び第３端子部材１１１，１１３の素子配置部分１１１ａ，１１３ａは凹部１９３ａ内においてヒートシンク１９３に接しない。なお、パワー半導体装置６４のトランスファモールドパッケージ１４６にはテーパーが形成されている。
【０１１５】
かかるパワー半導体装置６４においてもＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２はヒートシンク１９３に取り囲まれているので、上述のパワー半導体装置６２と同様に放熱性が向上し、又、ヒートシンク１９３を小型化できる。
【０１１６】
このとき、上述のパワー半導体装置６２，６３では第１端子部材１１１がヒートシンク１９３の凹部１９３ａ内において露出しているので、パワー半導体装置６２，６３の方が、第１端子部材１１１とヒートシンクとの間にモールド樹脂が存在するパワー半導体装置６４に比べて、放熱性が高い。なお、第３端子部材１１３を露出させる場合についても同様である。
【０１１７】
また、パワー半導体装置６２を図２２の断面図に模式的に示す実施の形態５に係る第４のパワー半導体装置６５のように変形することも可能である。具体的には、パワー半導体装置６５の導電性のヒートシンク１９４は上記凹部１９３ａよりも開口が大きい凹部１９４ａを有しており、パワー半導体装置６５は当該凹部１９４ａと基体との間の隙間に板バネ２０１を含んでいる。なお、凹部１９４ａは既述の凹部１９３ａよりも開口が広いので、図２２では凹部１９４ａ及び基体がテーパー形状を有さない場合を例示している。
【０１１８】
当該板バネ２０１は凹部１９４ａ内において第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａとヒートシンク１９４（の凹部１９４ａの側面）とに接しており、板バネ２０１の弾性は基体を、より具体的は第３端子部材１１３上のトランスファモールドパッケージ１４７をヒートシンク１９４に押しつけるように働いている。これにより、基体をヒートシンク１９４に対して固定することができる。板バネ２０１は凹部１９４ａ内の隙間に単に挿入するだけでも構わないし、例えば半田付けや溶接によって第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａの第１主面１１１Ｓ（図４参照）に接合しても構わない。予め第１端子部材１１１に接合しておけばパワー半導体装置６５の製造工程において基体を容易に凹部１９４ａ内へ挿入できる。
【０１１９】
このとき、金属等の導電性部材から成る板バネ２０１を用いることにより、第１端子部材１１１を板バネ２０１を介してヒートシンク１９４に等電位に接触させることができる。これに対して、第１端子部材１１１が凹部１９４ａ外でヒートシンク１９４に接している場合、絶縁性の板バネ２０１を用いても構わない。
【０１２０】
いずれの場合であっても空気よりも熱伝導率が高い材質（例えば金属）で板バネ２０１を構成することにより、板バネ２０１が無い場合に比べて、ＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２の発熱をヒートシンク１９４へ効率良く伝達することができ、その結果、放熱性を向上させることができる。
【０１２１】
このとき、板バネ２０１を第３端子部材１１３側に設けても上述の固定作用及び放熱性改善効果は得られる。このため、図２１のパワー半導体装置６４のように第１及び第３端子部材１１１，１１３の双方ともトランスファモールドパッケージ１４６で覆われている基体に板バネ２０１を適用しても同様に効果が得られる。
【０１２２】
板バネ２０１に変えて例えばワッシャーバネ等の各種弾性体が適用可能であることは言うまでもない。
【０１２３】
なお、パワー半導体装置６４，６５においてＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を図２０のパワー半導体装置６３のように配置転換しても構わない。
【０１２４】
また、既述の図９の絶縁フィルム１４３ａや図１０の絶縁基板１５１によって第１及び／又は第３端子部材１１１，１１３をヒートシンク１９４から絶縁しても良い。また、図１２及び図１５のパワー半導体装置５８，５９のようにパワー半導体装置６２〜６５に制御回路１６０，１７０を搭載することも可能である。
【０１２５】
＜実施の形態６＞
図２３に実施の形態６に係る第１のパワー半導体装置６６の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６６は基本的には図１８のパワー半導体装置６１と平滑コンデンサ２１１とを組み合わせた構成を有している。
【０１２６】
詳細には、パワー半導体装置６６では、第１及び第３端子部材１１１，１１３は平板状部材から成り、双方の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂが第３方向Ｄ３において対面するように両端子部材１１１，１１３が配置されている。そして、平滑コンデンサ２１１は第１及び第３端子部材１１１，１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂ間に挟まれており、平滑コンデンサ２１１の第１電極２１１Ｅが第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂの第２主面１１１Ｔに接触すると共に平滑コンデンサ２１１の第２電極２１１Ｆが第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの第１主面１１３Ｓに接触している。これにより、平滑コンデンサ２１１は第１及び第３端子部材１１１，１１３に電気的に接続される。なお、平滑コンデンサ２１１の第１及び第２電極２１１Ｅ，２１１Ｆはコンデンサ本体を介して対向して設けられている。
【０１２７】
平滑コンデンサ２１１は、例えば第１及び第２電極２１１Ｅ，２１１Ｆを上記第２及び第１主面１１１Ｔ，１１３Ｓに半田付けすることによって、或いは、例えば雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃを利用することによって、第１及び第３端子部材１１１，１１３に固定される。
【０１２８】
なお、例えば第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの長さを第１端子部材１１１の外部接続部分１１１ｂよりも短くして雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃの位置をずらすことにより、ヒートシンク１９１及び平滑コンデンサ２１１へのネジ止め作業を同じ方向から連続的に実施可能であり、生産性が向上する。また、雄ネジ挿入穴１１１ｃ，１１３ｃの形成方向が鉛直方向になるように第１及び第３端子部材１１１，１１３を配置してネジ止め作業をすることにより、当該作業時にネジ１１６ｃ，１１８ｃ、平滑コンデンサ２１１及びヒートシンク１９１，１９２等を同時に支持しなくて済むので、生産性が向上する。これらの生産性向上効果は図１８のパワー半導体装置６１についても同様である。
【０１２９】
パワー半導体装置６６のその他の構成は既述のパワー半導体装置５１，６１と同様である。
【０１３０】
パワー半導体装置６６によれば、ワイヤを用いずに平滑コンデンサ２１１を第１及び第３端子部材１１１，１１３間に回路的に設けることができる。従って、平滑コンデンサ２１１の取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題（従来のワイヤ１５４Ｐによる接続に起因した問題と同様に生じうる）を解消することができる。更に、平滑コンデンサ２１１は第１端子部材１１１と第３端子部材１１３とに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【０１３１】
次に、図２４に実施の形態６に係る第２のパワー半導体装置６７の基本構造を説明するための模式的な断面図を示す。当該パワー半導体装置６７は基本的に既述の図１９のパワー半導体装置６２に平滑コンデンサ２１１を加えた構成を有している。
【０１３２】
具体的には、パワー半導体装置６７において第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂは第２主面１１３Ｔがヒートシンク１９３に対面するように設けられている。ヒートシンク１９３は導電性を有し、ヒートシンク１９３と第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂとの間に平滑コンデンサ２１１が配置されている。ここでは、平滑コンデンサ２１１の第１電極２１１Ｅがヒートシンク１９３に接しており、第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂの第２主面１１３Ｔに平滑コンデンサ２１１の第２電極２１１Ｆが接している。なお、平滑コンデンサ２１１は例えば半田やネジによって固定される。これにより、平滑コンデンサ２１１はヒートシンク１９３及び第３端子部材１１３に電気的に接続される。
【０１３３】
パワー半導体装置６７によっても上述のパワー半導体装置６６と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、第１及び第３端子部材１１１，１１１３の外部接続部分１１１ｂ，１１３ｂが対面していれば、或いは、第３端子部材１１３の外部接続部分１１３ｂと導電性のヒートシンク１９３，１９４とが対面していれば、平滑コンデンサ２１１を設けることは可能である。すなわち、既述のパワー半導体装置５１，５３〜５９，６３〜６５にも平滑コンデンサ２１１を接続することができる。また、図６のパワー半導体装置５２であっても第２端子部材１１２の外部接続部分１１２ｂを長さを短くしたり平面パターンを工夫することにより、第１及び第３端子部材１１１，１１３間に平滑コンデンサ２１１を接続可能である。
【０１３５】
＜実施の形態１乃至６に共通の変形例１＞
実施の形態１乃至６ではパワー半導体装置５１〜６７がトランスファモールドパッケージを含む場合を説明したが、予め成型されたケースタイプのパッケージを用いることも可能であり、同様の効果を奏する。本変形例では一例としてパワー半導体装置５１（図２及び図３参照）のトランスファモールドパッケージ１４１をケースタイプパッケージ構造に変えて成るパワー半導体装置６８を説明する。パワー半導体装置６８の基本構造を説明するための模式的な断面図を図２５に示す。
【０１３６】
パワー半導体装置６８のケースタイプパッケージを成すケース１４８はＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を収容可能な大きさの開口を有した枠体であり、樹脂等の絶縁材料から成る。パワー半導体装置６８では第１端子部材１１１の素子配置部分１１１ａが枠体の一方の開口に蓋をするように配置されており、第１端子部材１１１は絶縁ケース１４８にインサート成型されている。また、第２及び第３端子部材１１２，１１３は絶縁ケース１４８に例えばネジで取り付けられている。
【０１３７】
そして、絶縁ケース１４８内には例えばエポキシ系樹脂やシリコンゲル等の絶縁充填材１４９が充填されており、これにより絶縁ケース１４８内に収容されたＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２が封止される。なお、シリコーンゲルでＩＧＢＴ１２１，１２２及びダイオード１３１，１３２を覆い、当該シリコーンゲル上にエポキシ系樹脂を充填しても良く、かかる場合にはシリコーンゲル及びエポキシ系樹脂から成る２層が絶縁充填材１４９にあたる。このとき、絶縁ケース１４８によって、又は、絶縁ケース１４８及び絶縁充填材１４９によって、ケースタイプパッケージが構成される。なお、絶縁充填材１４９は第３部分１１３の素子配置部分１１３ａの第２主面１１３Ｔ上に配置されており、当該素子配置部分１１３ａを介してＩＧＢＴ１２２及びダイオード１３２に対向する絶縁部分を成す。
【０１３８】
＜実施の形態１乃至６に共通の変形例２＞
さて、パワー半導体装置５１〜６８が２つの第１パワー半導体素子１２１，１３１及び２つの第２パワー半導体素子１２２，１３２を含む場合を説明したが、例えば第１及び第２パワー半導体素子としてそれぞれダイオードを用いればパワー半導体装置としていわゆるダイオードモジュールを得られる。同様に第１及び第２パワー半導体素子としてそれぞれ３つ以上の素子を用いても良い。
【０１３９】
なお、パワー半導体装置５１〜６８は例えば図１に示すパワー半導体装置５０のようにモータ制御に適用可能であるし、あるいはエアコン等のインバータや、ＮＣ制御等に用いられるパワーモジュールに適用可能である。
【０１４０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、端子部材とパワー半導体素子とは交互に積み重ねられ接合されており、しかも端子部材の外部接続部分はパッケージ外に引き出されているので、ワイヤによる接続を有さないパワー半導体装置を提供することができる。従って、当該パワー半導体装置によればワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、ワイヤの本数（電流定格に合わせて決められる）が多くなるほど製造時間が長くなるのに対して、当該パワー半導体装置では電流定格に関わりなく端子部材とパワー半導体素子とが接合されて成るので、生産性に優れる。更に、上述のように端子部材及びパワー半導体素子が積み重ねられていることによっても小型化が図られる。更に、第１パワー半導体素子と第２パワー半導体素子とは同じ構造を有しているので、従って異なる構造のパワー半導体素子を準備する必要がないので、コストを削減することができる。また、第１及び第２パワー半導体素子はヒートシンクに取り囲まれるので、第１及び第３端子部材上にのみそれぞれ別個のヒートシンクを配置する構成に比べて、放熱性を向上させることができる。このとき、第１及び第３端子部材上にのみそれぞれ別個のヒートシンクを配置する上述の構成に比べて小型のヒートシンクで同じ放熱特性を得ることができる。また、放熱性の向上により小型のパワー半導体素子が採用可能となるので、小型なパワー半導体装置を提供することができる。しかも、例えばヒートシンクを切削して凹部を形成することにより、複数のヒートシンクを組み立てて第１及び第２パワー半導体素子を取り囲む場合に比べて、ヒートシンク及びパワー半導体装置の構造及び製造が簡単である。
【０１４２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る効果を奏するインバータ装置又はそれのアームを提供することができる。
【０１４３】
請求項３に係る発明によれば、パッケージから露出している主面が在るので、高い放熱性が得られる。なお、このとき、当該露出主面上に例えばヒートシンクを配置することによって更に放熱性を向上することができる。高い放熱性によれば小型のパワー半導体素子が採用可能となるので、結果的に小型なパワー半導体装置を提供することができる。また、当該露出主面に例えば回路部品等を接続（接合）することによって小型化、高集積化及び高機能化を図ることができる。
【０１４４】
請求項４に係る発明によれば、第１端子部材の第１主面及び／又は第３端子部材の第２主面を全面的に利用して、例えば折り曲げられて段差が在る場合よりも大きなヒートシンクを配置することが可能になる。
【０１４５】
請求項５に係る発明によれば、第１及び／又は第３端子部材の素子配置部分を外部から絶縁することができるので、設置場所の自由度が増す。
【０１４６】
請求項６に係る発明によれば、第１及び第２スイッチングパワー半導体素子が第２端子部材を介して対向する面積を減らせるので或いは第２端子部材を介して積み重ならないようにできるので、両スイッチングパワー半導体素子間の熱干渉を減少させることができる或いは無くすことができる。これにより、両スイッチングパワー半導体素子の発熱、従ってパワー半導体装置の発熱を抑えることができる。
【０１４７】
請求項７に係る発明によれば、パワー半導体素子及び制御回路を搭載した高機能タイプのパワー半導体装置において請求項１乃至請求項７の効果が得られる。更に、銀ロウによれば回路パターンを薄く形成できるので、制御回路の組み立て時における回路部品の位置ずれや半田ブリッジ等の製造不良を低減することができる。また、薄い回路パターンによれば当該回路パターン（の幅）を微細化できるので、集積度度の高い制御回路を形成することができる。
【０１４８】
請求項８に係る発明によれば、コネクタの端子は第１又は第３端子部材に対して固定されるので、振動や外力に強いコネクタ端子を提供することができ、コネクタ端子に起因する不具合を低減することができる。
【０１４９】
請求項９に係る発明によれば、雄ネジ挿入穴をヒートシンクの取り付けに利用することによって、ヒートシンクを固定するための雄ネジ挿入穴がパッケージ内に設けられている従来のパワー半導体装置に比較して、パッケージを小型化でき、材料コストを削減することができる。また、雄ネジ挿入穴を利用することにより端子部材と他の装置の端子とをネジで固定することができる（従来のパワー半導体装置ではコネクタを利用していた）。
【０１５１】
請求項１０に係る発明によれば、ヒートシンクの凹部内において第１及び第３端子部材の双方がパッケージから露出していない場合に比べて、放熱性を高めることができる。
【０１５２】
請求項１１に係る発明によれば、スイッチングパワー半導体素子はヒートシンクの凹部の底面に対向するので、その分、スイッチングパワー半導体素子の方がフライホールダイオードよりもヒートシンクに対向する面積が広くなる。一般的にフリーホイールダイオードよりもスイッチングパワー半導体素子の方が発熱量が大きいので、パワー半導体装置全体として良好な放熱性が得られる。
【０１５３】
請求項１２に係る発明によれば、弾性体が基体をヒートシンクに押しつけるように作用することにより、当該基体を固定することができる。更に、基体と凹部側面との間に弾性体が無く隙間（空気）が在る場合に比べて放熱性を高めることができる。
【０１５４】
請求項１３に係る発明によれば、平滑コンデンサは第３又は第１端子部材の外部接続部分と導電性のヒートシンクとに挟まれて電気的に接続されているので、ワイヤを用いずに平滑コンデンサを取り付けることができる。従って、平滑コンデンサの取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、平滑コンデンサは第３又は第１端子部材とヒートシンクとに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【０１５５】
請求項１４に係る発明によれば、平滑コンデンサは第１端子の外部接続部分と第３端子部材の外部接続部分とに挟まれて電気的に接続されているので、ワイヤを用いずに平滑コンデンサを取り付けることができる。従って、平滑コンデンサの取り付けに関して、ワイヤによる接続に起因した問題を解消することができる。更に、平滑コンデンサは第１端子部材と第３端子部材とに挟まれているので、振動や外力に対して強固に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るパワー半導体装置を説明するためのブロック図である。
【図２】 実施の形態１に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図３】 図２中の３−３線における模式的な断面図である。
【図４】 図３中の破線で囲んだ部分４の拡大図である。
【図５】 実施の形態１に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図６】 図５中の６−６線における模式的な断面図である。
【図７】 実施の形態１に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図８】 実施の形態２に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図９】 実施の形態２に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１０】 実施の形態２に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１１】 実施の形態２に係る第４のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１２】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図１３】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を図１２中の矢印１３の方向から見た模式的な断面図である。
【図１４】 実施の形態３に係る第１のパワー半導体装置を図１２中の矢印１４の方向から見た模式的な断面図である。
【図１５】 実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図１６】 実施の形態３に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１７】 実施の形態４に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１８】 実施の形態４に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図１９】 実施の形態５に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２０】 実施の形態５に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２１】 実施の形態５に係る第３のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２２】 実施の形態５に係る第４のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２３】 実施の形態６に係る第１のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２４】 実施の形態６に係る第２のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２５】 実施の形態１乃至６の共通の変形例１に係るパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【図２６】 従来のパワー半導体装置を説明するための模式的な平面図である。
【図２７】 従来のパワー半導体装置を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
５０〜６８ パワー半導体装置、１１０ 第１端子部材、１１１，１１２，１１３ 第１，第２，第３端子部材、１１１Ｓ，１１２Ｓ，１１３Ｓ 第１主面、１１１Ｔ，１１２Ｔ，１１３Ｔ 第２主面、１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ 素子配置部分、１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ 外部接続部分、１１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃ 雄ネジ挿入穴、１２１ 第１スイッチングパワー半導体素子（第１パワー半導体素子）、１２２ 第２スイッチングパワー半導体素子（第２パワー半導体素子）、１３１ 第１フリーホイールダイオード（第１パワー半導体素子）、１３２ 第２フリーホイールダイオード（第２パワー半導体素子）、１２１Ｅ，１２２Ｅ，１３１Ｅ，１３２Ｅ 第１主電極、１２１Ｆ，１２２Ｆ，１３１Ｆ，１３２Ｆ 第２主電極、１２１Ｇ，１２２Ｇ 制御電極、１２１Ｓ，１２２Ｓ，１３１Ｓ，１３２Ｓ 第１主面、１２１Ｔ，１２２Ｔ，１３１Ｔ，１３２Ｔ 第２主面、１４１，１４２，１４４〜１４７ トランスファモールドパッケージ、１４２ａ 絶縁部分、１４３ パッケージ、１４３ａ 絶縁フィルム（絶縁部分）、１４８ 絶縁ケース、１４９ 絶縁縁充填材、１５１ 絶縁基板（絶縁部分）、１５２ 金属層（素子配置部分）、１６０，１７０ 制御回路、１６２，１７２ 回路パターン、１６３，１７３ 制御回路用ＩＣチップ（回路部品）、１８０ コネクタ、１８１ 絶縁部材、１９１〜１９４ ヒートシンク、１９３ａ，１９４ａ 凹部、２０１ 板バネ（弾性体）、２１１ 平滑コンデンサ、２１１Ｅ 第１電極、２１１Ｆ 第２電極。
Claims (14)
- 互いに対向する第１及び第２主面を有する素子配置部分をそれぞれ有する第１乃至第３端子部材と、
互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第１パワー半導体素子と、
互いに対向する第１及び第２主面並びに前記第１及び第２主面上にそれぞれ設けられた第１及び第２主電極を有する少なくとも１つの第２パワー半導体素子と、
前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子を収容するパッケージと、を備えた基体と、
前記基体を収容する凹部を有するヒートシンクとを備え、
前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子と同じ構造を有しており、
前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、
前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合され、
前記第２端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面は、前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第１主電極に接合され、
前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子の前記第２主電極は、前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面に接合されており、
前記第１乃至第３端子部材は、前記パッケージ外に引き出された外部接続部分をそれぞれ更に有し、
前記凹部内に前記少なくとも１つの第１及び第２パワー半導体素子が配置されるように、前記基体が前記凹部内に挿入されている、パワー半導体装置。 - 請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子は、
前記第１及び第２主電極を有する第１スイッチングパワー半導体素子と、
前記第１スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第１フリーホイールダイオードと、を含み、
前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子は、
前記第１及び第２主電極を有する第２スイッチングパワー半導体素子と、
前記第２スイッチングパワー半導体素子に逆並列接続されており、前記第１及び第２主電極を有する第２フリーホイールダイオードと、を含む、
パワー半導体装置。 - 請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１端子部材の前記素子配置部分の前記第１主面と前記第３端子部材の前記素子配置部分の前記第２主面との少なくとも一方の主面は、前記パッケージから露出している、
パワー半導体装置。 - 請求項３に記載のパワー半導体装置であって、
前記少なくとも一方の主面は前記外部接続部分に段差無く引き続いている、
パワー半導体装置。 - 請求項１または請求項２に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１端子部材を介して前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子に対向するように、及び／又は、前記第３端子部材を介して前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子に対向するように、配置された絶縁部分を更に備える、
パワー半導体装置。 - 請求項２に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第２フリーホイールダイオードに対向し、
前記第２スイッチングパワー半導体素子は前記第２端子部材を介して前記第１フリーホ イールダイオードに対向する、
パワー半導体装置。 - 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第１又は第３端子部材の前記素子配置部分の上方に配置された、前記少なくとも１つの第１パワー半導体素子用及び前記少なくとも１つの第２パワー半導体素子用の制御回路を、更に備え、
前記制御回路はそれぞれ、
銀ロウから成る回路パターンと、
前記回路パターンに接合された回路部品と、を含む、
パワー半導体装置。 - 請求項７に記載のパワー半導体装置であって、
前記制御回路に接続された端子を有しており、前記第１又は第３端子部材に固定されたコネクタを更に備える、
パワー半導体装置。 - 請求項３に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１乃至第３端子部材の少なくとも１つの端子部材は前記外部接続部分に雄ネジ挿入穴を更に有する、
パワー半導体装置。 - 請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１又は第３端子部材のいずれかは前記凹部内において前記パッケージから露出している、
パワー半導体装置。 - 請求項２に記載のパワー半導体装置であって、前記第１及び／又は第２スイッチングパワー半導体素子は前記凹部内において前記第１及び／又は第２フリーホイールダイオードよりも底側に配置されている、請求項２記載のパワー半導体装置。
- 請求項１記載のパワー半導体装置であって、
前記基体と前記凹部の側面との間にこれらに接して配置されており、空気よりも高い熱伝導率を有する弾性体を、更に備える、
パワー半導体装置。 - 請求項１記載のパワー半導体装置であって、
前記ヒートシンクは導電性を有し、
前記第１又は第３端子部材は前記ヒートシンクに等電位に接続されている一方で、前記第３又は第１端子部材は前記ヒートシンクに接しておらず、
前記パワー半導体装置は、
前記第３又は第１端子部材の前記外部接続部分と前記ヒートシンクとに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える、
パワー半導体装置。 - 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第１端子部材の前記外部接続部分と前記第３端子部材の前記外部接続部分とに挟まれて電気的に接続された平滑コンデンサを更に備える、
パワー半導体装置。
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