JP5267021B2 - 半導体装置およびそれを用いたインバータ回路 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップの両面を放熱部材で挟み込んだ両面放熱構造の半導体装置およびそれを用いたインバータ回路に関する。

従来より、チップ状の半導体素子の両面に放熱部材を設けて両面から放熱を行う半導体装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、放熱面を有する一対の放熱部材の間に２つの半導体素子が並列に配置され、各半導体素子が接合部材を介して各放熱部材に熱的かつ電気的に接続されており、各放熱部材の放熱面が露出するように各半導体素子等がモールド樹脂で封止された半導体装置が提案されている。

このような半導体装置では、各半導体素子の一方が例えばＩＧＢＴとされ、他方が例えば還流用のダイオード素子とされており、各放熱部材の間にＩＧＢＴとダイオード素子とが並列接続されている。このうち、ＩＧＢＴのゲートにはワイヤを介して制御端子が接続されている。そして、ＩＧＢＴについては一方の放熱部材から他方の放熱部材に電流が流れ、ダイオード素子については他方の放熱部材から一方の放熱部材に電流が流れる構成となる。

上記構成を有する半導体装置では、制御端子を除いた端子は放熱部材の２接続端子となっている。そして、該接続端子を通じて同構造の半導体装置が直列に接続されることで、３相インバータのうちの上下アームが構成される。この上下アームが３つ並列に接続されることにより、３相インバータ回路が構成される。なお、上下アームの各半導体装置のうち、ハイサイド側が上アームに相当し、ローサイド側が下アームに相当する。
特許第３５２５８３２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、２つの半導体素子を直列に接続して上下アームを構成している。すなわち、一方の半導体装置のＩＧＢＴと他方の半導体装置のダイオード素子との間には、各半導体装置の各接続端子が別部材として介在する。このため、上下アーム間の寄生インダクタンスの低減には限界がある。

また、半導体装置を製品として出荷検査する際には、２つの半導体装置で上下アームを構成して検査することとなる。しかし、上下アームの一方は出荷製品であり、他方は別に用意された検査用の半導体装置である。このため、出荷製品は実際とは異なる半導体装置と上下アームを組まされ、上もしくは下アームの単品として検査されるために、例えば発生するダイオードのリカバリサージが実際にインバータ回路に組みつけられる場合とは異なるという問題がある。したがって、検査条件はインバータ回路の制御時に起こり得る状態を網羅した条件に設定する必要があり、結果的に厳しい試験条件で試験しなければならず、歩留の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記点に鑑み、半導体装置がインバータ回路に組み込まれたときに上記寄生インダクタンスが低減されると共に、半導体装置が検査される際にインバータ回路に組み込まれた最終構造での検査が可能となる構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、ダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）およびダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、第１放熱部材（１０）のうちＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、第２放熱部材（１１）のうちダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、第３放熱部材（１２）のうちＩＧＢＴチップ（１３）およびダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、ＩＧＢＴチップ（１３）、ダイオードチップ（１４）、および各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする。

これによると、上アーム（３１）の還流用ダイオード素子と下アーム（３２）のＩＧＢＴ素子とが別部材を介することなく一つの半導体装置内で接続された状態になっている。したがって、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間を最小限に接続することができ、ひいてはＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間の寄生インダクタンスを最小限にすることができる。

また、１つの半導体装置に上アーム（３１）の還流用ダイオード素子と下アーム（３２）のＩＧＢＴ素子とが備えられているため、半導体装置の動特性検査時に１サンプルを検査装置にセットすることで、ペアとなる素子が確定した状態で検査を行うことができる。このため、検査用の素子を用いた試験を行う必要がなくなり、最終的にインバータ回路に組み込まれた最終構造での検査を行うことができる。したがって、検査条件に半導体装置の組合せのばらつきを考慮する必要がなくなり、インバータ回路の制御時の条件のみを考慮して半導体装置の検査を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明では、ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、ダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）およびダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、第１放熱部材（１０）のうちダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、第２放熱部材（１１）のうちＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、第３放熱部材（１２）のうちＩＧＢＴチップ（１３）およびダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、ＩＧＢＴチップ（１３）、ダイオードチップ（１４）、および各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする。

これにより、上アーム（３１）のＩＧＢＴ素子と下アーム（３２）の還流用ダイオード素子とが別部材を介することなく一つの半導体装置内で接続された状態になっている。したがって、請求項１と同様に、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間の寄生インダクタンスを最小限にすることができる。また、半導体装置の検査についても、請求項１と同様の効果が得られる。

請求項３に記載の発明では、第３放熱部材（１２）のうちＩＧＢＴチップ（１３）およびダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面には、該面が凹んだ切り込み部（１２ａ）が形成されていることを特徴とする。

これにより、半導体装置において第３放熱部材（１２）が設けられた側と第１、第２放熱部材（１０、１１）が設けられた側との応力の均一化を図ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１または３に記載の半導体装置を第１半導体装置とし、請求項２または３に記載の半導体装置を第２半導体装置とし、第１半導体装置の第３放熱部材（１２）と第２半導体装置の第３放熱部材（１２）とが電気的に接続され、第１半導体装置の第１放熱部材（１０）と第２半導体装置の第１放熱部材（１０）とが電気的に接続され、さらに第１半導体装置の第２放熱部材（１１）と第２半導体装置の第２放熱部材（１１）とが電気的に接続されることにより、第１半導体装置のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と第２半導体装置のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、第１半導体装置のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と第２半導体装置のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成されており、上アーム（３１）と下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成され、この上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることで回路が構成されていることを特徴とする。

このように、請求項１または３および請求項２または３に記載された半導体装置を用いてインバータ回路を構成することができる。

請求項５に記載の発明では、ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、ダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（２１）と、ダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第４放熱部材（２２）と、第１放熱部材（１０）のうちＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、第２放熱部材（１１）のうちダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、第３放熱部材（２１）のうちＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、第４放熱部材（２２）のうちダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、ＩＧＢＴチップ（１３）、ダイオードチップ（１４）、および各放熱部材（１０、１１、２１、２２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする。

これによると、第３放熱部材（２１）と第４放熱部材（２２）とを電気的に接続することで、上アーム（３１）の還流用ダイオード素子と下アーム（３２）のＩＧＢＴ素子を備えた半導体装置を構成することができる。逆に、第１放熱部材（１０）と第２放熱部材（１１）とを電気的に接続することで、上アーム（３１）のＩＧＢＴ素子と下アーム（３２）の還流用ダイオード素子を備えた半導体装置を構成することができる。このように、各放熱部材（１０、１１、２１、２２）のうちどのペアを電気的に接続するかによって、２種類の半導体装置を構成することができる。したがって、半導体装置の汎用性を高めることができる。

このような半導体装置においては、隣り合う放熱部材を電気的に接続するだけであるので、最小の距離で各放熱部材を接続することができる。したがって、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間の寄生インダクタンスを最小限にすることができる。また、１つの半導体装置に上アーム（３１）の還流用ダイオード素子またはＩＧＢＴ素子と下アーム（３２）のＩＧＢＴ素子または還流用ダイオード素子とが備えられているため、半導体装置の動特性検査時に、インバータ回路でペアとなる素子が確定した状態で検査を行うことができる。したがって、最終的にインバータ回路に組み込まれた最終構造での検査を行うことができる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載された半導体装置において、第１放熱部材（１０）および第２放熱部材（１１）にシート状の貼付金属（４０）が貼り付けられることで第１放熱部材（１０）と第２放熱部材（１１）とが同電位とされたものを第１半導体装置とし、請求項５に記載された半導体装置において、第３放熱部材（２１）および第４放熱部材（２２）にシート状の貼付金属（４０）が貼り付けられることで第３放熱部材（２１）と第４放熱部材（２２）とが同電位にされたものを第２半導体装置とし、第１半導体装置に設けられた貼付金属（４０）と第２半導体装置に設けられた貼付金属（４０）とが電気的に接続され、第１半導体装置の第１放熱部材（１０）と第２半導体装置の第４放熱部材（２２）とが電気的に接続され、さらに第１半導体装置の第２放熱部材（１１）と第２半導体装置の第３放熱部材（１２）とが電気的に接続されることにより、第１半導体装置のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と第２半導体装置のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、第１半導体装置のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と第２半導体装置のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成されており、上アーム（３１）と下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成され、この上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることで回路が構成されていることを特徴とする。このように、汎用性の高い半導体装置を用いてインバータ回路を構成することができる。

請求項７に記載の発明では、ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成された２つのＩＧＢＴチップ（１３）と、還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成された２つのダイオードチップ（１４）と、一方のＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）および一方のダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、他方のダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）および他方のＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、一方のＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）、一方のダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）、他方のＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）、および他方のダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、第１放熱部材（１０）のうち一方のＩＧＢＴチップ（１３）およびダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、第２放熱部材（１１）のうち他方のダイオードチップ（１４）およびＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、第３放熱部材（１２）のうち各ＩＧＢＴチップ（１３）および各ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、各ＩＧＢＴチップ（１３）、各ダイオードチップ（１４）、および各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする。

これによると、各放熱部材（１０〜１２）を共通化させて半導体装置を構成できる。したがって、１つの半導体装置で上アーム（３１）と下アーム（３２）とが組み合わされたものを得ることができる。この場合においては、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子とは第３放熱部材（１２）を介して半導体装置内で接続されるため、配線を最小限にすることができ、ひいては寄生インダクタンスを最小にすることができる。また、１つの半導体装置で上下アーム（３３）が構成されているため、インバータ回路に組み込まれた最終構造として検査することができる。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載された半導体装置において、一方のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と他方のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、一方のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と他方のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成され、さらに上アーム（３１）と下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成されており、半導体装置が３つ備えられ、各半導体装置の各上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることでインバータ回路が構成されるようにすることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される半導体装置は、例えば３相インバータ回路に適用されるものである。

図１は、本実施形態に係る第１半導体装置を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図である。また、図２は、本実施形態に係る第２半導体装置を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図である。そして、図３は、図１および図２に示された第１半導体装置１および第２半導体装置２を用いたインバータ回路の回路図である。以下、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示されるように、第１半導体装置１は、第１〜第３放熱部材１０〜１２と、ＩＧＢＴチップ１３と、ダイオードチップ１４と、第１、第２ヒートシンク１５、１６と、モールド樹脂１７とを備えて構成されている。

第１〜第３放熱部材１０〜１２および第１、第２ヒートシンク１５、１６は、各チップ１３、１４で発生した熱を第１半導体装置１の外部に放出するヒートシンクとしての役割と、各チップ１３、１４を外部と電気的に接続するための電極としての役割を果たすものである。

これら各放熱部材１０〜１２および各ヒートシンク１５、１６は、例えばプレス加工等により形成される。また、各放熱部材１０〜１２および各ヒートシンク１５、１６の材質は、少なくとも導電性と熱伝導性に優れた材料であれば良く、例えばＣｕ、Ａｌ、またはそれらの合金系が採用される。

ＩＧＢＴチップ１３は、ＩＧＢＴ素子が形成された半導体チップであり、該チップの裏面１３ａ側から表面１３ｂ側に電流が流れるように構成されたものである。すなわち、ＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａがコレクタ面となり、表面１３ｂがエミッタ面となる。

このＩＧＢＴチップ１３のゲートパッドはワイヤ１８を介してリード１８ａに接続されている。そして、このリード１８ａを介して外部から制御信号が入力されることで駆動制御されるようになっている。

ダイオードチップ１４は、還流用ダイオード素子が形成された半導体チップであり、該チップの表面１４ａ側から裏面１４ｂ側に電流が流れるように構成されたものである。すなわち、ダイオードチップ１４の表面１４ａがアノード面となり、裏面１４ｂがカソード面となる。

これら各放熱部材１０〜１２、各ヒートシンク１５、１６、ＩＧＢＴチップ１３、およびダイオードチップ１４は、はんだなどの接合部材１９によって電気的および熱的に接続されている。なお、接合部材１９として銀ペースト等を用いても構わない。

具体的には、第１放熱部材１０が接合部材１９を介して第１ヒートシンク１５に熱的および電気的に接続され、該第１ヒートシンク１５が接合部材１９を介してＩＧＢＴチップ１３の表面１３ｂに熱的および電気的に接続されている。一方、第２放熱部材１１が接合部材１９を介してダイオードチップ１４の裏面１４ｂに熱的および電気的に接続され、ダイオードチップ１４の表面１４ａが接合部材１９を介して第２ヒートシンク１６に熱的および電気的に接続されている。そして、第３放熱部材１２が接合部材１９を介してＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａおよび第２ヒートシンク１６に熱的および電気的にそれぞれ接続されている。

これによると、ＩＧＢＴチップ１３のコレクタ面とダイオードチップ１４のアノード面とが共通の第３放熱部材１２に接続され、ＩＧＢＴチップ１３のエミッタ面とダイオードチップ１４のカソード面とはそれぞれ別の第１、第２放熱部材１０、１１に接続される。

したがって、図１（ｂ）に示される回路が形成される。第１放熱部材１０がＮ端子、第２放熱部材１１がＰ端子、そして第３放熱部材１２がＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間の中点端子としてそれぞれ機能する。Ｎ端子は後述する電源３４のローサイドに接続され、Ｐ端子は電源３４のハイサイドに接続され、中点端子は後述する負荷３０に接続されることとなる。

モールド樹脂１７は、第１半導体装置１の外観をなすものである。このモールド樹脂１７は、第１放熱部材１０のうちＩＧＢＴチップ１３が接続された面とは反対側の面と、第２放熱部材１１のうちダイオードチップ１４が接続された面とは反対側の面と、第３放熱部材１２のうちＩＧＢＴチップ１３およびダイオードチップ１４が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、各放熱部材１０〜１２、各ヒートシンク１５、１６、ＩＧＢＴチップ１３、およびダイオードチップ１４をそれぞれ封止している。これにより、第１半導体装置１は両面放熱構造となっている。なお、モールド樹脂１７から露出した第１放熱部材１０と第２放熱部材１１との各放熱面は同一平面上に配置されている。

本実施形態では、上記ＩＧＢＴチップ１３等が積層されてそれぞれ接合されたもののうち、各放熱部材１０〜１２の放熱面を除いた各部位にコーティング膜２０がコーティングされている。これは、金属である各放熱部材１０〜１２等と樹脂であるモールド樹脂１７との密着力を上げるためのものである。コーティング膜２０としては、例えばポリアミド樹脂が用いられる。したがって、モールド樹脂１７は該コーティング膜２０の上に樹脂成形される。

上記構造の第１半導体装置１は、以下のように製造することができる。まず、各放熱部材１０〜１２を含んだリードフレームを用意する。図１（ａ）に示されるように各放熱部材１０〜１２、各ヒートシンク１５、１６、ＩＧＢＴチップ１３、およびダイオードチップ１４を積層して各々を接合部材１９にて接合する。また、制御端子となるリード１８ａと各ＩＧＢＴチップ１３のゲートパッドとをワイヤ１８で接続する。さらに、モールド樹脂１７にて封止される部位にコーティング膜２０を形成する。

この後、上記積層物を金型に配置して該金型内に樹脂を流し込む。ここで、第１放熱部材１０と第２放熱部材１１とがそれぞれ別部材になっているため、第１放熱部材１０と第２放熱部材１１との間に空間が設けられている。したがって、金型に樹脂を流し込む際には、該空間に樹脂が流れ込みやすくなり、樹脂の流動性が向上する。そして、金型内に樹脂を流し込んだ後、該樹脂を固めることにより、図１（ａ）に示される第１半導体装置１が完成する。

図２に示された第２半導体装置２は、第１半導体装置１に対してＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との接続形態が逆になったものになっている。

具体的には、第１放熱部材１０が接合部材１９を介して第２ヒートシンク１６に熱的および電気的に接続され、該第２ヒートシンク１６が接合部材１９を介してダイオードチップ１４の表面１４ａに熱的および電気的に接続されている。一方、第２放熱部材１１が接合部材１９を介してＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａに熱的および電気的に接続され、ＩＧＢＴチップ１３の表面１３ｂが接合部材１９を介して第１ヒートシンク１５に熱的および電気的に接続されている。そして、第３放熱部材１２が接合部材１９を介してダイオードチップ１４の裏面１４ｂおよび第１ヒートシンク１５に熱的および電気的にそれぞれ接続されている。

なお、図２に示された第２半導体装置２についても、ＩＧＢＴチップ１３等が積層されてそれぞれ接合されたものにおいて、各放熱部材１０〜１２の放熱面を除いた各部位にコーティング膜２０がコーティングされ、モールド樹脂１７が成形されている。

このような構造においては、ＩＧＢＴチップ１３のエミッタ面とダイオードチップ１４のカソード面とが共通の第３放熱部材１２に接続され、ＩＧＢＴチップ１３のコレクタ面とダイオードチップ１４のアノード面とはそれぞれ別の第１、第２放熱部材１０、１１に接続される。

したがって、図２（ｂ）に示されるように、第１放熱部材１０がＮ端子、第２放熱部材１１がＰ端子、そして第３放熱部材１２がＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間の中点端子としてそれぞれ機能する。該中点端子は後述する負荷３０に接続される。

なお、上記構造の第２半導体装置２についても、第１半導体装置１と同様の方法によって製造することができる。

そして、上記構造の第１半導体装置１および第２半導体装置２が組み合わされて、図３に示されるインバータ回路が構成される。

具体的には、まず、図１（ｂ）に示されるように、第１半導体装置１にはインバータ回路の上アーム３１を構成する還流用ダイオード素子と下アーム３２を構成するＩＧＢＴ素子とが備えられている。一方、図２（ｂ）に示されるように、第２半導体装置２にはインバータ回路の上アーム３１を構成するＩＧＢＴ素子と下アーム３２を構成する還流用ダイオード素子とが備えられている。

したがって、第１半導体装置１の中間端子としての第３放熱部材１２と第２半導体装置２の中間端子としての第３放熱部材１２とが電気的に接続される。また、第１半導体装置１のＮ端子としての第１放熱部材１０と第２半導体装置２のＮ端子としての第１放熱部材１０とが電気的に接続される。さらに、第１半導体装置１のＰ端子としての第２放熱部材１１と第２半導体装置２のＰ端子としての第２放熱部材１１とが電気的に接続される。

これにより、図３に示されるように、第１半導体装置１のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子と第２半導体装置２のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子とで上アーム３１が構成される。同様に、第１半導体装置１のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子と第２半導体装置２のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子とで下アーム３２が構成される。

そして、上アーム３１と下アーム３２とで構成された上下アーム３３が３つ並列に接続され、各上下アーム３３のＰ端子とＮ端子との間に電源３４が接続されることにより、３相インバータ回路が構成されている。各上下アーム３３の中間端子がそれぞれ負荷３０に接続される。負荷３０は、例えば３相モータである。

各半導体装置１、２の各ＩＧＢＴチップ１３は、外部から入力された制御信号に従ってオン／オフを繰り返す。これにより、負荷３０に対して３相交流電源を供給できるようになっている。

以上説明したように、本実施形態では、第１半導体装置１に上アーム３１の還流用ダイオード素子と下アーム３２のＩＧＢＴ素子とを接続したものを設け、第２半導体装置２に上アーム３１のＩＧＢＴ素子と下アーム３２の還流用ダイオード素子とを接続したものを設けていることが特徴となっている。

これにより、各半導体装置１、２では、上アーム３１の素子と下アーム３２の素子とが半導体装置１、２を離れた他の別部材を介することなく第３放熱部材１２を介して接続されている。したがって、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子との間を最小限に接続することができるので、ΔＶ＝Ｌｓ・ｄｉ／ｄｔで表されるサージ電圧の要因である寄生インダクタンスを最小限にすることができる。

また、各半導体装置１、２には上アーム３１の還流用ダイオード素子またはＩＧＢＴ素子と下アーム３２のＩＧＢＴ素子または還流用ダイオード素子とがセットで備えられている。これにより、各半導体装置１、２の動特性検査時に１サンプルを検査装置にセットすることで、上下アーム３３の両方の素子を構成できるため、検査用の素子を用意する必要がなくなる。このため、各半導体装置１、２が図３に示されたインバータ回路に組み込まれた最終構造での検査を行うことができる。この場合、最終的にインバータ回路を構成する組合せでの検査となるので、検査条件は組合せのばらつきを考慮する必要がなく、制御時の条件のみを考慮して設定すれば良い。

そして、各半導体装置１、２に特性不良が発生した場合、ＩＧＢＴ素子、還流用ダイオード素子をそれぞれ独立して測定できるため、原因追及を容易に行うことができる。

さらに、各素子の搭載向きやリードフレーム形状が異なる点を除いては、従来と同様の組付け方法にてインバータ回路の構成が可能である。

上記のようにして、ＩＧＢＴ素子と還流用ダイオード素子とを直列に接続した半導体装置２種類を並列に接続した構成とすることで、寄生インダクタンス低減などの特性、検査性、組付け性を向上できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、第１半導体装置１において第１、第２放熱部材１０、１１が設けられた側では、第１、第２放熱部材１０、１１は別部材であるので、第１放熱部材１０と第２放熱部材１１との間に樹脂が配置されることになる。しかし、第１半導体装置１において第１、第２放熱部材１０、１１の反対側に設けられた第３放熱部材１２はＩＧＢＴチップ１３およびダイオードチップ１４に共通の部材となるため、上記のような隙間がない。このため、第１半導体装置１において第１、第２放熱部材１１側と第３放熱部材１２側とでは応力のバランスが偏る可能性がある。

そこで、本実施形態では、第３放熱部材１２に切り込みを加えることにより、該応力のバランスを向上させたことが特徴となっている。

図４は、本実施形態に係る第１半導体装置１の断面図である。この図に示されるように、第３放熱部材１２のうち、ＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａおよび第２ヒートシンク１６が接続された面とは反対側の面に、該面が凹んだ切り込み部１２ａが設けられている。

これにより、第１半導体装置１の第３放熱部材１２側においても、第１、第２放熱部材１１側の空間に対応したものを設けることができる。したがって、第１半導体装置１において第１、第２放熱部材１０、１１が設けられた側と第３放熱部材１２が設けられた側との応力の均一化を図ることができる。

なお、図２（ａ）に示された第２半導体装置２についても、第３放熱部材１２に図４に示された切り込み部１２ａを設けることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図５は、本実施形態に係る第３半導体装置の断面図である。この図に示されるように、第３半導体装置３は、第１、第２、第４、第５放熱部材１０、１１、２１、２２の４つの放熱部材を備えている。

そして、第１放熱部材１０が接合部材１９を介して第１ヒートシンク１５に熱的および電気的に接続され、該第１ヒートシンク１５が接合部材１９を介してＩＧＢＴチップ１３の表面１３ｂに熱的および電気的に接続されている。また、ＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａが接合部材１９を介して第４放熱部材２１に熱的および電気的に接続されている。ＩＧＢＴチップ１３のゲートパッドはワイヤ１８を介してリード１８ａに接続されている。

一方、第２放熱部材１１が接合部材１９を介してダイオードチップ１４の裏面１４ｂに熱的および電気的に接続され、ダイオードチップ１４の表面１４ａが接合部材１９を介して第２ヒートシンク１６に熱的および電気的に接続されている。また、第２ヒートシンク１６が接合部材１９を介して第５放熱部材２２に熱的および電気的に接続されている。

このような積層物に第１実施形態と同様にコーティング膜２０が形成され、該積層物がモールド樹脂１７により封止されている。この場合、第１放熱部材１０のうちＩＧＢＴチップ１３が接続された面とは反対側の面、第２放熱部材１１のうちダイオードチップ１４が接続された面とは反対側の面、第４放熱部材２１のうちＩＧＢＴチップ１３が接続された面とは反対側の面、および第５放熱部材２２のうちダイオードチップ１４が接続された面とは反対側の面がそれぞれ露出するように、モールド樹脂１７によって封止されている。

なお、モールド樹脂１７から露出した第１放熱部材１０と第２放熱部材１１との各放熱面は同一平面上に配置されている。また、モールド樹脂１７から露出した第４放熱部材２１と第５放熱部材２２との各放熱面は同一平面上に配置されている。

上記のような構造を持った第３半導体装置３によって、図３に示されたインバータ回路を構成することが可能である。このためには、第１、第２半導体装置１、２のように、第３半導体装置３にも中間端子を設ける必要がある。

そこで、本実施形態では、図５に示されたシート状の貼付金属４０を用いる。この貼付金属４０は、例えば絶縁基板４１に設けられた貼付金属面に相当するものである。すなわち、第３半導体装置３をはんだ等を介して絶縁基板４１に直接設置することが可能である。

例えば、図５に示されるように、第４放熱部材２１および第５放熱部材２２に両方に接触するように、第４放熱部材２１および第５放熱部材２２に貼付金属４０が貼り付けられた場合、第４放熱部材２１と第５放熱部材２２とが同電位となる。したがって、第３半導体装置３は図１（ａ）に示された第１半導体装置１と同じ構成となる。すなわち、上アーム３１と還流用ダイオード素子と下アーム３２のＩＧＢＴ素子とが接続されたものが得られる。

一方、第１放熱部材１０および第２放熱部材１１に両方に接触するように、第２放熱部材１１および第２放熱部材１１に貼付金属４０が貼り付けられた場合、第１放熱部材１０と第２放熱部材１１とが同電位となる。したがって、第３半導体装置３は図２（ａ）に示された第２半導体装置２と同じ構成となる。すなわち、上アーム３１のＩＧＢＴ素子と下アーム３２の還流用ダイオード素子とが接続されたものが得られる。

したがって、第１半導体装置１と同じ構成とされた第３半導体装置３と、第２半導体装置２と同じ構成とされた第３半導体装置３とを第１実施形態と同様に電気的に接続される。

これにより、第１半導体装置１と同じ構成とされた第３半導体装置３のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子と第２半導体装置２と同じ構成とされた第３半導体装置３のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子とで上アーム３１が構成される。また、第１半導体装置１とされた第３半導体装置３のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子と第２半導体装置２とされた第３半導体装置３のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子とで下アーム３２が構成される。

そして、上記のようにして構成された上アーム３１と下アーム３２とで上下アーム３３が構成され、この上下アーム３３が３つ並列に接続されることで図３に示されたインバータ回路が構成される。

以上のように、各放熱部材１０、１１、２１、２２をそれぞれ別部材とすることで、１つの構造から２つのタイプの装置を構成することができる。このため、汎用性の高い半導体装置を提供することが可能となる。また、第３半導体装置３において、第１、第２放熱部材１０、１１側と第４、第５放熱部材２１、２２側とが同じ構造となるため、応力のバランスを向上させることもできる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第４放熱部材２１が特許請求の範囲の第３放熱部材に対応し、第５放熱部材２２が特許請求の範囲の第４放熱部材に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、１つの半導体装置で上下アーム３３が構成されていることが特徴となっている。

図６（ａ）は、本実施形態に係る第４半導体装置の斜視図である。この図に示されるように、第４半導体装置４においては、第３放熱部材１２の上に２つのＩＧＢＴチップ１３および２つのダイオードチップ１４が配置されている。

第３放熱部材１２には、一方のＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａ、一方のダイオードチップ１４の裏面１４ｂ、他方のＩＧＢＴチップ１３の表面１３ｂ、および他方のダイオードチップ１４の表面１４ａが熱的および電気的にそれぞれ接続されている。

そして、第１放熱部材１０は、一方のＩＧＢＴチップ１３の表面１３ｂおよび一方のダイオードチップ１４の表面１４ａに熱的および電気的に接続されている。また、第２放熱部材１１は、他方のダイオードチップ１４の裏面１４ｂおよび他方のＩＧＢＴチップ１３の裏面１３ａに熱的および電気的に接続されている。なお、図６（ａ）では各ヒートシンク１５、１６やモールド樹脂１７を省略してある。

このような構成によると、一方のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子と他方のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子とのペア２３が形成される。また、他方のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子と一方のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子とのペア２４が形成される。

すなわち、図６（ａ）に示された第４半導体装置４は、ペア２３が図１（ａ）に示された第１半導体装置１に相当するものであり、ペア２４が図２（ａ）に示された第２半導体装置２に相当するものである。言い換えると、第４半導体装置４は、第１半導体装置１と第２半導体装置２との各第３放熱部材１２を一体化させたものになっている。

上記ペア２３およびペア２４により、一方のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子と他方のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子とで上アーム３１が構成され、一方のＩＧＢＴチップ１３のＩＧＢＴ素子と他方のダイオードチップ１４の還流用ダイオード素子とで下アーム３２が構成される。

したがって、図６（ｂ）に示された上下アーム３３が３つ並列に接続されることで、図３に示されたインバータ回路が構成されることとなる。

以上のように、各放熱部材１０〜１２を共通化させて第４半導体装置４を構成することにより、１つの第４半導体装置４であらかじめ上下アーム３３が構成されたものを得ることができる。これにより、配線をより簡易化することが可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、コーティング膜２０が形成されたものが示されているが、これは一例であって、該コーティング膜２０が形成されていなくても良い。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る第１半導体装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の等価回路図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る第２半導体装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の等価回路図である。 第１半導体装置および第２半導体装置が用いられて構成されたインバータ回路の回路図である。 本発明の第２実施形態に係る第１半導体装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る第３半導体装置の断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る第４半導体装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の等価回路図である。

符号の説明

１０ 第１放熱部材
１１ 第２放熱部材
１２ 第３放熱部材
１２ａ 切り込み部
１３ ＩＧＢＴチップ
１３ａ ＩＧＢＴチップの裏面
１３ｂ ＩＧＢＴチップの表面
１４ ダイオードチップ
１４ａ ダイオードチップの表面
１４ｂ ダイオードチップの裏面
１７ モールド樹脂
２１ 第４放熱部材
２２ 第５放熱部材
３１ 上アーム
３２ 下アーム
３３ 上下アーム
４０ 貼付金属

Claims (8)

1. ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、
   還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、
   前記ダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）および前記ダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、
   前記第１放熱部材（１０）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、前記第２放熱部材（１１）のうち前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、前記第３放熱部材（１２）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）および前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、前記ＩＧＢＴチップ（１３）、前記ダイオードチップ（１４）、および前記各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする半導体装置。
2. ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、
   還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、
   前記ダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）および前記ダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、
   前記第１放熱部材（１０）のうち前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、前記第２放熱部材（１１）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、前記第３放熱部材（１２）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）および前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、前記ＩＧＢＴチップ（１３）、前記ダイオードチップ（１４）、および前記各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする半導体装置。
3. 前記第３放熱部材（１２）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）および前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面には、該面が凹んだ切り込み部（１２ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 請求項１または３に記載の半導体装置を第１半導体装置とし、請求項２または３に記載の半導体装置を第２半導体装置とし、
   前記第１半導体装置の第３放熱部材（１２）と前記第２半導体装置の第３放熱部材（１２）とが電気的に接続され、前記第１半導体装置の第１放熱部材（１０）と前記第２半導体装置の第１放熱部材（１０）とが電気的に接続され、さらに前記第１半導体装置の第２放熱部材（１１）と前記第２半導体装置の第２放熱部材（１１）とが電気的に接続されることにより、前記第１半導体装置の前記ダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と前記第２半導体装置の前記ＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、前記第１半導体装置の前記ＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と前記第２半導体装置の前記ダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成されており、
   前記上アーム（３１）と前記下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成され、この上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることで回路が構成されていることを特徴とするインバータ回路。
5. ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成されたＩＧＢＴチップ（１３）と、
   還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成されたダイオードチップ（１４）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、
   前記ダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、
   前記ＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（２１）と、
   前記ダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第４放熱部材（２２）と、
   前記第１放熱部材（１０）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、前記第２放熱部材（１１）のうち前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、前記第３放熱部材（２１）のうち前記ＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、前記第４放熱部材（２２）のうち前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、前記ＩＧＢＴチップ（１３）、前記ダイオードチップ（１４）、および前記各放熱部材（１０、１１、２１、２２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５に記載された半導体装置において、前記第１放熱部材（１０）および前記第２放熱部材（１１）にシート状の貼付金属（４０）が貼り付けられることで前記第１放熱部材（１０）と前記第２放熱部材（１１）とが同電位とされたものを第１半導体装置とし、
   請求項５に記載された半導体装置において、前記第３放熱部材（２１）および前記第４放熱部材（２２）にシート状の貼付金属（４０）が貼り付けられることで前記第３放熱部材（２１）と前記第４放熱部材（２２）とが同電位にされたものを第２半導体装置とし、
   前記第１半導体装置に設けられた貼付金属（４０）と前記第２半導体装置に設けられた貼付金属（４０）とが電気的に接続され、前記第１半導体装置の第１放熱部材（１０）と前記第２半導体装置の第４放熱部材（２２）とが電気的に接続され、さらに前記第１半導体装置の第２放熱部材（１１）と前記第２半導体装置の第３放熱部材（１２）とが電気的に接続されることにより、前記第１半導体装置の前記ダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と前記第２半導体装置の前記ＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、前記第１半導体装置の前記ＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と前記第２半導体装置の前記ダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成されており、
   前記上アーム（３１）と前記下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成され、この上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることで回路が構成されていることを特徴とするインバータ回路。
7. ＩＧＢＴ素子が形成され、裏面（１３ａ）側から表面（１３ｂ）側に電流が流れるように構成された２つのＩＧＢＴチップ（１３）と、
   還流用ダイオード素子が形成され、表面（１４ａ）側から裏面（１４ｂ）側に電流が流れるように構成された２つのダイオードチップ（１４）と、
   前記一方のＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）および前記一方のダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第１放熱部材（１０）と、
   前記他方のダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）および前記他方のＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）に熱的および電気的に接続された第２放熱部材（１１）と、
   前記一方のＩＧＢＴチップ（１３）の裏面（１３ａ）、前記一方のダイオードチップ（１４）の裏面（１４ｂ）、前記他方のＩＧＢＴチップ（１３）の表面（１３ｂ）、および前記他方のダイオードチップ（１４）の表面（１４ａ）に熱的および電気的に接続された第３放熱部材（１２）と、
   前記第１放熱部材（１０）のうち前記一方のＩＧＢＴチップ（１３）および前記ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面と、前記第２放熱部材（１１）のうち前記他方のダイオードチップ（１４）および前記ＩＧＢＴチップ（１３）が接続された面とは反対側の面と、前記第３放熱部材（１２）のうち前記各ＩＧＢＴチップ（１３）および前記各ダイオードチップ（１４）が接続された面とは反対側の面とがそれぞれ露出するように、前記各ＩＧＢＴチップ（１３）、前記各ダイオードチップ（１４）、および前記各放熱部材（１０〜１２）を封止したモールド樹脂（１７）とを備えていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項７に記載された半導体装置において、前記一方のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子と前記他方のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子とで上アーム（３１）が構成されると共に、前記一方のＩＧＢＴチップ（１３）のＩＧＢＴ素子と前記他方のダイオードチップ（１４）の還流用ダイオード素子とで下アーム（３２）が構成され、さらに前記上アーム（３１）と前記下アーム（３２）とで上下アーム（３３）が構成されており、
   前記半導体装置が３つ備えられ、前記各半導体装置の前記各上下アーム（３３）が３つ並列に接続されることで回路が構成されていることを特徴とするインバータ回路。

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