JP6708066B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、半導体装置に関する。

特許文献１には、スイッチング素子が形成され、両面に主電極を有する半導体チップ、半導体チップの両面側にそれぞれ配置された複数の放熱板、各放熱板の少なくとも一部及び半導体チップを一体的に封止する封止樹脂体、及び複数の主端子を備える半導体装置が開示されている。主端子は、板厚方向が半導体チップの板厚方向と同じとなるように配置されている。主端子は、放熱板を介して主電極と電気的に接続されるとともに、封止樹脂体の内部から外部にわたって延設されている。

このような半導体装置は、電力変換装置に適用される。主端子は、先端付近でバスバーに溶接され、バスバーを介して平滑用のコンデンサと電気的に接続される。

特開２０１５−１１５４６４号公報

ところで、電力制御の用途では、出力（電流容量）を大きく得たいという要求があり、半導体チップ（スイッチング素子）を並列接続する構成を採用することがある。上記した半導体装置の場合、複数の半導体装置を、バスバーを介して並列接続することとなる。バスバーは、主端子の先端付近に接続される。したがって、主端子、ひいては並列間のインダクタンスが大きくなり、ゲートの異常発振が生じる虞がある。

主端子の延設長さを短くすることで、ゲートの異常発振を抑制することも可能である。しかしながら、主端子における封止樹脂体からの露出部分の表面には、バスバー溶接の際に、半導体チップ側に伝達される熱を抑制すべく、放熱治具が接触される。また、品番や素子情報などが印字される。さらには、半導体装置の製造後に、電気特性の測定装置が接触される。したがって、主端子として所定の面積が必要である。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、主端子のインダクタンスを低減でき、且つ、放熱などのために必要な所定面積を確保できる半導体装置を提供することを目的とする。

本開示のひとつである半導体装置は、スイッチング素子が形成されており、一面及び一面と板厚方向において反対の裏面のそれぞれに主電極（２３ａ，２３ｂ）を有する少なくとも１つの半導体チップ（２２）と、
板厚方向において半導体チップを挟むように、半導体チップの一面側及び裏面側のそれぞれに配置され、対応する主電極と電気的に接続された複数の放熱板（２４，２８）と、
各放熱板の少なくとも一部、及び、半導体チップを一体的に封止する封止樹脂体（２１）と、
板厚方向が半導体チップの板厚方向と同じとなるように配置され、放熱板を介して主電極と電気的に接続された複数の主端子（３２）と、を備え、
主端子として、封止樹脂体の内部から外部にわたって延設された基部（３３）と、封止樹脂体の外部で基部の途中の部分から分岐した突起部（３４）と、を有し、主端子の封止樹脂体から露出する部分における封止樹脂体側の一端から一端とは反対の突起部の先端までの延設長さが、一端から一端とは反対の基部の先端までの延設長さよりも短くされた分岐状端子（３２ａ）を複数含み、
半導体チップとして、上アーム回路を構成する上アームチップ（２２Ｈ）と、下アーム回路を構成し、板厚方向と直交する方向に上アームチップと並んで配置された下アームチップ（２２Ｌ）と、を有し、
複数の放熱板として、板厚方向において上アームチップを挟むように配置された一対の上アーム板（２４Ｈ，２８Ｈ）と、板厚方向において下アームチップを挟むように配置された一対の下アーム板（２４Ｌ，２８Ｌ）と、を有し、
複数の主端子として、上アームチップの高電位側に配置された上アーム板を介して、上アームチップの高電位側の主電極と電気的に接続された第１主端子（３２０）と、下アームチップの低電位側に配置された下アーム板を介して、下アームチップの低電位側の主電極と電気的に接続された第２主端子（３２２）と、上アームチップの低電位側に配置された上アーム板及び下アームチップの高電位側に配置された下アーム板を介して、上アームチップの低電位側の主電極及び下アームチップの高電位側の主電極と電気的に接続された第３主端子（３２１）と、を有し、
上アームチップの低電位側に配置された上アーム板と、下アームチップの高電位側に配置された下アーム板とを電気的に接続する継手部（３０）をさらに備える。

本開示のひとつである半導体装置は、スイッチング素子が形成されており、一面及び一面と板厚方向において反対の裏面のそれぞれに主電極（２３ａ，２３ｂ）を有する少なくとも１つの半導体チップ（２２）と、
板厚方向において半導体チップを挟むように、半導体チップの一面側及び裏面側のそれぞれに配置され、対応する主電極と電気的に接続された複数の放熱板（２４，２８）と、
各放熱板の少なくとも一部、及び、半導体チップを一体的に封止する封止樹脂体（２１）と、
板厚方向が半導体チップの板厚方向と同じとなるように配置され、放熱板を介して主電極と電気的に接続された複数の主端子（３２）と、
を備え、
主端子として、封止樹脂体の内部から外部にわたって延設された基部（３３）と、封止樹脂体の外部で基部の途中の部分から分岐した突起部（３４）と、を有し、主端子の封止樹脂体から露出する部分における封止樹脂体側の一端から一端とは反対の突起部の先端までの延設長さが、一端から一端とは反対の基部の先端までの延設長さよりも短くされた分岐状端子（３２ａ）を含む。

この半導体装置によれば、主端子として分岐状端子を含んでいる。分岐状端子は、基部に加えて突起部を有しており、封止樹脂体から露出する部分として２つの先端を有している。これにより、突起部にもバスバーを溶接可能な構成となっている。そして、主端子の封止樹脂体から露出する部分において、封止樹脂体側の一端から、一端とは反対の突起部の先端までの延設長さが、一端から一端とは反対の基部の先端までの延設長さよりも短くなっている。したがって、突起部の先端付近にバスバーを溶接することで、主端子のインダクタンス、ひいては並列接続部分のインダクタンスを低減することができる。これにより、たとえばゲートの異常発振が生じるのを抑制することができる。

また、突起部のみを有するのではなく、基部も有するため、バスバー溶接の際の放熱などに必要な所定の面積を確保することができる。

第１実施形態の半導体装置が適用される電力変換装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態の半導体装置の概略構成を示す図である。 図２に示す半導体装置において、封止樹脂体を省略した図である。 図２のIV-IV線に沿う断面図である。 半導体装置と冷却器との積層構造を示す図である。 半導体装置とバスバーとの接続を説明するための図である。 Ｕ相の上下アーム回路の等価回路図である。 第１変形例を示す図である。 第２変形例を示す図である。 第２実施形態の半導体装置が適用される電力変換装置を示す図である。 第２実施形態の半導体装置の概略構成を示す図である。 図１１のXII-XII線に沿う断面図である。

図面を参照しながら、実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体チップ及び主端子の板厚方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、主端子における基部の延設方向をＹ方向とする。Ｚ方向及びＹ方向の両方向に直交する方向をＸ方向とする。Ｚ方向が第１方向に相当し、Ｙ方向が第２方向に相当する。また、Ｘ方向が第３方向に相当する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、電力変換装置について説明する。

図１に示す電力変換装置１０は、たとえばハイブリッド自動車（ＨＶ）に搭載される。電力変換装置１０は、バッテリ２（高圧バッテリ）の直流電力を、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に適した交流電力に変換する。また、電力変換装置１０は、モータＭＧ１，ＭＧ２により発電された交流電力を、バッテリ２を充電可能な直流電力に変換する。

モータＭＧ１は、図示しないエンジンとともに、ハイブリッド自動車の駆動源として機能する。すなわち、主に電動機として機能する。モータＭＧ１は、たとえば減速時や制動時に、発電機として機能する。モータＭＧ２は、主に発電機として機能する。モータＭＧ２は、たとえばエンジン始動時に交流電力の供給を受けて電動機として機能する。このように、電力変換装置１０は、双方向の電力変換が可能となっている。

電力変換装置１０は、昇圧コンバータ１１及びインバータ１２，１３を備えている。昇圧コンバータ１１の入力端は、バッテリ２側の低電圧系電力ライン３に接続され、昇圧コンバータ１１の出力端は、インバータ１２，１３側の高電圧系電力ライン４に接続されている。低電圧系電力ライン３は、バッテリ２と昇圧コンバータ１１とを電気的に接続する電力ラインであり、高電圧系電力ライン４は、昇圧コンバータ１１と各インバータ１２，１３とを電気的に接続する電力ラインである。

低電圧系電力ライン３の高電位側（正極側）と低電位側（負極側）との間には、平滑用のコンデンサ５が接続されている。高電圧系電力ライン４の高電位側（正極側）と低電位側（負極側）との間には、平滑用のコンデンサ６が接続されている。低電圧系電力ライン３であって、コンデンサ５との接続点とバッテリ２との間には、図示しないシステムメインリレー（ＳＭＲ）が設けられている。

昇圧コンバータ１１は、バッテリ２の出力電圧をモータ駆動に適した電圧まで昇圧する。すなわち、昇圧コンバータ１１は、低電圧系電力ライン３の電力を昇圧して、高電圧系電力ライン４に供給する。また、昇圧コンバータ１１は、インバータ１２，１３により変換された直流電力を、バッテリ２に充電可能な電力まで降圧する。すなわち、昇圧コンバータ１１は、高電圧系電力ライン４の電力を降圧して、低電圧系電力ライン３に供給する。バッテリ２の出力電圧は、たとえば３００ボルト程度であり、昇圧コンバータ１１の出力は、たとえば６００ボルト程度である。

本実施形態の昇圧コンバータ１１は、リアクトルＬ、２つのスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２、及び、２つのダイオードＤ１１，Ｄ１２を有している。スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２は、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続されている。すなわち、昇圧コンバータ１１は、上下アームを１つ有している。スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２としては、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを採用することができる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、対応するスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２に対して逆並列に接続されている。ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードが、対応するスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２のエミッタ電極に接続されている。

リアクトルＬの一端は、低電圧系電力ライン３の高電位側、すなわちコンデンサ５の正極側の端子に接続されている。リアクトルＬの他端は、スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２の接続点に接続されている。

インバータ１２，１３は、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換し、対応するモータＭＧ１，ＭＧ２に出力する。また、インバータ１２，１３は、対応するモータＭＧ１，ＭＧ２により発電された電力（交流電力）を、直流電力に変換する。モータＭＧ２により発電された電力は、ハイブリッド自動車の走行状態やバッテリ２のＳＯＣ（State Of Charge）に応じて使い分けられる。

たとえば通常走行時では、モータＭＧ２により発電された電力はそのままモータＭＧ１を駆動させる電力となる。一方、バッテリ２のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、モータＭＧ２により発電された電力は、インバータ１３により交流から直流に変換された後、昇圧コンバータ１１により電圧が調整されて、バッテリ２に蓄積される。モータＭＧ１により発電された電力は、インバータ１２により交流から直流に変換された後、昇圧コンバータ１１により電圧が調整されて、バッテリ２に蓄えられる。

インバータ１２は、高電圧系電力ライン４に接続されている。インバータ１２は、三相分の上下アーム回路１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗを有している。Ｕ相の上下アーム回路１２Ｕは、４つのスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂ、及び、４つのダイオードＤ２１ａ，Ｄ２１ｂ，Ｄ２２ａ，Ｄ２２ｂを有している。スイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２２ａは、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続され、スイッチング素子Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ｂは、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続されている。スイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂは、高電位側で互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂは、低電位側で互いに並列に接続されている。

このように、上下アーム回路１２Ｕは、２つの上下アームが並列に接続されてなる。スイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２２ａの接続点、及び、スイッチング素子Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ｂの接続点は、ともにモータＭＧ１の図示しないＵ相コイルに接続されている。スイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂとしては、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを採用することができる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。

ダイオードＤ２１ａ，Ｄ２１ｂ，Ｄ２２ａ，Ｄ２２ｂは、対応するスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂに対して逆並列に接続されている。ダイオードＤ２１ａ，Ｄ２１ｂ，Ｄ２２ａ，Ｄ２２ｂのアノードが、対応するスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂ，Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂのエミッタ電極に接続されている。

互いに並列に接続された高電位側のスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂは、理論的にはひとつのスイッチング素子として動作する。本実施形態では、ひとつのスイッチング素子に流れる電流を小さくするために、２つのスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂを並列接続している。互いに並列に接続された低電位側のスイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂについても同様である。図示しない制御装置は、並列接続されたスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂのゲートに対して、同じ位相のゲート駆動信号を出力する。また、スイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂのゲートに対して、同じ位相のゲート駆動信号を出力する。

Ｖ相の上下アーム回路１２Ｖも、４つのスイッチング素子Ｔ２３ａ，Ｔ２３ｂ，Ｔ２４ａ，Ｔ２４ｂ、及び、４つのダイオードＤ２３ａ，Ｄ２３ｂ，Ｄ２４ａ，Ｄ２４ｂを有している。Ｗ相の上下アーム回路１２Ｗも、４つのスイッチング素子Ｔ２５ａ，Ｔ２５ｂ，Ｔ２６ａ，Ｔ２６ｂ、及び、４つのダイオードＤ２５ａ，Ｄ２５ｂ，Ｄ２６ａ，Ｄ２６ｂを有している。これら上下アーム回路１２Ｖ，１２Ｗは、上記した上下アーム回路１２Ｕ同様の構成となっている。

すなわち、上下アーム回路１２Ｖ，１２Ｗも、２つの上下アームが並列に接続されてなる。スイッチング素子Ｔ２３ａ，Ｔ２４ａの接続点、及び、スイッチング素子Ｔ２３ｂ，Ｔ２４ｂの接続点は、ともにモータＭＧ１の図示しないＶ相コイルに接続されている。スイッチング素子Ｔ２５ａ，Ｔ２６ａの接続点、及び、スイッチング素子Ｔ２５ｂ，Ｔ２６ｂの接続点は、ともにモータＭＧ１の図示しないＷ相コイルに接続されている。

インバータ１３も、三相分の上下アーム回路１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗを有している。Ｕ相の上下アーム回路１２Ｕは、２つのスイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２、及び、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２を有している。スイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２は、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続されている。このように、上下アーム回路１３Ｕは、１つの上下アームを有する。スイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２の接続点は、モータＭＧ２の図示しないＵ相コイルに接続されている。スイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２としては、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを採用することができる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。

ダイオードＤ３１，Ｄ３２は、対応するスイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２に対して逆並列に接続されている。ダイオードＤ３１，Ｄ３２のアノードが、対応するスイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２のエミッタ電極に接続されている。

Ｖ相の上下アーム回路１３Ｖも、２つのスイッチング素子Ｔ３３，Ｔ３４、及び、２つのダイオードＤ３３，Ｄ３４を有している。Ｗ相の上下アーム回路１３Ｗも、２つのスイッチング素子Ｔ３５，Ｔ３６、及び、２つのダイオードＤ３５，Ｄ３５を有している。これら上下アーム回路１３Ｖ，１３Ｗは、上記した上下アーム回路１３Ｕ同様の構成となっている。スイッチング素子Ｔ３３，Ｔ３４の接続点は、モータＭＧ２の図示しないＶ相コイルに接続されている。スイッチング素子Ｔ３５，Ｔ３６の接続点は、モータＭＧ２の図示しないＷ相コイルに接続されている。

次に、図２〜図４に基づき、上記した電力変換装置１０を構成する半導体装置について説明する。

図２〜図４に示すように、半導体装置２０は、封止樹脂体２１、半導体チップ２２、ヒートシンク２４、ターミナル２６、ヒートシンク２８、継手部３０、中継部３１、複数の主端子３２、及び信号端子３５を備えている。半導体装置２０は、上記した電力変換装置１０のうち、少なくともインバータ１２を構成する。半導体装置２０は、図１に示すように、２つの半導体装置２０によって、上下アーム回路１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗをそれぞれ構成する。

なお、以下において、符号末尾のＨは、上下アームのうちの上アーム側の要素であることを示し、末尾のＬは下アーム側の要素であることを示す。要素の一部には、上アーム及び下アームを明確にするために末尾にＨ，Ｌを付与し、別の一部については、上アームと下アームとで共通符号としている。

封止樹脂体２１は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体２１は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体２１は、Ｚ方向に直交する一面２１ａと、一面２１ａと反対の裏面２１ｂと、一面２１ａと裏面２１ｂとをつなぐ側面と、を有している。一面２１ａ及び裏面２１ｂは、たとえば平坦面となっている。

半導体チップ２２は、シリコンやシリコンカーバイドなどの半導体基板に、スイッチング素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタが形成されてなる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴとともに、ＩＧＢＴに逆並列に接続される転流ダイオード（ＦＷＤ）が形成されている。すなわち、半導体チップ２２に、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ２２は、平面略矩形状をなしている。

ＩＧＢＴ及びＦＷＤは、Ｚ方向に電流が流れるように縦型構造をなしている。半導体チップ２２の板厚方向、すなわちＺ方向において、半導体チップ２２の一面にはコレクタ電極２３ａが形成され、一面と反対の裏面にはエミッタ電極２３ｂが形成されている。コレクタ電極２３ａはＦＷＤのカソード電極も兼ねており、エミッタ電極２３ｂはＦＷＤのアノード電極も兼ねている。コレクタ電極２３ａ及びエミッタ電極２３ｂが、主電極に相当する。

半導体チップ２２は、上アーム側の半導体チップ２２Ｈと、下アーム側の半導体チップ２２Ｌと、を有している。半導体チップ２２Ｈが上アームチップに相当し、半導体チップ２２Ｌが下アームチップに相当する。半導体チップ２２Ｈ，２２Ｌは、互いにほぼ同じ平面形状、具体的には平面略矩形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさとほぼ同じ厚みを有している。半導体チップ２２Ｈ，２２Ｌは、互いに同じ構成となっている。半導体チップ２２Ｈ，２２Ｌは、お互いのコレクタ電極２３ａがＺ方向における同じ側となり、お互いのエミッタ電極２３ｂがＺ方向における同じ側となるように配置されている。半導体チップ２２Ｈ，２２Ｌは、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向において横並びで配置されている。

半導体チップ２２の裏面、すなわちエミッタ電極形成面には、信号用の電極である図示しないパッドも形成されている。パッドは、エミッタ電極２３ｂとは別の位置に形成されている。パッドは、エミッタ電極２３ｂと電気的に分離されている。パッドは、Ｙ方向において、エミッタ電極２３ｂの形成領域とは反対側の端部に形成されている。

本実施形態では、各半導体チップ２２が、５つのパッドを有している。具体的には、５つのパッドとして、ゲート電極用、エミッタ電極２３ｂの電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、半導体チップ２２の温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用、同じくカソード電位用を有している。５つのパッドは、平面略矩形状の半導体チップ２２において、Ｙ方向の一端側にまとめて形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。

ヒートシンク２４は、対応する半導体チップ２２の熱を半導体装置２０の外部に放熱する機能を果たすとともに、配線としての機能も果たす。このため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。本実施形態では、ヒートシンク２４が、Ｚ方向からの投影視において、対応する半導体チップ２２を内包するように設けられている。ヒートシンク２４は、Ｚ方向において、対応する半導体チップ２２に対し、封止樹脂体２１の一面２１ａ側に配置されている。

ヒートシンク２４は、対応する半導体チップ２２のコレクタ電極２３ａと、はんだ２５を介して電気的に接続されている。ヒートシンク２４の大部分は封止樹脂体２１によって覆われている。ヒートシンク２４の表面のうち、半導体チップ２２とは反対の放熱面２４ａが、封止樹脂体２１から露出されている。放熱面２４ａは、一面２１ａと略面一となっている。ヒートシンク２４の表面のうち、はんだ２５との接続部及び放熱面２４ａを除く部分は、封止樹脂体２１によって覆われている。

本実施形態では、ヒートシンク２４が、上アーム側のヒートシンク２４Ｈと、下アーム側のヒートシンク２４Ｌと、を有している。ヒートシンク２４Ｈにおける放熱面２４ａと反対の面には、半導体チップ２２Ｈのコレクタ電極２３ａが、はんだ２５を介して接続されている。また、ヒートシンク２４Ｌにおける放熱面２４ａと反対の面には、半導体チップ２２Ｌのコレクタ電極２３ａが、はんだ２５を介して接続されている。ヒートシンク２４Ｈ，２４Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。ヒートシンク２４Ｈ，２４Ｌの放熱面２４ａは、封止樹脂体２１の一面２１ａから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。

ターミナル２６は、対応する半導体チップ２２とヒートシンク２８との間に介在している。ターミナル２６は、半導体チップ２２とヒートシンク２８との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。ターミナル２６は、エミッタ電極２３ｂに対向配置され、はんだ２７を介してエミッタ電極２３ｂと電気的に接続されている。ターミナル２６は、半導体チップ２２ごとに設けられている。

ヒートシンク２８も、ヒートシンク２４同様、対応する半導体チップ２２の熱を半導体装置２０の外部に放熱する機能を果たすとともに、配線としての機能も果たす。ヒートシンク２４，２８が、半導体チップ２２を挟むように配置される放熱板に相当する。本実施形態では、ヒートシンク２８が、Ｚ方向からの投影視において、対応する半導体チップ２２を内包するように設けられている。ヒートシンク２８は、Ｚ方向において、対応する半導体チップ２２に対し、封止樹脂体２１の裏面２１ｂ側に配置されている。

ヒートシンク２８は、対応する半導体チップ２２のエミッタ電極２３ｂと電気的に接続されている。具体的には、エミッタ電極２３ｂと、はんだ２７、ターミナル２６、及びはんだ２９を介して、電気的に接続されている。ヒートシンク２８の大部分は封止樹脂体２１によって覆われている。ヒートシンク２８の表面のうち、半導体チップ２２とは反対の放熱面２８ａが、封止樹脂体２１から露出されている。放熱面２８ａは、裏面２１ｂと略面一となっている。ヒートシンク２８の表面のうち、はんだ２９との接続部及び放熱面２８ａを除く部分は、封止樹脂体２１によって覆われている。

本実施形態では、ヒートシンク２８が、上アーム側のヒートシンク２８Ｈと、下アーム側のヒートシンク２８Ｌと、を有している。ヒートシンク２８Ｈにおける放熱面２８ａと反対の面には、半導体チップ２２Ｈに対応するターミナル２６が、はんだ２９を介して接続されている。また、ヒートシンク２８Ｌにおける放熱面２８ａと反対の面には、半導体チップ２２Ｌに対応するターミナル２６が、はんだ２９を介して接続されている。ヒートシンク２８Ｈ，２８Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。そして、ヒートシンク２８Ｈ，２８Ｌの放熱面２８ａが、封止樹脂体２１の裏面２１ｂから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。したがって、ヒートシンク２４Ｈ，２８Ｈが一対の上アーム板に相当し、ヒートシンク２４Ｌ，２８Ｌが一対の下アーム板に相当する。

継手部３０は、半導体チップ２２Ｈのエミッタ電極２３ｂ側に配置されたヒートシンク２８Ｈと、半導体チップ２２Ｌのコレクタ電極２３ａ側に配置されたヒートシンク２４Ｌと、を電気的に接続している。換言すれば、継手部３０は、半導体チップ２２Ｈの低電位側に配置された上アーム側のヒートシンク２８Ｈと、半導体チップ２２Ｌの高電位側に配置された下アーム側のヒートシンク２４Ｌと、を電気的に接続している。

継手部３０の一端は、ヒートシンク２８ＨにおけるＸ方向の一端であって、ヒートシンク２４Ｌに近い側の端部付近に連なっている。継手部３０の他端は、ヒートシンク２４ＬにおけるＸ方向の一端であって、ヒートシンク２８Ｈに近い側の端部付近に連なっている。継手部３０は、ＸＹ平面視において、Ｘ方向に延設されている。継手部３０の一端は、ヒートシンク２８Ｈにおけるヒートシンク２４Ｌ側の側面２８ｂに連なっている。継手部３０の他端は、ヒートシンク２４Ｌにおけるヒートシンク２８Ｈ側の側面２４ｂに連なっている。

より詳しくは、継手部３０が、ヒートシンク２８Ｈに連なる第１継手部３００と、ヒートシンク２４Ｌに連なる第２継手部３０１と、を有している。第１継手部３００は、同一の金属板を加工することで、ヒートシンク２８Ｈと一体的に設けられている。第１継手部３００は、封止樹脂体２１に被覆されるように、ヒートシンク２８Ｈよりも薄く設けられている。第１継手部３００は、ヒートシンク２８Ｈにおける半導体チップ２２側の面と略面一となるように、ヒートシンク２８Ｈに連なっている。第１継手部３００は、薄板状をなしており、ヒートシンク２８Ｈの側面２８ｂからＸ方向に延びている。

第２継手部３０１は、同一の金属板を加工することで、ヒートシンク２４Ｌと一体的に設けられている。第２継手部３０１は、封止樹脂体２１に被覆されるように、ヒートシンク２４Ｌよりも薄く設けられている。第２継手部３０１は、ヒートシンク２４Ｌにおける半導体チップ２２側の面に略面一で連なっている。第２継手部３０１は、ヒートシンク２４Ｌの側面２４ｂから、ヒートシンク２８Ｈに向けて延設されている。第２継手部３０１は、Ｚ方向から見ると、Ｘ方向に延設されている。本実施形態では、図４に示すように、第２継手部３０１が屈曲部を２箇所有している。第２継手部３０１の先端部分は、Ｚ方向からの投影視において、第１継手部３００と重なっている。そして、第２継手部３０１と第１継手部３００とが、はんだ３０２を介して接続されている。

中継部３１は、ヒートシンク２８Ｌと後述する主端子３２２とを電気的に中継する。中継部３１は、ヒートシンク２８Ｌに連なっている。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、中継部３１がヒートシンク２８Ｌと一体的に設けられている。中継部３１は、Ｘ方向において、ヒートシンク２８Ｌのヒートシンク２８Ｈ側の端部に連なっている。また、Ｙ方向において、第１継手部３００と横並びとなるように設けられている。

複数の主端子３２は、対応するヒートシンク２４，２８を介して半導体チップ２２と電気的に接続されている。主端子３２は、板厚方向が半導体チップ２２の板厚方向であるＺ方向と同じとなるように配置されている。主端子３２は金属材料を用いて形成されており、リード端子とも称される。複数の主端子３２は、基部３３及び突起部３４を有する分岐状端子３２ａを含んでいる。本実施形態では、半導体装置２０が３つの主端子３２を有している。そして、すべての主端子３２が、分岐状端子３２ａとなっている。すべての主端子３２は、封止樹脂体２１の同じ側面２１ｃから外部に突出している。

基部３３は、封止樹脂体２１の内部から外部にわたって延設されている。基部３３のうち、少なくとも封止樹脂体２１から露出する部分は、Ｙ方向に沿って延設されている。本実施形態では、基部３３の全長においてＹ方向に沿っている。基部３３は、封止樹脂体２１の内部において、対応するヒートシンク２４，２８に連なっている。

突起部３４は、封止樹脂体２１の外部で基部３３の途中の部分から分岐している。突起部３４は、基部３３とは異なる方向に延びている。本実施形態では、基部３３の延設方向に対して直交するＸ方向に延設されている。このように、分岐状端子３２ａは、２つの先端を有している。図２に示すように、主端子３２のうち、封止樹脂体２１の外部に露出するアウターリード部において、封止樹脂体２１側の一端から、該一端とは反対の基部３３の先端までの延設長さはＬ１となっている。一方、アウターリード部において、封止樹脂体２１側の一端から、該一端とは反対の突起部３４の先端までの延設長さはＬ２となっている。そして、延設長さＬ２は、延設長さＬ１よりも短くなっている。

本実施形態において、突起部３４は、基部３３のうち、封止樹脂体２１の外部に露出する部分の根元付近に設けられている。突起部３４の板厚は基部３３の板厚と同じである。本実施形態では、突起部３４の幅が基部３３の幅よりも若干狭くなっている。しかしながら、突起部３４の幅を、基部３３の幅以上としてもよい。なお、アウターリード部における封止樹脂体２１側の一端とは、延設方向において先端とは反対の端部を示す。また、延設長さとは、幅方向中心における長さである。幅とは、延設方向に直交する方向の長さである。

複数の主端子３２は、互いに電位の異なる主端子３２０〜３２２を有している。各主端子３２０〜３２２は、上記したように分岐状端子３２ａとなっている。主端子３２０が第１主端子、主端子３２１が第３主端子、主端子３２２が第２主端子に相当する。

主端子３２０は、半導体装置２０を高電圧系電力ライン４の高電位側に接続するための外部接続端子である。主端子３２０は、高電位電源端子、Ｐ端子とも称される。主端子３２０は、ヒートシンク２４Ｈに連なっており、ヒートシンク２４ＨからＹ方向に延設されている。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子３２０がヒートシンク２４Ｈと一体的に設けられている。主端子３２０は、ヒートシンク２４ＨにおけるＹ方向の一端に連なっている。主端子３２０を、ヒートシンク２４Ｈとは別部材とし、ヒートシンク２４Ｈに接続することでヒートシンク２４Ｈに連なる構成を採用することもできる。主端子３２０は、封止樹脂体２１の側面２１ｃから外部に突出している。

主端子３２１は、半導体装置２０に構成される上下アームの接続点と電気的に接続される外部接続端子である。たとえばインバータ１２を構成する場合、主端子３２１は、モータＭＧ１の対応する相のコイルと電気的に接続される。主端子３２１は、出力端子、Ｏ端子とも称される。主端子３２１は、ヒートシンク２４Ｌに連なっており、ヒートシンク２４ＬからＹ方向であって主端子３２０と同じ側に延設されている。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子３２１がヒートシンク２４Ｌと一体的に設けられている。主端子３２１は、ヒートシンク２４ＬにおけるＹ方向の一端に連なっている。主端子３２１を、ヒートシンク２４Ｌとは別部材とし、ヒートシンク２４Ｌに接続することでヒートシンク２４Ｌに連なる構成を採用することもできる。主端子３２１は、主端子３２０と同じ側面２１ｃから外部に突出している。

主端子３２２は、半導体装置２０を高電圧系電力ライン４の低電位側に接続するための外部接続端子である。主端子３２２は、低電位電源端子、Ｎ端子とも称される。主端子３２２は、その一部が、Ｚ方向からの投影視において中継部３１と重なるように配置されている。主端子３２２は、Ｚ方向において、中継部３１に対して半導体チップ２２側に配置されている。図示を省略するが、主端子３２２と中継部３１もはんだを介して接続されている。

主端子３２２は、Ｙ方向に延設されて、主端子３２０，３２１と同じ側面２１ｃから外部に突出している。主端子３２０，３２１，３２２における封止樹脂体２１からの突出部分は、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Ｘ方向において、主端子３２０（Ｐ端子）、主端子３２２（Ｎ端子）、主端子３２１（Ｏ端子）の順に並んで配置されている。すなわち、高電圧系電力ライン４の高電位側に接続される主端子３２０の隣りに、低電位側に接続される主端子３２１が配置されている。

信号端子３５は、対応する半導体チップ２２のパッドに、ボンディングワイヤ３６を介して電気的に接続されている。本実施形態では、アルミニウム系のボンディングワイヤ３６を採用している。信号端子３５は、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体２１の側面２１ｄから外部に突出している。具体的には、主端子３２（３２０，３２１，３２２）が突出する側面２１ｃとは反対の側面２１ｄから、外部に突出している。信号端子３５は、上アーム側の信号端子３５Ｈ、及び、下アーム側の信号端子３５Ｌを有している。信号端子３５Ｈは半導体チップ２２Ｈのパッドと接続され、信号端子３５Ｌは半導体チップ２２Ｌのパッドと接続されている。

本実施形態では、ヒートシンク２４Ｈ，２４Ｌ、第２継手部３０１、主端子３２（３２０，３２１，３２２）、及び信号端子３５が、同一の金属板（リードフレーム）から構成されている。

以上のように構成される半導体装置２０では、封止樹脂体２１により、半導体チップ２２、ヒートシンク２４それぞれの一部、ターミナル２６、ヒートシンク２８それぞれの一部、主端子３２それぞれの一部、及び信号端子３５それぞれ一部が、一体的に封止されている。半導体装置２０では、封止樹脂体２１によって、一相分の上下アームを構成する２つの半導体チップ２２Ｈ，２２Ｌが封止されている。このため、半導体装置２０は、２ｉｎ１パッケージとも称される。

また、ヒートシンク２４，２８は、封止樹脂体２１とともに切削加工されている。よって、一面２１ａ及び放熱面２４ａは、切削面となっている。ヒートシンク２４Ｈ，２４Ｌの放熱面２４ａは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体２１の一面２１ａと略面一となっている。同じく、裏面２１ｂ及び放熱面２８ａは、切削面となっている。ヒートシンク２８Ｈ，２８Ｌの放熱面２８ａが、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体２１の裏面２１ｂと略面一となっている。このように、半導体装置２０は、放熱面２４ａ，２８ａがともに封止樹脂体２１から露出された両面放熱構造をなしている。

また、ヒートシンク２４，２８は、封止樹脂体２１とともに切削加工されている。一面２１ａ及び放熱面２４ａは、切削面となっている。ヒートシンク２４Ｈ，２４Ｌの放熱面２４ａは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体２１の一面２１ａと略面一となっている。同じく、裏面２１ｂ及び放熱面２８ａは、切削面となっている。ヒートシンク２８Ｈ，２８Ｌの放熱面２８ａが、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体２１の裏面２１ｂと略面一となっている。このように、半導体装置２０は、放熱面２４ａ，２８ａがともに封止樹脂体２１から露出された両面放熱構造をなしている。

次に、図５及び図６に基づき、上記した半導体装置２０の並列接続構造及び冷却器との積層構造について説明する。上記した半導体装置２０は、冷却器と交互に積層されてパワーモジュールを構成する。図５に示すように、パワーモジュール５０は、上記した半導体装置２０に加え、冷却器５１及びバスバー５４を備えている。

冷却器５１は、内部に冷媒が流通され、各半導体装置２０の両面側にそれぞれ配置されて、半導体装置２０を両面側から冷却する。冷却器５１は、冷媒が流れる通路を内部に有するように、管状（チューブ状）に形成されている。また、Ｚ方向において、半導体装置２０と冷却器５１とが交互に積層されるように、隣り合う冷却器５１の間に所定間隔を有して配置されている。

冷却器５１は、Ｘ方向の一端側で、上流側連結部５２により、隣り合う冷却器５１同士が連結されている。上流側連結部５２は、供給された冷媒を、各冷却器５１に分配する機能を果たす。一方、Ｘ方向の他端側で、下流側連結部５３により、隣り合う冷却器５１同士が連結されている。この下流側連結部５３は、各冷却器５１に分配された冷媒を合流させる機能を果たす。

図５に示すパワーモジュール５０は、インバータ１２を構成する６つの半導体装置２０と、半導体装置２０を両面側から冷却するように、半導体装置２０と交互に積層された複数の冷却器５１を備えている。半導体装置２０は、Ｚ方向において冷却器５１によって挟まれている。半導体装置２０は、紙面下方から上方に向けて、Ｕ相の上下アーム回路１２Ｕを構成する２つの半導体装置２０、Ｖ相の上下アーム回路１２Ｖを構成する２つの半導体装置２０、Ｗ相の上下アーム回路１２Ｕを構成する２つの半導体装置２０の順に配置されている。

バスバー５４は、インバータ１２を構成する６つの半導体装置２０において、互いに同電位とされる部分を電気的に接続する。バスバー５４は、たとえば金属板を所定形状に打ち抜いて形成されている。バスバー５４は、モータＭＧ１と電気的に接続するためのバスバー５４Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗ、高電圧系電力ライン４と電気的に接続するためのバスバー５４Ｐ，５４Ｎを有している。各バスバー５４は、互いにほぼ等しい板厚となっている。

バスバー５４Ｕは、Ｕ相の上下アーム回路１２Ｕを構成する２つの半導体装置２０の主端子３２１を電気的に接続している。バスバー５４Ｖは、Ｖ相の上下アーム回路１２Ｖを構成する２つの半導体装置２０の主端子３２１を電気的に接続している。バスバー５４Ｗは、Ｗ相の上下アーム回路１２Ｗを構成する２つの半導体装置２０の主端子３２１を電気的に接続している。バスバー５４Ｐは、インバータ１２を構成する６つの半導体装置２０の主端子３２０を電気的に接続している。バスバー５４Ｎは、６つの半導体装置２０の主端子３２２を電気的に接続している。

図５に示すように、バスバー５４Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗは、主端子３２１における基部３３の先端付近ではなく、突起部３４の先端付近に溶接されている。バスバー５４Ｐ，５４Ｎも、主端子３２１における基部３３の先端付近ではなく、突起部３４の先端付近に溶接されている。本実施形態では、すべてのバスバー５４が、突起部３４の先端付近に溶接されている。各バスバー５４の板厚方向は、基部３３の延設方向であるＹ方向ではなく、Ｘ方向となっている。

詳しくは、図６に示すように、各バスバー５４には、複数の突起部３４に対応して貫通孔５４ａが形成されている。そして、貫通孔５４ａ内に対応する突起部３４の先端を挿入させた状態で溶接がなされ、主端子３２とバスバー５４が電気的に接続される。図６では、バスバー５４により、２つの主端子３２を電気的に接続する例を示している。

次に、上記した半導体装置２０の効果について説明する。

電力制御の用途では、出力（電流容量）を大きく得たいという要求があり、スイッチング素子を並列接続する構成を採用することがある。本実施形態でも、インバータ１２を構成する上下アーム回路１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗのそれぞれにおいて、スイッチング素子を並列接続させる構成となっている。図７は、一例としてＵ相の上下アーム回路１２Ｕを示している。２つの半導体装置２０をバスバー５４を介して並列接続することにより、上下アーム回路１２Ｕが構成される。

本実施形態の半導体装置２０は、主端子３２として分岐状端子３２ａを含んでいる。分岐状端子３２ａは、基部３３に加えて突起部３４を有しており、アウターリード部として２つの先端を有している。これにより、突起部３４にもバスバー５４を溶接可能な構成となっている。そして、主端子３２のアウターリード部において、封止樹脂体２１側の一端から、一端とは反対の突起部３４の先端までの延設長さＬ２が、一端とは反対の基部３３の先端までの延設長さＬ１よりも短くなっている。したがって、突起部３４の先端付近にバスバー５４を溶接することで、主端子３２のインダクタンス、ひいては並列接続部分のインダクタンスを低減することができる。

詳しくは、上アーム側のスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂのコレクタ電極１３ａ間のインダクタンスＬｐを、基部の先端付近にバスバーが溶接されて並列接続される構成に較べて小さくすることができる。また、上アーム側のスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂのエミッタ電極１３ｂ間のインダクタンスＬｏを、基部の先端付近にバスバーが溶接されて並列接続される構成に較べて小さくすることができる。さらには、下アーム側のスイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂのエミッタ電極１３ｂ間のインダクタンスＬｎを、基部の先端付近にバスバーが溶接されて並列接続される構成に較べて小さくすることができる。

特に本実施形態では、上アーム側のスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂのエミッタ電極１３ｂ間のインダクタンスＬｏを小さくすることができる。したがって、インダクタンスＬｏによりスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂのエミッタ電位に差が生じ、これによりスイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂにおいてゲートの異常発振が生じるのを抑制することができる。同じく、下アーム側のスイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂのエミッタ電極１３ｂ間のインダクタンスＬｎを小さくすることができる。したがって、インダクタンスＬｎによりスイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂのエミッタ電位に差が生じ、これによりスイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂにおいてゲートの異常発振が生じるのを抑制することができる。

また、分岐状端子３２ａは、突起部３４のみを有するのではなく、基部３３も有している。したがって、バスバー５４を溶接する際に、半導体チップ２２側に伝達される熱を抑制すべく、主端子３２に放熱治具を接触させる面積、品番や素子情報などを主端子３２に印字するための面積、半導体装置２０の製造後に電気特性検査を行うべく、主端子３２に測定装置を接触させる面積などを、所定の面積を確保することができる。

以上のように、本実施形態の半導体装置２０によれば、主端子３２のインダクタンスを低減でき、且つ、放熱などのために必要な所定面積を確保することができる。

また、本実施形態では、主端子３２０（Ｐ端子）の隣りに主端子３２２（Ｎ端子）が配置されている。主端子３２０，３２２は、電流の流れる方向が逆向きである。主端子３２０，３２２を互いの近傍に配置させるため、磁束を打ち消しあう効果を高めることができる。これにより、スイッチングサージを低減することもできる。

また、本実施形態では、半導体装置２０が２ｉｎ１パッケージ構造となっている。この構成では、半導体装置２０の内部、具体的には継手部３０により上アームと下アームが接続されており、上アームと下アームがバスバーを介して接続される構成に較べて、上アーム及び下アームの直列接続部分のインダクタンスが小さい。このため、並列接続部分のインダクタンスの影響が大きい。しかしながら、上記構成を採用することで、たとえばゲートの異常発振が生じるのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、基部３３のうち、少なくとも封止樹脂体２１から露出する部分が、板厚方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向に沿って延設されている。突起部３４は、板厚方向及び基部３３の延設方向に直交するＺ方向に沿って、基部３３から突出（延設）されている。したがって、図５及び図６に示したように、突起部３４の先端付近にバスバー５４を溶接しやすい。しかしながら、基部３３及び突起部３４の延設方向は上記例に限定されない。基部３３及び突起部３４を含む分岐状端子３２ａの板厚方向が、半導体チップ２２の板厚方向（Ｘ方向）と同じであり、基部３３は、封止樹脂体２１の内部から外部にわたって延設され、突起部３４は、封止樹脂体２１の外部で基部３３の途中の部分から分岐したものであればよい。

なお、分岐状端子３２ａは、基部３３及び突起部３４の両方を有している。したがって、半導体装置２０は、並列接続構造以外にも適用することができる。半導体装置２０は、昇圧コンバータ１１及びインバータ１３の少なくとも一方の上下アームを構成することもできる。その際、バスバー５４は、突起部３４の先端付近に溶接してもよいし、基部３３の先端付近に溶接してもよい。

本実施形態では、電力変換装置１０を構成する昇圧コンバータ１１及びインバータ１２，１３のうち、インバータ１２のみを並列接続構造とする例を示した。しかしながら、並列接続構造は、インバータ１２に限定されない。たとえばインバータ１３を並列接続構造とし、上記した半導体装置２０によりインバータ１３を構成してもよい。

また、すべての主端子３２について、突起部３４の先端付近にバスバー５４を溶接する例を示した。しかしながら、主端子３２０（Ｐ端子）については、基部３３の先端付近にバスバー５４を溶接してもよい。

また、半導体装置２０のすべての主端子３２を分岐状端子３２ａにする例を示したが、これに限定されない。複数の主端子３２の少なくとも１つを分岐状端子３２ａにすればよい。２ｉｎ１パッケージ構造の半導体装置２０の場合、好ましくは、主端子３２１，３２２の少なくとも一方を分岐状端子３２ａにするとよい。

図８に示す第１変形例では、主端子３２１，３２２のみを分岐状端子３２ａとし、主端子３２０（Ｐ端子）を突起部３４のない端子、すなわち基部３３のみの端子としている。これにより、インダクタンスＬｏを小さくして、スイッチング素子Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂにおいてゲートの異常発振が生じるのを抑制することができる。また、インダクタンスＬｎを小さくして、スイッチング素子Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂにおいてゲートの異常発振が生じるのを抑制することができる。

図９に示す第２変形例では、第１変形例同様、主端子３２１，３２２のみを分岐状端子３２ａとし、主端子３２０（Ｐ端子）を突起部３４のない端子としている。さらに第２変形例では、主端子３２の配置を、Ｘ方向において主端子３２２（Ｎ端子）、主端子３２０（Ｐ端子）、主端子３２１（Ｏ端子）の順としている。そして、Ｘ方向両端に位置する主端子３２１，３２２について、突起部３４の延設方向をＸ方向外向き、すなわち主端子３２０とは反対側としている。これによれば、バスバー５４との溶接が容易となる。

なお、第２変形例では、主端子３２０が、上記した中継部３１を介してヒートシンク２８Ｈに電気的に接続され、主端子３２１が、図示しないヒートシンク２４Ｈに連なっている。また、主端子３２２は、図示しないヒートシンク２４Ｌに連なっている。そして、継手部３０により、ヒートシンク２４Ｈ，２８Ｌが電気的に接続されている。

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した電力変換装置１０、半導体装置２０、及びパワーモジュール５０と共通する部分についての説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態では、電力変換装置１０において、昇圧コンバータ１１が並列接続構造となっている。図１０は、電力変換装置１０のうち、昇圧コンバータ１１周辺のみを図示している。昇圧コンバータ１１は、４つのスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂ、及び、４つのダイオードＤ１１ａ，Ｄ１１ｂ，Ｄ１２ａ，Ｄ１２ｂを有している。スイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１２ａは、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続され、スイッチング素子Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ｂは、高電圧系電力ライン４の高電位側と低電位側との間で直列接続されている。スイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂは、高電位側で互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂは、低電位側で互いに並列に接続されている。本実施形態では、スイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂとして、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。

ダイオードＤ１１ａ，Ｄ１１ｂ，Ｄ１２ａ，Ｄ１２ｂは、対応するスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂに対して逆並列に接続されている。ダイオードＤ１１ａ，Ｄ１１ｂ，Ｄ１２ａ，Ｄ１２ｂのアノードが、対応するスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂのエミッタ電極に接続されている。

互いに並列に接続された高電位側のスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂは、理論的にはひとつのスイッチング素子として動作する。本実施形態では、ひとつのスイッチング素子に流れる電流を小さくするために、２つのスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂを並列接続している。互いに並列に接続された低電位側のスイッチング素子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂについても同様である。図示しない制御装置は、並列接続されたスイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂのゲートに対して、同じ位相のゲート駆動信号を出力する。また、スイッチング素子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂのゲートに対して、同じ位相のゲート駆動信号を出力する。

リアクトルＬの一端は、低電圧系電力ライン３の高電位側、すなわちコンデンサ５の正極側の端子に接続されている。リアクトルＬの他端は、スイッチング素子Ｔ１１ａ，Ｔ１２ａの接続点、及び、スイッチング素子Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ｂの接続点に、接続されている。

そして、昇圧コンバータ１１を構成する半導体装置２０が、図１１及び図１２に示すように、１ｉｎ１パッケージ構造をなしている。すなわち、４つの半導体装置２０により、昇圧コンバータ１１が構成される。

図１１及び図１２に示すように、半導体装置２０は、第１実施形態に示した半導体装置２０のうち、上下アームの一方のみを備えた構成となっている。すなわち、半導体装置２０は、半導体チップ２２、ヒートシンク２４、ターミナル２６、及びヒートシンク２８をそれぞれ１つ備えている。さらに半導体装置２０は、封止樹脂体２１、２つの主端子３２、及び信号端子３５を備えている。

本実施形態でも、半導体チップ２２にＲＣ−ＩＧＢＴが形成されている。信号端子３５は、半導体チップ２２のエミッタ電極形成面に形成されたパッドと電気的に接続されている。ヒートシンク２４は、半導体チップ２２のコレクタ電極２３ａと、はんだ２５を介して電気的に接続されている。ヒートシンク２８は、半導体チップ２２のエミッタ電極２３ｂと、はんだ２７、ターミナル２６、及びはんだ２９を介して、電気的に接続されている。半導体装置２０は、放熱面２４ａ，２８ａがともに封止樹脂体２１から露出された両面放熱構造をなしている。

２つの主端子３２の一方はヒートシンク２４に連なっており、他方はヒートシンク２８に連なっている。本実施形態では、いずれの主端子３２も、分岐状端子３２ａとなっている。突起部３４は、封止樹脂体２１の外部で、基部３３の途中の部分から分岐している。そして、主端子３２のアウターリード部において、封止樹脂体２１側の一端から、一端とは反対の突起部３４の先端までの延設長さＬ２が、一端とは反対の基部３３の先端までの延設長さＬ１よりも短くなっている。

このように、本実施形態に係る半導体装置２０も、主端子３２として分岐状端子３２ａを含んでいる。したがって、突起部３４の先端付近にバスバー５４を溶接することで、主端子３２のインダクタンス、ひいては並列接続部分のインダクタンスを低減することができる。また、突起部３４のみを有するのではなく、基部３３も有しているため、バスバー５４を溶接する際の放熱などに必要な所定の面積を確保することができる。

また、本実施形態では、すべての主端子３２が分岐状端子３２ａとなっている。これによれば、上アーム及び下アームのいずれに用いても、並列接続部のインダクタンスＬｐ，Ｌｏ，Ｌｎを小さくすることができる。

なお、１ｉｎ１パッケージの半導体装置２０を、昇圧コンバータ１１以外にも適用できる。たとえば、第１実施形態に示した並列接続構造の上下アーム回路１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗを、上記した１ｉｎ１パッケージの半導体装置２０によって構成することもできる。

また、本実施形態に示した１ｉｎ１パッケージの半導体装置２０と第１実施形態に示した２ｉｎ１パッケージの半導体装置２０を組み合わせて、電力変換装置１０を構成することもできる。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

ＩＧＢＴとＦＷＤが同一の半導体チップ２２に形成される例を示したが、互いに別チップに形成される構成としてもよい。

半導体装置２０がターミナル２６を有する例を示したが、ターミナル２６を有さない構成としてもよい。その際、ヒートシンク２８に、エミッタ電極２３ｂに向けて突出する凸部を設けてもよい。

放熱面２４ａ，２８ａが、封止樹脂体２１から露出される例を示した。しかしながら、放熱面２４ａ，２８ａが、封止樹脂体２１から露出されない構成にも適用できる。封止樹脂体２１の一面２１ａ、裏面２１ｂ、及び放熱面２４ａ，２８ａが切削面とされる例を示したが、これに限定されない。たとえばキャビティを構成する金型の壁面に放熱面２４ａ，２８ａが接触するようにして、封止樹脂体２１を成形してもよい。

２つのスイッチング素子が並列接続される例を示したが、これに限定されない。より大電流に対応するために、３つ以上のスイッチング素子が並列接続される構成にも適用できる。たとえば、第１実施形態において、Ｕ相の上下アーム回路１２Ｕを２ｉｎ１パッケージ構造の３つの半導体装置２０によって構成してもよい。

２…バッテリ、３…低電圧系電力ライン、４…高電圧系電力ライン、５，６…コンデンサ、１０…電力変換装置、１１…昇圧コンバータ、１２，１３…インバータ、１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ，１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ…上下アーム回路、２０…半導体装置、２１…封止樹脂体、２１ａ…一面、２１ｂ…裏面、２１ｃ，２１ｄ…側面、２２，２２Ｈ，２２Ｌ…半導体チップ、２３ａ…コレクタ電極、２３ｂ…エミッタ電極、２４，２４Ｈ，２４Ｌ…ヒートシンク、２４ａ…放熱面、２４ｂ…側面、２６，２６Ｈ，２６Ｌ…ターミナル、２８，２８Ｈ，２８Ｌ…ヒートシンク、２８ａ…放熱面、２８ｂ……側面、３０…継手部、３００…第１継手部、３０１…第２継手部、３０２…はんだ、３１…中継部、３２，３２０，３２１，３２２…主端子、３５，３５Ｈ，３５Ｌ…信号端子、５０…パワーモジュール、５１…冷却器、５４…バスバー

Claims (4)

1. スイッチング素子が形成されており、一面及び前記一面と板厚方向において反対の裏面のそれぞれに主電極（２３ａ，２３ｂ）を有する少なくとも１つの半導体チップ（２２）と、
   前記板厚方向において前記半導体チップを挟むように、前記半導体チップの一面側及び裏面側のそれぞれに配置され、対応する前記主電極と電気的に接続された複数の放熱板（２４，２８）と、
   各放熱板の少なくとも一部、及び、前記半導体チップを一体的に封止する封止樹脂体（２１）と、
   板厚方向が前記半導体チップの板厚方向と同じとなるように配置され、前記放熱板を介して前記主電極と電気的に接続された複数の主端子（３２）と、を備え、
   前記主端子として、前記封止樹脂体の内部から外部にわたって延設された基部（３３）と、前記封止樹脂体の外部で前記基部の途中の部分から分岐した突起部（３４）と、を有し、前記主端子の前記封止樹脂体から露出する部分における前記封止樹脂体側の一端から前記一端とは反対の前記突起部の先端までの延設長さが、前記一端から前記一端とは反対の前記基部の先端までの延設長さよりも短くされた分岐状端子（３２ａ）を複数含み、
   前記半導体チップとして、上アーム回路を構成する上アームチップ（２２Ｈ）と、下アーム回路を構成し、前記板厚方向と直交する方向に前記上アームチップと並んで配置された下アームチップ（２２Ｌ）と、を有し、
   複数の前記放熱板として、前記板厚方向において前記上アームチップを挟むように配置された一対の上アーム板（２４Ｈ，２８Ｈ）と、前記板厚方向において前記下アームチップを挟むように配置された一対の下アーム板（２４Ｌ，２８Ｌ）と、を有し、
   複数の前記主端子として、前記上アームチップの高電位側に配置された前記上アーム板を介して、前記上アームチップの高電位側の前記主電極と電気的に接続された第１主端子（３２０）と、前記下アームチップの低電位側に配置された前記下アーム板を介して、前記下アームチップの低電位側の前記主電極と電気的に接続された第２主端子（３２２）と、前記上アームチップの低電位側に配置された前記上アーム板及び前記下アームチップの高電位側に配置された前記下アーム板を介して、前記上アームチップの低電位側の前記主電極及び前記下アームチップの高電位側の前記主電極と電気的に接続された第３主端子（３２１）と、を有し、
   前記上アームチップの低電位側に配置された前記上アーム板と、前記下アームチップの高電位側に配置された前記下アーム板とを電気的に接続する継手部（３０）をさらに備える半導体装置。
2. 前記半導体チップの板厚方向を第１方向とすると、
   前記基部のうち、少なくとも前記封止樹脂体から露出する部分は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延設されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記突起部は、前記第１方向及び前記第２方向の両方向に直交する第３方向に沿って前記基部から突出している請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第２主端子及び前記第３主端子が、前記分岐状端子とされる請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。

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