JP7392557B2 - 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は、感温ダイオードを有する半導体チップを備えた両面放熱構造の半導体装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２０１９－１９２６７１号公報

特許文献１では、感温ダイオードが、半導体チップのエミッタ電極形成面上において、素子中心に設けられている。エミッタ電極に対してターミナル（導電スペーサ）の位置がずれると、素子温度のもっとも高い位置が素子中心からずれる。また、その温度は、位置ずれが生じていない状態の素子中心の温度よりも高い。素子中心に感温ダイオードを設けた構成では、位置ずれが生じた状況も含むもっとも高い温度を精度よく検出することができない。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、もっとも高い温度を精度よく検出できる半導体装置を提供することにある。

ここに開示された半導体装置は、
素子が形成されたアクティブ領域（３１０）を有する半導体基板（３１）と、半導体基板の一面に形成された第１主電極（３２Ｃ）と、一面とは板厚方向において反対の裏面にアクティブ領域に対応して形成された第２主電極（３２Ｅ）と、裏面に形成されて板厚方向に直交する第１方向において互いに並んで配置され、板厚方向および第１方向に直交する第２方向において第２主電極と並んで配置された複数のパッド（３２Ｐ）と、半導体基板の裏面上に形成され、対応するパッドに電気的に接続された感温ダイオード（３３）と、を有する半導体チップ（３０）と、
第１主電極に対向配置され、第１主電極に電気的に接続された第１ヒートシンク（４０）と、
第２主電極に対向配置された第２ヒートシンク（５０）と、
第２主電極と第２ヒートシンクとの間に介在し、第２主電極と第２ヒートシンクとを電気的に中継するターミナル（６０）と、を備え、
感温ダイオードは、板厚方向からの平面視において、アクティブ領域の縁部（３１４）であって、第１方向および第２方向のいずれかにおける中央領域（３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄ）のひとつと重なる位置に設けられ、
さらに、感温ダイオードの一部は、裏面においてターミナルと重なる領域の中に設けれられ、他の一部は領域の外に設けられている。

開示の半導体装置によると、縁部の中央領域のひとつと重なる位置に、感温ダイオードを設けている。このため、ターミナルの位置ずれも考慮したもっとも高い温度を、感温ダイオードにより精度良く検出することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る半導体装置が適用される車両の駆動システムの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 封止樹脂体を省略した平面図である。 図２のIV-IV線に沿う断面図である。 図２のV-V線に沿う断面図である。 半導体基板のアクティブ領域を示す平面図である。 半導体チップを示す平面図である。 参考例を示す平面図である。 素子端からの距離と温度との関係を示す図である。 アクティブ領域、感温ダイオード、およびターミナルの配置を示す平面図である。 第２実施形態に係る半導体装置において、半導体チップを示す平面図である。 第３実施形態に係る半導体装置が適用される半導体モジュールを示す平面図である。 図１２をＸ１方向から見た側面図である。 半導体チップを示す平面図である。 変形例を示す平面図である。 その他の変形例を示す平面図である。

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

本実施形態の半導体装置は、たとえば、回転電機を駆動源とする移動体の電力変換装置に適用される。移動体は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）などの電動車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。以下では、車両に適用される例について説明する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。

＜車両の駆動システム＞
図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。

直流電源２は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ３は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。モータジェネレータ３は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置４は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で電力変換を行う。

＜電力変換装置＞
次に、図１に基づき、電力変換装置４の回路構成について説明する。電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、インバータ６を備えている。

平滑コンデンサ５は、主として、直流電源２から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５は、高電位側の電力ラインであるＰライン７と低電位側の電力ラインであるＮライン８とに接続されている。Ｐライン７は直流電源２の正極に接続され、Ｎライン８は直流電源２の負極に接続されている。平滑コンデンサ５の正極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｐライン７に接続されている。同じく負極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｎライン８に接続されている。平滑コンデンサ５は、直流電源２に並列に接続されている。

インバータ６は、ＤＣ－ＡＣ変換回路である。インバータ６は、図示しない制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ６は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Ｐライン７へ出力する。このように、インバータ６は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行う。

インバータ６は、三相分の上下アーム回路９を備えて構成されている。上下アーム回路９は、レグと称されることがある。上下アーム回路９は、上アーム９Ｈと、下アーム９Ｌをそれぞれ有している。上アーム９Ｈと下アーム９Ｌは、上アーム９ＨをＰライン７側として、Ｐライン７とＮライン８との間で直列接続されている。上アーム９Ｈと下アーム９Ｌとの接続点は、出力ライン１０を介して、モータジェネレータ３における対応する相の巻線３ａに接続されている。インバータ６は、６つのアームを有している。

本実施形態では、各アームを構成するスイッチング素子として、ｎチャネル型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１１（以下、ＩＧＢＴ１１と示す）を採用している。ＩＧＢＴ１１のそれぞれには、還流用のダイオード１２（以下、ＦＷＤ１２と示す）が逆並列に接続されている。上アーム９Ｈにおいて、ＩＧＢＴ１１のコレクタが、Ｐライン７に接続されている。下アーム９Ｌにおいて、ＩＧＢＴ１１のエミッタが、Ｎライン８に接続されている。そして、上アーム９ＨにおけるＩＧＢＴ１１のエミッタと、下アーム９ＬにおけるＩＧＢＴ１１のコレクタが相互に接続されている。ＦＷＤ１２のアノードは対応するＩＧＢＴ１１のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。

電力変換装置４は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換回路である。コンバータは、直流電源２と平滑コンデンサ５との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した上下アーム回路９を備えて構成される。電力変換装置４は、直流電源２からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源２とコンバータとの間に設けられる。

電力変換装置４は、インバータ６などを構成するスイッチング素子の駆動回路を備えてもよい。駆動回路は、制御回路の駆動指令に基づいて、対応するアームのＩＧＢＴ１１のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するＩＧＢＴ１１を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路は、ドライバと称されることがある。

電力変換装置４は、スイッチング素子の制御回路を備えてもよい。制御回路は、ＩＧＢＴ１１を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路に出力する。制御回路は、図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線３ａに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ３の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ５の両端電圧を検出する。制御回路は、駆動指令として、たとえばＰＷＭ信号を出力する。制御回路は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を備えて構成されている。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。

＜半導体装置＞
次に、図２～図５に基づき、半導体装置の概略構成について説明する。感温ダイオードを含む半導体チップの詳細構造については、後述する。図２は、半導体装置を示す平面図である。図３は、半導体装置において、封止樹脂体の内部構造を示すために、図２に対して封止樹脂体を省略した図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う断面図である。図５は、図２のV-V線に沿う断面図である。

以下では、半導体装置を構成する要素の一部について、符号末尾に上アーム９Ｈ側を示す「Ｈ」を付与し、下アーム９Ｌ側を示す「Ｌ」を付与する。要素の他の一部について、便宜上、上アーム９Ｈと下アーム９Ｌとで共通の符号を付与する。

また、半導体基板（半導体チップ）の板厚方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交し、複数のパッドの並び方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向とする。特に断わりのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、換言すればＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。また、Ｚ方向からの平面視を単に平面視と示す。

図２～図５に示すように、半導体装置１５は、封止樹脂体２０と、半導体チップ３０と、ヒートシンク４０、５０と、ターミナル６０と、継手部７０、７１、７２と、主端子８０と、信号端子８５を備えている。半導体装置１５は、一相分の上下アーム回路９を構成する。

封止樹脂体２０は、半導体装置１５を構成する他の要素の一部を封止している。他の要素の残りの部分は、封止樹脂体２０の外に露出している。封止樹脂体２０は、たとえばエポキシ系樹脂を材料とする。封止樹脂体２０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。図２に示すように、封止樹脂体２０は平面略矩形状をなしている。封止樹脂体２０は、Ｚ方向において、一面２０ａと、一面２０ａとは反対の裏面２０ｂを有している。一面２０ａおよび裏面２０ｂは、たとえば平坦面である。

半導体チップ３０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とする半導体基板３１に、縦型素子が形成されてなる。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、ダイヤモンドがある。縦型素子は、半導体チップ３０（半導体基板３１）の板厚方向、すなわちＺ方向に主電流が流れるように構成されている。本実施形態の縦型素子は、ひとつのアームを構成するＩＧＢＴ１１およびＦＷＤ１２である。すなわち、縦型素子として、ＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴが形成されている。縦型素子は、通電により発熱する発熱素子である。半導体チップ３０は、半導体素子と称されることがある。

半導体基板３１には、図示しないゲート電極が形成されている。ゲート電極は、たとえばトレンチ構造をなしている。半導体チップ３０は、半導体基板３１の板面のそれぞれに主電極を有している。具体的には、主電極として、半導体基板３１の一面側にコレクタ電極３２Ｃを有し、一面とは反対の面である裏面側にエミッタ電極３２Ｅを有している。半導体基板３１の一面は、封止樹脂体２０の一面２０ａ側の面である。コレクタ電極３２Ｃは、ダイオードのカソード電極を兼ねている。エミッタ電極３２Ｅは、ダイオードのアノード電極を兼ねている。コレクタ電極３２Ｃが第１主電極に相当し、エミッタ電極３２Ｅが第２主電極に相当する。

半導体基板３１（半導体チップ３０）は、平面略矩形状をなしている。半導体チップ３０は、半導体基板３１の裏面においてエミッタ電極３２Ｅとは異なる位置に形成された複数のパッド３２Ｐを有している。エミッタ電極３２Ｅおよびパッド３２Ｐは、図示しない保護膜からそれぞれ露出している。コレクタ電極３２Ｃは、半導体基板３１の一面のほぼ全面に形成されている。エミッタ電極３２Ｅは、半導体基板３１の裏面の一部分に形成されている。エミッタ電極３２Ｅは、後述するように、縦型素子の形成領域であるアクティブ領域に対応して形成されている。平面視において、コレクタ電極３２Ｃは、エミッタ電極３２Ｅよりも面積が大きい。エミッタ電極３２Ｅは、平面略矩形状をなしている。

パッド３２Ｐは、信号用の電極である。パッド３２Ｐは、エミッタ電極３２Ｅと電気的に分離されている。パッド３２Ｐは、Ｙ方向において、エミッタ電極３２Ｅの形成領域とは反対側の端部に形成されている。パッド３２Ｐは、Ｙ方向においてエミッタ電極３２Ｅと並んで設けられている。Ｙ方向が、第２方向に相当する。

パッド３２Ｐは、ゲート電極用のパッドと、後述する感温ダイオード用のパッドを少なくとも含む。本実施形態の半導体チップ３０は、５つのパッド３２Ｐを有している。具体的には、ゲート電極用、エミッタ電極３２Ｅ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３０の温度を検出する感温ダイオード（感温素子）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３２Ｐは、平面略矩形状の半導体チップ３０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。Ｘ方向が、第１方向に相当する。

半導体装置１５は、上アーム９Ｈを構成する半導体チップ３０Ｈを、少なくともひとつ備えている。同様に、下アーム９Ｌを構成する半導体チップ３０Ｌを、少なくともひとつ備えている。本実施形態の半導体装置１５は、半導体チップ３０Ｈ、３０Ｌをひとつずつ備えている。半導体装置１５において、２つの半導体チップ３０Ｈ、３０Ｌは、互いに同様の構成である。半導体チップ３０Ｈ、３０Ｌは、Ｘ方向に並んでいる。半導体チップ３０Ｈ、３０Ｌ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。

ヒートシンク４０は、Ｚ方向において半導体チップ３０のコレクタ電極３２Ｃに対向配置されている。ヒートシンク４０は、はんだ９０を介して、コレクタ電極３２Ｃに電気的に接続された配線部材である。ヒートシンク４０は、半導体チップ３０側の面である対向面４０ａと、対向面４０ａとは反対の面である裏面４０ｂを有している。ヒートシンク４０の対向面４０ａと半導体チップ３０のコレクタ電極３２Ｃとの間にはんだ９０が介在し、はんだ接合部が形成されている。ヒートシンク４０が、第１ヒートシンクに相当する。

ヒートシンク４０は、半導体チップ３０の熱を外部に放熱する。ヒートシンク４０（第１配線部材）としては、たとえばＣｕ、Ｃｕ合金などを材料とする金属板、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板などを採用することができる。ヒートシンク４０は、表面に、ＮｉやＡｕなどのめっき膜を備えてもよい。本実施形態のヒートシンク４０は、Ｃｕを材料とする金属板である。ヒートシンク４０は、リードフレームの一部分として構成されている。ヒートシンク４０は、異形条のリードフレームにおいて厚肉部である。半導体装置１５は、２つのヒートシンク４０を備えている。半導体装置１５は、上アーム９Ｈを構成するヒートシンク４０Ｈと、下アーム９Ｌを構成するヒートシンク４０Ｌを備えている。

図３に示すように、ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌは、平面略矩形状をなしている。ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌは、Ｘ方向に並んでいる。ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌは、互いにほぼ同じ厚みを有し、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。ヒートシンク４０Ｈの対向面４０ａと半導体チップ３０Ｈのコレクタ電極３２Ｃとの間、および、ヒートシンク４０Ｌの対向面４０ａと半導体チップ３０Ｌのコレクタ電極３２Ｃとの間に、はんだ９０による接合部が形成されている。

ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌは、Ｚ方向からの平面視において、対応する半導体チップ３０を内包している。図４および図５に示すように、ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌの裏面４０ｂは、封止樹脂体２０から露出している。裏面４０ｂは、放熱面、露出面と称されることがある。裏面４０ｂは、封止樹脂体２０の裏面２０ｂと略面一である。ヒートシンク４０Ｈ、４０Ｌの裏面４０ｂは、Ｘ方向に並んでいる。

ヒートシンク５０およびターミナル６０は、Ｚ方向において半導体チップ３０のエミッタ電極３２Ｅ側に配置され、はんだ９０を介して、エミッタ電極３２Ｅに電気的に接続された配線部材である。ヒートシンク５０は、エミッタ電極３２Ｅに対向配置されており、ターミナル６０を介してエミッタ電極３２Ｅに接続されている。はんだ９０は、ヒートシンク５０とターミナル６０との間、および、ターミナル６０と半導体チップ３０（エミッタ電極３２Ｅ）との間に、それぞれ介在している。ヒートシンク５０が、第２ヒートシンクに相当する。

ヒートシンク５０は、半導体チップ３０の熱を外部に放熱する。ヒートシンク５０としては、たとえばＣｕ、Ｃｕ合金などを材料とする金属板、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板などを採用することができる。ヒートシンク５０は、表面に、ＮｉやＡｕなどのめっき膜を備えてもよい。本実施形態のヒートシンク５０は、Ｃｕを材料とする金属板である。ヒートシンク５０は、半導体チップ３０側の面である対向面５０ａと、対向面５０ａとは反対の面である裏面５０ｂを有している。半導体装置１５は、２つのヒートシンク５０を備えている。半導体装置１５は、上アーム９Ｈを構成するヒートシンク５０Ｈと、下アーム９Ｌを構成するヒートシンク５０Ｌをそれぞれ備えている。

図２および図３に示すように、ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌは、平面略矩形状をなしている。ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌは、Ｘ方向に並んでいる。ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌは、互いにほぼ同じ厚みを有し、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌは、Ｚ方向からの平面視において、対応する半導体チップ３０およびターミナル６０を内包している。ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌの裏面５０ｂは、封止樹脂体２０から露出している。裏面５０ｂは、放熱面、露出面と称されることがある。裏面５０ｂは、封止樹脂体２０の一面２０ａと略面一である。ヒートシンク５０Ｈ、５０Ｌの裏面５０ｂは、Ｘ方向に並んでいる。

ターミナル６０は、Ｚ方向において半導体チップ３０とヒートシンク５０との間に介在し、エミッタ電極３２Ｅとヒートシンク５０とを電気的に中継している。ターミナル６０は、半導体チップ３０（エミッタ電極３２Ｅ）とヒートシンク５０との電気伝導、熱伝導経路の途中に位置する。ターミナル６０は、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの金属材料を用いて形成された柱状体である。ターミナル６０は、表面に、めっき膜を備えてもよい。ターミナル６０は、金属ブロック体、中継部材と称されることがある。本実施形態のターミナル６０は、平面視においてエミッタ電極３２Ｅよりも若干小さい大きさを有する平面略矩形状の柱状体である。

半導体装置１５は、２つのターミナル６０を備えている。半導体装置１５は、上アーム９Ｈを構成するターミナル６０Ｈと、下アーム９Ｌを構成するターミナル６０Ｌを備えている。ターミナル６０Ｈと半導体チップ３０Ｈのエミッタ電極３２Ｅとの間、および、ターミナル６０Ｈとヒートシンク５０Ｈの対向面５０ａとの間のそれぞれに、はんだ９０による接合部がそれぞれ形成されている。同様に、ターミナル６０Ｌと半導体チップ３０Ｌのエミッタ電極３２Ｅとの間、および、ターミナル６０Ｌとヒートシンク５０Ｌの対向面５０ａとの間のそれぞれに、はんだ９０による接合部がそれぞれ形成されている。

継手部７０、７１は、上下アーム回路９を構成する要素間をつないでいる。継手部７２は、半導体装置１５を構成する要素間をつないでいる。図２および図３に示すように、継手部７０は、ヒートシンク４０Ｌに連なっている。継手部７０の厚みは、ヒートシンク４０Ｌよりも薄い。継手部７０は、ヒートシンク４０Ｌの対向面４０ａと略面一の状態で、ヒートシンク４０Ｈ側の側面に連なっている。継手部７０は、２つの屈曲部を有することで、ＺＸ平面において略クランク状をなしている。継手部７０は、封止樹脂体２０によって覆われている。継手部７０は、ヒートシンク４０Ｌに対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接続により連なってもよい。本実施形態の継手部７０は、リードフレームの一部として、ヒートシンク４０Ｌと一体的に設けられている。

継手部７１は、ヒートシンク５０Ｈに連なっている。継手部７１の厚みは、ヒートシンク５０Ｈよりも薄い。継手部７１は、ヒートシンク５０Ｈの対向面５０ａと略面一の状態で、ヒートシンク５０Ｌ側の側面に連なっている。継手部７１は、封止樹脂体２０によって覆われている。継手部７１は、ヒートシンク５０Ｈに対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接続により連なってもよい。本実施形態の継手部７１は、ヒートシンク５０Ｈに対して一体的に設けられている。ヒートシンク４０Ｌに連なる継手部７０と、ヒートシンク５０Ｈに連なる継手部７１との対向面間にはんだ９０が介在し、はんだ接合部が形成されている。

継手部７２は、ヒートシンク５０Ｌに連なっている。継手部７２の厚みは、ヒートシンク５０Ｌよりも薄い。継手部７２は、ヒートシンク５０Ｌの対向面５０ａと略面一の状態で、ヒートシンク５０Ｈ側の側面に連なっている。継手部７２は、封止樹脂体２０によって覆われている。継手部７２は、ヒートシンク５０Ｌに対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接続により連なってもよい。本実施形態の継手部７２は、ヒートシンク５０Ｌに対して一体的に設けられている。

本実施形態では、継手部７１を含むヒートシンク５０Ｈと、継手部７２を含むヒートシンク５０Ｌとが共通部材となっている。継手部７１を含むヒートシンク５０Ｈと、継手部７２を含むヒートシンク５０Ｌとの配置は、Ｚ軸を回転軸とする２回対称となっている。

主端子８０および信号端子８５は、外部接続端子である。主端子８０は、半導体チップ３０の主電極と電気的に接続された端子である。主端子８０は、正極端子８０Ｐと、負極端子８０Ｎと、出力端子８０Ｓを含んでいる。正極端子８０Ｐおよび負極端子８０Ｎは、電源端子である。正極端子８０Ｐは、平滑コンデンサ５の正極端子と電気的に接続される。負極端子８０Ｎは、平滑コンデンサ５の負極端子と電気的に接続される。正極端子８０Ｐは、Ｐ端子、高電位電源端子と称されることがある。負極端子８０Ｎは、Ｎ端子、低電位電源端子と称されることがある。

正極端子８０Ｐは、ヒートシンク４０ＨにおけるＹ方向の一端に連なっている。正極端子８０Ｐの厚みは、ヒートシンク４０Ｈよりも薄い。正極端子８０Ｐは、対向面４０ａと略面一でヒートシンク４０Ｈに連なっている。正極端子８０Ｐは、ヒートシンク４０Ｈに対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接続により連なってもよい。本実施形態の正極端子８０Ｐは、リードフレームの一部として、ヒートシンク４０Ｈと一体的に設けられている。正極端子８０Ｐは、ヒートシンク４０ＨからＹ方向に延設され、封止樹脂体２０の側面２０ｃから外部に突出している。正極端子８０Ｐは、封止樹脂体２０により覆われる部分の途中に屈曲部を有し、側面２０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。

負極端子８０Ｎは、ヒートシンク５０Ｌに連なる継手部７１に接続されている。負極端子８０Ｎと継手部７１との対向面間にはんだ９０が介在し、はんだ接合部が形成されている。負極端子８０Ｎは、Ｙ方向に延設されて、正極端子８０Ｐと同じ側面２０ｃから封止樹脂体２０の外に突出している。負極端子８０Ｎは、Ｙ方向の一端付近に継手部７１との接続部８１を有している。負極端子８０Ｎのうち、接続部８１を含む一部分が封止樹脂体２０により覆われ、残りの部分が封止樹脂体２０から突出している。接続部８１は、封止樹脂体２０から突出した部分よりも板厚が厚い。接続部８１の板厚は、たとえばヒートシンク４０とほぼ同じ厚みである。負極端子８０Ｎも、主端子同様に屈曲部を有し、側面２０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。本実施形態の負極端子８０Ｎは、リードフレームの一部として構成されている。

出力端子８０Ｓは、上アーム９Ｈと下アーム９Ｌとの接続点に接続されている。半導体装置１５の出力端子８０Ｓは、モータジェネレータ３の対応する相の巻線３ａ（固定子コイル）に電気的に接続される。出力端子８０Ｓは、Ｏ端子、交流端子と称されることがある。

出力端子８０Ｓは、ヒートシンク４０ＬにおけるＹ方向の一端に連なっている。出力端子８０Ｓの厚みは、ヒートシンク４０Ｌよりも薄い。出力端子８０Ｓは、対向面４０ａと略面一でヒートシンク４０Ｌに連なっている。出力端子８０Ｓは、ヒートシンク４０Ｌに対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接続により連なってもよい。本実施形態の出力端子８０Ｓは、リードフレームの一部として、ヒートシンク４０Ｌと一体的に設けられている。

出力端子８０Ｓは、ヒートシンク４０ＬからＹ32P方向に延設され、正極端子８０Ｐと同じ側面２０ｃから封止樹脂体２０の外に突出している。出力端子８０Ｓも、正極端子８０Ｐ同様に屈曲部を有し、側面２０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。３本の主端子８０は、Ｘ方向において正極端子８０Ｐ、負極端子８０Ｎ、出力端子８０Ｓの順に配置されている。

信号端子８５は、対応する半導体チップ３０のパッド３２Ｐに電気的に接続されている。本実施形態では、ボンディングワイヤ９１を介して電気的に接続されている。信号端子８５は、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体２０の側面２０ｄから外部に突出している。側面２０ｄは、Ｙ方向において側面２０ｃとは反対の面である。本実施形態では、ひとつの半導体チップ３０に対して５本の信号端子８５が設けられている。信号端子８５も、リードフレームに構成されている。複数の信号端子８５は、図示しないタイバーをカットすることで、互いに電気的に分離されている。

上記したように、半導体装置１５では、封止樹脂体２０によって一相分の上下アーム回路９を構成する複数の半導体チップ３０が封止されている。封止樹脂体２０は、複数の半導体チップ３０、ヒートシンク４０それぞれの一部、ヒートシンク５０それぞれの一部、ターミナル６０、継手部７０～７２、主端子８０および信号端子８５それぞれの一部を、一体的に封止している。

Ｚ方向において、ヒートシンク４０、５０の間に、半導体チップ３０が配置されている。半導体チップ３０は、対向配置されたヒートシンク４０、５０によって挟まれている。これにより、半導体チップ３０の熱を、Ｚ方向において両側に放熱することができる。半導体装置１５は、両面放熱構造をなしている。ヒートシンク４０の裏面４０ｂは、封止樹脂体２０の裏面２０ｂと略面一となっている。ヒートシンク５０の裏面５０ｂは、封止樹脂体２０の一面２０ａと略面一となっている。裏面４０ｂ、５０ｂが露出面であるため、放熱性を高めることができる。

＜半導体チップ＞
次に、図６および図７に基づき、半導体チップについて説明する。図６は、アクティブ領域を示す平面図である。図６では、便宜上、半導体基板３１に形成された各領域を実線で示している。図７は、半導体チップを示す平面図である。図７では、アクティブ領域と感温ダイオードとの位置関係を示している。縁部を一点鎖線で示し、中央領域を二点鎖線で示している。

図６に示すように、半導体基板３１は、素子の形成領域であるアクティブ領域３１０を有している。アクティブ領域３１０は、平面略矩形状をなしている。Ｘ方向に略平行に延びる仮想的な中心線ＣＬ１は、アクティブ領域３１０におけるＹ方向の中心を通る。同様に、Ｙ方向に略平行に延びる仮想的な中心線ＣＬ２は、アクティブ領域３１０におけるＸ方向の中心を通る。中心線ＣＬ１、ＣＬ２の交点位置が、アクティブ領域３１０の中心、すなわち素子中心３１１と重なる。アクティブ領域３１０を取り囲む外周領域には、耐圧構造部が形成されている。

アクティブ領域３１０には、上記したＲＣ－ＩＧＢＴが形成されている。アクティブ領域３１０は、ＩＧＢＴ１１の形成領域であるＩＧＢＴ部３１２と、ＦＷＤ１２の形成領域であるＦＷＤ部３１３を含む。本実施形態の半導体基板３１において、ＩＧＢＴ部３１２とＦＷＤ部３１３は、Ｙ方向において交互に設けられている。ＩＧＢＴ部３１２のＹ方向の長さ、すなわち幅は、ＦＷＤ部３１３の幅よりも広い。Ｙ方向において、アクティブ領域３１０の両端には、ＩＧＢＴ部３１２が設けられている。ＦＷＤ部３１３が、還流ダイオード部に相当する。

図７に示すように、半導体チップ３０は、該半導体チップ３０の温度を検出する感温ダイオード３３を有している。感温ダイオード３３は、素子の発熱にともなう温度上昇（過熱状態）から素子を保護すべく、半導体チップ３０に設けられた温度検出素子である。感温ダイオード３３の順方向電圧は、温度に応じて変化する。具体的には、温度が上昇すると、順方向電圧は低下する。よって、感温ダイオード３３を用いて、半導体チップ３０の温度を検出することができる。たとえば感温ダイオード３３を用いて検出された温度が所定の閾値を超えると、対応するスイッチング素子（ＩＧＢＴ１１）が強制的に遮断（オフ）される。

感温ダイオード３３は、半導体基板３１の裏面、すなわちエミッタ電極３２Ｅの形成面上に設けられている。感温ダイオード３３は、半導体基板３１の裏面上に、図示しない絶縁膜を介して形成されている。感温ダイオード３３は、たとえばポリシリコンに不純物を注入することで形成されたＮ型層およびＰ型層を有している。感温ダイオード３３は、エミッタ電極３２Ｅとは電気的に分離されている。感温ダイオード３３は、図示しない配線を介して、対応するパッド３２Ｐ、具体的には上記したアノード用のパッドとカソード用のパッドに電気的に接続されている。

感温ダイオード３３の少なくとも一部は、平面視において、アクティブ領域３１０の縁部３１４であって、中央領域３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄのひとつと重なる位置に設けられている。縁部３１４は、アクティブ領域３１０の外周端から所定幅の領域である。縁部３１４は、素子中心３１１を含む中心部を取り囲んでいる。縁部３１４は、平面略矩形環状をなし、外周端３１４ａおよび内周端３１４ｂを有している。外周端３１４ａは、アクティブ領域３１０の外周端に一致している。縁部３１４の幅は、素子中心３１１からアクティブ領域３１０の外周端部までの長さの１／２よりも短い。本実施形態では、縁部３１４の幅が、ＩＧＢＴ部３１２の幅（Ｙ方向の長さ）よりも短い。このため、Ｙ方向において、内周端３１４ｂは、アクティブ領域３１０の両端のＩＧＢＴ部３１２に重なっている。ターミナル６０の中心が素子中心３１１と理想的に一致した状態で、縁部３１４の一部はターミナル６０と重なる。内周端３１４ｂはターミナル６０と重なり、外周端３１４ａはターミナル６０と重ならない。

中央領域３１５ａ、３１５ｂは、平面略矩形環状をなす縁部３１４において、Ｘ方向に延びる辺の中央付近の領域である。中央領域３１５ａは、Ｙ方向においてパッド３２Ｐとは反対側の領域であり、中央領域３１５ｂはパッド３２Ｐ側の領域である。中央領域３１５ａ、３１５ｂは、縁部３１４のうち、中心線ＣＬ２との重なり部を中心としたＸ方向に所定長さを有する領域である。中央領域３１５ａ、３１５ｂのＹ方向の長さは、縁部３１４の幅に略等しい。中央領域３１５ａ、３１５ｂのＸ方向の長さは、たとえば、縁部３１４のＸ方向の長さの１／４以下である。

同様に、中央領域３１５ｃ、３１５ｄは、平面略矩形環状をなす縁部３１４において、Ｙ方向に延びる辺の中央付近の領域である。中央領域３１５ｃ、３１５ｄは、縁部３１４のうち、中心線ＣＬ１との重なり部分を中心としたＹ方向に所定長さを有する領域である。中央領域３１５ｃ、３１５ｄのＸ方向の長さは、縁部３１４の幅に略等しい。中央領域３１５ｃ、３１５ｄのＹ方向の長さは、たとえば、縁部３１４のＹ方向の長さの１／４以下である。

本実施形態の感温ダイオード３３は、その全体が縁部３１４の中央領域３１５ａと重なる位置に設けられている。エミッタ電極３２Ｅは、平面視において、外周端に開口する切り欠き３４を有している。切り欠き３４は、中央領域３１５ａと重なる位置に設けられており、パッド３２Ｐ側とは反対側に開口している。感温ダイオード３３は、切り欠き３４内に設けられている。感温ダイオード３３と切り欠き３４の壁面（すなわち、エミッタ電極３２Ｅ）との間には、所定の絶縁距離が確保されている。たとえば、感温ダイオード３３と切り欠き３４の壁面との幅は、感温ダイオード３３の幅よりも短い。

エミッタ電極３２Ｅは、切り欠き３４に連なるスリット３５を有している。切り欠き３４およびスリット３５により、エミッタ電極３２Ｅは、Ｘ方向において複数に分割されている。切り欠き３４は、スリット３５において一端側に設けられた幅広部といえる。感温ダイオード３３に連なる配線は、たとえばエミッタ電極３２Ｅと同様の導電材料を用いて形成されている。配線は、スリット３５に設けられている。

＜第１実施形態のまとめ＞
図８は、半導体チップの参考例を示している。参考例では、本実施形態の要素と同一または関連する要素について、本実施形態の符号の末尾にｒを付け加えて示している。

図８に示す参考例では、素子中心３１１ｒに感温ダイオード３３ｒが設けられている。それ以外の構成は、本実施形態の構成（図７）と同様である。アクティブ領域３１０ｒにおいて、ＩＧＢＴ部３１２ｒおよびＦＷＤ部３１３ｒが、Ｙ方向において交互に設けられている。

平面視において、エミッタ電極３２Ｅｒに対し、公差の範囲内でターミナル６０の配置が偏ると、アクティブ領域３１０ｒにおいてターミナル６０ｒと重なる重なり部、ターミナル６０と重ならない非重なり部の配置も偏ることとなる。非重なり部は、直上にターミナル６０ｒが存在しないため、片面放熱のような状態となり、偏りのない構成に較べて温度が高くなる。偏りのない構成とは、ターミナル６０ｒの中心が素子中心３１１ｒに略一致する構成である。

図９は、素子端からの距離に応じた温度を示す図である。図９に示す温度は図８に示すように、ターミナル６０ｒがＹ方向においてパッド３２Ｐｒ側であって、Ｘ方向の一方側に、公差範囲内で最大限ずれたときのシミュレーション結果を示している。シミュレーションでは、感温ダイオード３３ｒおよびその配線がないものとして、中心線ＣＬ２と重なる部分の温度について解析した。素子端とは、中心線ＣＬ２と重なり、アクティブ領域３１０ｒにおけるパッド３２Ｐｒとは反対の外周端である。

ＩＧＢＴ部３１２ｒは、通電による発熱量がＦＷＤ部３１３ｒよりも大きい。このため、ＩＧＢＴ部３１２ｒにおいてＦＷＤ部３１３ｒよりも温度が高くなり、図９に示すように温度の山谷ができる。また、ターミナル６０の偏り（位置ずれ）により、ターミナル６０が偏った側とは反対の端部近傍の温度が、スパイク様にもち上がり、素子中心３１１ｒの温度よりも高くなる。特に、ターミナル６０が偏った側とは反対の端部近傍のうち、中心線ＣＬ１、ＣＬ２のいずれかと重なる部分を含む中央領域の温度が高くなる。図９に示す破線は、位置ずれがない場合の同箇所の温度である。

図示を省略するが、ターミナル６０が偏った側とは反対の端部近傍であって中央領域の温度は、位置ずれが生じないときの素子中心３１１ｒの温度よりも高い。参考例に示すように、素子中心３１１ｒに感温ダイオード３３ｒを設けた構成では、位置ずれが生じた状況も含むもっとも高い温度を精度よく検出することができない。

図１０は、本実施形態の半導体装置１５において、アクティブ領域３１０、感温ダイオード３３、およびターミナル６０の配置を示す平面図である。ターミナル６０は、参考例同様、パッド３２Ｐ側に偏って配置されている。ターミナル６０の偏り（位置ずれ）により、アクティブ領域３１０の非重なり部は、パッド３２Ｐまたは中央領域３１５ｂとは反対側の縁部３１４において広くなっている。広い非重なり部において温度が上昇し、特に中央領域３１５ａの温度が上昇する。本実施形態では、感温ダイオード３３を、中央領域３１５ａと重なる位置に設けている。よって、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ａの温度を、感温ダイオード３３により精度よく検出することができる。この結果、ターミナル６０の位置ずれも考慮したもっとも高い温度を、精度良く検出することができる。なお、ターミナル６０の偏りは、図１０に示す例に限定されない。Ｘ方向の偏りは特に限定されない。少なくともＹ方向においてパッド３２Ｐ側に偏った配置であればよい。

本実施形態の半導体装置１５において、ターミナル６０は、Ｙ方向においてパッド３２Ｐ側に偏っている。ターミナル６０の中心は、素子中心３１１よりもパッド３２Ｐに近い。中央領域３１５ａの少なくとも一部は、ターミナル６０との重なり部の外、すなわち非重なり部に設けられている。このような構成において、アクティブ領域３１０の温度は、中央領域３１５ａにおいてもっとも高くなる。これに対し、感温ダイオード３３の少なくとも一部を、中央領域３１５ａにおいてターミナル６０の外に位置する部分（非重なり部）に設けている。よって、半導体チップ３０内においてもっとも高い温度（最大温度）を精度良く検出することができる。

アクティブ領域３１０に形成される素子は、上記した例に限定されない。たとえば、素子としてＩＧＢＴが形成された構成にも適用できる。図９に示す二点鎖線は、素子としてＩＧＢＴを採用した場合に、ターミナルと素子中心が一致する場合の温度を示している。ターミナル６０の偏りによって偏った側と反対の非重なり部の幅が広くなり、端部近傍の温度が上昇する。特に中央領域の温度が上昇する。よって、縁部３１４の中央領域３１５ａと重なる位置に、感温ダイオード３３を設けることで、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ａの温度を精度よく検出することができる。

中央領域３１５ａに感温ダイオード３３を設ける構成は、特にＲＣ－ＩＧＢＴに効果的である。上記したように、ＩＧＢＴ部３１２とＦＷＤ部３１３は交互に設けられており、発熱の差から、参考例同様（図９参照）に温度の山谷ができる。ＦＷＤ部３１３を有する分、ＩＧＢＴのみ（ＩＧＢＴ部３１２のみ）を有する構成に較べて、ターミナル６０の偏りがない状態における素子中心３１１とアクティブ領域３１０の端部近傍との温度差が小さい。偏りがない状態において、アクティブ領域３１０の端部近傍の温度は比較的高い。よって、ターミナル６０の偏りにより、偏った側と反対の端部近傍の温度は、素子中心３１１の温度よりも容易に高くなる。本実施形態によれば、端部のＩＧＢＴ部３１２と重なる位置に感温ダイオード３３を設けているため、もっとも高い温度を、精度良く検出することができる。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、エミッタ電極にスリットを設けた。これに対し、スリットを有さない構成としてもよい。

図１１は、本実施形態に係る半導体装置１５において、半導体チップ３０を示す平面図である。図１１は、図７に対応する平面図である。感温ダイオード３３は、縁部３１４のうち、パッド３２Ｐ側の中央領域３１５ｂと重なる位置に設けられている。切り欠き３４は、エミッタ電極３２Ｅの外周端のうち、パッド３２Ｐ側に開口しており、この切り欠き３４が中央領域３１５ｂ内に設けられている。感温ダイオード３３は、切り欠き３４に配置されており、図示しない配線により、対応するパッド３２Ｐに電気的に接続されている。このため、エミッタ電極３２Ｅはスリット３５を有していない。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。

＜第２実施形態のまとめ＞
上記した感温ダイオード３３の配置によれば、先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏することができる。たとえば、ターミナル６０がＹ方向においてパッド３２Ｐから遠ざかる方向、すなわち中央領域３１５ａ側にずれた場合、パッド３２Ｐ側の縁部３１４において非重なり部の幅が広くなり、温度が上昇する。特に、中央領域３１５ｂの温度が上昇する。本実施形態では、感温ダイオード３３を中央領域３１５ｂに設けている。よって、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ｂの温度を精度よく検出することができる。

特に本実施形態では、パッド３２Ｐ側の中央領域３１５ｂに感温ダイオード３３を設けるため、感温ダイオード３３とパッド３２Ｐとを接続する配線を設けるために、エミッタ電極３２Ｅにスリット３５を設けなくともよい。スリット３５を排除できる分、エミッタ電極３２Ｅの面積を大きくすることができる。すなわち、通電面積、ヒートシンク５０への放熱面積を大きくすることができる。また、感温ダイオード３３とパッド３２Ｐとの配線距離を短くすることができる。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、Ｙ方向の中央領域に感温ダイオードを設けた。これに対し、Ｘ方向の中央領域に感温ダイオードを設けてもよい。

＜半導体モジュール＞
先ず、図１２および図１３に基づき、本実施形態に係る半導体装置１５が適用される半導体モジュールの構造について説明する。図１３は、図１２をＸ１方向から見た側面図である。

図１２および図１３に示すように、電力変換装置４は、半導体モジュール１６を備えている。半導体モジュール１６は、インバータ６を構成する。半導体モジュール１６は、複数の半導体装置１５と、半導体装置１５を冷却する冷却器１７を備えている。半導体モジュール１６は、電力変換装置４が備える図示しない筐体に収容されている。筐体には、上記した平滑コンデンサ５も収容されている。

冷却器１７は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系の材料を用いて形成されている。冷却器１７は、熱交換部１７０と、導入管１７１と、排出管１７２を備えている。熱交換部１７０は、筐体に収容されている。熱交換部１７０は、全体として扁平形状の管状体である。熱交換部１７０は、たとえば、一対のプレート（金属製薄板）の少なくとも一方を、プレス加工によってＺ方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、熱交換部１７０として用いることが可能となる。

熱交換部１７０は、Ｚ方向において半導体装置１５と交互に積層されている。半導体装置１５と熱交換部１７０は、Ｚ方向に並んで配置されている。半導体装置１５のそれぞれは、Ｚ方向において熱交換部１７０により挟まれている。半導体装置１５と熱交換部１７０との積層体において、Ｚ方向の両端は熱交換部１７０とされている。

導入管１７１および排出管１７２のそれぞれは、筐体の内外にわたって配置されている。導入管１７１および排出管１７２のそれぞれは、ひとつの部材により構成されてもよいし、複数の部材を連結してなる構成としてもよい。導入管１７１および排出管１７２は、熱交換部１７０のそれぞれに連結されている。図示しないポンプによって導入管１７１に冷媒を供給することにより、積層された熱交換部１７０それぞれの流路に冷媒が流れる。これにより、半導体モジュール１６を構成する半導体装置１５のそれぞれが、冷媒によって冷却される。熱交換部１７０のそれぞれを流れた冷媒は、排出管１７２を介して排出される図１２に示す白抜き矢印は、冷媒の流れ方向を示している。

冷媒としては、たとえば水やアンモニアなどの相変化する冷媒、エチレングリコール系などの相変化しない冷媒などを用いることができる。半導体モジュール１６は、半導体装置１５と熱交換部１７０との間に介在する図示しない絶縁部材を備えてもよい。絶縁部材としては、たとえば、セラミック板、グリスやゲル状の熱伝導部材、およびそれらの組み合わせを採用することができる。絶縁部材の配置により、たとえば半導体装置１５と熱交換部１７０とを電気的に分離することができる。

＜半導体チップ＞
次に、図１４に基づき、本実施形態に係る半導体装置１５の半導体チップ３０について説明する。図１４は、図７、図１１に対応する平面図である。図１４に示すように、感温ダイオード３３は、中央領域３１５ｃと重なる位置に設けられている。上記した半導体モジュール１６の構成において、図１４に示すように中央領域３１５ｄが冷媒の上流側に位置し、中央領域３１５ｃが冷媒の下流側に位置する。

切り欠き３４は、エミッタ電極３２Ｅの外周端のうち、Ｘ方向の一端側に開口しており、この切り欠き３４が中央領域３１５ｃ内に設けられている。感温ダイオード３３は、切り欠き３４に配置されており、図示しない配線により、対応するパッド３２Ｐに電気的に接続されている。感温ダイオード３３は、ＩＧＢＴ部３１２上に設けられている。本実施形態でも、エミッタ電極３２Ｅはスリット３５を有していない。配線は、外周領域上に設けられている。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。

＜第３実施形態のまとめ＞
上記した感温ダイオード３３の配置によれば、先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏することができる。たとえば、ターミナル６０がＸ方向において中央領域３１５ｄ側にずれた場合、反対側の縁部３１４において非重なり部の幅が広くなり、温度が上昇する。特に、中央領域３１５ｃの温度が上昇する。本実施形態では、感温ダイオード３３を中央領域３１５ｃに設けている。よって、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ｃの温度を精度よく検出することができる。

さらに本実施形態では、中央領域３１５ｃが冷媒の下流側に位置するため、中央領域３１５ｃの温度がさらに高くなる。これに対し、中央領域３１５ｃに設けた感温ダイオード３３により、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ｃの温度を精度よく検出することができる。

本実施形態でも、エミッタ電極３２Ｅにスリット３５を設けなくともよい。スリット３５を排除できる分、エミッタ電極３２Ｅの面積を大きくすることができる。すなわち、通電面積、ヒートシンク５０への放熱面積を大きくすることができる。

中央領域３１５ｃが下流側に位置する例を示したが、これに限定されない。図１５に示す変形例のように、中央領域３１５ｄが下流側に位置する場合には、感温ダイオード３３を中央領域３１５ｄに設ければよい。ターミナル６０がＸ方向において中央領域３１５ｃ側にずれた場合、特に中央領域３１５ｄの温度が上昇する。また、中央領域３１５ｄが冷媒の下流側に位置するため、中央領域３１５ｄの温度がさらに高くなる。これに対し、中央領域３１５ｄに設けた感温ダイオード３３により、もっとも温度が高くなる中央領域３１５ｄの温度を精度よく検出することができる。

図１４、図１５に示した感温ダイオード３３の配置は、冷却器１７との積層構造に限定されない。両面側が流体に晒されることで両面側からの放熱が可能に構成された半導体装置１５に適用することができる。たとえば冷媒に浸漬される構成に適用してもよい。気体（たとえば空気）によって冷却される構成に適用してもよい。

流体の流れ方向を考慮せず、中央領域３１５ｃ、３１５ｄのいずれかに感温ダイオード３３を設けてもよい。流体の流れ方向を考慮し、下流側の中央領域に感温ダイオード３３を設けると、より効果的である。

（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、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部品および／または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。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。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、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味およ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。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。

空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

車両の駆動システム１は、上記した構成に限定されない。たとえば、モータジェネレータ３をひとつ備える例を示したが、これに限定されない。複数のモータジェネレータを備えてもよい。電力変換装置４が、電力変換部としてインバータ６を備える例を示したが、これに限定されない。複数の電力変換部を備えればよい。たとえば、複数のインバータを備える構成としてもよい。すくなくともひとつのインバータと、コンバータを備える構成としてもよい。

半導体チップ３０が、素子（発熱素子）として、ＲＣ－ＩＧＢＴを有する例を示したが、これに限定されない。スイッチング素子と、ダイオードを別チップとしてもよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴの例を示したが、これに限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。

半導体チップ３０Ｈを複数備え、複数の半導体チップ３０Ｈが並列接続されて上アームのひとつを構成してもよい。半導体チップ３０Ｌを複数備え、複数の半導体チップ３０Ｌが並列接続されて下アームのひとつを構成してもよい。

ヒートシンク４０、５０の裏面４０ｂ、５０ｂが、封止樹脂体２０から露出する例を示したが、これに限定されない。裏面４０ｂ、５０ｂの少なくとも一方が、封止樹脂体２０によって覆われた構成としてもよい。裏面４０ｂ、５０ｂの少なくとも一方が、封止樹脂体２０とは別の図示しない絶縁部材によって覆われた構成としてもよい。半導体装置１５が封止樹脂体２０を備える例を示したが、これに限定されない。封止樹脂体２０を備えない構成としてもよい。

半導体装置１５が、一相分の上下アーム回路を構成する複数の半導体チップ３０を備える例を示したが、これに限定されない。ひとつのアームを構成する半導体チップ３０のみを備えてもよい。半導体装置１５は、たとえば、ひとつのアームを構成する半導体チップ３０と、半導体チップ３０を挟むように配置された一対のヒートシンク４０、５０と、半導体チップ３０とヒートシンク５０の間に介在するターミナル６０を備えればよい。また、複数相の上下アーム回路を構成する半導体素子を、ひとつのパッケージとして備えてもよい。

信号端子８５がボンディングワイヤ９１を介してパッド３２Ｐに接続される例を示したが、これに限定されない。たとえば信号端子８５を、はんだを介してパッド３２Ｐに接続してもよい。

継手部７０、７１により、上アーム９Ｈと下アーム９Ｌを接続する例を示したが、これに限定されない。継手部７０、７１の一方のみを備える構成としてもよい。たとえば継手部７０をヒートシンク５０Ｈに接続するようにしてもよい。

上記した各実施形態では、感温ダイオード３３の全体を縁部３１４内（中央領域３１５ａ～３１５ｄ内）に設ける例を示した。しかしながら、図１６に示す変形例のように、感温ダイオードの一部を縁部３１４内に設け、残りの部分を縁部３１４の外、すなわちアクティブ領域３１０の外に設けてもよい。切り欠き３４を小さくし、その分、エミッタ電極３２Ｅの面積を大きくすることができる。温度検出の観点では、感温ダイオード３３のすべてを、中央領域３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄのひとつと重なる位置に設ける構成が好ましい。

１…駆動システム、２…直流電源、３…モータジェネレータ、４…電力変換装置、５…平滑コンデンサ、６…インバータ、７…Ｐライン、８…Ｎライン、９…上下アーム回路、９Ｈ…上アーム、９Ｌ…下アーム、１０…出力ライン、１１…ＩＧＢＴ、１２…ダイオード、１５…半導体装置、１６…半導体モジュール、１７…冷却器、１７０…導入管、１７１…排出管、１７２…熱交換部、２０…封止樹脂体、２０ａ…一面、２０ｂ…裏面、２０ｃ、２０ｄ…側面、３０、３０Ｈ、３０Ｌ…半導体チップ、３１…半導体基板、３１０…アクティブ領域、３１１…中心、３１２…ＩＧＢＴ部、３１３…ＦＷＤ部、３１４…縁部、３１４ａ…外周端、３１４ｂ…内周端、３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄ…中央領域、３２Ｃ…コレクタ電極、３２Ｅ…エミッタ電極、３２Ｐ…パッド、３３…感温ダイオード、３４…切り欠き、３５…スリット、４０、４０Ｈ、４０Ｌ…ヒートシンク、４０ａ…対向面、４０ｂ…裏面、５０、５０Ｈ、５０Ｌ、…ヒートシンク、５０ａ…実装面、５０ｂ…裏面、６０…ターミナル、７０、７１、７２…継手部、８０…主端子、８０Ａ…出力端子、８０Ｎ…負極端子、８０Ｐ…正極端子、８１…接続部、８５…信号端子、９０…接合部材、９１…ボンディングワイヤ

Claims (4)

1. 素子が形成されたアクティブ領域（３１０）を有する半導体基板（３１）と、前記半導体基板の一面に形成された第１主電極（３２Ｃ）と、前記一面とは板厚方向において反対の裏面に前記アクティブ領域に対応して形成された第２主電極（３２Ｅ）と、前記裏面に形成されて前記板厚方向に直交する第１方向において互いに並んで配置され、前記板厚方向および前記第１方向に直交する第２方向において前記第２主電極と並んで配置された複数のパッド（３２Ｐ）と、前記半導体基板の前記裏面上に形成され、対応する前記パッドに電気的に接続された感温ダイオード（３３）と、を有する半導体チップ（３０）と、
   前記第１主電極に対向配置され、前記第１主電極に電気的に接続された第１ヒートシンク（４０）と、
   前記第２主電極に対向配置された第２ヒートシンク（５０）と、
   前記第２主電極と前記第２ヒートシンクとの間に介在し、前記第２主電極と前記第２ヒートシンクとを電気的に中継するターミナル（６０）と、を備え、
   前記感温ダイオードは、前記板厚方向からの平面視において、前記アクティブ領域の縁部（３１４）であって、前記第１方向および前記第２方向のいずれかにおける中央領域（３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄ）のひとつと重なる位置に設けられ、
   さらに、前記感温ダイオードの一部は、前記裏面において前記ターミナルと重なる領域の中に設けれられ、他の一部は前記領域の外に設けられている半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記感温ダイオードは、前記第２方向において前記パッド側の前記中央領域と重なる位置に設けられている半導体装置。
3. 流体が前記第１方向に流れることで冷却される請求項１に記載の半導体装置において、
   前記感温ダイオードは、前記第１方向において前記流体の下流側の前記中央領域と重なる位置に設けられている半導体装置。
4. 請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板には、前記素子として、ＩＧＢＴ部（３１２）と還流ダイオード部（３１３）を有するＲＣ－ＩＧＢＴが形成されており、
   前記ＩＧＢＴ部および前記還流ダイオード部は、前記第１方向および前記第２方向のいずれかにおいて両端が前記ＩＧＢＴ部となるように交互に並んで設けられ、
   前記感温ダイオードは、前記ＩＧＢＴ部と前記還流ダイオード部との並び方向において、端部の前記ＩＧＢＴ部と重なる位置に設けられている半導体装置。