JPWO2016002385A1 - ハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

モジュール（１）は、絶縁基板（１５）と、パワー半導体装置（１３ＨＴ）と、パワー半導体装置（１３ＬＴ）と、ブリッジ端子（１４Ｂ）と、ハイサイド端子（１４Ｈ）と、ローサイド端子（１４Ｌ）とを備える。ブリッジ端子は、パワー半導体装置（１３ＨＴ）、（１３ＬＴ）の間で表面配線導体（１２Ｂ）から延伸されている。ハイサイド端子は、パワー半導体装置（１３ＨＴ，１３ＬＴ）の間でハイサイド裏面配線導体（１７Ｈ）から延伸されている。ローサイド端子は、パワー半導体装置（１３ＨＴ，１３ＬＴ）の間でローサイド裏面配線導体（１７Ｌ）から延伸されている。パワー半導体装置（１３ＨＴ）の表面電極及びパワー半導体装置（１３ＬＴ）の裏面電極は、表面配線導体（１２Ｂ）に接続されている。

Description

本発明は、内部の主電流経路に生じる寄生インダクタンスを顕著に低減できるハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。

２つのパワー半導体装置チップを直列に接続して、その接続中点を出力端子にしたハーフブリッジ回路を、１パッケージ内に収納したパワーモジュールが広く知られている（特許文献１及び２参照）。特許文献１及び特許文献２では、近接させた往復配線に逆方向の電流を流すこと（以下「近接逆平行通流」という）により配線の寄生インダクタンスを軽減する電磁気学的方法を、パワーモジュール内部の寄生インダクタンスＬｓの低減に適用している。

特開２００２−１１２５５９号 特開２００２−３７３９７１号

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のパワーモジュールの構造においては、必然的に、主電流の近接逆平行通流が不完全になる区間が必然的に生じる。そのため、寄生インダクタンスの低減が思うようにできない問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主電流の近接逆平行通流を改善することにより、モジュール内部の寄生インダクタンスを低減するハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュールは、絶縁基板と、ハイサイドパワー半導体装置と、ローサイドパワー半導体装置と、ブリッジ端子と、ハイサイド端子と、ローサイド端子とを備える。絶縁基板は、絶縁板と、絶縁板の表面に配置された表面配線導体と、絶縁板の裏面に配置されたハイサイド裏面配線導体及びローサイド裏面配線導体とを備える。ローサイドパワー半導体装置の裏面電極は、第１表面配線導体にオーミック接続されている。ハイサイドパワー半導体装置の裏面電極は、第２表面配線導体にオーミック接続され、且つその表面電極が第１表面配線導体にオーミック接続さている。ブリッジ端子は、ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置との間の位置において、第１表面配線導体から延伸している。第２表面配線導体とハイサイド裏面配線導体との間は、ハイサイドパワー半導体装置から見てローサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位においてオーミック接続されている。ローサイドパワー半導体装置の表面電極とローサイド裏面配線導体との間は、ローサイドパワー半導体装置から見てハイサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位においてオーミック接続されている。ハイサイド端子は、ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置との間の位置において、ハイサイド裏面配線導体から延伸している。ローサイド端子は、ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置との間の位置において、ローサイド裏面配線導体から延伸している。

図１（ａ）は、第１実施形態に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュール１の構造を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図であり、図１（ｃ）は、絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。 図２（ａ）は、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の製造方法に係わる第１工程を示す平面図であり、図２（ｂ）は、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の製造方法に係わる第２工程を示す平面図である。 図３は、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１に放熱部材２５を追加した変形例を示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール２の構成を示す断面図である。 図５は、図４のハーフブリッジパワー半導体モジュール２の製造方法に係わる第１工程を示す断面図である。 図６は、図４のハーフブリッジパワー半導体モジュール２にヒートシンク２６（或いは放熱板）を追加した変形例を示す断面図である。 図７（ａ）は、第３実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール３の構成を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図である。 図８（ａ）は、第４実施形態に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュール４の構造を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図であり、図８（ｃ）は、絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。 図９（ａ）は、第５実施形態に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュール５の構造を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図であり、図９（ｃ）は、絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、第４実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）がターンオンしたときに流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣを示し、図１０（ａ）は正面図であり、図１０（ｂ）は仮想正面図である。 図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、第５実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）がターンオンしたときに流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’を示し、図１１（ａ）は正面図であり、図１１（ｂ）は仮想正面図である。 図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、第４実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）がターンオンしたときに流れる主電流の電流重心線ＩＬＬＣを示し、図１２（ａ）は正面図であり、図１２（ｂ）は仮想正面図である。 図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、第５実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）がターンオンしたときに流れる主電流の電流重心線ＩＬＬＣ’を示し、図１３（ａ）は正面図であり、図１３（ｂ）は仮想正面図である。 図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、第４実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＨＣ）を示し、図１４（ａ）は正面図であり、図１４（ｂ）は仮想正面図である。 図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、第５実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＨＣ’）を示し、図１５（ａ）は正面図であり、図１５（ｂ）は仮想正面図である。 図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、第４実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＬＣ）を示し、図１６（ａ）は正面図であり、図１６（ｂ）は仮想正面図である。 図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、第５実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＬＣ’）を示し、図１７（ａ）は正面図であり、図１７（ｂ）は仮想正面図である。 図１８（ａ）、図１８（ｂ）は、第３実施形態のハーフブリッジパワー半導体モジュール３の表面配線導体１２Ｂにスリット１４ＢＳＬを設けたハーフブリッジパワー半導体モジュール６を示し、図１８（ａ）は正面図であり、図１８（ｂ）はＡ−Ａ’切断面における断面図である。 図１９（ａ）は、第６実施形態に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュールの構成を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。 図２０（ａ）は、図１９（ａ）のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図であり、図２０（ｂ）は、図１９（ａ）のＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図である。 図２１は、比較例に係わるハーフブリッジパワーモジュール１０００の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を複数の図面に基づいて説明する。

ただし、以下では、パワー半導体モジュールの構成を模式図（断面図、平面図等）で説明するが、これらの模式図では理解を容易にするために、厚さと平面寸法との関係や各層の厚さの比率等は誇張して描いていることを断っておく。同一部材には同一符号を付して再度の説明を省略する。

（第１実施形態）
［ハーフブリッジパワー半導体モジュール１の構造］
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）を参照して、第１実施形態に係わるハーフブリッジパワー半導体モジュール１の構造を説明する。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は正面図のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図である。図１（ｃ）は、絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。図１（ｂ）には、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（パワースイッチング素子）がターンオンしているときの主電流ＩＬＨ（負荷電流）の流れと、ローサイドのパワー半導体装置１３ＬＴ（パワースイッチング素子）がターンオンしているときの主電流ＩＬＬの流れを破線（ＩＬＨ、ＩＬＬ）と矢印で示している。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール１は、積層構造を有する絶縁基板１５と、絶縁基板１５の表面に、互いに離間して配置されたハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）と、ブリッジ端子１４Ｂと、ハイサイド端子１４Ｈと、ローサイド端子１４Ｌと、複数のボンディングワイヤー１８ＢＴと、複数のボンディングワイヤー１８ＬＴと、を備える。

なお、ボンディングワイヤーの他に、ボンディングリボンやクリップリードを用いることができる。ここで、電気抵抗及び寄生インダクタンスを極力軽減する観点から、加工上の制約、機械的強度、長期疲労耐性が損なわれない限りにおいて、ボンディングワイヤー１８ＢＴ、１８ＬＴは可能な限り断面積が大きく、かつ、表面積が大きく、対地高が低く、なるように調整される。

絶縁基板１５は、絶縁板１６と、絶縁板１６の表面に配置された複数の表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）と、絶縁板１６の裏面に配置された板状のハイサイド裏面配線導体１７Ｈ及びローサイド裏面配線導体１７Ｌとを備える。

複数の表面配線導体には、表面配線導体１２Ｈ、表面ブリッジ配線導体としての表面配線導体１２Ｂ、及び表面負極配線導体としての表面配線導体１２Ｌが含まれる。

絶縁板１６は、例えば、ＳｉＮ、ＡｌＮ、アルミナ等のセラミック板からなる。寄生インダクタンスを極力軽減する観点から、絶縁板１６の厚みは絶縁耐圧と機械的強度、長期疲労耐性の満足する最小の厚みに設定することが望ましい。たとえば、１．２ｋＶの瞬時耐圧が求められるパワー半導体モジュールでは、その厚みは０．２〜１．５ｍｍの範囲である。具体的に、ＳｉＮ板の場合、機械的強度の考慮しつつ、０．３１ｍｍ位の薄さが実施可能である。

複数の表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）は、平板状の形状を有し、絶縁板１６の表面に直接添付されている。例えば、複数の表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）は、ＣｕやＡｌなどの金属板片からなる。

ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ及びローサイド裏面配線導体１７Ｌは、絶縁板１６の裏面に直接添付されている。例えば、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ及びローサイド裏面配線導体１７Ｌは、ＣｕやＡｌなどの金属板片からなる。

ボンディングワイヤー１８ＢＴ及び表面配線導体１２Ｂは、ブリッジ配線としての役割を担っている。

絶縁基板１５は、絶縁板１６に設けられた複数の開口窓に埋設されている接続導体（２０Ｈ、２０Ｌ）を更に備える。接続導体（２０Ｈ、２０Ｌ）は扁平な円柱の形状を有する。

接続導体２０Ｈは、絶縁板１６の長手方向の一方側（図面の左側）に位置する。接続導体２０Ｈは、複数の表面配線導体の中から選ばれた表面配線導体１２Ｈ（第１表面配線導体）と、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈとの間を接続している。

接続導体２０Ｌは、絶縁板１６の長手方向の他方側（図面の右側）に位置する。接続導体２０Ｌは、複数の表面配線導体の中から選ばれた表面配線導体１２Ｌと、ローサイド裏面配線導体１７Ｌとの間を接続している。

ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴは、複数の表面配線導体の中から選ばれた表面配線導体１２Ｂ（第２表面配線導体）の上にその裏面電極が接続されている。具体的には、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表面に、表面電極（ソースまたはエミッタ電極）が形成され、その裏面に裏面電極（ドレインまたはコレクタ電極）が形成されている。

ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの裏面電極は、はんだなどで表面配線導体１２Ｂの他方側（右側）にダイボンドされている。ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表面電極は、複数のボンディングワイヤー１８ＬＴを介して表面配線導体１２Ｌに接続されている。

ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴは、表面配線導体１２Ｈの上にその裏面電極が接続されている。具体的には、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴの表面に表面電極（ソースまたはエミッタ電極）が形成され、その裏面に裏面電極（ドレインまたはコレクタ電極）が形成されている。

ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴの裏面電極は、はんだなどで表面配線導体１２Ｈの他方側（右側）にダイボンドされている。ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴの表面電極は、複数のボンディングワイヤー１８ＢＴを介して、表面配線導体１２Ｂに接続されている。複数のボンディングワイヤー１８ＢＴは、表面配線導体１２Ｂの一方側（左側）のブリッジ接続領域２４Ｂに接続されている。

複数のボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ及び接続導体２０Ｌは、「第２接続部」に相当する。複数のボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ及び接続導体２０Ｌは、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴから見てハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴへの方位とは反対の方位に向かって設けられ、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表面電極とローサイド裏面配線導体１７Ｌとの間を接続している。

接続導体２０Ｈは、「第１接続部」に相当する。接続導体２０Ｈは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴから見てローサイドパワー半導体装置１３ＬＴへの方位とは反対の方位に設けられ、表面配線導体１２Ｈ（第１表面配線導体）とハイサイド裏面配線導体１７Ｈとを接続している。

スリット１４ＢＳＬは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴとの間の位置において、表面配線導体１２Ｂから延伸された端子である。具体的に、ブリッジ端子１４Ｂは、第１表面配線導体から、絶縁基板１５の表面に平行な方向に延伸されることにより形成される。

ハイサイド端子１４Ｈは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴとの間の位置において、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈを絶縁基板１５の長辺から外に向かって延伸させることにより形成される。ハイサイド端子１４Ｈは、絶縁基板１５の法線方向から見て、ブリッジ端子１４Ｂと同じ方位にブリッジ端子１４Ｂと重畳するように延伸される。

ローサイド端子１４Ｌは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴとの間の位置において、ローサイド裏面配線導体１７Ｌを絶縁基板１５の長辺から外に向かって延伸させることにより形成される。ローサイド端子１４Ｌは、絶縁基板１５の法線方向から見て、ブリッジ端子１４Ｂと同じ方位にブリッジ端子１４Ｂと重畳するように延伸される。

ハイサイド端子１４Ｈとローサイド端子１４Ｌは、放電防止や製法に関する設計規則が許す限り、接近させて配置するようにする。ブリッジ端子１４Ｂとハイサイド端子１４Ｈ及びローサイド端子１４Ｌの間には放電防止と接触防止を兼ねて、絶縁シートを配設するのが望ましい。

第１実施形態において、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの各々は、パワースイッチング素子である。表面電極と裏面電極との間が導通する状態（オン状態）と、遮断する状態（オフ状態）とを切り替えるための制御信号を入力するゲート電極をそれぞれ有する。

ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴのゲート電極及び表面電極は、それぞれボンディングワイヤー１８ＨＧまたは１８ＨＳを介して表面配線導体１２ＨＧまたは１２ＨＳに接続されている。ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴのゲート電極及び表面電極は、それぞれボンディングワイヤー１８ＬＧまたは１８ＬＳを介して表面配線導体１２ＬＧまたは１２ＬＳに接続されている。

表面配線導体１２ＨＧ及び１２ＨＳの一部は絶縁基板１５の外部に向け短冊状に近接平行して延伸され、ゲート信号端子１９ＨＧまたはソース信号端子１９ＨＳを形成している。

表面配線導体１２ＬＧ及び１２ＬＳの一部は絶縁基板１５の外部に向け短冊状に近接平行して延伸され、ゲート信号端子１９ＬＧまたはソース信号端子１９ＬＳを形成している。

なお、実施形態において、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴは、排他的にターンオンするように制御されることを想定している。ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴを同時にターンオンさせる（地絡させる）ことは可能である。

ブリッジ端子１４Ｂ、ハイサイド端子１４Ｈ、ローサイド端子１４Ｌ、ゲート信号端子（１９ＨＧ、１９ＬＧ）及びソース信号端子（１９ＨＳ、１９ＬＳ）は各表面配線導体、裏面配線導体を延伸させ形成したものである。よって、各端子は、各表面配線導体、裏面配線導体と一体であり、その材料は当然、表面配線導体、裏面配線導体と同一である。ボンディングワイヤー（１８ＢＴ、１８ＬＴ、１８ＨＧ、１８ＨＳ、１８ＬＧ、１８ＬＳ）の材料は、ＡｌやＣｕ、あるいはその合金などである。

［ハーフブリッジパワー半導体モジュール１の製造方法］
次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の製造方法の一例を説明する。

第１工程において、図２（ａ）に示すように、絶縁板１６、各表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）、裏面配線導体（１７Ｈ、１７Ｌ：非表示）、配線導体（１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ、１７Ｈ、１７Ｌ）を水平に延伸させて形成した各端子（１４Ｂ、１９ＨＧ、１９ＨＳ、１９ＬＧ、１９ＬＳ、１４Ｈ、１４Ｌ）と、接続導体（２０Ｈ、２０Ｌ：非表示）を備えた絶縁基板１５を用意する。絶縁基板１５を、アセトン、エタノールなどの有機溶剤で、少なくともその表面を十分に洗浄する。なお、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１が有する、絶縁基板１５の作製法は既知であるため、記載を省略する。

第２工程において、図２（ｂ）に示すように、個別の半導体チップからなるハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表裏面をアセトン、エタノールなどの有機溶剤で十分に洗浄する。その後、はんだ及びリフロー装置を用いて、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）の裏面電極を、絶縁基板１５の表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｂ）の所定の位置にダイボンドする。この時、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）の位置決めを正確に行うために、カーボン位置決め治具を使用するのが望ましい。

第３工程において、ダイボンドが終了した後に、ウェッジボンド装置を用いて、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）の表面電極及びゲート電極と、各表面配線導体（１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２Ｌ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）とを、ボンディングワイヤー（１８ＢＴ、１８ＨＧ、１８ＨＳ、１８ＬＴ、１８ＬＧ、１８ＬＳ）で接続する。こうして、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１が完成する。

［変形例（放熱部材２５）］
図３を参照して、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１に放熱部材２５を追加した変形例を説明する。放熱部材２５は、絶縁基板１５の裏面に熱的に接触して、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）で発生したジュール熱を放熱する。放熱部材２５は、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ及びローサイド裏面配線導体１７Ｌの裏面に熱伝導性接着剤（非表示）で接着された絶縁シート２７と、絶縁シート２７に熱伝導性接着剤（非表示）で接着されたヒートシンク２６（或いは放熱板）と、を備える。ヒートシンク２６（或いは放熱板）が金属などの導電性材料で構成される場合には、ヒートシンク２６（或いは放熱板）の伝熱面（上面）に、絶縁体からなる絶縁シート２７が付設される。

［比較例］
次に、図２１に示す比較例を参照して、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１より得られる作用及び効果を説明する。

炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＳＢＤなど）や、スーパージャンクション構造のパワーＳｉ−ＭＯＳＦＥＴの出現によって、昨今、６００Ｖ〜１．８ｋＶの高電圧領域において、高速スイッチングさせて駆動する次世代電力変換器（インバータやコンバータ）の開発が盛んになってきている。なぜなら、高速スイッチング駆動が可能であることは、勿論、これらパワー半導体装置が高電圧でユニポーラ動作するデバイスだからである。高速スイッチング駆動の第１の恩恵は、パワー半導体装置のスイッチング損失を低減して、変換効率を高めることである。しかし、スイッチング損失を低減した分、変換効率を落とさず、スイッチング周波数（またはキャリア周波数）を上げられるという第２の恩恵の方が実用上より重要である。なぜなら、スイッチング周波数が上げられれば、結合キャパシタやリアクトルなどの大型受動部品の体積が小さくなり、それは電力変換器の寸法や価格の縮減に繋がるからである。

２つのパワー半導体装置チップを直列接続にして、その接続中点を出力端子にした構成の回路をハーフブリッジ（パワー）回路という。大きな誘導性の負荷を制御する電力変換器の主回路には、このハーフブリッジ回路を１パッケージ内に１つ以上収納したパワーモジュールが広く用いられている。このパワーモジュールのパワー半導体装置を上述のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体装置に置換えて、高速スイッチングさせようとすると、以下の（１）〜（３）の問題が生じる場合がある。

（１）ターンオンしていたパワー半導体装置をターンオフする瞬間に大きなサージ電圧（または跳ね上がり電圧）が発生してスイッチング損失が増大する。
（２）最悪の場合、このサージ電圧でパワー半導体装置を破壊する。
（３）この脅威から逃れるために、より高耐圧仕様のパワー半導体装置を採用すると導通損失が増大する、そして、製造コストも増大する。

上記問題の原因は、主電流（負荷電流）の流れるモジュール配線経路に生じる寄生インダクタンスＬｓ（自己インダクタンス）と急速な電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が引き起こす逆起電圧（＝−Ｌｓ×ｄｉ／ｄｔ）である。なお、パワーモジュール外部回路の寄生インダクタンスも、上記問題の原因ではあるが、実用的な対策技術がすでに存在していることから、ここでは、パワーモジュール外部回路の寄生インダクタンスへの対策は当然取られていると仮定している。さらに、バイポーラ動作でありながら比較的スイッチング速度が速いＳｉ−ＩＧＢＴを使用したモジュールでも、最近では、より大電流の制御に向かって進化が進んでいる。このため、電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）の分子（ｄｉ）が大きくなり、結果として、Ｓｉ−ＩＧＢＴモジュールでも上記問題が再燃しようとしている。

配線の寄生インダクタンスを軽減する方法として、近接させた往復配線に逆方向の電流を流すことによる相互コンダクタンス効果を用いて、寄生インダクタンスを減殺する電磁気学的方法がある（特許文献１及び特許文献２参照）。即ち、表面にブリッジ回路を形成した絶縁基板の裏面に、ハイサイド電位またはローサイド電位のいずれかと同電位にした平行配線板を設ける。平行配線板に表面の主電流と逆向きの主電流を流して、「近接逆平行通流」を形成する。

図２１は、この電磁気学的方法を、ハーフブリッジパワーモジュール１０００内部の寄生インダクタンス低減に適用した比較例を示す。ハーフブリッジパワーモジュール１０００において、絶縁基板１１５は絶縁板１１６を備え、絶縁板１１６の表裏面に、表面導体（１１２Ｈ、１１２Ｂ、１１２Ｌ１、１１２Ｌ２）及び裏面導体１１７Ｌが形成され、絶縁板１１６を貫通する開口に接続導体（１２０Ｌ１、１２０Ｌ２）が埋め込まれている。接続導体１２０Ｌ１は表面導体１１２Ｌ１と裏面導体１１７Ｌを接続し、接続導体１２０Ｌ２は表面導体１１２Ｌ２と裏面導体１１７Ｌを接続している。

ハイサイド端子１１４Ｈは表面導体１１２Ｈに設けられ、ローサイド端子１１４Ｌは表面導体１１２Ｌ２に設けられ、ブリッジ端子１１４Ｂは表面導体１１２Ｂに設けられている。

ハイサイドパワー半導体装置１１３ＨＴ（スイッチング素子）は表面導体１１２Ｈ上に配置され、ローサイドパワー半導体装置１１３ＬＴ（スイッチング素子）は表面導体１１２Ｂ上に配置されている。各パワー半導体装置（１１３ＨＴ、１１３ＬＴ）の裏面電極は、それぞれ表面導体１１２Ｈ或いは表面導体１１２Ｂにダイボンドされている。ハイサイドパワー半導体装置１１３ＨＴの表面電極はボンディングワイヤー１１８Ｂを介して表面導体１１２Ｂに接続されている。ローサイドパワー半導体装置１１３ＬＴの表面電極はボンディングワイヤー１１８Ｌを介して表面導体１１２Ｌ２に接続されている。

しかし、図２１のパワーモジュールの構造においては、主電流の「近接逆平行通流」が不完全になる区間が必然的に生じる。このため、寄生インダクタンスＬｓの低減が思うようにできないという問題がある。詳細を次に示す。

図２１の破線ＩＬＬ及び矢印は、ローサイドパワー半導体装置１１３ＬＴがターンオンしているときの主電流（負荷電流）の流れを示す。主電流（ＩＬＬ）は、ブリッジ端子１１４Ｂからパワーモジュールに入力され、表面導体１１２Ｂ、ローサイドパワー半導体装置１１３ＬＴ、ボンディングワイヤー１１８Ｌ、表面導体１１２Ｌ２、接続導体１２０Ｌ２、裏面導体１１７Ｌ、接続導体１２０Ｌ１、及び表面導体１１２Ｌ１を経由してローサイド端子１１４Ｌから出力される。ここで、図２１の第１区間Ｇ１では、絶縁基板１１５の表面側に流れる主電流（ＩＬＬ）と裏面側に流れる主電流（ＩＬＬ）とが逆向きとなる。よって、主電流の「近接逆平行通流」の効果があるため、低い寄生インダクタンスＬｓを実現できる。しかし、第１区間Ｇ１に隣接する第２区間Ｇ２で、主電流（ＩＬＬ）は、裏面導体１１７Ｌだけに流れる。よって、主電流の「近接逆平行通流」の効果が無いため、第２区間Ｇ２に大きな寄生インダクタンスＬｓが生じることになり、ローサイド半導体装置１１３ＬＴをターンオフしたときに大きなサージを発生する。

図２１の破線ＩＬＨ及び矢印は、ハイサイドパワー半導体装置１１３ＨＴがターンオンしているときの主電流（負荷電流）の流れを示す。主電流（ＩＬＨ）は、ハイサイド端子１１４Ｈからパワーモジュールに入力され、表面導体１１２Ｈ、ハイサイドパワー半導体装置１１３ＨＴ、ボンディングワイヤー１１８Ｂ、表面導体１１２Ｂを経由して、ブリッジ端子１１４Ｂから出力される。ここで注目すべきは、裏面導体１１７Ｌに主電流（ＩＬＨ）が一切流れず、「近接逆平行通流」の効果が無い点である。すなわち、ハーサイド半導体装置１１３Ｈがターンオンしているとき、主電流（ＩＬＨ）の電流経路（１１４Ｈ、１１２Ｈ、１１３ＨＴ、１１８Ｂ、１１２Ｂ、１１４Ｂ）は寄生インダクタンスＬｓが高い状態になっている。このため、ハイサイド半導体装置１１３ＨＴが急速にターンオフした瞬間、大きなサージ電圧が発生してハイサイド半導体装置１１３ＨＴに印加される。
［第１実施形態による作用効果］
実施形態によれば、主電流の「近接逆平行通流」の効果を向上させることができる。つまり、モジュール内部の寄生インダクタンスＬｓを理想的なレベルまで低減し、以って、サージ電圧の発生を一層抑制することができる。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）を参照しながら、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の効果を詳細に説明する。

ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴを流れる主電流（ＩＬＬ）は、表面のブリッジ端子１４Ｂからモジュールに入力され、表面配線導体１２Ｂ、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ、ボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ、接続導体２０Ｌ、ローサイド裏面配線導体１７Ｌを経由して、裏面のローサイド端子１４Ｌからモジュール外に出力される。このように、ローサイドパワー半導体装置１３Ｌがターンオンしているとき、主電流ＩＬＬ（負荷電流）が流れるほぼ全ての地点（ブリッジ端子１４Ｂ及びローサイド端子１４Ｌをも含む）において、絶縁基板１５の表面側及び裏面側に、大きさが同じ且つ向きが逆となる主電流（ＩＬＬ）を流すことができる。これにより、主電流（ＩＬＬ）の「近接逆平行通流」の効果が全域で得られるので、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴがターンオンしているときの電流流路に発生する寄生インダクタンスＬｓを理想的に低減することができる。

一方、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴを流れる主電流（ＩＬＨ）は、裏面のハイサイド端子１４Ｈからモジュールに入力され、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ、接続導体２０Ｈ、表面配線導体１２Ｈ、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ、ボンディングワイヤー１８ＢＴ、表面配線導体１２Ｂのブリッジ接続領域２４Ｂを経由して、表面のブリッジ端子１４Ｂからモジュールの外に出力される。このように、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴもターンオンしているとき、主電流ＩＬＨ（負荷電流）が流れるほぼ全ての地点（ブリッジ端子１４Ｂ及びローサイド端子１４Ｌをも含む）において、絶縁基板１５の表面側及び裏面側に、大きさが同じ且つ向きが逆となる主電流（ＩＬＨ）を流すことができる。これにより、主電流（ＩＬＨ）の「近接逆平行通流」の効果が全域で得られるので、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴがターンオンしているときの電流流路に発生する寄生インダクタンスＬｓを理想的に低減することができる。

また、第１実施形態には、図２１の比較例における、主電流（ＩＬＬ、ＩＬＨ）が片方向にだけ流れる第２区間Ｇ２が存在しない。このため、ハーフブリッジパワー半導体モジュール１は、少なくとも、図２１の第２区間Ｇ２で生じる寄生インダクタンスＬｓ全体を削減することができる。これにより、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ及びハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴをターンオフさせるときに生じるサージ電圧を低減することができる。

このように、ハーフブリッジパワー半導体モジュール１では、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴまたはローサイドパワー半導体装置１３ＬＴのいずれかがターンオンしたとき、主電流（ＩＬＬ、ＩＬＨ）が流れる流路の任意の地点において、絶縁板１６を挟んで対向して配置した導体に逆向きの主電流が流れる状態を形成することができる。すなわち、ハーフブリッジパワー半導体モジュール１は、パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）がターンオンしたとき主電流の近接逆平行通流が不完全になる区間が本質的に生じにくいため、寄生インダクタンスＬｓを低減することができる。

ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴは、排他的にターンオンするように制御される。排他的なターンオン動作時に、「近接逆平行通流」の効果が向上して、寄生インダクタンスＬｓの理想的な低減を図ることができる。

排他的にターンオンしたパワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）が接続されたハイサイド端子１４Ｈまたはローサイド端子１４Ｌとブリッジ端子１４Ｂとの間に流れる主電流の向きは、絶縁基板１５の絶縁板１６を挟んで逆向きである。これにより、「近接逆平行通流」の効果が向上して、寄生インダクタンスＬｓの理想的な低減を図ることができる。

（第２実施形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）のハーフブリッジパワー半導体モジュール１は、スイッチング動作しているとき、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ、或いはローサイド裏面配線導体１７Ｌが活線になっている。つまり、裏面配線導体（１７Ｈ、１７Ｌ）に、高電圧が印加されたり、大電流が流れたりする。このため、何かのシステムにハーフブリッジパワー半導体モジュール１を組み込む際に、ハーフブリッジパワー半導体モジュール１を支持するために裏面を不活線化することが望ましい。第２実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール２は、この要求に応じた例である。

図４を参照して、第２実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール２の構成を説明する。図４はハーフブリッジパワー半導体モジュール２の断面図である。なお、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の平面構成は、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の平面構成と同じであり、説明及び図示を省略する。絶縁基板３０は、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ及びローサイド裏面配線導体１７Ｌの裏面に配置された第２絶縁板２１と、第２絶縁板２１の裏面に配置されたべた状の金属板２２とを更に備える。第２絶縁板２１は、裏面配線導体（１７Ｈ、１７Ｌ）の裏面に直接貼付された、たとえばＳｉＮやＡｌＮ、アルミナ等のセラミック板からなる。金属板２２は、第２絶縁板２１の裏面に直接貼付され、第２絶縁板２１より僅かに小さい面積を有する。金属板２２は、表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌなど）と同質の金属材料であることが望ましい。このように、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２は、活線領域２Ａと不活線領域２Ｉとに分けられ、活線領域２Ａは、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１と同一の構成である。

［ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の製造方法］
次に、図５を用いて、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の製造方法の一例を説明する。

第１工程において、絶縁板１６に、表面配線導体（１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ）と、裏面配線導体（１７Ｈ、１７Ｌ）、これら配線導体（１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ、１７Ｈ、１７Ｌ）を水平に延伸させて形成した各端子（１４Ｂ、１９ＨＧ、１９ＨＳ、１９ＬＧ、１９ＬＳ、１４Ｈ、１４Ｌ）と、接続導体（２０Ｈ、２０Ｌ）とを備え、更に第２絶縁板２１、及び金属板２２を備えた絶縁基板３０を用意する。絶縁基板３０を、アセトン、エタノールなどの有機溶剤で、少なくともその表面を十分に洗浄する。なお、図５の絶縁基板３０の作製法は既知であるため、説明を省略する。

続いて、図２（ｂ）を参照して説明した第２〜第３工程と同じ工程を実施する。これにより、図４のハーフブリッジパワー半導体モジュール２が完成する。

［変形例（ヒートシンク２６）］
図６を参照して、図４のハーフブリッジパワー半導体モジュール２に放熱部材としてヒートシンク２６（或いは放熱板）を追加した変形例を説明する。ヒートシンク２６は、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の裏面に熱的に接触して、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）で発生したジュール熱を放熱する。ヒートシンク２６は、ＡｌやＣｕからなり、金属板２２の裏面に熱伝導性接着剤（非表示）で接着、或いは、はんだ等で接合されている。はんだで接合する場合、接合に使用する「はんだ」の固相線温度が、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴのダイボンドで使用した「はんだ」の固相線温度より、少なくとも２０℃低いはんだを使用する。

［第２実施形態による作用効果］
図４に示すように、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の活線領域２Ａは、ハーフブリッジパワー半導体モジュール１と同じ構成である。よって、前述した第１実施形態による作用効果は全て奏することができる。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール２の裏面が第２絶縁板２１によって不活線化（絶縁）されているので、システムに組み込むときの設計の自由度が大きくなる。

金属板２２を設けることにより、絶縁基板３０全体の熱膨張率の対称性を維持し、冷熱サイクルを受けたときに絶縁基板３０に発生する反りを抑制することができる。また、ヒートシンク２６または放熱板を、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２に、直接、はんだ付けなどで金属接合することができる。よって、ハーフブリッジパワー半導体モジュール２とヒートシンク２６との間の熱伝導が高まり、より高い放熱性を発揮することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴがともにスイッチング素子、すなわち、ＭＯＳＦＥＴやＪＦＥＴなどのトランジスタである場合を示した。しかし、ハイサイドパワー半導体装置またはローサイドパワー半導体装置の一方がダイオードであり、他方がトランジスタのハーフブリッジパワー半導体モジュールであっても、寄生インダクタンスＬｓの低減と、その結果として、トランジスタのターンオンで発生するサージ電圧の低減に極めて有効である。第３実施形態では、降圧チョッパーや昇圧チョッパーと呼ばれるＤＣ−ＤＣ変換器に広く用いられている、一方がダイオードであり、他方がトランジスタであるハーフブリッジパワー半導体モジュールについて説明する。

図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して、降圧チョッパーに用いられるハーフブリッジパワー半導体モジュール３の構成を説明する。図７（ａ）が平面図であり、図７（ｂ）はＡ−Ａ’切断面に沿った断面図である。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール３は、絶縁基板３１を備える。絶縁基板３１は、図１（ａ）の表面配線導体（１２ＬＧ、１２ＬＳ）が存在しない点を除けば、図４の絶縁基板３０と同じ構成である。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール３は、表面配線導体１２Ｂの表面に配置された高速還流パワーダイオード１３ＬＤを備える。高速還流パワーダイオード１３ＬＤは、ローサイドパワー半導体装置の他の一例であって、ショットキーダイオードまたは高速ｐｎダイオードからなる。高速還流パワーダイオード１３ＬＤの裏面電極（カソード電極）は、表面配線導体１２Ｂの表面に、はんだ等によってダイボンドされている。一方、高速還流パワーダイオード１３ＬＤの表面電極（アノード電極）は、複数のボンディングワイヤー１８ＬＤによって表面配線導体１２Ｌに接続されている。複数のボンディングワイヤー１８ＬＤの替りに、ボンディングリボンあるいはクリップリードを用いてもよい。

なお、降圧チョッパーでは、通常、ハイサイド端子１４Ｈに直流電源の正極が、ローサイド端子１４Ｌに直流電源の負極が接続され、ブリッジ端子１４Ｂとローサイド端子１４Ｌの間には直列接続にしたエネルギー蓄積用コイルと平滑コンデンサが接続される。降圧された直流電圧はこの平滑コンデンサの両端から出力される。

第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１において、絶縁基板１５を絶縁基板３１に置き換え、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴを高速還流パワーダイオード１３ＬＤに置き換え、ボンディングワイヤー１８ＬＴをボンディングワイヤー１８ＬＤに置き換え、そして、表面配線導体（１２ＬＧ、１２ＬＳ）、ボンディングワイヤー（１８ＬＧ、１８ＬＳ）、及び信号端子（１９ＬＧ、１９ＬＳ）を削除する。これにより、ハーフブリッジパワー半導体モジュール３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した第１実施形態の製造工程と同じ工程によって製造することができる。

なお、図６に示したヒートシンク２６或いは放熱板を、図７（ａ）、図７（ｂ）のハーフブリッジパワー半導体モジュール３に適用してもよい。

第３実施形態による作用効果を説明する。ハイサイドパワー半導体装置１３Ｈがターンオンしているときに流れる主電流ＩＬＨ（負荷電流）は、第１実施形態に係るハーフブリッジパワー半導体モジュール１の場合と同じであり、同様な効果が得られる。

第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態と共通する上記効果に加えて、高速還流パワーダイオード１３ＬＤに環流電流が流れる還流動作期間において、リンギング現象を抑制するという効果も得られる。

詳しく説明すると、ハイサイドとローサイドのパワー半導体装置の一方がダイオードで、他方がトランジスタであるようなハーフブリッジパワー半導体モジュールを用意する。そして、トランジスタを高速で繰り返しターンオン、ターンオフさせるチョッピング動作をさせる。ターンオフの直後にダイオードにステップ状の還流電流が流れ、還流電流が振動する現象「リンギング」がよく観察される。このリンギングは高周波振動であって、電源回路や空間を伝搬して様々な電子障害を引き起こす原因となるため、リンギングの抑制が電力変換器開発の重要な課題になっている。リンギングの主要因のひとつが還流電流の流れる流路に沿った寄生インダクタンスＬｓである。

図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して、還流電流（ＩＬＬ’）の流れる流路に沿った寄生インダクタンスＬｓについて検討する。還流電流（ＩＬＬ’）は、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）がターンオフした時に高速還流パワーダイオード１３ＬＤに流れる。還流電流ＩＬＬ’は、ローサイド端子１４Ｌから入力され、ローサイド裏面配線導体１７Ｌ、接続導体２０Ｌ、表面配線導体１２Ｌ、ボンディングワイヤー１８ＬＤ、高速還流パワーダイオード１３ＬＤ、表面配線導体１２Ｂを経由して、ブリッジ端子１４Ｂから出力される。還流電流ＩＬＬ’が流れているとき、ほぼ全ての電流流路地点（ローサイド端子１４Ｌ及びブリッジ端子１４Ｂを含む）において、絶縁板１６を挟んで対抗する面に大きさが同じで向きが逆の還流電流ＩＬＬ’が流れる。つまり、還流電流の「近接逆平行通流」を実現している。よって、還流電流ＩＬＬ’の流路における寄生インダクタンスＬｓの理想的な低減を図り、よって、還流電流のリンギングの発生を抑制することができる。

（第４実施形態）
ハーフブリッジパワー半導体モジュールの属性または用途によっては、ハイサイド及びローサイドのパワー半導体装置（スイッチ）の少なくとも一方に対して、高速還流パワーダイオードＦＷＤ（ショットキーダイオードまたは高速ｐｎダイオード）を逆並列に接続させる場合がある。これに該当するのは、たとえば、ＩＧＢＴのように逆導通させることが原理的に困難なバイポーラパワー半導体装置の場合、ユニポーラ型であってもパワー半導体装置（スイッチ）に逆導通型ダイオードが内蔵されていない場合、パワー半導体装置（スイッチ）に内蔵されている逆導通型ダイオードでは電流が取れない（または逆導通させたくない）場合、などである。第４実施形態においては、ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置の両方が、互いに逆並列に接続されたパワースイッチング素子（１３ＨＴ、１３ＬＴ）と高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）との対からなる。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）を参照して、ハーフブリッジパワー半導体モジュール４の構成を説明する。図８（ａ）が平面図であり、図８（ｂ）はＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図であり、図８（ｃ）は正面図から絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。図８（ａ）のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図は、図４と同じであるため、図示を省略する。

図８（ａ）の部分領域３２Ｔは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴが配設された領域であって、部分領域３２Ｔの構造は第２実施形態（図４）と同じである。図８（ａ）の部分領域３２Ｄは、ブリッジ端子１４Ｂの両翼に、ショットキーダイオードまたは高速ｐｎダイオードからなる高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）が配置された領域である。

高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）の裏面には、裏面電極としてカソード電極が形成され、表面には表面電極としてアノード電極を形成されている。高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）の裏面電極は、それぞれ表面配線導体１２Ｈ、又は表面配線導体１２Ｂに、はんだ等によってダイボンドされている。高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）の表面電極は、それぞれ、ウェッジボンディングワイヤー（１８ＢＤ、１８ＬＤ）によって、それぞれ、表面配線導体１２Ｈ、表面配線導体１２Ｂに接続されている。なお、ボンディングワイヤー（１８ＢＴ、１８ＬＴ、１８ＢＤ、１８ＬＤ）の替りに、ボンディングリボンあるいはクリップリードを用いてもよい。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール４の製造方法は、第２実施形態の製造工程と概ね同じであるため説明を省略する。ただし、高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）のダイボンド処理とウェッジボンド処理は、パワー半導体装置１３ＨＴ、１３ＬＴ（スイッチ）とそれぞれ同じ工程で行うことが望ましい。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール４についても、変形例として、図６と同様にヒートシンク２６を付設することができる。

第４実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。図８（ａ）の部分領域３２Ｔの構造は第２実施形態（図４）と同じであるため、第２実施形態と同様な作用効果が得られる。

更に、図８（ａ）の部分領域３２Ｄにも、還流電流に対する近接逆平行通流構造を設けたため、ステップ状の還流電流が流れたとき起こるリンギング現象を抑制することができる。

詳しく説明すると、スイッチング動作の最中、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）がターンオフしたとき、図８（ｂ）に示す還流電流（ＩＬＨ’）が流れる。還流電流ＩＬＨ’は、ブリッジ端子１４Ｂ（図８（ａ））から入力され、ボンディングワイヤー１８ＢＤ、高速還流パワーダイオード１３ＨＤ、表面配線導体１２Ｈ、接続導体２０Ｈ、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ、ハイサイド端子１４Ｈ（図８（ｃ））から出力される。

一方、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）がターンオフしたとき、図８（ｂ）に示す還流電流（ＩＬＬ’）が流れる。還流電流ＩＬＬ’は、ローサイド端子１４Ｌ（図８（ｃ））から入力され、ローサイド裏面配線導体１７Ｌ、接続導体２０Ｌ、表面配線導体１２Ｌ、ボンディングワイヤー１８ＬＤ、高速還流パワーダイオード１３ＬＤ、表面配線導体１２Ｂを経由して、ブリッジ端子１４Ｂ（図８（ａ））から出力される。

このように、ハーフブリッジパワー半導体モジュール４によれば、還流電流ＩＬＨ’が流れるときも、還流電流ＩＬＬ’が流れるときも、ほぼすべての還流電流流路において、絶縁板１６を挟んで対抗する面に大きさが同じで向きが逆の還流電流が流れる。つまり、近接逆平行通流が改善されるので、各パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ）がターンオフするときに流れる還流電流（ＩＬＨ’、ＩＬＬ’）の流路の寄生インダクタンスＬｓを理想的レベルに低減することができる。この寄生インダクタンスＬｓの低減によって、還流電流（ＩＬＨ’、ＩＬＬ’）に重畳するリンギングの発生を抑制することができる。このリンギングの抑制によって、リンギングが誘発する電磁障害も抑制することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態は第４実施形態の改良技術に関する。表面配線導体や裏面配線導体のような平板導体に主電流（環流電流を含む）が流れるとき、主電流はできるだけ拡がって均一に流れようとする性質がある。ところが、図２１（ａ）及び図２１（ｃ）に示すように、絶縁板１６の表面の法線方向から見て、パワー半導体装置（１３ＨＴ、１３ＬＴ、１３ＨＤ、１３ＬＤ）やボンディングワイヤー（１８ＢＴ、１８ＬＴ、１８ＨＤ、１８ＬＤ）のような電流幅を制限する通流媒体は、裏面配線導体（１７Ｈ、１７Ｌ）の電流重心（通常は配線導体の中央）から偏心して配置される。このため、絶縁板１６の表面の法線方向から見て、絶縁基板の表面側を流れる主電流と裏面側を逆方向に流れる主電流の重心の位置が一致しない場合がある。例えば、図８（ａ）の平面図において、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴの電流重心は、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈの電流重心よりも下方にずれている。このように、図８（ｂ）の断面図において、表面配線導体と裏面配線導体との間で「近接逆平行通流」が実現されていたとしても、平面図で眺めたときの表面側と裏面側の主電流の重心（線）が離間していると、寄生インダクタンスの低減効果が減退してしまう。第５実施形態では、このような問題を解決するハーフブリッジパワー半導体モジュール５を説明する。

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）を参照して、ハーフブリッジパワー半導体モジュール５の構成を説明する。図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）はＢ−Ｂ’切断面に沿った断面図であり、図９（ｃ）は正面図から絶縁板１６及び絶縁板１６の表面側の部材を省略した仮想正面図である。図９（ａ）のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図は、図４と同じであるため、図示を省略する。

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）の裏面電極が接続される表面配線導体１２ＨＴと、高速還流パワーダイオード１３ＨＤの裏面電極が接続される表面配線導体１２ＨＤとは、スリット１２ＨＳＬにより仕切られて、電気的に絶縁されている。表面配線導体１２ＨＴは、接続導体２０ＨＴを介して、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈの部分領域１７ＨＴに接続されている。一方、表面配線導体１２ＨＤは、接続導体２０ＨＤを介して、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈの部分領域１７ＨＤに接続されている。

ボンディングワイヤー１８ＬＴを介してローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）の表面電極に接続される表面配線導体１２ＬＴと、ボンディングワイヤー１８ＬＤを介して高速還流パワーダイオード１３ＨＤの表面電極に接続される表面配線導体１２ＬＤは、スリット１２ＬＳＬにより仕切られて、電気的に絶縁されている。表面配線導体１２ＬＴは、接続導体２０ＬＴを介して、ローサイド裏面配線導体１７Ｌの領域１７ＬＴに接続されている。一方、表面配線導体１２ＬＤは、接続導体２０ＬＤを介して、ローサイド裏面配線導体１７Ｌの部分領域１７ＬＤに接続されている。

図９（ａ）に示すように、表面配線導体１２Ｂには、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）と高速還流パワーダイオード１３ＬＤとの間を仕切る第１スリット１２ＢＳＬが設けられている。第１スリット１２ＢＳＬは、表面配線導体１２Ｂの部分領域１２ＢＴと、表面配線導体１２Ｂの部分領域１２ＢＤと電気的に分離している。部分領域１２ＢＴには、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）が載置され、部分領域１２ＢＤには、高速還流パワーダイオード１３ＬＤ（ダイオード）が載置されている。第１スリット１２ＢＳＬは、部分領域１２ＢＴと部分領域１２ＢＤとの間で主電流が混流するのを阻止する。

更に、表面配線導体１２Ｂには、ブリッジ端子１４Ｂが延伸される方向に平行に延びる第２スリット１４ＢＳＬが設けられている。第２スリット１４ＢＳＬは、表面配線導体１２Ｂからブリッジ接続領域１２ＢＨを切り離し、ハイサイド側に流入出する主電流とローサイド側に流入出する主電流とが、先端部を除くブリッジ端子１４Ｂの領域において混流するのを阻止する。第２スリット１４ＢＳＬの幅は、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈとローサイド裏面配線導体１７Ｌとの間隔の幅、及びハイサイド端子１４Ｈとローサイド端子１４Ｌとの間隙の幅にほぼ一致しており、この間隙に対向する位置に第２スリット１４ＢＳＬが設けられている。また、第２スリット１４ＢＳＬにより分離された表面配線導体１２Ｂ及びブリッジ接続領域１２ＢＨの各々は、ハイサイド端子１４Ｈに向かって延伸しているハイサイド裏面配線導体１７Ｈと、ローサイド端子１４Ｌに向かって延伸しているローサイド裏面配線導体１７Ｌとに、それぞれに対向している。

図９（ｃ）に示すように、ローサイド裏面配線導体１７Ｌには、スリット１７ＬＳＬが設けられている。スリット１７ＬＳＬは、ローサイド裏面配線導体１７Ｌを部分領域１７ＬＴ（部分領域３２Ｔ）と部分領域１７ＬＤ（部分領域３２Ｄ）に仕切り、部分領域１７ＬＴと部分領域１７ＬＤとの間で主電流が混流するのを阻止する。部分領域１７ＬＴは、表面配線導体１２Ｂの部分領域１２ＢＴ及び表面配線導体１２ＬＴに対向する位置に配置されている。部分領域１７ＬＤは、表面配線導体１２Ｂの部分領域１２ＢＤ及び表面配線導体１２ＬＤに対向する位置に配置されている。

ハイサイド裏面配線導体１７Ｈには、スリット１７ＨＳＬが設けられている。スリット１７ＨＳＬは、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈを部分領域１７ＨＴ（３２Ｔ）と部分領域１７ＨＤ（３２Ｄ）に仕切り、部分領域１７ＨＴ（３２Ｔ）と部分領域１７ＨＤ（３２Ｄ）の間で主電流が建立するのを阻止する。部分領域１７ＨＴは、表面配線導体１２ＨＴに対向する位置に配置されている。部分領域１７ＨＤは、表面配線導体１２ＨＤに対向する位置に配置されている。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール５の製造方法は、第２実施形態の製造工程と概ね同じであるため説明を省略する。ただし、高速還流パワーダイオード（１３ＨＤ、１３ＬＤ）のダイボンド処理とウェッジボンド処理は、パワー半導体装置１３ＨＴ、１３ＬＴ（スイッチ）とそれぞれ同じ工程で行うことが望ましい。

ハーフブリッジパワー半導体モジュール５についても、変形例として、図６と同様にヒートシンク２６を付設することができる。

第５実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。図９（ａ）のＡ−Ａ’断面構造、及びＢ−Ｂ’断面構造は、第４実施形態と同じであるため、第４実施形態と同様な作用効果が得られる。

更に、第５実施形態においては、絶縁板１６の表面の法線方向から見て、表面配線導体を流れる主電流の電流重心線と裏面配線導体を逆方向に流れる主電流の電流重心線とが一致する。このため、第４実施形態と比べて、より一層、理想的な寄生インダクタンスの低減が得られる。

詳しく説明すると、スイッチング動作の最中、たとえば、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）がターンオンしたときの主電流の流れを考える。図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、第４実施形態における主電流の電流重心線ＩＬＨＣを示し、図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、第５実施形態における主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’を示す。裏面配線導体側の電流重心線を実線で、表面配線導体及びパワー半導体装置ならびにボンディングワイヤーの電流重心線を破線で示す。矢印は主電流の向きを表している。

まず、パワー半導体装置及びボンディングワイヤー付近の領域２３ＨＴに着目する。図１０（ａ）、図１０（ｂ）においては、パワー半導体装置１３ＨＴ及びボンディングワイヤー１８ＢＴの幅（紙面上下方向）がハイサイド裏面配線導体１７Ｈの幅（紙面上下方向）より狭く、かつ、パワー半導体装置１３ＨＴ及びボンディングワイヤー１８ＢＴがハイサイド裏面配線導体１７Ｈに対して相対的に下方に偏在している。このため、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、表面側を流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ（破線）と裏面側を逆方向に流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ（実線）とが離間している。このため、この部分の寄生インダクタンスの低減効果が理想より目減りしてしまう。

ところが、第５実施形態においては、スリット１２ＨＳＬにより、表面配線導体１２Ｈは表面配線導体１２ＨＴ（３２Ｔ）と表面配線導体１２ＨＤ（３２Ｄ）に分割されている。パワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）は表面配線導体１２ＨＴに搭載されている。表面配線導体１２ＨＴと対峙するハイサイド裏面配線導体１７Ｈは、スリット１７ＨＳＬにより、部分領域１７ＨＴと部分領域１７ＨＤに分割されている。表面側の表面配線導体１２ＨＴとパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）とボンディングワイヤー１８ＢＴとを含む集合領域と、裏面側の部分領域１７ＨＴとが対向するように配置にしている。このため、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、絶縁板１６の表面の法線方向から見て、表面側を流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’と裏面側を逆方向に流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’が一致する。よって、当該領域に理想的な寄生インダクタンス低減効果を現出させることができる。

次に、表面配線導体１２Ｂのブリッジ接続領域及びリード取り出し付近（部分領域２４ＢＨ）に着目する。第４実施形態においては、ハイサイド端子１４Ｈの幅がブリッジ端子１４Ｂより狭く、ハイサイド端子１４Ｈがブリッジ端子１４Ｂの一方側（左側）に偏在している。このため、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、裏面側に流れ込む主電流の電流重心線ＩＬＨＣ（実線）が、表面側から流出する主電流の電流重心線ＩＬＨＣ（破線）より一方側（左側）に偏ってしまう。よって、この部分の寄生インダクタンスの低減効果が理想より目減りしてしまう。

これに対して、第５実施形態においては、スリット１４ＢＳＬにより表面配線導体１２Ｂからブリッジ接続領域１２ＢＨが切り離され、ブリッジ接続領域１２ＢＨは、ハイサイド端子１４Ｈに対向している。このため、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、裏面側を流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’（実線）と表面側を逆方向に流れる主電流の電流重心線ＩＬＨＣ’（破線）とが一致して、当該領域に理想的な寄生インダクタンス低減効果を現出させることができる。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、第４実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）がターンオンしているときに流れる主電流の電流重心線（ＩＬＬＣ）を示す。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、第５実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）がターンオンしているときに流れる主電流の電流重心線（ＩＬＬＣ’）を示す。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、第４実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＨＣ）を示す。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、第５実施形態においてハイサイドパワー半導体装置１３ＨＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＨＣ’）を示す。図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、第４実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＬＣ）を示す。図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、第５実施形態においてローサイドパワー半導体装置１３ＬＤ（ダイオード）に流れる環流電流の電流重心線（ＩＬＬＣ’）を示す。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、第４実施形態のハーフブリッジパワー半導体モジュール４に流れる電流の電流重心線（ＩＬＬＣ、ＩＬＨＣ）は、絶縁板１６の表面の法線方向から見て、表面側と裏面側とで離間している。このため、寄生インダクタンスの低減効果が理想より目減りしてしまう。一方、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、第５実施形態のハーフブリッジパワー半導体モジュール５に流れる電流の電流重心線（ＩＬＬＣ’、ＩＬＨＣ’）は、表面側と裏面側とで一致している。このため、理想的な寄生インダクタンス低減効果を現出させることができる。

なお、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１６（ａ）、図１６（ｂ）の部分領域２４ＢＨ（ブリッジ接続領域及びリード取り出し付近）において、表面側を流れる主電流の電流重心線と裏面側を逆方向に流れる主電流の電流重心線とが絶縁板１６の長手方向に離間するという課題は、第４実施形態のみならず第１〜第３実施形態でも共通する課題である。この課題を解決するために、第５実施形態で示したように、表面配線導体１２Ｂにスリット１４ＢＳＬを設けることにより、ブリッジ接続領域１２ＢＨを表面配線導体１２Ｂから切り離してもよい。これにより、ハイサイド端子１４Ｈに対向しているブリッジ接続領域１２ＢＨだけに主電流を流すことができるので、表面側と裏面側とで電流重心を一致させることができる。一例として、図１８（ａ）、図１８（ｂ）に、第３実施形態のハーフブリッジパワー半導体モジュール３（図７（ａ）、図７（ｂ））の表面配線導体１２Ｂにスリット１４ＢＳＬを設けたハーフブリッジパワー半導体モジュール６を示す。同様に、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示したハーフブリッジパワー半導体モジュール１の表面配線導体１２Ｂ、及び図４に示したハーフブリッジパワー半導体モジュール２の表面配線導体１２Ｂに、スリット１４ＢＳＬを設けてもよい。

（第６実施形態）
第１〜第５実施形態では、各端子（ブリッジ端子１４Ｂ、ハイサイド端子１４Ｈ、ローサイド端子１４Ｌ）の引き出し方向と、ハーフブリッジパワー半導体モジュール内で主電流が流れる方向とが垂直を成していた。第６実施形態では、各端子（１４Ｂ、１４Ｈ、１４Ｌ）の引き出し方向と、ハーフブリッジパワー半導体モジュール内で主電流が流れる方向が略平行となるレイアウト例を説明する。

ハーフブリッジパワー半導体モジュールは、積層構造を有する絶縁基板１５、３０と、絶縁基板の表面に、互いに離間して配置されたハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）と、ブリッジ端子１４Ｂと、ハイサイド端子１４Ｈと、ローサイド端子１４Ｌと、複数のボンディングワイヤー１８ＢＴと、複数のボンディングワイヤー１８ＬＴと、を備える。

絶縁基板１５は、絶縁板１６、表面配線導体１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ、ローサイド裏面配線導体１７Ｌ、第２絶縁板２１、金属板２２を備える。

絶縁基板１５は、絶縁板１６に設けられた複数の開口窓に埋設されている接続導体（２０Ｈ、２０Ｌ）を更に備える。接続導体２０Ｈは、表面配線導体１２Ｈ（第１表面配線導体）と、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈとの間を接続している。接続導体２０Ｌは、表面配線導体１２Ｌとローサイド裏面配線導体１７Ｌとの間を接続している。接続導体２０Ｈは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ（スイッチ）から見て、ブリッジ端子１４Ｂの方位とは逆の方位に配置されている。接続導体２０Ｌは、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ（スイッチ）から見て、ブリッジ端子１４Ｂの方位とは逆の方位に配置されている。

ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴは、表面配線導体１２Ｂ（第２表面配線導体）の上にその裏面電極が接続されている。ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表面電極は、複数のボンディングワイヤー１８ＬＴを介して表面配線導体１２Ｌに接続されている。

ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴは、表面配線導体１２Ｈの上にその裏面電極が接続されている。ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴの表面電極は、複数のボンディングワイヤー１８ＢＴを介して、表面配線導体２４Ｂに接続されている。表面配線導体２４Ｂは、ブリッジ端子を介して表面配線導体１２Ｂと一体に形成されている。

複数のボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ及び接続導体２０Ｌは、「第２接続部」に相当する。複数のボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ及び接続導体２０Ｌは、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴから見てブリッジ端子１４Ｂへの方位とは反対の方位に向かって設けられ、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの表面電極とローサイド裏面配線導体１７Ｌとの間を接続している。

接続導体２０Ｈは、「第１接続部」に相当する。接続導体２０Ｈは、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴから見てブリッジ端子１４Ｂへの方位とは反対の方位に設けられ、表面配線導体１２Ｈ（第１表面配線導体）とハイサイド裏面配線導体１７Ｈとを接続している。

ブリッジ端子１４Ｂは、表面配線導体１２Ｂ及び表面配線導体２４Ｂから延伸された端子である。具体的に、ブリッジ端子１４Ｂは、表面配線導体（１２Ｂ、２４Ｂ）から、絶縁基板の表面に平行な方向に延伸されることにより形成される。

ハイサイド端子１４Ｈは、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈを延伸させることにより形成される。ハイサイド端子１４Ｈは、絶縁基板の法線方向から見て、ブリッジ端子１４Ｂと同じ方位にブリッジ端子１４Ｂと重畳するように延伸される。

ローサイド端子１４Ｌは、ローサイド裏面配線導体１７Ｌを延伸させることにより形成される。ローサイド端子１４Ｌは、絶縁基板の法線方向から見て、ブリッジ端子１４Ｂと同じ方位にブリッジ端子１４Ｂと重畳するように延伸される。

第６実施形態において、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴの各々は、パワースイッチング素子である。ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴのゲート電極及び表面電極は、それぞれボンディングワイヤー１８ＨＧまたは１８ＨＳを介して表面配線導体１２ＨＧまたは１２ＨＳに接続されている。ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴのゲート電極及び表面電極は、それぞれボンディングワイヤー１８ＬＧまたは１８ＬＳを介して表面配線導体１２ＬＧまたは１２ＬＳに接続されている。表面配線導体１２ＨＧ及び１２ＨＳの一部は絶縁基板１５の外部に向け短冊状に近接平行して延伸され、ゲート信号端子１９ＨＧまたはソース信号端子１９ＨＳを形成している。表面配線導体１２ＬＧ及び１２ＬＳの一部は絶縁基板１５の外部に向け短冊状に近接平行して延伸され、ゲート信号端子１９ＬＧまたはソース信号端子１９ＬＳを形成している。

なお、第６実施形態において、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ及びローサイドパワー半導体装置１３ＬＴは、排他的にターンオンするように制御されることを想定している。ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴとローサイドパワー半導体装置１３ＬＴを同時にターンオンさせる（地絡させる）ことは可能である。

ブリッジ端子１４Ｂ、ハイサイド端子１４Ｈ、ローサイド端子１４Ｌ、ゲート信号端子（１９ＨＧ、１９ＬＧ）及びソース信号端子（１９ＨＳ、１９ＬＳ）は各表面配線導体、裏面配線導体を延伸させ形成したものである。よって、各端子は、各表面配線導体、裏面配線導体と一体であり、その材料は当然、表面配線導体、裏面配線導体と同一である。

ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴを流れる主電流は、表面のブリッジ端子１４Ｂからモジュールに入力され、表面配線導体１２Ｂ、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴ、ボンディングワイヤー１８ＬＴ、表面配線導体１２Ｌ、接続導体２０Ｌ、ローサイド裏面配線導体１７Ｌを経由して、裏面のローサイド端子１４Ｌからモジュールの外に出力される。

このように、ローサイドパワー半導体装置１３Ｌがターンオンしているとき、主電流（負荷電流）が流れるほぼ全ての地点（ブリッジ端子１４Ｂ及びローサイド端子１４Ｌをも含む）において、絶縁基板１５の表面側及び裏面側に、大きさが同じ且つ向きが逆となる主電流を流すことができる。これにより、主電流の「近接逆平行通流」の効果が全域で得られるので、ローサイドパワー半導体装置１３ＬＴがターンオンしているときの電流流路に発生する寄生インダクタンスＬｓを理想的に低減することができる。

一方、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴを流れる主電流は、裏面のハイサイド端子１４Ｈからモジュールに入力され、ハイサイド裏面配線導体１７Ｈ、接続導体２０Ｈ、表面配線導体１２Ｈ、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴ、ボンディングワイヤー１８ＢＴ、表面配線導体２４Ｂを経由して、表面のブリッジ端子１４Ｂからモジュールの外に出力される。

このように、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴもターンオンしているとき、主電流（負荷電流）が流れるほぼ全ての地点（ブリッジ端子１４Ｂ及びローサイド端子１４Ｌをも含む）において、絶縁基板１５の表面側及び裏面側に、大きさが同じ且つ向きが逆となる主電流を流すことができる。これにより、主電流の「近接逆平行通流」の効果が全域で得られるので、ハイサイドパワー半導体装置１３ＨＴがターンオンしているときの電流流路に発生する寄生インダクタンスＬｓを理想的に低減することができる。

以上説明したように、ブリッジ端子１４Ｂ、ハイサイド端子１４Ｈ、及びローサイド端子１４Ｌの引き出し方向と、ハーフブリッジパワー半導体モジュール内で主電流が流れる方向が平行であっても、他の実施形態と同様に、主電流の「近接逆平行通流」の効果が得られる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

本出願は、２０１４年７月３日に出願された日本国特許願第２０１４−１３７５８９に基づく優先権を主張しており、この出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明のハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法によれば、主電流の近接逆平行通流を改善することにより、モジュール内部の寄生インダクタンスを低減することができる。

１、２、３、４、５、６ ハーフブリッジパワー半導体モジュール
１２Ｈ、１２Ｌ、１２Ｂ、１２ＨＧ、１２ＨＳ、１２ＬＧ、１２ＬＳ、１２ＨＤ、１２ＨＴ、１２ＬＤ 表面配線導体
１３ＨＴ ハイサイドパワー半導体装置（スイッチ）
１３ＨＤ ハイサイドパワー半導体装置（ダイオード）
１３ＬＴ ローサイドパワー半導体装置（スイッチ）
１３ＬＤ ハイサイドパワー半導体装置（ダイオード）
１４Ｈ ハイサイド端子
１４Ｌ ローサイド端子
１４Ｂ ブリッジ端子
１５、３０、３１ 絶縁基板
１６ 絶縁板
１７Ｈ ハイサイド裏面配線導体
１７Ｌ ローサイド裏面配線導体
１８ＢＴ、１８ＬＴ、１８ＢＤ、１８ＬＤ ボンディングワイヤー
２０Ｈ、２０Ｌ 接続導体
２１ 第２絶縁板
２２ 金属板
２６ ヒートシンク
ＩＬＨＣ、ＩＬＨＣ’、ＩＬＬＣ、ＩＬＬＣ’ 電流重心線

Claims (10)

1. 絶縁板と、前記絶縁板の表面に配置された複数の表面配線導体と、前記絶縁板の裏面に配置されたハイサイド裏面配線導体及びローサイド裏面配線導体と、を備えた絶縁基板と、
   前記複数の表面配線導体の中から選ばれた第２表面配線導体の上にその裏面電極がオーミック接続されたローサイドパワー半導体装置と、
   前記複数の表面配線導体の中から選ばれた第１表面配線導体の上にその裏面電極がオーミック接続され、且つその表面電極が前記第２表面配線導体にオーミック接続されたハイサイドパワー半導体装置と、
   前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記第１表面配線導体から延伸するブリッジ端子と、
   前記ハイサイドパワー半導体装置から見て前記ローサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位に向かって設けられ、前記第１表面配線導体と前記ハイサイド裏面配線導体との間をオーミック接続する第１接続部と、
   前記ローサイドパワー半導体装置から見て前記ハイサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位に設けられた、前記ローサイドパワー半導体装置の表面電極と前記ローサイド裏面配線導体とをオーミック接続する第２接続部と、
   前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記ハイサイド裏面配線導体から延伸するハイサイド端子と、
   前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記ローサイド裏面配線導体から延伸するローサイド端子と、
   を備えることを特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
2. 請求項１に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置を介して前記ハイサイド端子と前記ブリッジ端子との間に流れる主電流の向き、及び前記ローサイドパワー半導体装置を介して前記ローサイド端子と前記ブリッジ端子との間に流れる主電流の向きは、前記絶縁板を挟んで逆向きであること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
3. 請求項１又は２に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置を介して流れる主電流のうち、前記絶縁板の表面側を流れる主電流の電流重心線と、前記絶縁板の裏面側を流れる主電流の電流重心線とは、前記絶縁板の法線方向から見て一致していること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ローサイドパワー半導体装置を介して流れる主電流のうち、前記絶縁板の表面側を流れる主電流の電流重心線と、前記絶縁板の裏面側を流れる主電流の電流重心線とは、前記絶縁板の法線方向から見て一致していること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置及び前記ローサイドパワー半導体装置は、排他的にターンオンするように制御されること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置のいずれか一方がパワースイッチング素子であり、他方がパワーダイオードであること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置のいずれか一方あるいは両方が、互いに並列に接続されたパワースイッチング素子と高速還流パワーダイオードとの対からなること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
8. 請求項７に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記ハイサイドパワー半導体装置とローサイドパワー半導体装置の一方がターンオフしたときに、他方の高速還流パワーダイオードまたはパワースイッチング素子に内蔵されたダイオードを介して流れる環流電流の向きは、前記絶縁板を挟んで逆向きであること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のハーフブリッジパワー半導体モジュールであって、
   前記絶縁基板は、
   前記ハイサイド裏面配線導体及び前記ローサイド裏面配線導体の裏面に配置された第２絶縁板と、
   前記第２絶縁板の裏面に配置された金属板と、
   を更に備えること
   を特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュール。
10. 絶縁板と、前記絶縁板の表面に配置された複数の表面配線導体と、前記絶縁板の裏面に配置されたハイサイド裏面配線導体及びローサイド裏面配線導体と、を備えた絶縁基板と、
    前記複数の表面配線導体の中から選ばれた第２表面配線導体の上にその裏面電極がオーミック接続されたローサイドパワー半導体装置と、
    前記複数の表面配線導体の中から選ばれた第１表面配線導体の上にその裏面電極がオーミック接続され、且つその表面電極が前記第２表面配線導体にオーミック接続されたハイサイドパワー半導体装置と、
    前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記第１表面配線導体から延伸するブリッジ端子と、
    前記ハイサイドパワー半導体装置から見て前記ローサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位に向かって設けられ、前記第１表面配線導体と前記ハイサイド裏面配線導体との間をオーミック接続する第１接続部と、
    前記ローサイドパワー半導体装置から見て前記ハイサイドパワー半導体装置への方位とは反対の方位に設けられた、前記ローサイドパワー半導体装置の表面電極と前記ローサイド裏面配線導体とをオーミック接続する第２接続部と、
    前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記ハイサイド裏面配線導体から延伸するハイサイド端子と、
    前記ハイサイドパワー半導体装置と前記ローサイドパワー半導体装置との間の位置において、前記ローサイド裏面配線導体から延伸するローサイド端子と、
    を備えるハーフブリッジパワー半導体モジュールの製造方法であって、
    前記絶縁基板を用意し、
    前記第１表面配線導体及び前記第２表面配線導体の上に、前記ハイサイドパワー半導体装置及び前記ローサイドパワー半導体装置をそれぞれ接着し、
    前記ハイサイドパワー半導体装置の表面電極と前記第２表面配線導体との間をオーミック接続し、
    前記ローサイドパワー半導体装置の表面電極と前記ローサイド裏面配線導体との間をオーミック接続する
    ことを特徴とするハーフブリッジパワー半導体モジュールの製造方法。
    
    

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