WO2021065259A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2021065259A1
WO2021065259A1 PCT/JP2020/032300 JP2020032300W WO2021065259A1 WO 2021065259 A1 WO2021065259 A1 WO 2021065259A1 JP 2020032300 W JP2020032300 W JP 2020032300W WO 2021065259 A1 WO2021065259 A1 WO 2021065259A1
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semiconductor device
switching elements
switching element
semiconductor
terminal
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PCT/JP2020/032300
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光徳 木村
和敏 塩見
哲矢 松岡
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株式会社デンソー
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • This disclosure relates to semiconductor devices.
  • This semiconductor module includes a pair of metal plates and two transistor chips.
  • the transistor chip is sealed in a resin package while being sandwiched between a pair of metal plates.
  • the two transistor chips are connected in parallel by a pair of metal plates.
  • three power terminals extend from the upper surface of the resin package, and signal terminals extend from the lower surface.
  • the signal terminal is conductive to the gate terminal conducting to the gate of the transistor chip, the sense emitter terminal conducting to the sense emitter that detects the current flowing through the transistor chip, and the temperature sensor provided in each of the transistor chips. Such as sensor terminals.
  • the semiconductor module has two transistor chips as one module, and each transistor chip is equipped with a temperature sensor. Therefore, the semiconductor module has a problem that the number of signal terminals increases and the physique becomes large.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a semiconductor device capable of suppressing an increase in physique.
  • the plurality of semiconductor switching elements are elements with a detection unit provided with a physical information detection unit for detecting physical information only in a part of the semiconductor switching elements.
  • the element with a detection unit has a main electrode, a control electrode, and a detection electrode as electrodes.
  • Other semiconductor switching elements which are different from the elements with a detector in a plurality of semiconductor switching elements, have a main electrode and a control electrode as electrodes.
  • the present disclosure only a part of a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel is an element with a detector.
  • the element with a detection unit has a detection electrode in addition to the main electrode and the control electrode.
  • other semiconductor switching elements have a main electrode and a control electrode. Therefore, in the present disclosure, the number of electrodes can be reduced and the increase in size can be suppressed as compared with the configuration in which the physical information detection unit is provided in all the semiconductor switching elements.
  • the semiconductor device 1 includes three switching elements 11 and 11a as a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel. More specifically, the semiconductor device 1 includes two first switching elements 11 and one second switching element 11a. Since the two first switching elements 11 have the same configuration, they are given the same reference numerals. Since one second switching element 11a has a configuration different from that of the first switching element 11, it is given a different reference numeral.
  • a semiconductor device 1 including terminal members 12, 13, terminals 14, solders 15 to 17, sealing portions 18, terminals 191 to 195, and the like is adopted.
  • the three switching elements 11 and 11a are packaged by the sealing portion 18. Therefore, the semiconductor device 1 can be said to be a semiconductor package.
  • the inverter circuit 20 is a three-phase inverter and converts DC power supplied from a battery into AC power.
  • the inverter circuit 20 is electrically connected to each of the U-phase, V-phase, and W-phase of the motor generator 40.
  • the inverter circuit 20 includes six semiconductor devices 1. That is, the inverter circuit 20 includes three semiconductor devices 1 as three-phase upper arm elements and three semiconductor devices 1 as three-phase lower arm elements.
  • the inverter circuit 20 may include a smoothing capacitor or the like. Further, the device including the inverter circuit 20 and the control ECU 30 can be said to be a power conversion system.
  • the semiconductor device 1 is electrically connected to the control ECU 30.
  • the semiconductor device 1 outputs the physical information described later to the control ECU 30.
  • ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
  • the first switching element 11 corresponds to another semiconductor switching element.
  • a MOSFET is adopted as the first switching element 11.
  • a MOSFET having Si as a main component or a MOSFET having SiC as a main component can be adopted. Further, the first switching element 11 can be adopted even if it is a MOSFET whose main component is another wide bandgap semiconductor.
  • MOSFET is an abbreviation for metal-oxide-semiconductor field-effect transistor.
  • IGBT is an abbreviation for Insulated Gate Bipolar Transistor.
  • RC is an abbreviation for Reverse Conducting.
  • the first switching element 11 includes a drain electrode 111 as a first main electrode formed on one surface and a source electrode 112 as a second main electrode formed on the opposite surface of one surface. ing.
  • the drain electrode 111 and the source electrode 112 correspond to the main electrode.
  • the first switching element 11 includes a gate electrode 113 and a Kelvin source electrode 114 as control electrodes.
  • the gate electrode 113 and the Kelvin source electrode 114 are formed on opposite surfaces together with the source electrode 112.
  • the first switching element 11 includes main electrodes 111 and 112 and control electrodes 113 and 114. However, the first switching element 11 does not include the detection electrode 115 provided in the second switching element 11a, which will be described later. Therefore, the first switching element 11 is different from the second switching element 11a in that the detection electrode 115 is not provided.
  • the second switching element 11a corresponds to an element with a detection unit.
  • the same MOSFET as the first switching element 11 is adopted as the second switching element 11a. Therefore, the second switching element 11a, like the first switching element 11, includes a drain electrode 111, a source electrode 112, a gate electrode 113, and a Kelvin source electrode 114.
  • the MOSFET as the second switching element 11a similarly to the first switching element 11, a MOSFET having Si, SiC, another wide bandgap semiconductor or the like as a main component can be adopted.
  • the semiconductor device 1 may include a first switching element 11 which is a MOSFET composed of SiC as a main component and an IGBT composed of Si as a main component. That is, the semiconductor device 1 can employ different types of semiconductor elements for the first switching element 11 and the second switching element 11a.
  • the second switching element 11a is provided with a physical information detection unit for detecting physical information.
  • a physical information detection unit for detecting physical information.
  • the physical information for example, temperature and current value can be adopted. Therefore, the physical information detection unit can adopt a temperature sensitive diode, a sense source pattern, or the like. Further, it can be said that the second switching element 11a has a temperature detection function and a current detection function.
  • the second switching element 11a includes a detection electrode 115. That is, the second switching element 11a includes a detection electrode 115 that the first switching element 11 does not have.
  • the detection electrode 115 is electrically connected to the physical information detection unit.
  • the control ECU 30 acquires an electric signal indicating physical information via the detection electrode 115.
  • the electric signal is a temperature signal output by a temperature sensitive diode or a current signal output by a sense source pattern.
  • the control ECU 30 may control the drive of the switching elements 11 and 11a based on the temperature signal and the current signal. For example, the control ECU 30 sets the switching elements 11 and 11a into a state in which the switching elements 11 and 11a can be driven only when the temperature signal does not reach the temperature threshold value or when the current signal does not reach the current threshold value. Then, when the temperature signal reaches the temperature threshold value, the control ECU 30 suppresses the command current and stops driving the switching elements 11 and 11a, and when the current signal reaches the current threshold value, drives and stops the switching elements 11 and 11a. ..
  • control ECU 30 can protect the semiconductor device 1 by suppressing the semiconductor device 1 from becoming a high temperature state or continuing to be in a high temperature state. Further, the control ECU 30 can protect the semiconductor device 1 by suppressing the continuation of the short-circuited state of the switching elements 11 and 11a (short-circuit protection).
  • the semiconductor device 1 includes three switching elements 11 and 11a.
  • the three switching elements 11 and 11a are provided with a physical quantity detecting unit only in the second switching element 11a. Therefore, in the three switching elements 11 and 11a, the detection electrode 115 is provided only in the second switching element 11a.
  • the drain electrode 111 and the source electrode 112 are arranged so as to be along the XY plane. Further, the three switching elements 11 and 11a are arranged side by side in the X direction. In this embodiment, as an example, an example in which the second switching element 11a is arranged at the end is adopted. However, the present disclosure is not limited to this, and the second switching element 11a may be arranged at a position sandwiched between the two first switching elements 11.
  • the first terminal member 12 includes a first facing portion 121 and a first terminal portion 122.
  • the first terminal member 12 is made of a metal such as aluminum or copper. As shown in FIG. 2, the first terminal member 12 is commonly provided in the three switching elements 11 and 11a.
  • the first terminal member 12 is electrically connected to the drain electrodes 111 of the switching elements 11 and 11a via the first solder 15.
  • the first terminal member 12 includes a first facing portion 121 and a first terminal portion 122.
  • the first facing portion 121 and the first terminal portion 122 are configured as an integral body.
  • the first facing portion 121 is a portion facing each of the switching elements 11 and 11a, and is electrically connected to the drain electrode 111 via the first solder 15. Further, in the first facing portion 121, the opposite side of the facing surface to the switching elements 11 and 11a is exposed from the sealing portion 18 described later. The portion exposed from the sealing portion 18 can also be said to be the exposed portion of the first facing portion 121.
  • the first facing portion 121 is thermally connected to the switching elements 11 and 11a by being connected to the switching elements 11 and 11a via the first solder 15. Therefore, the heat generated by the operation of the switching elements 11 and 11a is transferred to the first facing portion 121. Then, the first facing portion 121 can dissipate the transferred heat from the exposed portion. Therefore, the first facing portion 121 has a function of cooling the switching elements 11 and 11a.
  • the first terminal portion 122 is a portion protruding from a part of the first facing portion 121.
  • the first terminal portion 122 is for electrically connecting the switching elements 11 and 11a and the electronic component provided outside the semiconductor device 1.
  • the first terminal portion 122 is electrically connected to, for example, a bus bar.
  • the first terminal member 12 has a function as a heat radiating member and a function as an electrical connecting member.
  • the first facing portion 121 and the first terminal portion 122 may be configured separately. In this case, the first facing portion 121 and the first terminal portion 122 are connected via a conductive connecting member such as welding or solder.
  • the second terminal member 13 includes a second facing portion 131 and a second terminal portion 132.
  • the second terminal member 13 is made of the same material as the first terminal member 12, and has the same shape as the first terminal member 12.
  • the second terminal member 13 is commonly provided in the three switching elements 11 and 11a.
  • the second terminal member 13 is electrically connected to the source electrode 112 of each of the switching elements 11 and 11a.
  • the source electrodes 112 of the switching elements 11 and 11a are electrically connected to the terminal 14 via the second solder 16.
  • the terminal 14 is made of the same material as the second terminal member 13, and is, for example, a rectangular parallelepiped block body.
  • the terminal 14 is individually provided corresponding to each of the switching elements 11 and 11a.
  • the terminal 14 is provided to prevent the wire from coming into contact with the second terminal member.
  • each terminal 14 is electrically connected to the second facing portion 131 via the third solder 17.
  • the second facing portion 131 is indirectly electrically connected to the source electrodes 112 of the switching elements 11 and 11a via the terminal 14.
  • the semiconductor device 1 includes a gate terminal 191 and a Kelvin source terminal 192 as control terminals which are some terminals. Further, the semiconductor device 1 includes a sense source terminal 193, an anode terminal 194, and a cathode terminal 195 as detection terminals which are a part of the terminals.
  • the terminals 191 to 195 are for electrically connecting the switching elements 11 and 11a and the control ECU 30.
  • the terminals 191 to 195 are made of the same material as the first terminal member 12 and the second terminal member 13.
  • the terminals 191 to 195 are electrically connected to the corresponding switching elements 11 and 11a via a wire or the like.
  • the gate terminal 191 and the Kelvin source terminal 192 are provided corresponding to the switching elements 11 and 11a, respectively.
  • the gate terminal 191 is electrically connected to the gate electrode 113 of each of the switching elements 11 and 11a.
  • the Kelvin source terminal 192 is electrically connected to the Kelvin source electrode 114 of each of the switching elements 11 and 11a.
  • the sense source terminal 193, the anode terminal 194, and the cathode terminal 195 are provided only corresponding to the second switching element 11a.
  • the sense source terminal 193 is electrically connected to the detection electrode 115 connected to the sense source pattern.
  • the anode terminal 194 is electrically connected to the detection electrode 115 connected to the anode electrode of the temperature sensitive diode.
  • the cathode terminal 195 is electrically connected to the detection electrode 115 connected to the cathode electrode of the temperature sensitive diode.
  • the sealing portion 18 is made of an electrically insulating resin such as an epoxy resin.
  • the sealing portion 18 collectively seals the switching elements 11 and 11a. That is, the switching elements 11 and 11a are covered by the sealing portion 18 while being in contact with the sealing portion 18.
  • the sealing portion 18 covers the terminal members 12, 13 and the terminals 191 to 195 with the ends of the terminal members 12, 13 and the terminals 191 to 195 exposed. Further, the sealing portion 18 covers the first terminal member 12 and the second terminal member 13 in a state where the exposed portions of the first terminal member 12 and the second terminal member 13 are exposed. Further, the sealing portion 18 covers a portion connected by the solders 15 to 17 and a portion to which the wire is connected.
  • the second switching element 11a which is a part of the plurality of switching elements 11, 11a connected in parallel, is an element with a detection unit.
  • the second switching element 11a has a detection electrode 115 in addition to the main electrodes 111 and 112 and control electrodes 191 and 192.
  • the first switching element 11 has main electrodes 111 and 112 and control electrodes 191, 192. Further, the first switching element 11 does not have a detection electrode 115. Therefore, in the semiconductor device 1, the number of electrodes can be reduced as compared with the configuration in which the physical information detection unit is provided in all the switching elements 11 and 11a, and it is possible to suppress the increase in physique.
  • the number of terminals of the semiconductor device 1 can be reduced as compared with the configuration in which the physical information detection unit is provided in all the switching elements 11 and 11a, the cost increase can be suppressed and the configuration can be simplified.
  • the number of switching elements 11 and 11a in the semiconductor device 1 is not limited to the above. If the semiconductor device 1 includes at least one second switching element 11a and at least one first switching element 11, the above effect can be obtained.
  • the configuration of the semiconductor device 1 is the same as that of the above embodiment, and includes three switching elements 11 and 11a.
  • the semiconductor device 1 is provided in the converter circuit 20a.
  • the converter circuit 20a includes a semiconductor device 1 as an upper arm element and a semiconductor device 1 as a lower arm element. Further, each semiconductor device 1 is electrically connected to the control ECU 30a.
  • the control ECU 30a is the same as the control ECU 30. Further, the device including the converter circuit 20a and the control ECU 30a can be said to be a power conversion system.
  • the semiconductor device 1 can also be applied to the converter circuit 20a. Further, the semiconductor device 1 can exert the same effect as that of the above embodiment.
  • FIGS. 5 and 6 in the semiconductor device of this embodiment, the configurations of the first switching element 11 and the second switching element 11a are different from those of the above embodiment. Note that FIG. 5 shows the detection electrode in more detail than in the first embodiment. Therefore, in the first embodiment, the configuration shown in FIG. 5 can be adopted as the second switching element 11a.
  • the second switching element 11a includes a source electrode 112a, a gate electrode 113, and a Kelvin source electrode 114, as in the first embodiment. Further, the second switching element 11a includes an anode electrode 115a, a cathode electrode 115b, and a sense source electrode 115c as detection electrodes.
  • the source electrode 112a is provided in the opposite region of the activation region. Therefore, the area of the activation region can be regarded as equivalent to the area of the source electrode 112a.
  • the second switching element 11a is provided with a second guard ring 116a around the activation region. It is assumed that the second switching element 11a has a length in the Y direction of y1 and a length in the X direction of x1. Therefore, the area of the second switching element 11a is represented by the product of y1 and x1.
  • the first switching element 11 includes a source electrode 112, a gate electrode 113, and a Kelvin source electrode 114, as in the first embodiment.
  • the source electrode 112 is provided in the opposite region of the activation region. Therefore, the area of the activation region can be regarded as equivalent to the area of the source electrode 112.
  • the first switching element 11 is provided with a second guard ring 116 around the activation region. It is assumed that the first switching element 11 has a length in the Y direction of y2 and a length in the X direction of x2. Therefore, the area of the first switching element 11 is represented by the product of y2 and x2. Further, the first switching element 11 has a thickness equivalent to that of the second switching element 11a.
  • the area in this embodiment is the area on the XY plane.
  • the thickness is the length in the Z direction.
  • the relationship between the lengths of the sides of both switching elements 11 and 11a is y2 ⁇ y1 and x2 ⁇ x1. Therefore, the first switching element 11 has a smaller physique than the second switching element 11a. Further, the size (area) of the activation region of the first switching element 11 is the same as that of the second switching element 11a.
  • the physique can be made smaller than that of the second switching element 11a.
  • the first switching element 11 one having the same size of the activation region as the second switching element 11a can be adopted.
  • the first switching element 11 may have a smaller physique than the second switching element 11a. Therefore, the relationship between the lengths of the sides of both switching elements 11 and 11a is not limited to the above.
  • the semiconductor device of the present embodiment can exhibit the same effect as the semiconductor device 1. Further, the semiconductor device of the present embodiment can be smaller in size than the semiconductor device in which all the switching elements are composed of the second switching element 11a.
  • the semiconductor device of this embodiment can also be implemented in combination with the first embodiment and the second embodiment. That is, the semiconductor device of this embodiment may be applied to the inverter circuit 20 or the converter circuit 20a. Further, the semiconductor device of this embodiment can be implemented in combination with other embodiments.
  • the semiconductor device of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10.
  • the semiconductor device of the present embodiment has the same configuration as the semiconductor device 1, and can exhibit the same effect as the semiconductor device 1. Therefore, in this embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are adopted.
  • the semiconductor device 1 is attached to a cooler 50 through which a refrigerant flows.
  • the cooler 50 includes a plurality of facing portions 51 connected by a connecting pipe 52, and an inflow pipe 53 and an outflow pipe 54 attached to the facing portions 51.
  • the cooler 50 is made of a material having high thermal conductivity, such as aluminum.
  • the facing portion 51 forms a space through which the refrigerant flows, fins 51a are arranged in the space, and a water channel 51b for flowing the refrigerant is provided in the space.
  • Each facing portion 51 is connected by two connecting pipes 52 through which the refrigerant flows.
  • the connecting pipe 52 is connected to each water channel 51b.
  • one facing portion 51 is connected to the other facing portion 51 by a connecting pipe 52, and the inflow pipe 53 and the outflow pipe 54 are attached to the water channel 51b.
  • Three connecting pipes 52 are provided on the extension line of the inflow pipe 53, and three are provided on the extension line of the outflow pipe 54.
  • the refrigerant is discharged from the inflow pipe 53 through the facing portion 51 and the connecting pipe 52 from the outflow pipe 54.
  • the refrigerant flowing through the facing portion 51 flows from the inflow pipe 53 side to the outflow pipe 54 side. That is, the refrigerant flows into the facing portion 51 from the inflow pipe 53 and the connecting pipe 52 provided on the extension line of the inflow pipe 53. Then, the refrigerant flowing through the facing portion 51 flows out to the connecting pipe 52 and the outflow pipe 54 provided on the extension line of the outflow pipe 54.
  • the refrigerant flows from the connecting pipe 52 side provided on the extension line of the inflow pipe 53 to the connecting pipe 52 side provided on the extension line of the outflow pipe 54 in the facing portion 51. Therefore, in the facing portion 51, the connecting pipe 52 side provided on the extension line of the inflow pipe 53 is the upstream side, and the connecting pipe 52 side provided on the extension line of the outflow pipe 54 is the downstream side.
  • each semiconductor device 1 is arranged in contact with the facing portion 51. Further, each semiconductor device 1 may be arranged with a heat radiating member such as heat radiating grease having high thermal conductivity interposed between the semiconductor device 1 and the facing portion 51. In this case, the heat radiating member comes into contact with both the semiconductor device 1 and the facing portion 51.
  • a heat radiating member such as heat radiating grease having high thermal conductivity interposed between the semiconductor device 1 and the facing portion 51. In this case, the heat radiating member comes into contact with both the semiconductor device 1 and the facing portion 51.
  • each semiconductor device 1 the second switching element 11a is arranged on the downstream side with respect to the flow direction. That is, the second switching element 11a is arranged on the downstream side of the first switching element 11 with respect to the flow direction. Therefore, the temperature of the second switching element 11a tends to be higher than that of the first switching element 11. Therefore, each semiconductor device 1 can output the temperature signal of the second switching element 11a, which tends to have a high temperature.
  • the temperature signal output from each semiconductor device 1 is input to the control ECU 30.
  • the control ECU 30 grasps the temperature state of each semiconductor device 1 based on the temperature signal. Then, when the temperature signal reaches the threshold value, the control ECU 30 stops the operation of the switching elements 11 and 11a.
  • the control ECU 30 can grasp the temperature state of each semiconductor device 1 based on the temperature of the second switching element 11a, which tends to have the highest temperature. Therefore, the control ECU 30 can easily protect the semiconductor device 1 from the high temperature state.
  • the present disclosure is not limited to this, and for example, only one semiconductor device 1 may be attached to the cooler 50, or two semiconductor devices 1 may be attached to the cooler 50. Further, in the present disclosure, eight semiconductor devices 1 may be attached to the cooler 50.
  • This embodiment can also be implemented in combination with the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. That is, the semiconductor device 1 may be applied to the inverter circuit 20 or the converter circuit 20a, and the configurations of the first switching element 11 and the second switching element 11a may be different. Furthermore, this embodiment can also be implemented in combination with other embodiments.
  • the semiconductor devices 1a and 1b of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the first semiconductor device 1a and the second semiconductor device 1b have the same configuration as the semiconductor device 1.
  • a second switching element 11a is arranged in the first semiconductor device 1a and the second semiconductor device 1b in consideration of inductance.
  • the second switching element 11a has at least a sense source pattern as a physical information detection unit.
  • the parasitic inductances in the wiring on the drain side and the wiring on the source side are L1, L2, L5, L6, L9, and L10.
  • the parasitic inductances in the wiring on the drain side and the wiring on the source side are L3, L4, L7, L8, L11, and L12.
  • the relationship between these parasitic inductances is L1 + L2 + L3 + L4 ⁇ L5 + L6 + L7 + L8, and L1 + L2 + L3 + L4 ⁇ L9 + L10 + L11 + L12.
  • the second switching element 11a is arranged at a position in the first semiconductor device 1a where current is most likely to flow. Similarly, in the second semiconductor device 1b, the second switching element 11a is arranged at a position where the current is most likely to flow in the second semiconductor device 1b.
  • the semiconductor devices 1a and 1b can exert the same effect as the semiconductor device 1. Further, in the semiconductor devices 1a and 1b, since the second switching element 11a is arranged at a position where the current is most likely to flow, the short-circuit state can be quickly notified to the control ECU 30. Therefore, the semiconductor devices 1a and 1b can be reliably protected against short circuits.
  • the present embodiment can also be implemented in combination with the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor device 1c of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the semiconductor device 1c is different from the above embodiment in that it includes three semiconductor packages 1c1, 1c2, 1c3. Similar to the first semiconductor device 1a and the second semiconductor device 1b, the semiconductor device 1c has a second switching element 11a arranged in consideration of inductance. As the switching elements 11 and 11a of the semiconductor packages 1c1, 1c2 and 1c3, the same ones as those in the above embodiment can be adopted. In particular, the second switching element 11a has at least a sense source pattern as a physical information detection unit.
  • the first semiconductor package 1c1 two second switching elements 11a are connected in series. That is, in the first semiconductor package 1c1, the second switching element 11a as the upper arm element and the second switching element 11a as the lower arm element are connected in series. Further, the first semiconductor package 1c1 includes, in addition to the two second switching elements 11a, a terminal member, a control terminal, a detection terminal, a terminal, a sealing portion, and the like. Further, the first semiconductor package 1c1 includes a connecting member that electrically connects the two second switching elements 11a.
  • the first semiconductor package 1c1 two second switching elements 11a, a terminal member, a control terminal, a detection terminal, a terminal, and a connecting member are sealed by a sealing portion. Similar to the semiconductor device 1, the first semiconductor package 1c1 has a part of a terminal member, a part of a control terminal, and a part of a detection terminal exposed from the sealing portion. As described above, the first semiconductor package 1c1 has a 2in1 package structure.
  • the second semiconductor package 1c2 is different from the first semiconductor package 1c1 in that two first switching elements 11 are connected in series. That is, in the second semiconductor package 1c2, the first switching element 11 as the upper arm element and the first switching element 11 as the lower arm element are connected in series. Other configurations are the same as those of the first semiconductor package 1c1. Further, the third semiconductor package 1c3 has the same configuration as the second semiconductor package 1c2.
  • the switching elements 11 and 11a which are the upper arm elements of the semiconductor packages 1c1 to 1c3, are connected in parallel, and the switching elements 11, 11a, which are the lower arm elements of the semiconductor packages 1c1 to 1c3, are connected in parallel. It is connected.
  • the parasitic inductances in the wiring on the drain side and the wiring on the source side of each of the second switching elements 11a are L1, L2, L3, and L4.
  • the parasitic inductances in the wiring on the drain side and the wiring on the source side of each first switching element 11 are L5, L6, L7, and L8.
  • the parasitic inductances in the wiring on the drain side and the wiring on the source side of each first switching element 11 are L9, L10, L11, and L12.
  • the parasitic inductance in the wiring on the upper arm element side is L13, L15, L17
  • the parasitic inductance in the wiring on the lower arm element side is L14, L16, L18.
  • the second switching element 11a is arranged at a position where the current is most likely to flow in the semiconductor device 1c. That is, in the semiconductor device 1c, two second switching elements 11a are arranged in the first semiconductor package 1c1. Therefore, the semiconductor device 1c can exert the same effect as the semiconductor devices 1a and 1b.
  • the present embodiment can also be implemented in combination with the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor device 1 is provided in a power conversion device including an inverter circuit 20 and a converter circuit 20a.
  • the configuration of the semiconductor device 1 is the same as that of the above embodiment, and includes three switching elements 11 and 11a.
  • the inverter circuit 20 is the same as that of the first embodiment.
  • the converter circuit 20a is the same as that of the second embodiment.
  • the semiconductor device 1 can also be applied to a power conversion device including the inverter circuit 20 and the converter circuit 20a. Further, the semiconductor device 1 can exert the same effect as that of the above embodiment.

Abstract

半導体装置（１）は、複数の半導体スイッチング素子（１１，１１ａ）を備えている。複数の半導体スイッチング素子は、一部の半導体スイッチのみが、物理情報を検出するための物理情報検出部が設けられた第２スイッチング素子（１１ａ）である。複数の半導体スイッチング素子における第２スイッチング素子（１１ａ）とは異なる第１スイッチング素子（１１）は、電極として、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極（１１３）、ケルビンソース電極（１１４）を有している。第２スイッチング素子（１１ａ）は、電極として、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極（１１３）、ケルビンソース電極（１１４）に加えて検出用電極（１１５）を有している。

Description

半導体装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年１０月１日に日本に出願された特許出願第２０１９－１８１６６１号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
　本開示は、半導体装置に関する。
　特許文献１に開示された半導体モジュールがある。この半導体モジュールは、一対の金属板と、二個のトランジスタチップを備えている。トランジスタチップは、一対の金属板に挟まれつつ、樹脂パッケージに封止されている。
　二個のトランジスタチップは、一対の金属板によって並列に接続されている。半導体モジュールは、樹脂パッケージの上面から三個のパワー端子が延びており、下面から信号端子が延びている。信号端子は、トランジスタチップのゲートに導通しているゲート端子、トランジスタチップに流れる電流を検知するセンスエミッタに導通しているセンスエミッタ端子、トランジスタチップのそれぞれに備えられている温度センサと導通しているセンサ端子などである。
特開２０１８－６７６５７号公報
　しかしながら、半導体モジュールは、二個のトランジスタチップを１モジュールとしており、各トランジスタチップが温度センサを備えている。このため、半導体モジュールは、信号端子が増加して、体格が大型化してしまうという問題がある。
　本開示の目的は、体格の大型化を抑制できる半導体装置を提供することである。
　上記目的を達成するために本開示は、
　並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた半導体装置であって、
　複数の半導体スイッチング素子は、一部の半導体スイッチング素子のみが、物理情報を検出するための物理情報検出部が設けられた検出部付素子であり、
　検出部付素子は、電極として、主電極と、制御用電極と、検出用電極と、を有し、
　複数の半導体スイッチング素子における検出部付素子とは異なる他半導体スイッチング素子は、電極として、主電極と制御用電極とを有している。
　このように、本開示は、並列接続された複数の半導体スイッチング素子の一部のみが検出部付素子である。そして、検出部付素子は、主電極と制御用電極に加えて検出用電極を有している。一方、他半導体スイッチング素子は、主電極と制御用電極を有している。このため、本開示は、全ての半導体スイッチング素子に物理情報検出部が設けられた構成よりも、電極の数を少なくすることができ、体格が大型化することを抑制できる。
　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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って、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第１実施形態における半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のII‐II線に沿う断面図である。 第１実施形態における半導体装置を備えたインバータ回路の概略構成を示す回路図である。 第２実施形態における半導体装置を備えたコンバータ回路の概略構成を示す回路図である。 第３実施形態における第２半導体素子の概略構成を示す平面図である。 第３実施形態における第１半導体素子の概略構成を示す平面図である。 第４実施形態における半導体装置が取り付けられた冷却器の概略構成を示す平面図である。 図７のVIII‐VIII線に沿う断面図である。 図７のIX‐IX線に沿う断面図である。 図７のX‐X線に沿う断面図である。 第５実施形態における半導体装置を備えた回路の概略構成を示す回路図である。 第６実施形態における半導体装置を備えた回路の概略構成を示す回路図である。 第７実施形態における半導体装置を備えた電力変換装置の概略構成を示す回路図である。
　以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。なお、以下においては、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と示す。
　（第１実施形態）
　図１、図２、図３を用いて、本実施形態の半導体装置１に関して説明する。
　図１、図２に示すように、半導体装置１は、並列接続された複数の半導体スイッチング素子として、三つのスイッチング素子１１，１１ａを備えている。詳述すると、半導体装置１は、二つの第１スイッチング素子１１と、一つの第２スイッチング素子１１ａとを備えている。二つの第１スイッチング素子１１は、同様の構成を有しているため、同じ符号を付与している。一つの第２スイッチング素子１１ａは、第１スイッチング素子１１と異なる構成を有しているため、異なる符号を付与している。
　また、本実施形態では、一例として、端子部材１２，１３、ターミナル１４、はんだ１５～１７、封止部１８、端子１９１～１９５などを備えた半導体装置１を採用している。三つのスイッチング素子１１，１１ａは、封止部１８によって一つのパッケージとされている。よって、半導体装置１は、半導体パッケージとも言える。
　図３に示すように、三つのスイッチング素子１１，１１ａ（半導体装置１）は、インバータ回路２０に設けられている。インバータ回路２０は、三相インバータであり、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２０は、モータジェネレータ４０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相と電気的に接続されている。インバータ回路２０は、六個の半導体装置１を備えている。つまり、インバータ回路２０は、三相分の上アーム素子としての三個の半導体装置１と、三相分の下アーム素子としての三個の半導体装置１とを備えている。なお、インバータ回路２０は、平滑コンデンサなどを備えていてもよい。また、インバータ回路２０と制御ＥＣＵ３０とを備えた装置は、電力変換システムとも言える。
　また、図３に示すように、半導体装置１は、制御ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。半導体装置１は、後程説明する物理情報を制御ＥＣＵ３０に出力する。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。
　第１スイッチング素子１１は、他半導体スイッチング素子に相当する。本実施形態では、一例として、第１スイッチング素子１１としてＭＯＳＦＥＴを採用している。また、第１スイッチング素子１１は、Ｓｉを主成分とするＭＯＳＦＥＴやＳｉＣを主成分とするＭＯＳＦＥＴを採用することができる。さらに、第１スイッチング素子１１は、他のワイドバンドギャップ半導体を主成分とするＭＯＳＦＥＴであっても採用できる。
　しかしながら、本開示は、これに限定されず、ＩＧＢＴやＲＣ－ＩＧＢＴなどであっても第１スイッチング素子１１に採用することができる。なお、ＭＯＳＦＥＴは、metal-oxide-semiconductor field-effect transistorの略称である。ＩＧＢＴは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略称である。ＲＣは、Reverse Conductingの略称である。
　図２に示すように、第１スイッチング素子１１は、一面に形成された第１主電極としてのドレイン電極１１１と、一面の反対面に形成された第２主電極としてのソース電極１１２とを備えている。ドレイン電極１１１とソース電極１１２は、主電極に相当する。
　図１に示すように、第１スイッチング素子１１は、制御用電極としてのゲート電極１１３とケルビンソース電極１１４とを備えている。ゲート電極１１３とケルビンソース電極１１４は、ソース電極１１２とともに、反対面に形成されている。
　このように、第１スイッチング素子１１は、主電極１１１，１１２と制御用電極１１３，１１４とを備えている。しかしながら、第１スイッチング素子１１は、後程説明する第２スイッチング素子１１ａに設けられている検出用電極１１５を備えていない。よって、第１スイッチング素子１１は、検出用電極１１５を備えていない点が、第２スイッチング素子１１ａと異なる。
　第２スイッチング素子１１ａは、検出部付素子に相当する。本実施形態では、第２スイッチング素子１１ａとして、第１スイッチング素子１１と同様のＭＯＳＦＥＴを採用している。よって、第２スイッチング素子１１ａは、第１スイッチング素子１１と同様、ドレイン電極１１１と、ソース電極１１２と、ゲート電極１１３と、ケルビンソース電極１１４とを備えている。なお、第２スイッチング素子１１ａとしてのＭＯＳＦＥＴは、第１スイッチング素子１１と同様、Ｓｉ、ＳｉＣ、他のワイドバンドギャップ半導体などを主成分とするものを採用できる。
　しかしながら、本開示は、これに限定されず、ＩＧＢＴやＲＣ－ＩＧＢＴなどであっても第２スイッチング素子１１ａに採用することができる。また、半導体装置１は、ＳｉＣを主成分として構成されたＭＯＳＦＥＴである第１スイッチング素子１１と、Ｓｉを主成分として構成されたＩＧＢＴを備えていてもよい。つまり、半導体装置１は、第１スイッチング素子１１と第２スイッチング素子１１ａとで異なる種類の半導体素子を採用することができる。
　さらに、第２スイッチング素子１１ａは、物理情報を検出するための物理情報検出部が設けられている。物理情報としては、例えば温度や電流値などを採用できる。よって、物理情報検出部は、感温ダイオードやセンスソースパターンなどを採用できる。また、第２スイッチング素子１１ａは、温度検出機能や電流検出機能を有しているとも言える。
　これに伴って、図１に示すように、第２スイッチング素子１１ａは、検出用電極１１５を備えている。つまり、第２スイッチング素子１１ａは、第１スイッチング素子１１が備えていない検出用電極１１５を備えている。本実施形態では、一例として、三つの検出用電極１１５が設けられた例を採用する。検出用電極１１５は、物理情報検出部と電気的に接続されている。制御ＥＣＵ３０は、検出用電極１１５を介して、物理情報を示す電気信号を取得する。電気信号は、感温ダイオードによって出力される温度信号や、センスソースパターンによって出力される電流信号である。
　なお、制御ＥＣＵ３０は、温度信号や電流信号に基づいて、スイッチング素子１１，１１ａの駆動を制御してもよい。例えば、制御ＥＣＵ３０は、温度信号が温度閾値に達していない場合や、電流信号が電流閾値に達していない場合に限って、スイッチング素子１１，１１ａを駆動可能な状態とする。そして、制御ＥＣＵ３０は、温度信号が温度閾値に達した場合、指令電流の抑制やスイッチング素子１１，１１ａの駆動停止し、電流信号が電流閾値に達した場合、スイッチング素子１１，１１ａを駆動停止する。
　これによって、制御ＥＣＵ３０は、半導体装置１が高温状態になることや高温状態が継続することを抑制して、半導体装置１を保護することができる。また、制御ＥＣＵ３０は、各スイッチング素子１１，１１ａの短絡状態が継続することを抑制して、半導体装置１を保護することができる（短絡保護）。
　このように、半導体装置１は、三つのスイッチング素子１１，１１ａを備えている。そして、三つのスイッチング素子１１，１１ａは、第２スイッチング素子１１ａにのみ、物理量検出部が設けられている。よって、三つのスイッチング素子１１，１１ａは、第２スイッチング素子１１ａにのみ、検出用電極１１５が設けられている。
　図１、図２に示すように、三つのスイッチング素子１１，１１ａは、ドレイン電極１１１とソース電極１１２とがＸＹ平面に沿うように配置されている。また、三つのスイッチング素子１１，１１ａは、Ｘ方向に並んで配置されている。本実施形態では、一例として、第２スイッチング素子１１ａが端に配置される例を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されず、第２スイッチング素子１１ａが二つの第１スイッチング素子１１に挟まれる位置に配置されてもよい。
　第１端子部材１２は、第１対向部１２１と第１端子部１２２とを備えている。第１端子部材１２は、アルミニウムや銅などの金属によって形成されている。第１端子部材１２は、図２に示すように、三つのスイッチング素子１１，１１ａに共通に設けられている。第１端子部材１２は、第１はんだ１５を介して、各スイッチング素子１１，１１ａのドレイン電極１１１と電気的に接続されている。
　第１端子部材１２は、第１対向部１２１と第１端子部１２２とを備えている。第１対向部１２１と第１端子部１２２は、一体物として構成されている。第１対向部１２１は、各スイッチング素子１１，１１ａと対向する部位であり、第１はんだ１５を介して、ドレイン電極１１１と電気的に接続されている。また、第１対向部１２１は、スイッチング素子１１，１１ａとの対向面の反対側が、後程説明する封止部１８から露出している。なお、封止部１８から露出している部位は、第１対向部１２１の露出部とも言える。
　第１対向部１２１は、各スイッチング素子１１，１１ａと第１はんだ１５を介して接続されることで、各スイッチング素子１１，１１ａと熱的に接続されている。よって、第１対向部１２１は、各スイッチング素子１１，１１ａが動作することで発せられる熱が伝達される。そして、第１対向部１２１は、伝達された熱を露出部から放熱することができる。このため、第１対向部１２１は、各スイッチング素子１１，１１ａを冷却する機能を有している。
　第１端子部１２２は、第１対向部１２１の一部から突出した部位である。第１端子部１２２は、各スイッチング素子１１，１１ａと、半導体装置１の外部に設けられた電子部品とを電気的に接続するためのものである。第１端子部１２２は、例えば、バスバなどと電気的に接続される。
　このように、第１端子部材１２は、放熱部材としての機能と、電気的な接続部材としての機能とを有している。なお、第１対向部１２１と第１端子部１２２は、別体に構成されていてもよい。この場合、第１対向部１２１と第１端子部１２２は、溶接や、はんだなどの導電性の接続部材を介して接続される。
　図２に示すように、第２端子部材１３は、第２対向部１３１と第２端子部１３２とを備えている。第２端子部材１３は、第１端子部材１２と同様の材料で構成され、第１端子部材１２と同様の形状を有している。
　第２端子部材１３は、図２に示すように、三つのスイッチング素子１１，１１ａに共通に設けられている。第２端子部材１３は、各スイッチング素子１１，１１ａのソース電極１１２と電気的に接続されている。
　詳述すると、各スイッチング素子１１，１１ａのソース電極１１２は、第２はんだ１６を介してターミナル１４と電気的に接続されている。ターミナル１４は、第２端子部材１３と同様の材料で構成され、例えば直方体形状のブロック体である。ターミナル１４は、各スイッチング素子１１，１１ａのそれぞれに対応して個別に設けられている。ターミナル１４は、ワイヤが第２端子部材に接触することを防ぐために設けられている。
　そして、各ターミナル１４は、第３はんだ１７を介して、第２対向部１３１と電気的に接続されている。このように、第２対向部１３１は、ターミナル１４を介して、間接的に各スイッチング素子１１，１１ａのソース電極１１２と電気的に接続されている。
　半導体装置１は、一部の端子である制御用端子として、ゲート端子１９１とケルビンソース端子１９２とを備えている。また、半導体装置１は、一部の端子である検出用端子として、センスソース端子１９３とアノード端子１９４とカソード端子１９５とを備えている。端子１９１～１９５は、各スイッチング素子１１，１１ａと制御ＥＣＵ３０とを電気的に接続するためのものである。
　端子１９１～１９５は、第１端子部材１２や第２端子部材１３と同様の材料で構成されている。端子１９１～１９５は、対応するスイッチング素子１１，１１ａとワイヤなどを介して電気的に接続されている。
　ゲート端子１９１とケルビンソース端子１９２は、各スイッチング素子１１，１１ａのそれぞれに対応して設けられている。ゲート端子１９１は、各スイッチング素子１１，１１ａのゲート電極１１３と電気的に接続されている。ケルビンソース端子１９２は、各スイッチング素子１１，１１ａのケルビンソース電極１１４と電気的に接続されている。
　センスソース端子１９３とアノード端子１９４とカソード端子１９５は、第２スイッチング素子１１ａにのみ対応して設けられている。センスソース端子１９３は、センスソースパターンに接続された検出用電極１１５と電気的に接続されている。アノード端子１９４は、感温ダイオードのアノード電極に接続された検出用電極１１５と電気的に接続されている。カソード端子１９５は、感温ダイオードのカソード電極に接続された検出用電極１１５と電気的に接続されている。
　封止部１８は、例えばエポキシ系樹脂などの、電気絶縁性の樹脂によって構成されている。封止部１８は、スイッチング素子１１，１１ａを一括して封止している。つまり、スイッチング素子１１，１１ａは、封止部１８に接しつつ、封止部１８によって覆われている。封止部１８は、端子部材１２，１３、端子１９１～１９５のそれぞれの端部が露出した状態で、端子部材１２，１３、端子１９１～１９５を覆っている。また、封止部１８は、第１端子部材１２と第２端子部材１３の露出部が露出した状態で、第１端子部材１２と第２端子部材１３を覆っている。さらに、封止部１８は、各はんだ１５～１７で接続している箇所や、ワイヤが接続されている箇所を覆っている。
　このように、半導体装置１は、並列接続された複数のスイッチング素子１１，１１ａの一部である第２スイッチング素子１１ａのみが検出部付素子である。そして、第２スイッチング素子１１ａは、主電極１１１，１１２と制御用電極１９１，１９２に加えて検出用電極１１５を有している。一方、第１スイッチング素子１１は、主電極１１１，１１２と制御用電極１９１，１９２を有している。また、第１スイッチング素子１１は、検出用電極１１５を有していない。このため、半導体装置１は、全てのスイッチング素子１１，１１ａに物理情報検出部が設けられた構成よりも、電極の数を少なくすることができ、体格が大型化することを抑制できる。
　半導体装置１は、全てのスイッチング素子１１，１１ａに物理情報検出部が設けられた構成よりも、端子の数を減らすことができるため、コストアップを抑制でき、構成を簡略化することもできる。
　なお、半導体装置１におけるスイッチング素子１１，１１ａの個数は、上記に限定されない。半導体装置１は、少なくとも一つの第２スイッチング素子１１ａと、少なくとも一つの第１スイッチング素子１１を備えていれば、上記効果を奏することができる。
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第２実施形態～第７実施形態に関して説明する。上記実施形態及び第２実施形態～第７実施形態は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
　（第２実施形態）
　図４に示すように、半導体装置１の構成は、上記実施形態と同様であり、三つのスイッチング素子１１，１１ａを備えている。半導体装置１は、コンバータ回路２０ａに設けられている。コンバータ回路２０ａは、上アーム素子としての半導体装置１と、下アーム素子としての半導体装置１とを備えている。また、各半導体装置１は、制御ＥＣＵ３０ａと電気的に接続されている。制御ＥＣＵ３０ａは、制御ＥＣＵ３０と同様である。また、コンバータ回路２０ａと制御ＥＣＵ３０ａとを備えた装置は、電力変換システムとも言える。
　このように、半導体装置１は、コンバータ回路２０ａにも適用することができる。また、半導体装置１は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
　（第３実施形態）
　図５、図６に示すように、本実施形態の半導体装置は、第１スイッチング素子１１と第２スイッチング素子１１ａの構成が上記実施形態と異なる。なお、図５では、検出用電極に関して、第１実施形態よりも詳しく図示している。よって、第１実施形態では、第２スイッチング素子１１ａとして図５に図示した構成を採用できる。
　図５に示すように、第２スイッチング素子１１ａは、第１実施形態と同様、ソース電極１１２ａとゲート電極１１３とケルビンソース電極１１４とを備えている。また、第２スイッチング素子１１ａは、検出用電極として、アノード電極１１５ａとカソード電極１１５ｂとセンスソース電極１１５ｃとを備えている。
　ソース電極１１２ａは、活性化領域の対向領域に設けられている。よって、活性化領域の面積は、ソース電極１１２ａの面積と同等とみなすことができる。第２スイッチング素子１１ａは、活性化領域の周囲に第２ガードリング１１６ａが設けられている。第２スイッチング素子１１ａは、Ｙ方向の長さがｙ１でＸ方向の長さがｘ１であるものとする。よって、第２スイッチング素子１１ａの面積は、ｙ１とｘ１の積で表される。
　図６に示すように、第１スイッチング素子１１は、第１実施形態と同様、ソース電極１１２とゲート電極１１３とケルビンソース電極１１４とを備えている。ソース電極１１２は、活性化領域の対向領域に設けられている。よって、活性化領域の面積は、ソース電極１１２の面積と同等とみなすことができる。第１スイッチング素子１１は、活性化領域の周囲に第２ガードリング１１６が設けられている。第１スイッチング素子１１は、Ｙ方向の長さがｙ２でＸ方向の長さがｘ２であるものとする。よって、第１スイッチング素子１１の面積は、ｙ２とｘ２の積で表される。また、第１スイッチング素子１１は、第２スイッチング素子１１ａと同等の厚みを有している。
　なお、本実施形態での面積は、ＸＹ平面における面積である。また、厚みは、Ｚ方向の長さである。
　両スイッチング素子１１，１１ａの各辺の長さの関係は、ｙ２＜ｙ１、ｘ２＜ｘ１となっている。よって、第１スイッチング素子１１は、第２スイッチング素子１１ａよりも体格が小さい。また、第１スイッチング素子１１は、活性化領域の大きさ（面積）が第２スイッチング素子１１ａと同等である。
　つまり、第１スイッチング素子１１は、物理情報検出部と、物理情報検出部に接続された電極を有していないため、第２スイッチング素子１１ａよりも体格を小さくすることができる。しかしながら、第１スイッチング素子１１は、第２スイッチング素子１１ａと同等の活性化領域の大きさを有したものを採用できる。なお、第１スイッチング素子１１は、第２スイッチング素子１１ａよりも体格が小さければよい。よって、両スイッチング素子１１，１１ａの各辺の長さの関係は、上記に限定されない。
　本実施形態の半導体装置は、半導体装置１と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態の半導体装置は、全てのスイッチング素子が第２スイッチング素子１１ａで構成された半導体装置よりも、体格を小さくすることができる。なお、本実施形態の半導体装置は、第１実施形態や第２実施形態と組み合わせて実施することもできる。つまり、本実施形態の半導体装置は、インバータ回路２０やコンバータ回路２０ａに適用されていてもよい。さらに、本実施形態の半導体装置は、その他の実施形態と組み合わせて実施することもできる。
　（第４実施形態）
　図７～図１０を用いて、第４実施形態の半導体装置に関して説明する。本実施形態の半導体装置は、半導体装置１と同様の構成を有しており、半導体装置１と同様の効果を奏することができる。よって、本実施形態では、第１実施形態と同じ符号を採用する。
　図７に示すように、半導体装置１は、冷媒が流れる冷却器５０に取り付けられている。冷却器５０は、連結管５２で連結された複数の対向部５１と、対向部５１に取り付けられた流入管５３と流出管５４とを備えている。冷却器５０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率が高い材料によって構成されている。
　図８、図９に示すように、対向部５１は、冷媒が流れる空間を形成しており、空間内にフィン５１ａが配置され、且つ、空間内に冷媒を流すための水路５１ｂが設けられている。各対向部５１は、冷媒が流れる二つの連結管５２で連結されている。連結管５２は、各水路５１ｂに連結されている。また、一つの対向部５１は、連結管５２によって他の対向部５１と連結され、且つ、流入管５３と流出管５４が水路５１ｂに取り付けられている。なお、連結管５２は、流入管５３の延長線上に三つ設けられ、且つ、流出管５４の延長線上に三つ設けられている。
　冷却器５０は、冷媒が流入管５３から対向部５１及び連結管５２を通って流出管５４から排出される。特に、対向部５１を流れる冷媒は、流入管５３側から流出管５４側へと流れる。つまり、対向部５１は、流入管５３及び流入管５３の延長線上に設けられた連結管５２から冷媒が流れ込む。そして、対向部５１を流れた冷媒は、流出管５４の延長線上に設けられている連結管５２及び流出管５４へと流れ出る。
　このように、冷媒は、対向部５１内において、流入管５３の延長線上に設けられた連結管５２側から、流出管５４の延長線上に設けられている連結管５２側へと流れる。よって、対向部５１は、流入管５３の延長線上に設けられた連結管５２側が上流側であり、流出管５４の延長線上に設けられている連結管５２側が下流側となる。
　図７、図８、図１０に示すように、対向部５１間には、二つの半導体装置１が配置される。つまり、二つの半導体装置１は、冷媒の流れ方向に沿って配置されている。なお、各半導体装置１は、対向部５１と接した状態で配置されている。また、各半導体装置１は、対向部５１との間に熱伝導率が高い放熱グリースなどの放熱部材が介在した状態で配置されてもよい。この場合、放熱部材は、半導体装置１と対向部５１の両方に接することになる。
　さらに、各半導体装置１は、第２スイッチング素子１１ａが流れ方向に対して下流側に配置されている。つまり、第２スイッチング素子１１ａは、第１スイッチング素子１１よりも流れ方向に対して下流側に配置されている。このため、第２スイッチング素子１１ａは、第１スイッチング素子１１よりも温度が高くなりやすい。よって、各半導体装置１は、温度が高くなりやすい第２スイッチング素子１１ａの温度信号を出力することができる。
　各半導体装置１から出力される温度信号は、制御ＥＣＵ３０に入力される。制御ＥＣＵ３０は、温度信号に基づいて、各半導体装置１の温度状態を把握している。そして、制御ＥＣＵ３０は、温度信号が閾値に達すると、スイッチング素子１１，１１ａの動作を停止する。制御ＥＣＵ３０は、最も温度が高くなりやすい第２スイッチング素子１１ａの温度に基づいて、各半導体装置１の温度状態を把握することができる。このため、制御ＥＣＵ３０は、半導体装置１を高温状態から保護しやすくなる。
　なお、本実施形態では、六つの半導体装置１が冷却器５０に取り付けられている例を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されず、例えば、一つの半導体装置１のみが冷却器５０に取り付けられていてもよいし、二つの半導体装置１が冷却器５０に取り付けられていてもよい。また、本開示は、八つの半導体装置１が冷却器５０に取り付けられていてもよい。
　本実施形態は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態と組み合わせて実施することもできる。つまり、半導体装置１は、インバータ回路２０やコンバータ回路２０ａに適用されていてもよく、第１スイッチング素子１１と第２スイッチング素子１１ａの構成が異なってもよい。さらに、本実施形態は、その他の実施形態と組み合わせて実施することもできる。
　（第５実施形態）
　図１１を用いて、本実施形態の半導体装置１ａ，１ｂに関して説明する。第１半導体装置１ａと第２半導体装置１ｂは、半導体装置１と同様の構成を有している。第１半導体装置１ａと第２半導体装置１ｂは、インダクタンスを考慮して、第２スイッチング素子１１ａが配置されている。第２スイッチング素子１１ａは、物理情報検出部として少なくともセンスソースパターンを有している。
　図１１に示すように、上アーム素子としての第１半導体装置１ａは、ドレイン側の配線とソース側の配線における寄生インダクタンスをＬ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１０とする。一方、下アーム素子としての第２半導体装置１ｂは、ドレイン側の配線とソース側の配線における寄生インダクタンスをＬ３，Ｌ４，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ１１，Ｌ１２とする。これらの寄生インダクタンスの関係は、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＜Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８、かつ、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＜Ｌ９＋Ｌ１０＋Ｌ１１＋Ｌ１２である。
　第１半導体装置１ａは、第１半導体装置１ａにおける最も電流が流れやすい箇所に第２スイッチング素子１１ａが配置されている。同様に、第２半導体装置１ｂは、第２半導体装置１ｂにおける最も電流が流れやすい箇所に第２スイッチング素子１１ａが配置されている。
　半導体装置１ａ，１ｂは、半導体装置１と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置１ａ，１ｂは、最も電流が流れやすい箇所に第２スイッチング素子１１ａが配置されているため、短絡状態を迅速に制御ＥＣＵ３０に通知することができる。よって、半導体装置１ａ，１ｂは、確実に短絡保護ができる。なお、本実施形態は、第１～第４実施形態と組み合わせて実施することもできる。
　（第６実施形態）
　図１２を用いて、本実施形態の半導体装置１ｃに関して説明する。半導体装置１ｃは、三つの半導体パッケージ１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３を備えている点が上記実施形態と異なる。半導体装置１ｃは、第１半導体装置１ａと第２半導体装置１ｂと同様、インダクタンスを考慮して、第２スイッチング素子１１ａが配置されている。各半導体パッケージ１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３のスイッチング素子１１，１１ａは、上記実施形態と同様のものを採用できる。特に、第２スイッチング素子１１ａは、物理情報検出部として少なくともセンスソースパターンを有している。
　第１半導体パッケージ１ｃ１は、二つの第２スイッチング素子１１ａが直列接続されている。つまり、第１半導体パッケージ１ｃ１は、上アーム素子としての第２スイッチング素子１１ａと、下アーム素子としての第２スイッチング素子１１ａとが直列接続されている。また、第１半導体パッケージ１ｃ１は、二つの第２スイッチング素子１１ａに加えて、端子部材、制御用端子、検出用端子、ターミナル、封止部などを備えている。さらに、第１半導体パッケージ１ｃ１は、二つの第２スイッチング素子１１ａを電気的に接続する接続部材を備えている。
　第１半導体パッケージ１ｃ１は、二つの第２スイッチング素子１１ａ、端子部材、制御用端子、検出用端子、ターミナル、接続部材が封止部によって封止されている。第１半導体パッケージ１ｃ１は、半導体装置１と同様、端子部材の一部、制御用端子の一部、検出用端子の一部が封止部から露出されている。このように、第１半導体パッケージ１ｃ１は、２ｉｎ１パッケージ構造をなしている。
　第２半導体パッケージ１ｃ２は、二つの第１スイッチング素子１１が直列に接続されている点が第１半導体パッケージ１ｃ１と異なる。つまり、第２半導体パッケージ１ｃ２は、上アーム素子としての第１スイッチング素子１１と、下アーム素子としての第１スイッチング素子１１とが直列接続されている。その他の構成は、第１半導体パッケージ１ｃ１と同様である。また、第３半導体パッケージ１ｃ３は、第２半導体パッケージ１ｃ２と同様の構成を有している。
　そして、半導体装置１ｃは、各半導体パッケージ１ｃ１～１ｃ３の上アーム素子であるスイッチング素子１１，１１ａが並列接続されており、各半導体パッケージ１ｃ１～１ｃ３の下アーム素子であるスイッチング素子１１，１１ａが並列接続されている。
　第１半導体パッケージ１ｃ１は、各第２スイッチング素子１１ａのドレイン側の配線とソース側の配線における寄生インダクタンスをＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とする。第２半導体パッケージ１ｃ２は、各第１スイッチング素子１１のドレイン側の配線とソース側の配線における寄生インダクタンスをＬ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８とする。第３半導体パッケージ１ｃ３は、各第１スイッチング素子１１のドレイン側の配線とソース側の配線における寄生インダクタンスをＬ９，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２とする。さらに、半導体装置１ｃは、上アーム素子側の配線における寄生インダクタンスをＬ１３，Ｌ１５，Ｌ１７とし、下アーム素子側の配線における寄生インダクタンスをＬ１４，Ｌ１６，Ｌ１８とする。
　これらの寄生インダクタンスの関係は、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ１３＋Ｌ１４＜Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８＋Ｌ１５＋Ｌ１６、かつ、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ１３＋Ｌ１４＜Ｌ９＋Ｌ１０＋Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１７＋Ｌ１８である。また、各半導体パッケージ１ｃ１～１ｃ３は、同様の構成を有しているため、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４≒Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８≒ Ｌ９＋Ｌ１０＋Ｌ１１＋Ｌ１２である。
　半導体装置１ｃは、半導体装置１ｃにおける最も電流が流れやすい箇所に第２スイッチング素子１１ａが配置されている。つまり、半導体装置１ｃは、第１半導体パッケージ１ｃ１に二つの第２スイッチング素子１１ａが配置されている。このため、半導体装置１ｃは、半導体装置１ａ，１ｂと同様の効果を奏することができる。なお、本実施形態は、第１～第４実施形態と組み合わせて実施することもできる。
　（第７実施形態）
　図１３に示すように、半導体装置１は、インバータ回路２０とコンバータ回路２０ａとを備えた電力変換装置に設けられている。半導体装置１の構成は、上記実施形態と同様であり、三つのスイッチング素子１１，１１ａを備えている。インバータ回路２０は、第１実施形態と同様である。一方、コンバータ回路２０ａは、第２実施形態と同様である。
　このように、半導体装置１は、インバータ回路２０とコンバータ回路２０ａとを備えた電力変換装置にも適用することができる。また、半導体装置１は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1. 　並列接続された複数の半導体スイッチング素子（１１，１１ａ）を備えた半導体装置であって、
    　複数の前記半導体スイッチング素子は、一部の前記半導体スイッチング素子のみが、物理情報を検出するための物理情報検出部が設けられた検出部付素子（１１ａ）であり、
    　前記検出部付素子は、電極として、主電極（１１１，１１２，１１２ａ）と、制御用電極（１１３，１１４）と、検出用電極（１１５，１１５ａ～１１５ｃ）と、を有し、
    　複数の前記半導体スイッチング素子における前記検出部付素子とは異なる他半導体スイッチング素子（１１）は、電極として、前記主電極と前記制御用電極とを有している半導体装置。
  2. 　前記他半導体スイッチング素子は、前記検出部付素子よりも体格が小さく、活性化領域の大きさが同等である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記物理情報は、温度である請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記物理情報は、電流値である請求項１または２に記載の半導体装置。
  5. 　冷媒が流れる冷却器に取り付けられるものであって、
    　複数の半導体スイッチング素子は、前記冷媒の流れ方向に沿って配置されており、
    　前記検出部付素子は、前記他半導体スイッチング素子よりも、前記冷媒の流れ方向の下流側に配置されている請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 　複数の前記半導体スイッチング素子を一括して封止している封止部（１８）をさらに備えている請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 　前記主電極は、前記半導体スイッチング素子の一面に形成された第１主電極（１１１）と、前記一面の反対面に形成された第２主電極（１１２，１１２ａ）と、を含み、
    　前記第１主電極に電気的に接続された第１端子部材（１２）と、
    　前記第２主電極に電気的に接続された第２端子部材（１３）と、
    　前記制御用電極に電気的に接続された制御用端子（１９１，１９２）と、
    　前記検出用電極に電気的に接続された検出用端子（１９３～１９５）と、をさらに備え、
    　前記封止部は、前記第１端子部材、前記第２端子部材、前記制御用端子、前記検出用端子のそれぞれの端部が露出した状態で、前記第１端子部材、前記第２端子部材、前記制御用端子、前記検出用端子を覆っている請求項６に記載の半導体装置。
  8. 　複数の前記半導体スイッチング素子は、インバータ回路に設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体装置。
  9. 　複数の前記半導体スイッチング素子は、コンバータ回路に設けられている請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体装置。
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