WO2022185820A1 - 電気機器 - Google Patents

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WO2022185820A1
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switch
semiconductor chip
laminate
terminal
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泰至 古川
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株式会社デンソー
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    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Definitions

  • the disclosure described in this specification relates to an electrical device including a semiconductor chip.
  • Patent Document 1 describes a power supply device that includes a plurality of semiconductor devices, a substrate on which the plurality of semiconductor devices are mounted, and a temperature detector that detects the temperature of one of the plurality of semiconductor devices.
  • the substrate has a thin plate portion with a small thickness and a thick plate portion with a thickness greater than that of the thin plate portion.
  • One of a plurality of semiconductor devices is mounted on the thin plate portion.
  • the rest of the plurality of semiconductor devices are mounted on the thick plate portion.
  • a temperature detector is provided on the semiconductor device mounted on the thin plate. However, there is no disclosure of a configuration for detecting the physical quantity of the semiconductor device mounted on the thick plate portion (second mounting portion).
  • an object of the present disclosure is to provide an electrical device that discloses a configuration in which the physical quantity of the second semiconductor chip mounted on the second mounting portion is detected.
  • An electrical device includes: a first stacked body including a first semiconductor chip having a first switch and a first mounting portion for mounting the first semiconductor chip; a second stacked body having a second semiconductor chip having a second switch and a second mounting portion for mounting the second semiconductor chip, the second stacked body having higher heat dissipation than the first stacked body; a temperature detector provided in the first laminate of the first laminate and the second laminate for detecting the temperature of the first switch; a current detector provided in a second one of the first laminate and the second laminate for detecting a current flowing through the second switch.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an in-vehicle system; FIG. It is a top view explaining a switch module.
  • FIG. 3 is a top view of the switch module with some components removed from FIG. 2; 3 is a cross-sectional view of the switch module taken along line IV-IV shown in FIG. 2;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a modification of the switch module; It is a top view for explaining a modification of the switch module.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a modification of the switch module;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a modification of the switch module;
  • It is a top view for explaining a modification of the switch module.
  • It is a top view for explaining a modification of the switch module.
  • FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a modification of the connection form of the switches;
  • FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a modification of the connection form of the switches; It is a top view for explaining a modification of the switch module.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a modification of the switch module;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a modification of the switch module; It is a top view for explaining a modification of the switch module.
  • This in-vehicle system 100 constitutes a system for an electric vehicle.
  • the in-vehicle system 100 has a battery 200, a power conversion device 300, a motor 400, and a board (not shown).
  • the board is mounted with a plurality of ECUs and a gate driver (not shown) that controls the driving of the switches based on control signals output from the plurality of ECUs.
  • These multiple ECUs send and receive signals to and from multiple other ECUs mounted in various parts of the vehicle. These multiple ECUs control the electric vehicle in cooperation with each other via bus wiring. Through the control of these multiple ECUs, regeneration and power running of motor 400 are controlled according to the SOC of battery 200 .
  • SOC is an abbreviation for state of charge.
  • ECU is an abbreviation for electronic control unit.
  • the ECU generates pulse signals as control signals.
  • the ECU adjusts the on-duty ratio and frequency of this pulse signal.
  • the on-duty ratio and frequency are determined based on the output of a sensor (not shown), the target torque of motor 400, the SOC of battery 200, and the like.
  • the battery 200 has a plurality of secondary batteries. These secondary batteries constitute a battery stack connected in series.
  • the SOC of this battery stack corresponds to the SOC of battery 200 .
  • a lithium-ion secondary battery, a nickel-hydrogen secondary battery, an organic radical battery, or the like can be used as the secondary battery.
  • the power converter 300 has an inverter 500 .
  • the power conversion device 300 performs power conversion between the battery 200 and the motor 400 .
  • the power conversion device 300 converts the DC power of the battery 200 into AC power.
  • the power conversion device 300 converts AC power generated by power generation (regeneration) of the motor 400 into DC power.
  • the motor 400 is connected to the output shaft of an electric vehicle (not shown).
  • the rotational energy of motor 400 is transmitted to the running wheels of the electric vehicle via the output shaft.
  • the rotational energy of the running wheels is transmitted to motor 400 via the output shaft.
  • the motor 400 is powered by AC power supplied from the power converter 300 . As a result, a driving force is applied to the running wheels. Also, the motor 400 is regenerated by rotational energy transmitted from the running wheels. The AC power generated by this regeneration is converted into DC power by the power conversion device 300 . This DC power is supplied to battery 200 . The DC power is also supplied to various electrical loads mounted on the electric vehicle.
  • the inverter 500 has a capacitor 303 and a plurality of switch modules 510 .
  • a first power supply bus bar 301 and a second power supply bus bar 302 are connected to the battery 200 .
  • a capacitor 303 and a plurality of switch modules 510 are connected in parallel between the first power supply bus bar 301 and the second power supply bus bar 302 .
  • a plurality of switch modules 510 and motors 400 are connected via output busbars 440 . Note that the switch module 510 corresponds to the electric device.
  • each of the high-side switches and low-side switches provided in the plurality of switch modules 510 is PWM-controlled by control signals from the ECU.
  • inverter 500 generates a three-phase alternating current.
  • the ECU stops outputting the control signal, for example. Accordingly, the AC power generated by the power generation of the motor 400 passes through the diodes provided in the plurality of three-phase switch modules 510 . As a result, AC power is converted to DC power.
  • Each of the plurality of switch modules 510 has a first switch 521 and a second switch 522 as switches.
  • each of the plurality of switch modules 510 includes a first diode 521a, a second diode 522a, a temperature-sensitive diode 523, a current sensor 545, a signal terminal 549, have Note that the temperature sensitive diode 523 corresponds to the temperature detector. Current sensor 545 corresponds to a current detector.
  • the signal terminal 549 has a gate terminal 543a, a current sensor terminal 545a, an anode terminal 546, a cathode terminal 547, and a Kelvin emitter terminal 548.
  • the gate terminal 543a and the Kelvin emitter terminal 548 correspond to a common terminal.
  • the switch module 510 is configured by coating the first switch 521, the second switch 522, the first diode 521a, the second diode 522a, the temperature sensing diode 523, the current sensor 545, and the signal terminal 549 with the coating resin 600. ing.
  • first switch 521a and the second diode 522a are integrated in the first switch 521 and the second switch 522, respectively.
  • the switch and the diode may be separate structures.
  • each of the first switch 521 and the second switch 522 is not limited to the IGBT.
  • the first switch 521 and the second switch 522 may be semiconductor devices such as MOSFETs.
  • the collector electrode 541 of the first switch 521 is connected to the cathode electrode of the first diode 521a.
  • the emitter electrode 542 of the first switch 521 is connected to the anode electrode of the first diode 521a.
  • a first diode 521 a is connected in anti-parallel to the first switch 521 .
  • a gate terminal 543 a is connected to the gate electrode 543 of the first switch 521 .
  • a temperature sensitive diode 523 is arranged in the first switch 521 .
  • a temperature sensitive diode 523 is a temperature detector for measuring the temperature of the first switch 521 .
  • An anode terminal 546 is connected to the anode of the temperature sensitive diode 523 .
  • a cathode terminal 547 is connected to the cathode of the temperature sensitive diode 523 .
  • the collector electrode 541 of the second switch 522 is connected to the cathode electrode of the second diode 522a.
  • the emitter electrode 542 of the second switch 522 is connected to the anode electrode of the second diode 522a.
  • a second diode 522 a is connected in anti-parallel to the second switch 522 .
  • a gate terminal 543 a is connected to the gate electrode 543 of the second switch 522 .
  • a current sensor 545 is also connected to the second switch 522 .
  • Current sensor 545 is a current detector for measuring the current flowing through second switch 522 .
  • a Kelvin emitter terminal 548 is electrically connected to the emitter electrode 542 of the first switch 521 and the emitter electrode 542 of the second switch 522 .
  • a Kelvin emitter terminal 548 is a terminal for taking out the potential of the emitter electrode 542 of each of the first switch 521 and the second switch 522 .
  • the collector electrode 541 of the first switch 521 and the collector electrode 541 of the second switch 522 are connected via the first conductive portion 530 .
  • the emitter electrode 542 of the first switch 521 and the emitter electrode 542 of the second switch 522 are connected via the second conductive portion 560 .
  • the first switch 521 and the second switch 522 are connected in parallel.
  • the first switch 521 and the second switch 522 are energized simultaneously.
  • first switch 521 for elements common to the first switch 521 and the second switch 522, either the first switch 521 or the second switch 522 is given a reference numeral.
  • a plurality of switch modules 510 includes a high side switch module 517 located on the high side and a low side switch module 518 located on the low side.
  • a portion of the first conductive portion 530 exposed from the coating resin 600 of the high side switch module 517 is connected to the first power supply busbar 301 as a first main terminal.
  • a part of the second conductive portion 560 exposed from the coating resin 600 of the low-side switch module 518 is connected to the second power supply bus bar 302 as a second main terminal.
  • a portion of the second conductive portion 560 exposed from the coating resin 600 of the high side switch module 517 is connected to a portion of the first conductive portion 530 exposed from the coating resin 600 of the low side switch module 518 .
  • the high side switch module 517 and the low side switch module 518 are connected in series between the first power supply bus bar 301 and the second power supply bus bar 302 .
  • the output bus bar 440 is connected to part of the second conductive part 560 of the high side switch module 517 and part of the first conductive part 530 of the low side switch module 518 .
  • the high side switch module 517 includes a first switch module 511 , a third switch module 513 and a fifth switch module 515 .
  • the low side switch module 518 includes a second switch module 512 , a fourth switch module 514 and a sixth switch module 516 .
  • the output busbar 440 includes a U-phase busbar 410 connected to the U-phase stator coil, a V-phase busbar 420 connected to the V-phase stator coil, and a W-phase busbar 430 connected to the W-phase stator coil. .
  • a portion of the second conductive portion 560 of the first switch module 511 and a portion of the first conductive portion 530 of the second switch module 512 are connected to the U-phase stator coil of the motor 400 via the U-phase busbar 410 .
  • a portion of the second conductive portion 560 of the third switch module 513 and a portion of the first conductive portion 530 of the fourth switch module 514 are connected to the V-phase stator coil of the motor 400 via the V-phase busbar 420 .
  • the second conductive portion 560 of the fifth switch module 515 and part of the first conductive portion 530 of the sixth switch module 516 are connected to the W-phase stator coil of the motor 400 via the W-phase bus bar 430 .
  • the switch module 510 includes a first semiconductor substrate 311, a second semiconductor substrate 321, a plurality of pads 570, a plurality of wires 580, a first terminal 591, and a second terminal. 592 and solder 700 .
  • Solder 700 corresponds to a joining member.
  • FIG. 2 shows a top view of the switch module 510.
  • FIG. FIG. 3 is a top view of the switch module 510 omitting the coating resin 600, the second conductive portion 560, the first terminal 591, the second terminal 592, and the solder 700 between the second conductive portion 560 and the terminals from FIG. Figure shows.
  • the contour of the coating resin 600 is indicated by a chain double-dashed line.
  • a boundary between the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 is indicated by a dashed line.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of switch module 510 along line IV-IV shown in FIG.
  • the first semiconductor substrate 311 is the substrate on which the first switch 521, the first diode 521a and the temperature sensitive diode 523 are formed.
  • the first semiconductor substrate 311 is formed of silicon, a wide bandgap semiconductor having a wider bandgap than silicon, or the like.
  • Wide bandgap semiconductors include, for example, silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, and diamond.
  • the temperature sensitive diode 523 is schematically indicated by a dashed line.
  • the first semiconductor substrate 311 has a flat shape with a thin thickness in the z direction.
  • the first semiconductor substrate 311 has a first substrate surface 311a and a second substrate surface 311b aligned in the z-direction.
  • a collector electrode 541 is provided on the first substrate surface 311 a of the first semiconductor substrate 311 .
  • the collector electrode 541 is provided on substantially the entire surface of the first substrate surface 311a.
  • the collector electrode 541 also serves as the cathode electrode of the first diode 521a.
  • An emitter electrode 542 and a gate electrode 543 are provided on the second substrate surface 311 b of the first semiconductor substrate 311 .
  • the emitter electrode 542 and the gate electrode 543 are provided on part of the second substrate surface 311b.
  • the emitter electrode 542 also serves as the anode electrode of the first diode 521a.
  • the gate electrode 543 has, for example, a trench gate structure. Although not shown, the gate electrode 543 is embedded in the first semiconductor substrate 311 .
  • pads 570 with at least four functions are provided on the second substrate surface 311b in addition to the emitter electrode 542 and the gate electrode 543 described above.
  • the four pads 570 are collectively provided at the y-direction end of the second substrate surface 311b so as to line up with the emitter electrode 542 in the y-direction.
  • Pads 570 are electrodes for signals.
  • Pad 570 is electrically isolated from emitter electrode 542 .
  • the four pads 570 are a pad 570 for the gate electrode 543, an anode pad 570 for the temperature sensitive diode 523, a cathode pad 570 for the temperature sensitive diode 523, and a Kelvin emitter pad 570. be.
  • a pad 570 for the gate electrode 543 is connected through a wire 580 to the gate terminal 543a.
  • Anode pad 570 of temperature sensitive diode 523 is connected to anode terminal 546 via wire 580 .
  • a cathode pad 570 of temperature sensitive diode 523 is connected to cathode terminal 547 via wire 580 .
  • Kelvin emitter pad 570 is connected to Kelvin emitter terminal 548 via wire 580 .
  • the first semiconductor substrate 311 , the collector electrode 541 , the emitter electrode 542 and the gate electrode 543 are hereinafter collectively referred to as the first semiconductor chip 310 .
  • the second semiconductor substrate 321 is the substrate on which the second switch 522, the second diode 522a and the current sensor 545 are provided.
  • the second semiconductor substrate 321 is similarly formed of silicon, a wide bandgap semiconductor having a wider bandgap than silicon, or the like.
  • the second semiconductor substrate 321 has a flat shape with a thin thickness in the z direction.
  • the second semiconductor substrate 321 has a third substrate surface 321a and a fourth substrate surface 321b aligned in the z-direction.
  • a collector electrode 541 is provided on the third substrate surface 321 a of the second semiconductor substrate 321 .
  • the collector electrode 541 is provided on substantially the entire surface of the third substrate surface 321a.
  • the collector electrode 541 also serves as the cathode electrode of the second diode 522a.
  • An emitter electrode 542 and a gate electrode 543 are provided on the fourth substrate surface 321 b of the second semiconductor substrate 321 .
  • the emitter electrode 542 and the gate electrode 543 are provided on part of the fourth substrate surface 321b.
  • the emitter electrode 542 also serves as the anode electrode of the second diode 522a.
  • the gate electrode 543 is embedded in the second semiconductor substrate 321 .
  • pads 570 with at least three functions are provided on the fourth substrate surface 321b.
  • the three pads 570 are collectively provided at the y-direction end of the fourth substrate surface 321b so as to line up with the emitter electrode 542 in the y-direction.
  • the three pads 570 are specifically a pad 570 for the gate electrode 543, a pad 570 for the current sensor 545, and a pad 570 for the Kelvin emitter.
  • a pad 570 for the gate electrode 543 is connected through a wire 580 to the gate terminal 543a.
  • Pad 570 for current sensor 545 is connected via wire 580 to current sensor terminal 545a.
  • Kelvin emitter pad 570 is connected to Kelvin emitter terminal 548 via wire 580 .
  • the gate terminal 543a is one of the four pads 570 provided on the first semiconductor substrate 311 and one of the three pads 570 provided on the second semiconductor substrate 321. are connected to each other via different wires 580 .
  • Kelvin emitter terminal 548 is connected to one of four pads 570 provided on first semiconductor substrate 311 and one of three pads 570 provided on second semiconductor substrate 321 via different wires 580 . It is
  • a plurality of wires 580 may be bundled together at junctions between terminals and pads 570 . It is sufficient that the bundled wires 580 and the terminals are electrically connected.
  • the second semiconductor substrate 321 , the collector electrode 541 , the emitter electrode 542 and the gate electrode 543 are hereinafter collectively referred to as the second semiconductor chip 320 .
  • the first conductive portion 530 is made of a metal member containing copper or the like. As shown in FIG. 4, the first conductive portion 530 has a flat shape with a thin thickness in the z direction.
  • the first conductive portion 530 has a first conductive mounting surface 530a and a first conductive exposed surface 530b aligned in the z-direction.
  • the first conductive exposed surface 530b corresponds to the exposed surface.
  • the first conductive portion 530 has a first mounting portion 531 and a second mounting portion 532 having different areas along the x-direction and the y-direction.
  • the area of the first conductive mounting surface 530 a of the first mounting portion 531 is smaller than the area of the first conductive mounting surface 530 a of the second mounting portion 532 .
  • the area of the first conductive exposed surface 530 b of the first mounting portion 531 is smaller than the area of the first conductive exposed surface 530 b of the second mounting portion 532 .
  • the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the first mounting portion 531 is smaller than the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the second mounting portion 532 .
  • the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 are arranged in the x direction.
  • the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 are integrally connected.
  • the material forming the first mounting portion 531 and the material forming the second mounting portion 532 are the same.
  • a solder 700 is provided on the first conductive mounting surface 530a of the first mounting portion 531 as shown in FIG.
  • the first semiconductor chip 310 is mounted on the first mounting portion 531 in such a manner that the collector electrode 541 contacts the solder 700 .
  • solder 700 is provided on the emitter electrode 542 of the first semiconductor chip 310 .
  • solder 700 is provided on the first conductive mounting surface 530 a of the second mounting portion 532 .
  • the second semiconductor chip 320 is mounted on the second mounting portion 532 in such a manner that the collector electrode 541 contacts the solder 700 .
  • solder 700 is provided on the emitter electrode 542 of the second semiconductor chip 320 .
  • the first terminal 591 is a block made of a material containing metal such as copper.
  • a first terminal 591 is mounted on the first semiconductor chip 310 so as to contact the solder 700 provided on the emitter electrode 542 of the first semiconductor chip 310 . Further, solder 700 is provided at a portion of the first terminal 591 on the side spaced apart from the first semiconductor chip 310 in the z direction.
  • the second terminal 592 is a block made of a material containing metal such as copper.
  • a second terminal 592 is mounted on the second semiconductor chip 320 so as to contact the solder 700 provided on the emitter electrode 542 of the second semiconductor chip 320 . Further, solder 700 is provided at a portion of the second terminal 592 on the side spaced apart from the second semiconductor chip 320 in the z direction.
  • the second conductive portion 560 is made of a metal member containing copper or the like. As shown in FIG. 4, the second conductive portion 560 has a flat shape with a thin thickness in the z direction. The second conductive portion 560 has a second conductive mounting surface 560a and a second conductive exposed surface 560b aligned in the z-direction.
  • the second conductive portion 560 has a third mounting portion 561 and a fourth mounting portion 562 having different areas along the x-direction and the y-direction.
  • the third mounting portion 561 has the same shape as the first mounting portion 531 .
  • the fourth mounting portion 562 has the same shape as the second mounting portion 532 .
  • the area of the second conductive mounting surface 560 a of the third mounting portion 561 is smaller than the area of the second conductive mounting surface 560 a of the fourth mounting portion 562 .
  • the area of the second conductive exposed surface 560 b of the third mounting portion 561 is smaller than the area of the second conductive exposed surface 560 b of the fourth mounting portion 562 .
  • the area of the second conductive mounting surface 560a of the third mounting portion 561 may be equal to the area of the second conductive mounting surface 560a of the fourth mounting portion 562.
  • the area of the second conductive exposed surface 560 b of the third mounting portion 561 may be equal to the area of the second conductive exposed surface 560 b of the fourth mounting portion 562 .
  • the third mounting portion 561 and the fourth mounting portion 562 are arranged in the x direction.
  • the third mounting portion 561 and the fourth mounting portion 562 are integrally connected.
  • the material for forming the third mounting portion 561 and the material for forming the fourth mounting portion 562 are the same.
  • a second conductive portion 560 is mounted on the first terminal 591 and the second terminal 592 in such a manner as to contact the solder 700 provided on the first terminal 591 and the solder 700 provided on the second terminal 592 respectively.
  • the third mounting portion 561 is mounted on the first terminal 591 so as to contact the solder 700 provided on the side of the first terminal 591 away from the first semiconductor chip 310 in the z direction. It is
  • a fourth mounting portion 562 is mounted on the second terminal 592 in such a manner as to come into contact with the solder 700 provided at a portion of the second terminal 592 spaced from the second semiconductor chip 320 in the z direction.
  • Coating resin 600 is made of epoxy resin, for example.
  • the coating resin 600 is molded by a transfer molding method. A part of the constituent elements described so far are coated with the coating resin 600 .
  • the coating resin 600 has a substantially rectangular shape.
  • the coating resin 600 has a first main surface 600a, a second main surface 600b, and four connecting surfaces connecting the first main surface 600a and the second main surface 600b, which are aligned in the z-direction.
  • the first conductive exposed surface 530b of the first mounting portion 531 and the first conductive exposed surface 530b of the second mounting portion 532 are exposed from the first main surface 600a.
  • the second conductive exposed surface 560b of the third mounting portion 561 and the second conductive exposed surface 560b of the fourth mounting portion 562 are exposed from the second main surface 600b.
  • a portion of the signal terminal 549 is exposed from one of the four connecting surfaces.
  • a signal terminal 549 exposed from the connecting surface extends toward the substrate.
  • a signal terminal 549 is electrically connected to a gate driver or an ECU mounted on the board.
  • the first switch 521 is formed on the first semiconductor substrate 311 as described above.
  • a second switch 522 is formed on the second semiconductor substrate 321 .
  • An IGBT is applied to each of the first switch 521 and the second switch 522 .
  • the z-direction thickness of the first semiconductor substrate 311 is equal to the z-direction thickness of the second semiconductor substrate 321 .
  • the area of the first substrate surface 311a of the first semiconductor substrate 311 and the area of the third substrate surface 321a of the second semiconductor substrate 321 are equal.
  • the second substrate surface 311b of the first semiconductor substrate 311 and the fourth substrate surface 321b of the second semiconductor substrate 321 have the same area.
  • the area of any plane along the x-direction and y-direction of the first semiconductor substrate 311 is equal to the area of any plane along the x-direction and y-direction of the second semiconductor substrate 321 .
  • the number of first switches 521 formed on the first semiconductor substrate 311 is equal to the number of second switches 522 formed on the second semiconductor substrate 321 .
  • the number of first switches 521 provided on the first semiconductor chip 310 is equal to the number of second switches 522 provided on the second semiconductor chip 320 .
  • the area of any plane along the x and y directions of the first mounting portion 531 is smaller than the area of any plane along the x and y directions of the second mounting portion 532 .
  • an overlapping area 800 where the projection area of the first mounting portion 531 in the y direction and the projection area of the second mounting portion 532 in the x direction overlap is a gap.
  • a signal terminal 549 is provided in this overlapping region 800 .
  • the signal terminal 549 includes the gate terminal 543a and the Kelvin emitter terminal 548 commonly connected to the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320, respectively.
  • the overlapping region 800 is indicated by hatching in the drawing.
  • the z-direction thickness of the first mounting portion 531 and the z-direction thickness of the second mounting portion 532 are equal.
  • the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the first mounting portion 531 is smaller than the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the second mounting portion 532 .
  • the volume of the first mounting portion 531 is smaller than the volume of the second mounting portion 532 .
  • the number of first switches 521 formed on the first semiconductor substrate 311 is equal to the number of second switches 522 formed on the second semiconductor substrate 321 .
  • the heat dissipation from the second semiconductor chip 320 to the second mounting portion 532 is higher than the heat dissipation from the first semiconductor chip 310 to the first mounting portion 531 .
  • the first semiconductor chip 310 is more difficult to dissipate heat than the second semiconductor chip 320 .
  • the heat dissipation of the second stacked body 340 with the second semiconductor chip 320 mounted on the second mounting portion 532 is equal to the heat dissipation of the first stacked body 330 with the first semiconductor chip 310 mounted on the first mounting portion 531. higher than sex.
  • the first stacked body 330 is more difficult to dissipate heat than the second stacked body 340 .
  • the temperature sensitive diode 523 for measuring the temperature of the first switch 521 is provided on the first semiconductor substrate 311 .
  • a current sensor 545 that measures the current flowing through the second switch 522 is provided on the second semiconductor substrate 321 .
  • a configuration is disclosed in which a current sensor 545 that measures the current flowing through the second switch 522 as a physical quantity of the second semiconductor chip 320 is mounted on the second laminate 340 .
  • the first switch 521 and the second switch 522 are connected in parallel.
  • the first switch 521 and the second switch 522 are energized simultaneously.
  • the heat dissipation from the second semiconductor chip 320 to the second mounting portion 532 is higher than the heat dissipation from the first semiconductor chip 310 to the first mounting portion 531 .
  • the temperature of the first semiconductor chip 310 tends to be higher than the temperature of the second semiconductor chip 320 .
  • the temperature of the first switch 521 tends to be higher than the temperature of the second switch 522 . Accordingly, the on-resistance of the first switch 521 tends to be higher than the on-resistance of the second switch 522 . The on-resistance of the second switch 522 tends to be lower than the on-resistance of the first switch 521 . Therefore, current flows more easily through the second switch 522 than through the first switch 521 .
  • the temperature of the second switch 522 can be estimated based on the temperature of the first switch 521.
  • the current value flowing through the first switch 521 can be estimated based on the current value of the current flowing through the second switch 522 .
  • the configuration for detecting the amount of current flowing through the second switch 522 instead of the current flowing through the first switch 521 is an effective configuration.
  • the temperature of the second semiconductor chip 320 can be estimated based on the temperature of the first semiconductor chip 310.
  • the current value flowing through the first semiconductor chip 310 can be estimated based on the current value of the current flowing through the second semiconductor chip 320 .
  • the board is equipped with multiple ECUs and a gate driver (not shown) that controls the driving of the switches based on the signals from the multiple ECUs.
  • a signal terminal 549 is electrically connected to the gate driver and the ECU. Therefore, the driving of the first switch 521 and the second switch 522 is controlled based on the detection result of the temperature sensitive diode 523 and the detection result of the current sensor 545 .
  • the driving of the first switch 521 and the second switch 522 before the temperature of the first switch 521 and the second switch 522 becomes excessive. Before the overcurrent flows through the first switch 521 and the second switch 522, the driving of the first switch 521 and the second switch 522 can be limited. The protection function of the inverter 500 is enhanced.
  • the signal terminal 549 is provided in the overlapping area 800 where the projected area of the first mounting portion 531 in the y direction and the projected area of the second mounting portion 532 in the x direction overlap. This reduces the size of the switch module 510 in the x direction.
  • the signal terminal 549 includes the gate terminal 543a and the Kelvin emitter terminal 548 commonly connected to the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320, respectively. Accordingly, an increase in the number of signal terminals 549 is suppressed. An increase in the number of parts is suppressed.
  • plating 810 containing nickel having a lower thermal conductivity than copper is applied to the surfaces including the first conductive mounting surface 530a and the first conductive mounting surface 530a of the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532, respectively. is applied.
  • the thickness of the plating 810 applied to the surface of the second mounting portion 532 may be thinner than the thickness of the plating 810 applied to the surface of the first mounting portion 531 .
  • the second mounting portion 532 may contain a different material having a higher thermal conductivity than the material forming the first mounting portion 531 .
  • the difference in the material forming the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 is indicated by the difference in hatching.
  • the z-direction thickness of the second mounting portion 532 may be greater than the z-direction thickness of the first mounting portion 531 .
  • the z-direction thickness of the fourth mounting portion 562 may be greater than the z-direction thickness of the third mounting portion 561 .
  • solder 700 provided between the second semiconductor chip 320 and the second mounting portion 532 has a larger thickness than the solder 700 provided between the first semiconductor chip 310 and the first mounting portion 531.
  • a different material with high thermal conductivity may be included.
  • the difference between the solder 700 provided between the first semiconductor chip 310 and the first mounting portion 531 and the solder 700 provided between the second semiconductor chip 320 and the second mounting portion 532 is indicated by hatching. The difference is shown.
  • the first layered body 330 and the second layered body 340 may be coated with different coating resins 600 .
  • the electrical connection form of the first switch 521 and the second switch 522 is shown in FIG.
  • the collector electrode 541 of the first switch 521 is electrically and mechanically connected to the collector electrode 541 of the second switch 522 via the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 .
  • the emitter electrode 542 of the first switch 521 is electrically and mechanically connected to the emitter electrode 542 of the second switch 522 via the third mounting portion 561 and the fourth mounting portion 562 .
  • the first switch 521 and the second switch 522 may be connected in series. In that case, as shown in FIG. 13, the first mounting portion 531 and the second mounting portion 532 are separated.
  • the first mounting portion 531 has a first joint 531a extending toward the fourth mounting portion 562 side.
  • the fourth mounting portion 562 has a second joint 562a extending toward the third mounting portion 561 and connected to the first joint 531a.
  • the first joint 531a and the second joint 562a are electrically and mechanically connected via solder 700.
  • the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320 are electrically connected.
  • the collector electrode 541 of the first switch 521 is electrically and mechanically connected to the first power supply bus bar 301 via the second mounting portion 532 .
  • the emitter electrode 542 of the second switch 522 is electrically and mechanically connected to the second power supply busbar 302 via the third mounting portion 561 .
  • the z-direction thickness of the first semiconductor chip 310 may be greater than the z-direction thickness of the second semiconductor chip 320 .
  • the on-resistance of the first semiconductor chip 310 is higher than the on-resistance of the second semiconductor chip 320 when the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320 are not energized.
  • the temperature of the first semiconductor chip 310 tends to be higher than the temperature of the second semiconductor chip 320 .
  • the temperature of the second semiconductor chip 320 can be estimated based on the temperature of the first semiconductor chip 310.
  • the current value flowing through the first semiconductor chip 310 can be estimated based on the current value of the current flowing through the second semiconductor chip 320 .
  • the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the first semiconductor chip 310 is smaller than the area of an arbitrary plane along the x-direction and the y-direction of the second semiconductor chip 320.
  • the on-resistance of the first semiconductor chip 310 is higher than the on-resistance of the second semiconductor chip 320 when the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320 are not energized.
  • the temperature of the first semiconductor chip 310 tends to be higher than the temperature of the second semiconductor chip 320 .
  • the temperature of the second semiconductor chip 320 can be estimated based on the temperature of the first semiconductor chip 310.
  • the current value flowing through the first semiconductor chip 310 can be estimated based on the current value of the current flowing through the second semiconductor chip 320 .
  • Semiconductor chips included in the switch module 510 are not limited to the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320 .
  • the switch module 510 may include another semiconductor chip in addition to the first semiconductor chip 310 and the second semiconductor chip 320 . In that case, the temperature-sensitive diode 523 may not be provided on another semiconductor chip.
  • the current sensor 545 may not be provided on another semiconductor chip.
  • the types of semiconductor elements applied to the first switch 521 and the second switch 522 may be different.

Landscapes

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Abstract

第１スイッチ（５２１）を有する第１半導体チップ（３１０）、および、第１半導体チップを搭載する第１搭載部（５３１）を備える第１積層体（３３０）と、　第２スイッチ（５２２）を有する第２半導体チップ（３２０）、および、第２半導体チップを搭載する第２搭載部（５３２）を備え、第１積層体よりも放熱性の高い第２積層体（３４０）と、　第１積層体と第２積層体のうちの第１積層体に設けられ、第１スイッチの温度を検出する温度検出器（５２３）と、　第１積層体と第２積層体のうちの第２積層体に設けられ、第２スイッチに流れる電流を検出する電流検出器（５４５）と、を備える電気機器。

Description

電気機器 関連出願の相互参照
　この出願は、２０２１年３月３日に日本に出願された特許出願第２０２１－０３３７９４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。
　本明細書に記載の開示は、半導体チップを備える電気機器に関するものである。
　特許文献１には、複数の半導体デバイスと、複数の半導体デバイスの搭載される基板と、複数の半導体デバイスのうちの１つの温度を検出する温度検出器を備える電源装置が記載されている。
特開２０１４－０９６８８６号公報
　基板は厚さの薄い薄板部と薄板部よりも厚さの厚い厚板部を有している。薄板部に複数の半導体デバイスのうちの１つが搭載されている。厚板部に複数の半導体デバイスのうちの残りが搭載されている。
　薄板部に搭載された半導体デバイスに温度検出器が設けられている。しかしながら厚板部（第２搭載部）に搭載された半導体デバイスの物理量を検出する構成の開示がなかった。
　そこで本開示の目的は、第２搭載部に搭載された第２半導体チップの物理量が検出される構成が開示された電気機器を提供することである。
　本開示の一態様による電気機器は、
　第１スイッチを有する第１半導体チップ、および、第１半導体チップを搭載する第１搭載部を備える第１積層体と、
　第２スイッチを有する第２半導体チップ、および、第２半導体チップを搭載する第２搭載部を備え、第１積層体よりも放熱性の高い第２積層体と、
　第１積層体と第２積層体のうちの第１積層体に設けられ、第１スイッチの温度を検出する温度検出器と、
　第１積層体と第２積層体のうちの第２積層体に設けられ、第２スイッチに流れる電流を検出する電流検出器と、を備える。
　これによれば、第２搭載部に搭載された第２半導体チップの物理量として電流量が検出される構成が開示された。
　なお、添付した請求の範囲の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
車載システムを示す回路図である。 スイッチモジュールを説明する上面図である。 図２から一部の構成要素を除いたスイッチモジュールの上面図である。 図２に示すＩＶ－ＩＶ線に沿うスイッチモジュールの断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための上面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための上面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための上面図である。 スイッチの接続形態の変形例を説明するための回路図である。 スイッチの接続形態の変形例を説明するための回路図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための上面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための断面図である。 スイッチモジュールの変形例を説明するための上面図である。
　以下、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適用することができる。
　また、各実施形態で組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。
　以下、実施形態を図に基づいて説明する。
　（第１実施形態）
　先ず、図１に基づいて電力変換装置３００の設けられる車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００はバッテリ２００、電力変換装置３００、モータ４００、および、図示しない基板を有する。基板には複数のＥＣＵと、複数のＥＣＵから出力される制御信号に基づいてスイッチの駆動を制御する図示しないゲートドライバが搭載されている。
　これら複数のＥＣＵは車両の各所に搭載された複数の別のＥＣＵと相互に信号を送受信している。これら複数のＥＣＵはバス配線を介して互いに協調して電気自動車を制御している。これら複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の回生と力行が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。
　ＥＣＵは制御信号としてパルス信号を生成している。ＥＣＵはこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整している。このオンデューティ比と周波数は、図示しないセンサの出力、および、モータ４００の目標トルクやバッテリ２００のＳＯＣなどに基づいて決定される。
　バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。
　電力変換装置３００はインバータ５００を有する。インバータ５００として電力変換装置３００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換装置３００はバッテリ２００の直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置３００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力を直流電力に変換する。
　モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。
　モータ４００は電力変換装置３００から供給される交流電力によって力行する。これにより走行輪への推進力の付与が成される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換装置３００によって直流電力に変換される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。
　＜インバータ＞
　インバータ５００はコンデンサ３０３と複数のスイッチモジュール５１０を有する。バッテリ２００に第１給電バスバ３０１と第２給電バスバ３０２とが接続されている。第１給電バスバ３０１と第２給電バスバ３０２との間にコンデンサ３０３と複数のスイッチモジュール５１０が並列接続されている。複数のスイッチモジュール５１０とモータ４００が出力バスバ４４０を介して接続されている。なお、スイッチモジュール５１０が電気機器に相当する。
　モータ４００を力行する場合、ＥＣＵからの制御信号によって複数のスイッチモジュール５１０の備えるハイサイドスイッチとローサイドスイッチそれぞれがＰＷＭ制御される。これによりインバータ５００で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＥＣＵは例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が３相の複数のスイッチモジュール５１０の備えるダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。
　　＜スイッチモジュール＞
　複数のスイッチモジュール５１０それぞれはスイッチとして、第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２を有する。また複数のスイッチモジュール５１０それぞれは、第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２の他に、第１ダイオード５２１ａと、第２ダイオード５２２ａと、感温ダイオード５２３と、電流センサ５４５と、信号端子５４９と、を有する。なお感温ダイオード５２３が温度検出器に相当する。電流センサ５４５が電流検出器に相当する。
　信号端子５４９は、ゲート端子５４３ａ、電流センサ端子５４５ａ、アノード端子５４６、カソード端子５４７、および、ケルビンエミッタ端子５４８を有する。なお、ゲート端子５４３ａとケルビンエミッタ端子５４８は共通端子に相当する。
　第１スイッチ５２１、第２スイッチ５２２、第１ダイオード５２１ａ、第２ダイオード５２２ａ、感温ダイオード５２３、電流センサ５４５、および、信号端子５４９が被覆樹脂６００に被覆されることでスイッチモジュール５１０が構成されている。
　なお、本実施形態では第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２それぞれに第１ダイオード５２１ａ、第２ダイオード５２２ａが一体化したＲＣＩＧＢＴを適用した例について説明する。もちろん、スイッチとダイオードが別体構造でもよい。なお、第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２それぞれはＩＧＢＴに限定されない。第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２はＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子であってもよい。
　図１に示すように、第１スイッチ５２１のコレクタ電極５４１に第１ダイオード５２１ａのカソード電極が接続されている。第１スイッチ５２１のエミッタ電極５４２に第１ダイオード５２１ａのアノード電極が接続されている。第１スイッチ５２１に第１ダイオード５２１ａが逆並列接続されている。
　第１スイッチ５２１のゲート電極５４３にゲート端子５４３ａが接続されている。
　また第１スイッチ５２１に感温ダイオード５２３が配置されている。感温ダイオード５２３は第１スイッチ５２１の温度を測定するための温度検出器である。感温ダイオード５２３のアノードにアノード端子５４６が接続されている。感温ダイオード５２３のカソードにカソード端子５４７が接続されている。
　第２スイッチ５２２のコレクタ電極５４１に第２ダイオード５２２ａのカソード電極が接続されている。第２スイッチ５２２のエミッタ電極５４２に第２ダイオード５２２ａのアノード電極が接続されている。第２スイッチ５２２に第２ダイオード５２２ａが逆並列接続されている。
　第２スイッチ５２２のゲート電極５４３にゲート端子５４３ａが接続されている。
　また第２スイッチ５２２に電流センサ５４５が接続されている。電流センサ５４５は第２スイッチ５２２に流れる電流を測定するための電流検出器である。
　さらに第１スイッチ５２１のエミッタ電極５４２と第２スイッチ５２２のエミッタ電極５４２にケルビンエミッタ端子５４８が電気的に接続されている。ケルビンエミッタ端子５４８は第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２それぞれのエミッタ電極５４２の電位を取り出すための端子である。
　図１に示すように第１スイッチ５２１のコレクタ電極５４１と第２スイッチ５２２のコレクタ電極５４１とが第１導電部５３０を介して接続されている。第１スイッチ５２１のエミッタ電極５４２と第２スイッチ５２２のエミッタ電極５４２とが第２導電部５６０を介して接続されている。これによって第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２が並列接続されている。第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２に同時に通電されるようになっている。
　なお、図面においては第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２に共通する要素については、第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２のどちらか一方に符号を付与している。
　複数のスイッチモジュール５１０にはハイサイド側に位置するハイサイドスイッチモジュール５１７とローサイド側に位置するローサイドスイッチモジュール５１８が含まれている。
　図１に示すようにハイサイドスイッチモジュール５１７の被覆樹脂６００から露出した第１導電部５３０の一部が第１主端子として第１給電バスバ３０１に接続されている。
　ローサイドスイッチモジュール５１８の被覆樹脂６００から露出した第２導電部５６０の一部が第２主端子として第２給電バスバ３０２に接続されている。
　ハイサイドスイッチモジュール５１７の被覆樹脂６００から露出された第２導電部５６０の一部が、ローサイドスイッチモジュール５１８の被覆樹脂６００から露出された第１導電部５３０の一部に接続されている。
　これによってハイサイドスイッチモジュール５１７とローサイドスイッチモジュール５１８とが第１給電バスバ３０１と第２給電バスバ３０２の間で直列接続されている。
　さらにハイサイドスイッチモジュール５１７の第２導電部５６０の一部とローサイドスイッチモジュール５１８の第１導電部５３０の一部に出力バスバ４４０が接続されている。
　またハイサイドスイッチモジュール５１７には第１スイッチモジュール５１１と第３スイッチモジュール５１３と第５スイッチモジュール５１５が含まれている。
　ローサイドスイッチモジュール５１８には第２スイッチモジュール５１２と第４スイッチモジュール５１４と第６スイッチモジュール５１６が含まれている。
　出力バスバ４４０にはＵ相ステータコイルに接続されるＵ相バスバ４１０と、Ｖ相ステータコイルに接続されるＶ相バスバ４２０と、Ｗ相ステータコイルに接続されるＷ相バスバ４３０が含まれている。
　第１スイッチモジュール５１１の第２導電部５６０の一部と第２スイッチモジュール５１２の第１導電部５３０の一部がＵ相バスバ４１０を介してモータ４００のＵ相ステータコイルに接続されている。
　第３スイッチモジュール５１３の第２導電部５６０の一部と第４スイッチモジュール５１４の第１導電部５３０の一部がＶ相バスバ４２０を介してモータ４００のＶ相ステータコイルに接続されている。
　第５スイッチモジュール５１５の第２導電部５６０と第６スイッチモジュール５１６の第１導電部５３０の一部がＷ相バスバ４３０を介してモータ４００のＷ相ステータコイルに接続されている。
　＜スイッチモジュールの機械的構成＞
　以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向とする。なお、図面においては「方向」の記載を省略している。ｘ方向は第１方向に相当する。ｙ方向は第２方向に相当する。なお、図面においてはバッテリ２００を「ＢＡＴＴ」と略している。
　スイッチモジュール５１０はこれまでに説明した構成要素の他に、第１半導体基板３１１と、第２半導体基板３２１と、複数のパッド５７０と、複数のワイヤ５８０と、第１ターミナル５９１と、第２ターミナル５９２と、はんだ７００と、を有する。はんだ７００は接合部材に相当する。
　図２はスイッチモジュール５１０の上面図を示している。図３は図２から被覆樹脂６００と、第２導電部５６０と、第１ターミナル５９１と、第２ターミナル５９２と、第２導電部５６０とターミナルの間のはんだ７００を省略したスイッチモジュール５１０の上面図を示している。図３では被覆樹脂６００の輪郭を二点鎖線で示している。また第１搭載部５３１と第２搭載部５３２の境界を破線で示している。以下に説明する図面においても同様である。図４では図２に示すＩＶ－ＩＶ線に沿ったスイッチモジュール５１０の断面図を示している。
　＜第１半導体基板＞
　第１半導体基板３１１とは第１スイッチ５２１と第１ダイオード５２１ａと感温ダイオード５２３の形成される基板のことである。第１半導体基板３１１はシリコン、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から形成されている。
　なお、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、窒化ガリウム、酸化ガリウム、ダイヤモンドがある。図２および図３においては感温ダイオード５２３を模式的に破線で示している。
　図４に示すように第１半導体基板３１１はｚ方向に厚さの薄い扁平形状を成している。第１半導体基板３１１はｚ方向に並ぶ第１基板面３１１ａと第２基板面３１１ｂを有する。
　第１半導体基板３１１の第１基板面３１１ａには、コレクタ電極５４１が設けられている。コレクタ電極５４１は、第１基板面３１１ａのほぼ全面に設けられている。コレクタ電極５４１は、第１ダイオード５２１ａのカソード電極を兼ねている。
　第１半導体基板３１１の第２基板面３１１ｂには、エミッタ電極５４２とゲート電極５４３とが設けられている。エミッタ電極５４２とゲート電極５４３は第２基板面３１１ｂの一部に設けられている。エミッタ電極５４２は、第１ダイオード５２１ａのアノード電極を兼ねている。ゲート電極５４３は例えばトレンチゲート構造を成している。図示しないがゲート電極５４３は第１半導体基板３１１に埋め込まれている。
　図２または図３に示すように第２基板面３１１ｂには上記したエミッタ電極５４２とゲート電極５４３の他に、少なくとも４つの機能のパッド５７０が設けられている。４つのパッド５７０はエミッタ電極５４２とｙ方向で並ぶ態様で第２基板面３１１ｂのｙ方向の端にまとめて設けられている。パッド５７０は、信号用の電極である。パッド５７０は、エミッタ電極５４２と電気的に分離されている。
　４つパッド５７０とは具体的に、ゲート電極５４３用のパッド５７０と、感温ダイオード５２３のアノード用のパッド５７０と、感温ダイオード５２３のカソード用のパッド５７０と、ケルビンエミッタ用のパッド５７０である。
　ゲート電極５４３用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してゲート端子５４３ａに接続されている。感温ダイオード５２３のアノード用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してアノード端子５４６に接続されている。感温ダイオード５２３のカソード用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してカソード端子５４７に接続されている。ケルビンエミッタ用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してケルビンエミッタ端子５４８に接続されている。
　以下、第１半導体基板３１１とコレクタ電極５４１とエミッタ電極５４２とゲート電極５４３を併せて第１半導体チップ３１０と示す。
　＜第２半導体基板＞
　第２半導体基板３２１とは第２スイッチ５２２と第２ダイオード５２２ａと電流センサ５４５の設けられる基板のことである。第２半導体基板３２１も同様にシリコン、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から形成されている。
　なお、図２および図３においては電流センサ５４５を模式的に破線で示している。
　図４に示すように第２半導体基板３２１はｚ方向に厚さの薄い扁平形状を成している。第２半導体基板３２１はｚ方向に並ぶ第３基板面３２１ａと第４基板面３２１ｂを有する。
　第２半導体基板３２１の第３基板面３２１ａには、コレクタ電極５４１が設けられている。コレクタ電極５４１は、第３基板面３２１ａのほぼ全面に設けられている。コレクタ電極５４１は、第２ダイオード５２２ａのカソード電極を兼ねている。
　第２半導体基板３２１の第４基板面３２１ｂには、エミッタ電極５４２とゲート電極５４３とが設けられている。エミッタ電極５４２とゲート電極５４３は第４基板面３２１ｂの一部に設けられている。エミッタ電極５４２は、第２ダイオード５２２ａのアノード電極を兼ねている。図示しないがゲート電極５４３は第２半導体基板３２１に埋め込まれている。
　また第４基板面３２１ｂには上記したゲート電極５４３とエミッタ電極５４２の他に、少なくとも３つの機能のパッド５７０が設けられている。３つのパッド５７０はエミッタ電極５４２とｙ方向で並ぶ態様で第４基板面３２１ｂのｙ方向の端にまとめて設けられている。
　３つパッド５７０とは具体的に、ゲート電極５４３用のパッド５７０と、電流センサ５４５用のパッド５７０と、ケルビンエミッタ用のパッド５７０である。
　ゲート電極５４３用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してゲート端子５４３ａに接続されている。電流センサ５４５用のパッド５７０がワイヤ５８０を介して電流センサ端子５４５ａに接続されている。ケルビンエミッタ用のパッド５７０がワイヤ５８０を介してケルビンエミッタ端子５４８に接続されている。
　なお、図２および図３に示すようにゲート端子５４３ａは、第１半導体基板３１１に設けられる４つのパッド５７０のうちの１つと、第２半導体基板３２１に設けられる３つのパッド５７０のうちの１つそれぞれに異なるワイヤ５８０を介して接続されている。
　ケルビンエミッタ端子５４８は、第１半導体基板３１１に設けられる４つのパッド５７０のうちの１つと、第２半導体基板３２１に設けられる３つのパッド５７０のうちの１つそれぞれに異なるワイヤ５８０を介して接続されている。
　なお、端子に複数のワイヤ５８０が接続される場合、複数のワイヤ５８０は別々に端子に接続されていなくてもよい。複数のワイヤ５８０が端子とパッド５７０の間の中継点で１つに束ねられていてもよい。束ねられた複数のワイヤ５８０と端子が電気的に接続されていればよい。
　以下、第２半導体基板３２１とコレクタ電極５４１とエミッタ電極５４２とゲート電極５４３を併せて第２半導体チップ３２０と示す。
　＜第１導電部＞
　第１導電部５３０は銅などを含む金属部材から構成されている。図４に示すように第１導電部５３０はｚ方向に厚さの薄い扁平形状を成している。第１導電部５３０はｚ方向に並ぶ第１導電搭載面５３０ａと第１導電露出面５３０ｂを有する。第１導電露出面５３０ｂが露出面に相当する。
　図２および図３に示すように第１導電部５３０はｘ方向とｙ方向に沿う面積の異なる第１搭載部５３１と第２搭載部５３２を有している。第１搭載部５３１の第１導電搭載面５３０ａの面積が第２搭載部５３２の第１導電搭載面５３０ａの面積よりも小さくなっている。第１搭載部５３１の第１導電露出面５３０ｂの面積が第２搭載部５３２の第１導電露出面５３０ｂの面積よりも小さくなっている。第１搭載部５３１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積が、第２搭載部５３２のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積よりも小さくなっている。
　第１搭載部５３１と第２搭載部５３２がｘ方向に並んでいる。第１搭載部５３１と第２搭載部５３２が一体的に連結されている。第１搭載部５３１の形成材料と第２搭載部５３２の形成材料が等しくなっている。
　図４に示すように第１搭載部５３１の第１導電搭載面５３０ａにはんだ７００が設けられている。はんだ７００にコレクタ電極５４１が接触する態様で、第１搭載部５３１に第１半導体チップ３１０が搭載されている。さらに第１半導体チップ３１０のエミッタ電極５４２にはんだ７００が設けられている。
　同様に第２搭載部５３２の第１導電搭載面５３０ａにはんだ７００が設けられている。はんだ７００にコレクタ電極５４１が接触する態様で、第２搭載部５３２に第２半導体チップ３２０が搭載されている。さらに第２半導体チップ３２０のエミッタ電極５４２にはんだ７００が設けられている。
　＜第１ターミナル＞
　第１ターミナル５９１は銅などの金属を含む形成材料で形成されたブロック体である。
　第１半導体チップ３１０のエミッタ電極５４２に設けられたはんだ７００に接触する態様で、第１半導体チップ３１０に第１ターミナル５９１が搭載されている。さらに第１ターミナル５９１の第１半導体チップ３１０からｚ方向で離間した側の部位にはんだ７００が設けられている。
　＜第２ターミナル＞
　第２ターミナル５９２は銅などの金属を含む形成材料で形成されたブロック体である。
　第２半導体チップ３２０のエミッタ電極５４２に設けられたはんだ７００に接触する態様で、第２半導体チップ３２０に第２ターミナル５９２が搭載されている。さらに第２ターミナル５９２の第２半導体チップ３２０からｚ方向で離間した側の部位にはんだ７００が設けられている。
　＜第２導電部＞
　第２導電部５６０は銅などを含む金属部材から構成されている。図４に示すように第２導電部５６０はｚ方向に厚さの薄い扁平形状を成している。第２導電部５６０はｚ方向に並ぶ第２導電搭載面５６０ａと第２導電露出面５６０ｂを有する。
　第２導電部５６０はｘ方向とｙ方向に沿う面積の異なる第３搭載部５６１と第４搭載部５６２を有している。第３搭載部５６１は第１搭載部５３１と同様の形状を成している。第４搭載部５６２は第２搭載部５３２と同様の形状を成している。
　第３搭載部５６１の第２導電搭載面５６０ａの面積が、第４搭載部５６２の第２導電搭載面５６０ａの面積よりも小さくなっている。第３搭載部５６１の第２導電露出面５６０ｂの面積が、第４搭載部５６２の第２導電露出面５６０ｂの面積よりも小さくなっている。
　なお、第３搭載部５６１の第２導電搭載面５６０ａの面積が、第４搭載部５６２の第２導電搭載面５６０ａの面積と等しくなっていてもよい。第３搭載部５６１の第２導電露出面５６０ｂの面積が、第４搭載部５６２の第２導電露出面５６０ｂの面積と等しくなっていてもよい。
　第３搭載部５６１と第４搭載部５６２がｘ方向に並んでいる。第３搭載部５６１と第４搭載部５６２が一体的に連結されている。第３搭載部５６１の形成材料と第４搭載部５６２の形成材料が等しくなっている。
　第１ターミナル５９１に設けられたはんだ７００と第２ターミナル５９２に設けられたはんだ７００それぞれに接触する態様で、第１ターミナル５９１および第２ターミナル５９２に第２導電部５６０が搭載されている。
　より具体的に言えば、第１ターミナル５９１の第１半導体チップ３１０からｚ方向で離間した側の部位に設けられたはんだ７００に接触する態様で、第１ターミナル５９１に第３搭載部５６１が搭載されている。
　第２ターミナル５９２の第２半導体チップ３２０からｚ方向で離間した部位に設けられたはんだ７００に接触する態様で、第２ターミナル５９２に第４搭載部５６２が搭載されている。
　＜被覆樹脂＞
　被覆樹脂６００は、たとえばエポキシ系樹脂を材料とする。被覆樹脂６００はトランスファモールド法により成形されている。被覆樹脂６００にこれまでに説明した構成要素の一部が被覆されている。
　図４に示すように、被覆樹脂６００は略矩形状を成している。被覆樹脂６００は、ｚ方向に並ぶ第１主面６００ａと、第２主面６００ｂと、第１主面６００ａと第２主面６００ｂを連結する４つの連結面を有している。
　第１主面６００ａから第１搭載部５３１の第１導電露出面５３０ｂと第２搭載部５３２の第１導電露出面５３０ｂが露出されている。
　第２主面６００ｂから第３搭載部５６１の第２導電露出面５６０ｂと第４搭載部５６２の第２導電露出面５６０ｂが露出している。
　４つの連結面のうちの一つから信号端子５４９の一部が露出されている。連結面から露出した信号端子５４９は基板に向かって延びている。そして信号端子５４９が基板に搭載されたゲートドライバやＥＣＵに電気的に接続されている。
　＜第１半導体チップと第２半導体チップ＞
　これまでに説明したように第１半導体基板３１１に第１スイッチ５２１が形成されている。第２半導体基板３２１に第２スイッチ５２２が形成されている。第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２それぞれにはＩＧＢＴが適用されている。
　図４に示すように第１半導体基板３１１のｚ方向の厚さが、第２半導体基板３２１のｚ方向の厚さと等しくなっている。
　図２～図４に示すように第１半導体基板３１１の第１基板面３１１ａの面積と第２半導体基板３２１の第３基板面３２１ａの面積が等しくなっている。第１半導体基板３１１の第２基板面３１１ｂと第２半導体基板３２１の第４基板面３２１ｂの面積が等しくなっている。第１半導体基板３１１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積が、第２半導体基板３２１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積と等しくなっている。
　第１半導体基板３１１に形成される第１スイッチ５２１の数が、第２半導体基板３２１に形成される第２スイッチ５２２の数と等しくなっている。第１半導体チップ３１０に設けられる第１スイッチ５２１の数が、第２半導体チップ３２０に設けられる第２スイッチ５２２の数と等しくなっている。
　＜信号端子の配置＞
　これまでに説明したように第１搭載部５３１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積が、第２搭載部５３２のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積よりも小さくなっている。
　そのために図３に示すように第１搭載部５３１のｙ方向への投影領域と、第２搭載部５３２のｘ方向への投影領域の重なる重なり領域８００が空隙になっている。この重なり領域８００に信号端子５４９が設けられている。
　また上記したように信号端子５４９には第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０それぞれに共通して接続されるゲート端子５４３ａとケルビンエミッタ端子５４８が含まれている。なお、図面においては重なり領域８００をハッチングで示している。
　＜半導体チップから搭載部への放熱性＞
　これまでに説明したように第１搭載部５３１のｚ方向の厚さと第２搭載部５３２のｚ方向の厚さが等しくなっている。第１搭載部５３１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積が、第２搭載部５３２のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積よりも小さくなっている。これは即ち、第１搭載部５３１の体積が第２搭載部５３２の体積よりも小さいともいえる。
　上記したように第１半導体基板３１１に形成される第１スイッチ５２１の数が、第２半導体基板３２１に形成される第２スイッチ５２２の数と等しくなっている。
　第２半導体チップ３２０から第２搭載部５３２への放熱性が、第１半導体チップ３１０から第１搭載部５３１への放熱性よりも高くなっている。第１半導体チップ３１０が第２半導体チップ３２０よりも放熱されにくくなっている。
　言い換えれば、第２搭載部５３２に第２半導体チップ３２０の搭載された第２積層体３４０の放熱性が、第１搭載部５３１に第１半導体チップ３１０の搭載された第１積層体３３０の放熱性よりも高くなっている。第１積層体３３０が第２積層体３４０よりも放熱されにくくなっている。
　＜作用効果＞
　これまでに説明したように第１スイッチ５２１の温度を測定する感温ダイオード５２３が第１半導体基板３１１に設けられている。第２スイッチ５２２に流れる電流を測定する電流センサ５４５が第２半導体基板３２１に設けられている。
　これによれば第２積層体３４０に第２半導体チップ３２０の物理量として第２スイッチ５２２に流れる電流を測定する電流センサ５４５の搭載された構成が開示された。
　これまでに説明したように第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２とが並列接続されている。そして第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２に同時に通電されるようになっている。
　また上記したように第２半導体チップ３２０から第２搭載部５３２への放熱性が、第１半導体チップ３１０から第１搭載部５３１への放熱性よりも高くなっている。第１半導体チップ３１０の温度が第２半導体チップ３２０の温度よりも高くなりやすくなっている。
　そのために第１スイッチ５２１の温度が第２スイッチ５２２の温度よりも高くなりやすくなっている。それに伴って第１スイッチ５２１のオン抵抗が、第２スイッチ５２２のオン抵抗よりも高くなりやすくなっている。第２スイッチ５２２のオン抵抗が、第１スイッチ５２１のオン抵抗よりも低くなりやすくなっている。そのために第１スイッチ５２１よりも第２スイッチ５２２に電流が流れやすくなっている。
　これによれば第１スイッチ５２１の温度に基づいて第２スイッチ５２２の温度を推定できるようになっている。第２スイッチ５２２に流れる電流の電流値に基づいて第１スイッチ５２１に流れる電流値を推定できるようになっている。このように、第１スイッチ５２１に流れる電流ではなく第２スイッチ５２２に流れる電流量を検出する構成が有効な構成になっている。
　言い換えれば第１半導体チップ３１０の温度に基づいて第２半導体チップ３２０の温度を推定できるようになっている。第２半導体チップ３２０に流れる電流の電流値に基づいて第１半導体チップ３１０に流れる電流値を推定できるようになっている。
　これまでに説明したように基板には複数のＥＣＵと、複数のＥＣＵの信号に基づいてスイッチの駆動を制御する図示しないゲートドライバが搭載されている。ゲートドライバやＥＣＵには信号端子５４９が電気的に接続されている。そのために第１スイッチ５２１および第２スイッチ５２２は感温ダイオード５２３の検出結果と電流センサ５４５の検出結果に基づいて駆動の制御が行われる。
　これによれば第１スイッチ５２１および第２スイッチ５２２が過昇温になるよりも前に、第１スイッチ５２１および第２スイッチ５２２の駆動の制限が可能になっている。第１スイッチ５２１および第２スイッチ５２２に過電流が流れるよりも前に、第１スイッチ５２１および第２スイッチ５２２の駆動の制限が可能になっている。インバータ５００の保護機能が高まっている。
　これまでに説明したように、第１搭載部５３１のｙ方向への投影領域と、第２搭載部５３２のｘ方向への投影領域の重なる重なり領域８００に信号端子５４９が設けられている。これによればスイッチモジュール５１０のｘ方向の体格が抑制される。
　これまでに説明したように、信号端子５４９には第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０それぞれに共通して接続されるゲート端子５４３ａとケルビンエミッタ端子５４８が含まれている。これによれば信号端子５４９の本数の増大が抑制される。部品点数の増大が抑制される。
　（第１変形例）
　図５に示すように第１搭載部５３１と第２搭載部５３２それぞれの第１導電搭載面５３０ａと第１導電搭載面５３０ａを含む表面に、銅よりも熱伝導率の低いニッケルを含むメッキ８１０が施されている。第２搭載部５３２の表面に施されるメッキ８１０の厚さが、第１搭載部５３１の表面に施されるメッキ８１０の厚さよりも薄くなっていても良い。
　（第２変形例）
　図６に示すように第１搭載部５３１のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積と、第２搭載部５３２のｘ方向とｙ方向に沿う任意の平面の面積が等しくなっていてもよい。
　その場合、第２搭載部５３２の少なくとも一部に、第１搭載部５３１の形成材料よりも熱伝導率の高い異材料が含まれていればよい。なお、図６においては第１搭載部５３１と第２搭載部５３２の形成材料の違いをハッチングの違いで示している。
　（第３変形例）
　図７に示すように第２搭載部５３２のｚ方向の厚さが、第１搭載部５３１のｚ方向の厚さがよりも厚くなっていてもよい。さらに第４搭載部５６２のｚ方向の厚さが、第３搭載部５６１のｚ方向の厚さがよりも厚くなっていてもよい。
　（第４変形例）
　図８に示すように第２半導体チップ３２０と第２搭載部５３２の間に設けられるはんだ７００の少なくとも一部に、第１半導体チップ３１０と第１搭載部５３１の間に設けられるはんだ７００よりも熱伝導の高い異材料が含まれていてもよい。
　なお、図８においては、第１半導体チップ３１０と第１搭載部５３１の間に設けられるはんだ７００と、第２半導体チップ３２０と第２搭載部５３２の間に設けられるはんだ７００の違いをハッチングの違いで示している。
　（第５変形例）
　図９および図１０に示すように第１積層体３３０と第２積層体３４０が異なる被覆樹脂６００に被覆されていてもよい。第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２の電気的接続形態については図１１に示す。
　図１１に示すように第１スイッチ５２１のコレクタ電極５４１が、第２スイッチ５２２のコレクタ電極５４１に第１搭載部５３１と第２搭載部５３２を介して電気的および機械的に接続される。同様に、第１スイッチ５２１のエミッタ電極５４２が、第２スイッチ５２２のエミッタ電極５４２に第３搭載部５６１と第４搭載部５６２を介して電気的および機械的に接続される。
　（第６変形例）
　図１２に示すように第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２が直列接続されていてもよい。その場合、図１３に示すように第１搭載部５３１と第２搭載部５３２とが別体になっている。
　図１４に示すように第１搭載部５３１は第４搭載部５６２側に向かって延びる第１継手５３１ａを有している。第４搭載部５６２は第３搭載部５６１側に向かって延びるとともに第１継手５３１ａに接続される第２継手５６２ａを有している。なお、第１継手５３１ａと第２継手５６２ａとははんだ７００を介して電気的および機械的に接続されている。これによって第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０とが電気的に接続されている。
　また、第１スイッチ５２１のコレクタ電極５４１が第２搭載部５３２を介して第１給電バスバ３０１に電気的および機械的に接続される。第２スイッチ５２２のエミッタ電極５４２が第３搭載部５６１を介して第２給電バスバ３０２に電気的および機械的に接続される。
　（第７変形例）
　図１５に示すように第１半導体チップ３１０のｚ方向の厚さが、第２半導体チップ３２０のｚ方向の厚さよりも厚くなっていてもよい。その場合、第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０に通電されていない状態において、第１半導体チップ３１０のオン抵抗が第２半導体チップ３２０のオン抵抗よりも高くなっている。
　そのために第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０に同時に通電された際に、第１半導体チップ３１０の温度が第２半導体チップ３２０の温度よりも高くなりやすくなっている。
　第１半導体チップ３１０の温度に基づいて第２半導体チップ３２０の温度を推定できるようになっている。第２半導体チップ３２０に流れる電流の電流値に基づいて第１半導体チップ３１０に流れる電流値を推定できるようになっている。
　（第８変形例）
　図１６に示すように第１半導体チップ３１０のｘ方向とｙ方向それぞれに沿う任意の平面の面積が、第２半導体チップ３２０のｘ方向とｙ方向それぞれに沿う任意の平面の面積よりも小さくなっていてもよい。
　その場合、第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０に通電されていない状態において、第１半導体チップ３１０のオン抵抗が第２半導体チップ３２０のオン抵抗よりも高くなっている。
　そのために第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０に同時に通電された際に、第１半導体チップ３１０の温度が第２半導体チップ３２０の温度よりも高くなりやすくなっている。
　第１半導体チップ３１０の温度に基づいて第２半導体チップ３２０の温度を推定できるようになっている。第２半導体チップ３２０に流れる電流の電流値に基づいて第１半導体チップ３１０に流れる電流値を推定できるようになっている。
　（その他の変形例）
　スイッチモジュール５１０に含まれる半導体チップは第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０に限定されない。スイッチモジュール５１０に第１半導体チップ３１０と第２半導体チップ３２０の他に、別の半導体チップが含まれていても良い。その場合、別の半導体チップに感温ダイオード５２３が設けられていなくても良い。別の半導体チップに電流センサ５４５が設けられていなくても良い。
　その他の例として、第１スイッチ５２１と第２スイッチ５２２に適用される半導体素子の種類が異なっていても良い。

Claims (8)

  1. 　第１スイッチ（５２１）を有する第１半導体チップ（３１０）、および、前記第１半導体チップを搭載する第１搭載部（５３１）を備える第１積層体（３３０）と、
    　第２スイッチ（５２２）を有する第２半導体チップ（３２０）、および、前記第２半導体チップを搭載する第２搭載部（５３２）を備え、前記第１積層体よりも放熱性の高い第２積層体（３４０）と、
    　前記第１積層体と前記第２積層体のうちの前記第１積層体に設けられ、前記第１スイッチの温度を検出する温度検出器（５２３）と、
    　前記第１積層体と前記第２積層体のうちの前記第２積層体に設けられ、前記第２スイッチに流れる電流を検出する電流検出器（５４５）と、を備える電気機器。
  2. 　前記第１スイッチと前記第２スイッチとが並列接続されている請求項１に記載の電気機器。
  3. 　前記第１搭載部の形成材料と前記第２搭載部の形成材料が等しく、
    　前記第１搭載部の体積が前記第２搭載部の体積よりも小さくなっている請求項１または２に記載の電気機器。
  4. 　前記第１スイッチと前記第２スイッチに接続される信号端子（５４９）と、
    　前記第１積層体、前記第２積層体、および、前記信号端子を被覆する被覆樹脂（６００）と、を有し、
    　前記第１搭載部と前記第２搭載部それぞれは、前記被覆樹脂から露出される露出面（５３０ｂ）を有し、
    　前記第１積層体と前記第２積層体とが前記露出面に沿う第１方向で並んでおり、
    　前記第１搭載部における、前記露出面に沿い前記第１方向に直交する第２方向への投影領域と、前記第２搭載部における、前記第１方向への投影領域の重なる重なり領域（８００）に、前記信号端子の一部が位置している請求項３に記載の電気機器。
  5. 　前記信号端子に、前記第１スイッチと前記第２スイッチそれぞれに電気的に接続される共通端子（５４３ａ、５４８）が含まれている請求項４に記載の電気機器。
  6. 　前記第２搭載部の形成材料の少なくとも一部に、前記第１搭載部の形成材料とは異なる異材料が含まれ、
    　前記第２搭載部の熱伝導率が、前記第１搭載部の熱伝導率よりも高くなっている請求項１～５のいずれか１項に記載の電気機器。
  7. 　前記第１半導体チップと前記第１搭載部の間に設けられ、前記第１半導体チップと前記第１搭載部を接合するとともに、前記第２半導体チップと前記第２搭載部の間に設けられ、前記第２半導体チップと前記第２搭載部を接合する接合部材（７００）を有し、
    　前記第２半導体チップと前記第２搭載部の間に設けられる前記接合部材の少なくとも一部に、前記第１半導体チップと前記第１搭載部の間に設けられる前記接合部材よりも熱伝導率の高い異材料が含まれている請求項１～６のいずれか１項に記載の電気機器。
  8. 　前記第１半導体チップのオン抵抗が、前記第２半導体チップのオン抵抗よりも高くなっている請求項１～７のいずれか１項に記載の電気機器。
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