JP6421709B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の素子が同一ヒートシンク上に実装される半導体装置に関する。

従来、例えばインバータ回路などの使用される半導体装置において、等価な回路を構成する複数の半導体スイッチング素子が同一のヒートシンクに載置されたものが知られている。この場合のヒートシンクは放熱部材としての機能のほか、大電流経路としての機能も有する。

特許文献１記載の半導体装置では、２つのスイッチング素子のゲートへ制御信号を入力するためのボンディングワイヤが略同一の長さに形成されている。これは、ボンディングワイヤに起因する抵抗がスイッチング素子のスイッチング速度に与える影響をできるだけ小さくするためである。

特許第３８７９６８８号公報

ところで、特許文献１の半導体装置では、制御信号を入力するためのリード端子および大電流用リード端子が互いに逆方向に延びて形成されている。このような形態では、リード端子が延びる方向に垂直な方向に冷却媒体が流されることが考えられる。２つのスイッチング素子は、ボンディングワイヤの接続時の等価性を確保して接続信頼性を向上させるため、冷却媒体の流れる方向において互いに並進対称の位置に配置されている。

このような形態では、上流側に配置されたスイッチング素子で熱を受け取った冷却媒体が下流側に配置されたスイッチング素子に向かうため、下流側のスイッチング素子を十分に冷却できない虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、複数の発熱素子が冷却媒体の流れ方向に並んで配置された場合であっても下流側における発熱素子の冷却が可能な半導体装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひと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、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、第１発熱素子（１０）と、第２発熱素子（２０）と、を少なくとも含み、並列接続された複数の発熱素子と、発熱素子が載置されるヒートシンク（３０）と、発熱素子に対して個別に設けられたリード端子（１１，２１）と、を備え、第１発熱素子および第２発熱素子が、ヒートシンクの一面上において、冷却媒体の流れ方向に沿って互いに並んで配置されるとともに、冷却媒体の流れ方向の投影視において、第１発熱素子及び第２発熱素子は少なくとも一部が重なって配置されており、第１発熱素子および第２発熱素子にそれぞれ形成され、発熱素子に駆動信号を入力するためのパッド（１０ｇ，２０ｇ）が、それぞれのパッドの形成面において、該パッドの形成面に連なる側面のうち、冷却媒体の流れ方向に直交する方向において互いに同じ側の側面に隣接して形成され、リード端子は、対応するパッドに接続され、第１発熱素子および第２発熱素子におけるパッドの形成面とは反対の主面に形成された電極が、ヒートシンクに電気的にそれぞれ接続され、発熱素子は、発熱素子の熱源となるアクティブ領域（Ａ）において、相対的に高温となる高温領域と、高温領域よりも温度が低い低温領域と、を有し、第１発熱素子と第２発熱素子における各々の高温領域は、冷却媒体の流れ方向に直交する方向において、互いに異なる位置に形成されることを特徴としている。

これによれば、冷却媒体の上流側の発熱素子における高温領域と下流側の発熱素子における高温領域は、冷却媒体の流れ方向に直交する方向においてずれて形成されている。換言すれば、下流側の高温領域は上流側の低温領域の下流に位置しており、それぞれの高温領域は流れ方向において同一直線状に存在しない。このため、下流側の高温領域には、十分な受熱容量を残した冷却媒体が流れることになるから、複数の発熱素子が冷却媒体の流れ方向に並んで配置された場合であっても下流側における発熱素子の冷却を行うことができる。

第１実施形態における半導体装置の概略構成を示す上面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 半導体装置を含むインバータ装置の概略構成を示す断面図である。 第１チップおよび第２チップの詳細な構成を示す上面図である。 第２実施形態における第１チップおよび第２チップの詳細な構成を示す上面図である。 第３実施形態における第１チップおよび第２チップの詳細な構成を示す上面図である。 変形例１における第１チップおよび第２チップの詳細な構成を示す上面図である。 第４実施形態における半導体装置の概略構成を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。

本実施形態における半導体装置は、大電流用のインバータ等に供されるスイッチング装置である。図１に示すように、この半導体装置１００は、２つの逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）が並列に並べられ、一体に樹脂モールドされて形成されている。このような形態は、極めて大きい電流のスイッチングに好適である。

半導体装置１００は、図１に示すように、第１発熱素子たる第１チップ１０と、第２発熱素子たる第２チップ２０と、第１チップ１０および第２チップ２０を挟み込むように配置される一対の第１ヒートシンク３０および第２ヒートシンク４０と、を備えている。

第１チップおよび第２チップはそれぞれＲＣ−ＩＧＢＴである。このＲＣ−ＩＧＢＴは縦型素子であり、チップの一方の主面にＩＧＢＴのエミッタ電極およびダイオードのアノード電極が露出している。特許請求の範囲に記載のアクティブ領域とは、主面に露出したエミッタ電極およびアノード電極の形成された領域（以降、アクティブ領域Ａと示す）に相当している。また、チップの主面と反対の面にＩＧＢＴのコレクタ電極およびダイオードのカソード電極が露出している。本実施形態における第１チップおよび第２チップはＩＧＢＴのコレクタ電極側を第１ヒートシンク３０への接触面として載置され、第１ヒートシンク３０の一面上に並んで配置されている。なお、第１チップおよび第２チップは、後述する冷却水の流れ方向に沿って並んでいる。

第１チップおよび第２チップは、エミッタ電極が露出する主面側に駆動信号たるゲート信号が入力されるパッド１０ｇ，２０ｇを有している。第１チップのパッド１０ｇと第２チップのパッド２０ｇは、第１チップと第２チップの並び方向、すなわち、後述の冷却水の流れ方向に沿う直線上に位置するように形成されている。

第１チップのパッド１０ｇはリード端子１１にボンディングワイヤを介して接続されている。第２チップのパッド２０ｇはリード端子２１にボンディングワイヤを介して接続されている。リード端子１１，２１にそれぞれ所定の信号が入力されることにより、第１チップのＩＧＢＴおよび第２チップのＩＧＢＴはそれぞれ動作する。パッド１０ｇ，２０ｇと対応するリード端子１１，２１との間に介在するボンディングワイヤは、互いに略同一の長さとされている。これにより、第１チップと第２チップとの間で、ボンディングワイヤに起因するスイッチング速度の差を抑制することができる。

第１チップ１０と第２チップ２０は、半導体基板に形成される不純物領域の詳細構造を除き、外見上は、パッケージの外形寸法、アクティブ領域Ａの形成位置および面積、パッド１０ｇ，２０ｇの形成位置および面積が略同一とされ、互いの並び方向において並進対称形状になっている。

上記したように、第１チップ１０と第２チップ２０は第１ヒートシンク３０の一面上に載置されている。具体的には、図２に示すように、第１チップ１０の接触面であるコレクタ電極は第１ヒートシンク３０の一面に導電性接着剤７１を介して電気的に接続されている。また、第２チップ２０の接触面であるコレクタ電極は第１ヒートシンク３０の一面に導電性接着剤７２を介して電気的に接続されている。

一方、第１チップ１０および第２チップ２０のアクティブ領域Ａには互いに共通の第２ヒートシンク４０が電気的に接続されている。具体的には、第１チップ１０はターミナル６１を介して第２ヒートシンク４０に接続され、第２チップ２０はターミナル６２を介して第２ヒートシンク４０に接続されている。

本実施形態におけるターミナル６１は第１チップ１０のアクティブ領域Ａの全面に亘って形成されている。本実施形態におけるアクティブ領域Ａは図１に示すように長方形であるから、ターミナル６１は直方体を成している。ターミナル６１は導電性接着剤７３を介してアクティブ領域Ａに接続されるとともに、導電性接着剤７５を介して第２ヒートシンク４０に接続されている。

同様に、ターミナル６２は第２チップ２０のアクティブ領域Ａの全面に亘って形成されている。ターミナル６１は直方体を成し、ターミナル６１は導電性接着剤７４を介してアクティブ領域Ａに接続されるとともに、導電性接着剤７６を介して第２ヒートシンク４０に接続されている。

図２に示すように、本実施形態における半導体装置１００は、２つのチップ１０，２０が一対のヒートシンク３０，４０に挟まれるようにして配置されている。そして、半導体装置１００は、各々のヒートシンク３０，４０におけるチップ１０，２０に対向しない面が外部に露出するように封止樹脂体５０により樹脂モールドされ、全体として一枚のカード状になっている。

なお、チップ１０，２０にゲート信号を伝送するためのリード端子１１，２１は、チップ１０，２０の並び方向に直交する方向に延設され、封止樹脂体５０から一端が露出している。また、第１ヒートシンク３０はリード端子１１，２１の延設方向とは反対側に張り出した突出部３１を有し、この突出部３１が封止樹脂体５０から露出してコレクタ端子、あるいはカソード端子となっている。第２ヒートシンク４０はリード端子１１，２１の延設方向とは反対側に張り出した突出部４１を有し、この突出部４１が封止樹脂体５０から露出してエミッタ端子、あるいはアノード端子となっている。

次に、図３を参照して、本実施形態における半導体装置１００を用いたインバータ装置について説明する。

半導体装置１００が、例えばインバータ装置に用いられるとき、図３に示すように、複数の半導体装置１００がスイッチング装置として利用される。このインバータ装置１０００は、複数の半導体装置１００と、上流側共通流路２１０、下流側共通流路２２０、複数の分岐流路２３０と、を備えている。

半導体装置１００は、上記説明した半導体装置１００であるから、詳しい説明を省略する。

上流側共通流路２１０は、冷却媒体たる冷却水が流れる流路２００のうち、十分な受熱容量を残した、すなわち相対的に温度の低い冷却水が流れる流路である。一方、下流側共通流路２２０は、冷却水が流れる流路２００のうち、半導体装置１００から受熱した、すなわち相対的に温度の高い冷却水が流れる流路である。

分岐流路２３０は、上流側共通流路２１０と下流側共通流路２２０との間を繋ぐように形成されている。分岐流路２３０は複数設けられており、上流側共通流路２１０を流れる冷却水を複数の経路に分岐させている。複数の分岐流路２３０は、それぞれ扁平形状を成し互いに平行に延設されている。冷却水は分岐流路２３０の延設方向に流れ、下流側共通流路２２０にて再び合流するようになっている。

封止樹脂体５０によりカード状に成型された半導体装置１００は、隣り合う分岐流路２３０の間において、リード端子１１，２１の突出方向に挿入されている。すなわち、冷却水は第１チップ１０と第２チップの並び方向に流れている。

次に、図４を参照して、本実施形態における半導体装置１００、とくに第１チップ１０および第２チップの詳細構造について説明する。

本実施形態における第１チップ１０および第２チップ２０は、素子の機能としては一般的に知られた逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）である。これらのチップ１０，２０は、シリコンのほか、ＳｉＣに代表されるワイドバンドギャップ半導体などの半導体基板にＩＧＢＴとしての機能を有するＩＧＢＴ領域と、ダイオードとしての機能を有するダイオード領域とが形成されている。各チップ１０，２０について、詳細を説明する。

第１チップ１０は、上記したように、アクティブ領域ＡにおいてＩＧＢＴ領域Ｂとダイオード領域Ｃとが共存している。図４に示すように、第１チップ１０におけるダイオード領域Ｃは、ＩＧＢＴ領域Ｂに囲まれるようにしてストライプ状に形成されている。第１チップ１０においては、隣り合うダイオード領域Ｃの間隔が一様ではなく、偏りをもって形成されている。具体的には、図４に示すように、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、第１チップ１０におけるダイオード領域Ｃは、紙面上側において間隔が広く、紙面下側において間隔が狭く設定されている。

一般に、ＩＧＢＴ領域Ｂは、ダイオード領域Ｃに比較して駆動時における発熱量が大きい。すなわち、ＩＧＢＴ領域Ｂは特許請求の範囲に記載の第１領域に相当し、ダイオード領域が特許請求の範囲に記載の第２領域に相当する。上記したように、第１チップ１０のアクティブ領域Ａでは、紙面上側におけるＩＧＢＴ領域Ｂの単位面積当たりに占める面積が大きく、それに較べて、紙面下側におけるＩＧＢＴ領域Ｂの単位面積当たりに占める面積は小さい。このため、アクティブ領域Ａにおける発熱量に偏りが生じる。具体的には、アクティブ領域Ａのうち紙面上側の領域の発熱量が、紙面下側の領域の発熱量より大きくなる。このように、ＩＧＢＴ領域Ｂとダイオード領域Ｃとが共存する形態において、ＩＧＢＴ領域Ｂの占める面積をアクティブ領域Ａ内で変化させることにより、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができ、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当する領域とすることができる。

第２チップ２０も第１チップ１０同様に、アクティブ領域ＡにおいてＩＧＢＴ領域Ｂとダイオード領域Ｃとが共存し、ダイオード領域ＣはＩＧＢＴ領域Ｂに囲まれるようにしてストライプ状に形成されている。ただし、第２チップ２０では、隣り合うダイオード領域Ｃの間隔が第１チップ１０とは逆の関係にある。すなわち、図４に示すように、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、第２チップ２０におけるダイオード領域Ｃは、紙面上側において間隔が狭く、紙面下側において間隔が広く設定されている。

これにより、第２チップ２０のアクティブ領域Ａでは、紙面下側の領域の発熱量が紙面上側の領域の発熱量より大きくなる。すなわち、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当し、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する。

このように、本実施形態における半導体装置１００では、冷却水の流れ方向に直交する方向（すなわち、紙面上下方向）において、第１チップ１０と第２チップ２０の各々の高温領域が異なる位置に形成されている。つまり、高温領域は、冷却水の流れ方向に直交する方向においてずれて形成されている。下流側である第２チップ２０の高温領域は上流側である第１チップ１０の低温領域の下流に位置しており、それぞれの高温領域は流れ方向において同一直線状に存在しない。このため、第２チップ２０の高温領域には、十分な受熱容量を残した冷却水が流れることになるから、第１チップ１０および第２チップ２０が冷却水の流れ方向に並んで配置された場合であっても、第２チップ２０の冷却を行うことができる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、第１チップ１０および第２チップ２０が還流ダイオードを含むＲＣ−ＩＧＢＴである場合を例に、発熱量の相対的に大きな素子の密度を適宜調整してアクティブ領域Ａ内に温度の面内分布を形成する例について説明した。これに対して、本実施形態では、発熱素子のセル形成密度によりアクティブ領域Ａ内に温度の面内分布を形成する場合について説明する。アクティブ領域Ａにおける素子の構成および素子の面内配置を除く構成要素は第１実施形態と同様であるから、詳しい説明を省略する。

本実施形態における第１チップ１０および第２チップ２０は、トレンチゲート型のＲＣ−ＩＧＢＴである。トレンチゲート型のＩＧＢＴについても一般的に知られた構成であるため詳述しないが、半導体基板の表層に延設されたトレンチゲートＧと、トレンチゲートＧに隣接して形成されたエミッタ領域と、エミッタ領域およびトレンチゲートＧを内包するように形成されたベース領域と、を有している。パッド１０ｇ，２０ｇに印加されたゲート信号はトレンチゲートＧに伝達されてベース領域にチャネルを生じ、エミッタ電極とその裏面に形成されたコレクタ電極との間で出力電流が流れる。以降、ひとつのトレンチゲートＧに対応してＩＧＢＴとして動作する領域をセルと称する。本実施形態における第１チップ１０および第２チップ２０においては、トレンチゲートＧが冷却水の流れ方向に沿ってストライプ状に形成されている。すなわち、複数のセルが冷却水の流れ方向に沿ってストライプ状に形成されている。各チップ１０，２０について、詳細を説明する。

図５に示すように、第１チップ１０におけるトレンチゲートＧは、ストライプ状に形成されている。第１チップ１０においては、隣り合うトレンチゲートＧの間隔が一様ではなく、偏りをもって形成されている。具体的には、図５に示すように、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、紙面上側において間隔が狭く、紙面下側において間隔が広く設定されている。すなわち、セルの単位面積当たりの数として形成密度を定義すると、紙面上側においてセルの形成密度が大きく、紙面下側において形成密度が小さく設定されている。

すべてのトレンチゲートＧに同一のゲート信号が印加される場合、単位セル当たりの発熱量は互いにほぼ等しくなる。上記したように、第１チップ１０のアクティブ領域Ａでは、紙面上側におけるセルの形成密度が大きく、それに較べて、紙面下側におけるセルの形成密度が小さい。このため、アクティブ領域Ａにおける発熱量に偏りが生じる。具体的には、アクティブ領域Ａのうち紙面上側の領域の発熱量が、紙面下側の領域の発熱量より大きくなる。このように、特定の機能を発揮する素子が単独で存在している形態において、セルの形成密度に粗密を形成することにより、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができ、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当する領域とすることができる。

第２チップ２０も第１チップ１０同様に、トレンチゲートＧが冷却水の流れ方向に沿ってストライプ状に形成されている。ただし、第２チップ２０では、隣り合うトレンチゲートＧの間隔が第１チップ１０とは逆の関係にある。すなわち、図５に示すように、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、第２チップ２０におけるトレンチゲートＧは、紙面上側において間隔が広く、紙面下側において間隔が狭く設定されている。

これにより、第２チップ２０のアクティブ領域Ａでは、紙面上側の領域の発熱量が紙面下側の領域の発熱量より大きくなる。すなわち、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当し、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、冷却水の流れ方向に直交する方向（すなわち、紙面上下方向）において、第１チップ１０と第２チップ２０の各々の高温領域が異なる位置に形成されている。このため、第２チップ２０の高温領域には、十分な受熱容量を残した冷却水が流れることになるから、第１チップ１０および第２チップ２０が冷却水の流れ方向に並んで配置された場合であっても、第２チップ２０の冷却を行うことができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、ターミナル６１およびターミナル６２の配置によって、高温領域と低温領域とを形成する例について説明する。本実施形態における第１チップ１０と第２チップ２０は互いに等価であると仮定する。つまり、各チップ１０，２０がＲＣ−ＩＧＢＴであれば、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の面内分布はアクティブ領域Ａにおいて一様であると仮定する。また、各チップ１０，２０が単独ＩＧＢＴであれば、セルの面内分布はアクティブ領域Ａにおいて一様であると仮定する。

図６に示すように、本実施形態におけるターミナル６１は、アクティブ領域Ａの全面に亘って形成されず、偏りをもって形成されている。つまり、アクティブ領域Ａの一部のみにオーバーラップするように配置されている。具体的には、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、紙面下側にエミッタ電極とターミナル６１との接続面が設定されている。

アクティブ領域Ａにおいて生じる熱はターミナル６１を経由して第２ヒートシンク４０に伝熱し、封止樹脂体５０から外部に露出した面から放熱される。したがって、アクティブ領域Ａのうち、ターミナル６１が接触している領域は、ターミナル６１が接触していない領域に比較して冷却されやすい。このように、ターミナル６１をアクティブ領域Ａ上において偏りをもって形成することにより、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができ、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当する領域とすることができる。

第２チップ２０上に形成されたターミナル６２も、アクティブ領域Ａの全面に亘って形成されず、偏りをもって形成されている。ただし、ターミナル６２の形成位置は第１チップ１０上に形成されたターミナル６１の形成位置とは逆の関係にある。すなわち、図６に示すように、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、紙面上側にエミッタ電極とターミナル６２との接続面が設定されている。これにより、紙面上側の領域を特許請求の範囲に記載の低温領域に相当する領域とすることができ、紙面下側の領域を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができる。

本実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様に、第１チップ１０と第２チップ２０の各々の高温領域が異なる位置に形成される。このため、第２チップ２０の高温領域には、十分な受熱容量を残した冷却水が流れることになるから、第１チップ１０および第２チップ２０が冷却水の流れ方向に並んで配置された場合であっても、第２チップ２０の冷却を行うことができる。

（変形例１）
第３実施形態のように、ターミナル６１，６２の配置によって高温領域と低温領域とを形成する形態について、ターミナル６１，６２の放熱能力を向上させることによって、より明確に高温領域と低温領域とを形成することができる。

図７に示すように、本変形例におけるターミナル６１は、フィン６１ａを有している。本変形例におけるフィン６１ａは、紙面上側に向かって延びる板状の部材である。フィン６１ａを有することにより、ターミナル６１の、アクティブ領域Ａが形成される第１チップ１０における主面に直交する面の表面積を増大させることができる。これによって、ターミナル６１における放熱面積を増大させることができので、アクティブ領域Ａにおけるターミナル６１の接続面の温度を、第３実施形態の態様に比較して低くすることができる。したがって、より明確に高温領域と低温領域とを形成することができる。

また、ターミナル６２は、フィン６２ａを有している。フィン６２ａは、フィン６１ａと同様に板状の部材であり、紙面下側に向かって延びている。フィン６１ａを有することにより、ターミナル６２における放熱面積を増大させることができので、アクティブ領域Ａにおけるターミナル６２の接続面の温度を、第３実施形態の態様に比較して低くすることができる。したがって、高温領域と低温領域との温度差、すなわちコントラストをより強調して形成することができる。

（第４実施形態）
上記した各実施形態および変形例では、二枚のヒートシンク３０，４０が各チップ１０，２０を挟んで構成された、いわゆる両面放熱方式の半導体装置を例に説明した。これに対して、本実施形態における半導体装置１１０は、ヒートシンクが一枚で構成された片面放熱方式を採用する。

図８に示すように、この半導体装置１１０は、第１実施形態の半導体装置１００と同様に第１ヒートシンク３０上に第１チップ１０および第２チップ２０が載置されている。それぞれのゲート電極であるパッド１０ｇ，２０ｇは、ボンディングワイヤを介してリード端子１１，２１に接続されており、リード端子からゲート信号が供給されるようになっている。

そして、この半導体装置１１０は、第１実施形態とは異なり、第２ヒートシンク４０に替えてリードフレーム８０を備えている。リードフレーム８０は第１ヒートシンク３０と同一平面上に形成される平板状の部材である。リードフレーム８０は第１ヒートシンク３０に対して電気的に絶縁して形成されている。リードフレーム８０は、第１ヒートシンク３０が有する突出部３１と同一の方向に突出した突出部８１を有している。後述するように、この突出部８１は半導体装置１１０におけるエミッタ端子となる。

第１チップ１０は、第１実施形態と同様に、コレクタ電極を接触面として第１ヒートシンク３０上に配置されている。コレクタ電極の反対の面である第１チップ１０の主面にはアクティブ領域Ａが形成されている。そして、第１チップ１０のアクティブ領域ＡはボンディングワイヤＷによりリードフレーム８０に電気的に接続されている。つまり、第１チップ１０の出力電流は、コレクタ端子である第１ヒートシンク３０の突出部３１から第１チップ１０およびボンディングワイヤＷを経由して、エミッタ端子であるリードフレーム８０の突出部８１に流れる。本実施形態では、図８に示すように、５本のボンディングワイヤＷがアクティブ領域Ａとリードフレーム８０とを繋いでいる。なお、第１チップ１０に接続されたボンディングワイヤＷは、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、アクティブ領域ＡとボンディングワイヤＷとの接続点が紙面下側に寄るようになっている。

第２チップ２０も第１チップ１０と同様に、コレクタ電極を接触面として第１ヒートシンク３０上に配置され、アクティブ領域ＡがボンディングワイヤＷによりリードフレーム８０に電気的に接続されている。第２チップ２０に接続されたボンディングワイヤＷは、冷却水の流れ方向を紙面左から右に向かう方向とすると、アクティブ領域ＡとボンディングワイヤＷとの接続点が紙面上側に寄るようになっている。

このように、本実施形態における半導体装置１１０では、第１チップ１０のアクティブ領域ＡにおけるボンディングワイヤＷの接続点と、第２チップ２０における接続点とが、冷却水の流れ方向に直交する方向においてずれている。

なお、上記した各実施形態における半導体装置１００は封止樹脂体５０により封止される例について説明したが、本実施形態における半導体装置１１０はケース９０を備え、第１チップ１０、第２チップ２０、第１ヒートシンク３０、リード端子１１，２１、リードフレーム８０、およびこれらの要素の相互接続に供されるボンディングワイヤがケース９０に収容されて成る。リード端子１１，２１、コレクタ端子、エミッタ端子はケース９０から外部に向かって露出している。また、ケース９０の底面であって第１ヒートシンク３０が配置される箇所には穴が開けられており、第１ヒートシンク３０のチップ１０，２０が配置されない一面が外部に露出するようになっている。

ところで、アクティブ領域ＡにボンディングワイヤＷが点接続されると、その接続点における接触抵抗により発熱する場合がある。本実施形態では、第１チップ１０に接続されたボンディングワイヤＷは、アクティブ領域ＡとボンディングワイヤＷとの接続点が紙面下側に寄るようになっている。このため、第１チップ１０のアクティブ領域Ａにおいては、紙面下側を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができる。また、第２チップ２０に接続されたボンディングワイヤＷは、アクティブ領域ＡとボンディングワイヤＷとの接続点が紙面上側に寄るようになっている。このため、第２チップ２０のアクティブ領域Ａにおいては、紙面上側を特許請求の範囲に記載の高温領域に相当する領域とすることができる。

このように、第１チップ１０と第２チップ２０とで、アクティブ領域Ａ上のボンディングワイヤＷの接続点に偏りをもたせることによって、アクティブ領域Ａの面内に、高温領域と、高温領域よりも温度の低い低温領域を形成することができる。本実施形態では、第１チップ１０と第２チップとで、ボンディングワイヤＷの接続点を冷却水の流れ方向に直交する方向においてずらしているので、第１チップ１０と第２チップ２０の各々の高温領域が異なる位置に形成される。このため、第２チップ２０の高温領域には、十分な受熱容量を残した冷却水が流れることになるから、第１チップ１０および第２チップ２０が冷却水の流れ方向に並んで配置された場合であっても、第２チップ２０の冷却を行うことができる。

なお、ボンディングワイヤＷの構成材料や接続点における接触面積によっては、接触抵抗による発熱量を、ボンディングワイヤＷを経由しての放熱量が上回る場合がある。この場合は、ボンディングワイヤＷの接続点近傍が低温領域となる。この場合でも、第１チップ１０と第２チップ２０の各々の高温領域が異なる位置に形成されることになるので、第１チップ１０および第２チップ２０が冷却水の流れ方向に並んで配置された場合であっても、第２チップ２０の冷却を行うことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した第１実施形態において、ダイオード領域Ｃがストライプ状に形成される例を示したが、単位面積当たりのＩＧＢＴ領域Ｂの占める面積をアクティブ領域Ａ内で変化させるように構成されていれば、アクティブ領域Ａ内に高温領域と低温領域を生じさせることができるので、ダイオード領域Ｃの形状が必ずしもストライプ状である必要はない。例えばダイオード領域Ｃがドット状に分散配置されたような形態であっても良い。

また、上記した第２実施形態において、セルがストライプ状に形成される例を示したが、単位面積当たりのセルの数である、セルの形成密度がアクティブ領域Ａの面内で形成されていればよく、セルの形状はストライプに限定されない。

また、上記した第３実施形態において、ターミナル６１，６２の形状として、略直方体である例を示したが、円柱状であってもよいし、その他の柱状の形状であっても良い。

また、各実施形態に記載した高温領域と低温領域の形成方法について、それぞれ組み合わせて実施することができる。例えば、第１実施形態においてＩＧＢＴ領域Ｂに占める面積が相対的に小さい低温領域上に、第３実施形態に記載したターミナル６１，２を偏って配置することにより、高温領域と低温領域のコントラストをさらに強調することができる。

なお、第１実施形態においてＩＧＢＴ領域Ｂに占める面積が相対的に大きい高温領域上に接続点が形成されるように第４実施形態に記載のボンディングワイヤＷを形成するようにしても、高温領域と低温領域のコントラストをさらに強調することができる。さらに、第２実施形態におけるセルの形成密度が粗とされた低温領域上に、第３実施形態に記載したターミナル６１，６２を偏って配置することにより、高温領域と低温領域のコントラストをさらに強調することができる。また、第２実施形態におけるセルの形成密度が密とされた高温領域上に接続点が形成されるように第４実施形態に記載のボンディングワイヤＷを形成するようにしても、高温領域と低温領域のコントラストをさらに強調することができる。

また、第１チップ１０と第２チップ２０とで、高温領域と低温領域の形成方法が異なってもよい。例えば、第１チップ１０にあっては、第２実施形態のようにセルの形成密度の粗密によってアクティブ領域Ａに温度分布を形成し、第２チップ２０にあっては、第３実施形態のようにターミナル６２の配置によってアクティブ領域Ａに温度分布を形成するようにしても良い。

なお、上記した各実施形態および変形例では、冷却媒体として冷却水を例に説明したが、流体であれば良く水であることに限定されない。例えば、水以外の冷媒を採用しても良いし、空冷式にあっては空気であってもよい。

１０…第１チップ（第１発熱素子），２０…第２チップ（第２発熱素子），３０…第１ヒートシンク，４０…第２ヒートシンク，Ａ…アクティブ領域，１０ｇ…パッド，２０ｇ…パッド

Claims (8)

1. 第１発熱素子（１０）と、第２発熱素子（２０）と、を少なくとも含み、並列接続された複数の発熱素子と、
   前記発熱素子が載置されるヒートシンク（３０）と、
   前記発熱素子に対して個別に設けられたリード端子（１１，２１）と、
   を備え、
   前記第１発熱素子および前記第２発熱素子が、前記ヒートシンクの一面上において、冷却媒体の流れ方向に沿って互いに並んで配置されるとともに、
   前記冷却媒体の流れ方向の投影視において、前記第１発熱素子及び前記第２発熱素子は少なくとも一部が重なって配置されており、
   前記第１発熱素子および前記第２発熱素子にそれぞれ形成され、前記発熱素子に駆動信号を入力するためのパッド（１０ｇ，２０ｇ）が、それぞれの前記パッドの形成面において、該パッドの形成面に連なる側面のうち、前記冷却媒体の流れ方向に直交する方向において互いに同じ側の前記側面に隣接して形成され、
   前記リード端子は、対応する前記パッドに接続され、
   前記第１発熱素子および前記第２発熱素子における前記パッドの形成面とは反対の主面に形成された電極が、前記ヒートシンクに電気的にそれぞれ接続され、
   前記発熱素子は、前記発熱素子の熱源となるアクティブ領域（Ａ）において、相対的に高温となる高温領域と、前記高温領域よりも温度が低い低温領域と、を有し、
   前記第１発熱素子と前記第２発熱素子における各々の高温領域は、前記冷却媒体の流れ方向に直交する方向において、互いに異なる位置に形成されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第２発熱素子は、前記第１発熱素子と外形が同一の寸法で形成されており、
   前記第１発熱素子および前記第２発熱素子の前記パッドが、前記流れ方向に沿った同一直線上に形成され、
   前記リード端子は、前記流れ方向に直交する方向に延設され、ボンディングワイヤを介して対応する前記パッドに接続されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記発熱素子のうち少なくとも１つは、素子として互いに異なる機能を有する第１領域と第２領域とが共存し、
   駆動時における前記第１領域の発熱量が第２領域に比較して大きいとするとき、
   前記高温領域は、単位面積当たりの前記第１領域が占める面積が相対的に大きい領域であり、
   前記低温領域は、単位面積当たりの前記第１領域が占める面積が相対的に小さい領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記発熱素子は、逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタであって、前記第１領域は絶縁ゲートバイポーラトランジスタが形成された領域であり、前記第２領域は還流ダイオードが形成された領域であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記発熱素子のうち少なくとも１つは、各々が素子としての機能を有するセルを複数有し、前記セルの単位面積当たりの数である形成密度の粗密によって、前記高温領域と前記低温領域とが形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. さらに、前記アクティブ領域の熱の放熱に寄与するターミナル（６１，６２）を備え、
   前記発熱素子のうち少なくとも１つは、前記ヒートシンクとの接触面とは反対の主面のうち前記アクティブ領域の一部に前記ターミナルが対向配置され、
   前記低温領域は、前記ターミナルに起因する放熱によって前記アクティブ領域上に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ターミナルは、前記発熱素子の主面に直交する面に、放熱面積を増大させるためのフィン（６１ａ，６２ａ）を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. さらに、前記発熱素子の出力電流を取り出すための出力ボンディングワイヤ（Ｗ）を備え、
   前記発熱素子のうち少なくとも１つは、前記出力ボンディングワイヤが前記アクティブ領域上の接続点に電気的に接続されることにより、前記接続点が前記高温領域あるいは前記低温領域となることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。

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