JP6918955B2 - 半導体モジュール及びスイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体モジュール及びスイッチング電源装置に関する。

従来、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備える半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来の半導体モジュール９００は、図１０及び図１１に示すように、ハイサイド用スイッチ９１０及びローサイド用スイッチ９２０を備え、ハイサイド用スイッチ９１０のソース電極とローサイド用スイッチ９２０のドレイン電極とは、導電性部材９３０を介して電気的に接続されている。従来の半導体モジュール９００においては、ハイサイド用スイッチ９１０とローサイド用スイッチ９２０とを直列に接続した回路を三相備えた構成となっており(図１０参照。)、導電性部材９３０は各回路に対応した多層電流経路バスバーとなっている。従来の半導体モジュール９００においては、ハイサイド用スイッチ９１０のドレイン電極が、下側プレート９７０(図１１参照。)を介して導電性部材９３０と電気的に接続されており、ローサイド用スイッチ９２０のソース電極が上側プレート(図示せず)を介して導電性部材９３０と電気的に接続されている。

特開２０１５−２１１５２４号公報

ところで、近年、スイッチング電源装置の技術の分野においては、次世代デバイスの進展に伴いデバイスの大電流化及びスイッチングの高速化が進んでいる。しかしながら、従来の半導体モジュール９００において大電流・高速スイッチングの制御を行った場合には、スイッチングに伴うサージの発生を抑制することが困難であり (図３（ｂ）参照。)、サージに起因した誤動作が発生するおそれがある、という問題があった。このような問題は、ＳｉＣやＧａＮといった次世代デバイスを用いて大電流・高速スイッチングの制御をする場合にはより顕著となる。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、スイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ、サージに起因した誤動作が発生し難い半導体モジュール及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

［１］本発明の半導体モジュールは、第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されていることを特徴とする。

［２］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチの少なくとも一方は、平面的に見て矩形形状であり、前記導電性部材は、前記ハイサイド用スイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺、又は、前記ローサイド用スイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺を取り囲むように配置されたものであることが好ましい。

［３］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチはいずれも、平面的に見て長方形形状であり、かつ、前記ハイサイド用スイッチの外周を構成する辺のうち前記長方形形状の長辺にあたる辺が、前記ローサイド用スイッチの外周を構成する辺のうち前記長方形形状の長辺にあたる辺に対して垂直になるように配置されていることが好ましい。

［４］本発明の半導体モジュールにおいては、前記導電性部材は、前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との間の電流経路を避けた位置に、平面的に見て外側に向かって広がっている領域を有し、当該広がっている領域には、端子が設けられていることが好ましい。

［５］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記導電性部材と電気的に接続されていることが好ましい。

［６］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記導電性部材と電気的に接続されており、かつ、平面的に見て、前記導電性部材側における隣接する導電性ワイヤの間隔が、前記第１ゲート電極側における隣接する導電性ワイヤの間隔よりも広くなっていることが好ましい。

［７］本発明の半導体モジュールにおいては、平面的に見て、前記導電性部材は、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの一方のスイッチを取り囲むように形成されており、平面的に見て、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチを取り囲むように配置された第２の導電性部材をさらに備え、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記第２の導電性部材を介して前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第１ゲート電極と電気的に接続されていることが好ましい。

［８］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチは、平面的に見て矩形形状であり、前記第２の導電性部材は、前記他方のスイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺を取り囲むように形成されたものであることが好ましい。

［９］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記第２の導電性部材と電気的に接続されていることが好ましい。

［１０］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記第２の導電性部材と電気的に接続されており、かつ、平面的に見て、隣接する前記導電性ワイヤの前記第２の導電性部材側の間隔が、隣接する前記導電性ワイヤの前記第１ゲート電極側の間隔よりも広くなっていることが好ましい。

［１１］本発明の半導体モジュールにおいては、前記導電性部材とは離間した位置に配置され、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と接続されている第３の導電性部材をさらに備えることが好ましい。

［１２］本発明の半導体モジュールにおいては、前記第３の導電性部材及び前記導電性部材は、前記第３の導電性部材及び前記導電性部材によって、前記ハイサイド用スイッチの外周又は前記ローサイド用スイッチの外周を囲むように配置されていることが好ましい。

［１３］本発明の半導体モジュールにおいては、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と、前記ローサイド用スイッチの前記第２ソース電極とに電気的接続され、前記ハイサイド用スイッチの第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との接続に対し並列に接続されるキャパシタをさらに備えることが好ましい。

［１４］本発明の半導体モジュールにおいては、前記半導体モジュールは、樹脂封止されており、前記第３の導電性部材の一部と前記第２の導電性部材の一部にはそれぞれ、前記ハイサイド用スイッチの第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との接続に対し並列に接続されるキャパシタを配置するための外部接続用の端子が樹脂から露出した状態で設けられていることが好ましい。

［１５］本発明の半導体モジュールにおいては、前記第１半導体チップは、前記第２半導体チップよりも高い耐圧を有することが好ましい。

［１６］本発明のスイッチング電源装置は、［１］〜[１５]のいずれかに記載の半導体モジュールを備えることを特徴とする。

本発明の半導体モジュール及びスイッチング電源装置によれば、平面的に見てハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、ハイサイド用スイッチの第２ソース電極は、導電性部材の少なくとも一部を介してローサイド用スイッチの第１ドレイン電極と電気的に接続されているため、導電性ワイヤを介して電気的に接続されている場合と比較して、ハイサイド用スイッチのソース電極とローサイド用スイッチのドレイン電極との間の電流経路の断面積を比較的広く、かつ、当該電流経路を比較的短くすることができる。従って、ハイサイド用スイッチの第２ソース電極とローサイド用スイッチの第１ドレイン電極との間の電流経路の寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、大電流・高速スイッチングの制御を行った場合であっても、スイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ(図３(ａ)参照。)、サージに起因した誤動作の発生を防ぐことができる。

本発明の半導体モジュールによれば、平面的に見てハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、ハイサイド用スイッチの第２ソース電極は、導電性部材の少なくとも一部を介してローサイド用スイッチの第１ドレイン電極と電気的に接続されている、すなわち、ハイサイド用スイッチの第２ソース電極は、導電性部材と接続されているため、ハイサイド用スイッチの第１ゲート電極と導電性部材との間を配線すれば容易にハイサイド用スイッチをカスコードスイッチとすることができる。
また、ハイサイド用スイッチの第２ソース電極と第１ゲート電極との間の電流経路の大部分が、断面積が大きい導電性部材であるため、第２ソース電極と第１ゲート電極との間の電流経路の寄生インダクタンスを小さくすることができる。従って、第２ソース電極と第１ゲート電極との間の電流経路においてもスイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ、第１ゲート電極に対する制御信号がサージの影響を受け難くなり、その結果、サージに起因した誤動作がより確実に発生し難くなる。

また、本発明の半導体モジュールによれば、上記した構成を有するため、ＳｉＣやＧａＮといった次世代デバイスを用いて大電流・高速スイッチングの制御を行った場合であっても、スイッチングに伴うサージを十分抑制することができ、サージに起因した誤動作が発生し難くなる。

実施形態１に係る半導体モジュール１の回路図である。 実施形態１に係る半導体モジュール１を示す平面図である。なお、図２中、符号Ｌはリードを示す（図７〜図９において同じ）。また、第２半導体チップ１４，２４の裏面に形成された第２ドレイン電極ＤＨ２，ＤＬ２と第１半導体チップ１２，２２の表面に形成された第１ソース電極ＳＨ１，ＳＬ１とは接合されているため、図２には符号ＤＬ２，ＤＨ２、ＳＨ１，ＳＬ１は現れない。 実施形態１に係る半導体モジュール１の効果を説明するために示すグラフである。図３（ａ）は、実施形態１に係る半導体モジュール１のローサイド用スイッチ２０のゲート・ソース間電圧ＶｇｓＬ、ドレイン・ソース間電圧ＶｄｓＬ、導電性部材３０を流れる電流Ｉｄの時間経過を示すグラフである。図３（ｂ）は、比較例１に係る半導体モジュールのローサイド用スイッチのゲート・ソース間電圧ＶｇｓＬ、ドレイン・ソース間電圧ＶｄｓＬ、導電性部材３０を流れる電流Ｉｄの時間経過を示すグラフである。なお、比較例１に係る半導体モジュールは、基本的には、実施形態１に係る半導体モジュール１と同様の構成を有するが、導電性部材が、平面的に見てハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチのうちのどちらも取り囲んでいない点で実施形態１に係る半導体モジュール１と異なる半導体モジュールである。 実施形態１に係るスイッチング電源装置の例を示す回路図である。 実施形態１に係るスイッチング電源装置の例を示す回路図である。 実施形態１に係るスイッチング電源装置の例を示す回路図である。 比較例２に係る半導体モジュールを説明するために示す平面図である。なお、図７においては、説明を簡単にするために、第１半導体チップ２２の第１ドレイン電極ＤＬ１と導電性部材３０との間の導電性ワイヤ、ハイサイド用スイッチ１０と導電性部材３０との間の導電性ワイヤ、ハイサイド用スイッチ１０、ローサイド用スイッチ２０、導電性部材３０及びリードＬ以外の図示を省略している。 実施形態２に係る半導体モジュール２を示す平面図である。 実施形態２に係る半導体モジュール２の裏面側から見た模式的な斜視図である。図９（ａ）は実施形態２に係る半導体モジュール２に外付けのキャパシタ６２を配置したときの斜視図であり、図９（ｂ）は実施形態２に係る半導体モジュール２に外付けのキャパシタ６２を配置する前の斜視図である。なお、図９は、概念を伝えるための模式的な図であり、構成要素やリードＬの数、形状、位置、大きさ等は必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。また、図９は、図８の裏面側から見た図になっているため、図８とは左右が逆になっている（左側にハイサイド用スイッチが配置され、右側にローサイド用スイッチが配置されている）。さらにまた、図９において、図８で記載したリードＬ以外のリードの図示を省略している。 従来の半導体モジュール９００を示す回路図である。なお、図１０中、符号ＤＣは直流電源を示し、符号Ｃは平滑コンデンサを示し、符号Ｍはモータを示す。 従来の半導体モジュール９００を示す水平断面図である。

以下、本発明の半導体モジュール及びスイッチング電源装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。

［実施形態１］
１．実施形態１に係る半導体モジュール１の構成
実施形態１に係る半導体モジュール１は、ハイサイド用スイッチ１０と、ローサイド用スイッチ２０と、導電性部材３０と、第２の導電性部材４０と、第３の導電性部材５０と、キャパシタ６０と、導電性ワイヤ７０とを備える（図１及び図２参照。）。実施形態１に係る半導体モジュール１は、樹脂８０によって封止されている。
なお、樹脂としては、適宜のものを用いることができるが、パワーモジュールのように高電圧・大電流での高速スイッチングを行う場合には、導電性電波吸収材（例えば、炭素材料、アルミ、銅、ニッケルなどの金属材料等）、誘電性電波吸収材（カーボン材を混入したカーボンゴム、カーボン含有発泡ウレタン、カーボン含有発泡スチロール等）、磁性電波吸収材（例えば、焼結フェライト、軟磁性金属、鉄カルボニル等）等の電波吸収材を用いることが好ましい。

ハイサイド用スイッチ１０は、第１ドレイン電極ＤＨ１、第１ソース電極ＳＨ１及び第１ゲート電極ＧＨ１を有するノーマリオン型の第１半導体チップ１２と、第２ドレイン電極ＤＨ２、第２ソース電極ＳＨ２及び第２ゲート電極ＧＨ２を有し、第１ソース電極ＳＨ１が第２ドレイン電極ＤＨ２と電気的に接続された状態となるように第１半導体チップ１２上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップ１４とを有し、第１ゲート電極ＧＨ１が、導電性部材３０を介して第２ソース電極ＳＨ２と電気的に接続されているカスコードスイッチである。

第１半導体チップ１２は、第２半導体チップ１４よりも高い耐圧を有する。ハイサイド用スイッチ１０の第１半導体チップ１２における第１ゲート電極ＧＨ１は、複数本の導電性ワイヤを介して導電性部材３０と電気的に接続されている（図２参照。）。平面的に見て、導電性部材３０側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔は、第１ゲート電極ＧＨ１側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔よりも広くなっている。

ローサイド用スイッチ２０は、第１ドレイン電極ＤＬ１、第１ソース電極ＳＬ１及び第１ゲート電極ＧＬ１を有するノーマリオン型の第１半導体チップ２２と、第２ドレイン電極ＤＬ２、第２ソース電極ＳＬ２及び第２ゲート電極ＧＬ２を有し、第１ソース電極ＳＬ１が第２ドレイン電極ＤＬ２と電気的に接続された状態となるように第１半導体チップ２２上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップ２４とを有し、第１ゲート電極ＧＬ１が、第２の導電性部材４０を介して第２ソース電極ＳＬ２と電気的に接続されているカスコードスイッチである。

第１半導体チップ２２は、第２半導体チップ２４よりも高い耐圧を有する。ローサイド用スイッチ２０の第１半導体チップ２２における第１ゲート電極ＧＬ１は、複数本の導電性ワイヤを介して第２の導電性部材４０と電気的に接続されている（図２参照。）。平面的に見て、第２の導電性部材４０側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔は、第１ゲート電極ＧＬ１側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔よりも広くなっている。

なお、ハイサイド用スイッチ１０及びローサイド用スイッチ２０は、カスコードスイッチであるため、ノーマリオン型の半導体チップをあたかもノーマリオフ型のスイッチのように使用することができる。

ハイサイド用スイッチ１０及びローサイド用スイッチ２０はいずれも、平面的に見て矩形形状であり、導電性部材３０は、ハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように（具体的には、ハイサイド用スイッチ１０の外周を構成する辺のうちの３つの辺を取り囲むように）配置された板状の部材であり、第２の導電性部材４０は、ローサイド用スイッチ２０を取り囲むように（具体的には、ローサイド用スイッチ２０の外周を構成する辺のうちの３つの辺を取り囲むように）配置された板状の部材である。なお、導電性部材３０を、ローサイド用スイッチ２０を取り囲むように配置し、第２の導電性部材４０を、ハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように配置してもよい。

ハイサイド用スイッチ１０及びローサイド用スイッチ２０はいずれも、平面的に見て長方形形状であり、かつ、ハイサイド用スイッチ１０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺が、ローサイド用スイッチ２０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺に対して垂直になるように配置されている。

導電性部材３０においては、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路を避けた位置（言い換えると、第２ソース電極ＳＨ２と第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路と接しない位置）に、平面的に見て外側に向かって広がっている領域３２を有し、当該広がっている領域３２には、端子３４が設けられている。また、第２の導電性部材４０においては、ローサイド用スイッチ２０の第２ソース電極ＳＬ２と、接地されている第３の導電性部材５０との間の電流経路を避けた位置に、平面的に見て外側に向かって広がっている領域４２を有し、当該広がっている領域４２には、端子４４が設けられている。

ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２は、ローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１と導電性部材３０を介して電気的に接続されている。ハイサイド用スイッチ１０の第２ゲート電極ＧＨ２及びローサイド用スイッチ２０の第２ゲート電極ＧＬ２はそれぞれ、導電性ワイヤを介して外部接続用の端子(図示せず。)と電気的に接続されている。

第３の導電性部材５０は、ハイサイド用スイッチ１０の第１ドレイン電極ＤＨ１側（図２の下側の長辺）においてハイサイド用スイッチ１０とは離間した位置に配置されている平面的に見て長方形状の板状の部材である。第３の導電性部材５０は、キャパシタ６０及びハイサイド用スイッチ１０の第１ドレイン電極ＤＨ１とそれぞれ導電性ワイヤ７０を介して接続されている。

第３の導電性部材５０及び導電性部材３０は、第３の導電性部材５０及び導電性部材３０によって、ハイサイド用スイッチ１０の外周を囲むように配置されている。

キャパシタ６０は、一方の端子が第３の導電性部材５０を介してハイサイド用スイッチ１０の第１ドレイン電極ＤＨ１と電気的に接続され、他方の端子が第２の導電性部材４０を介してローサイド用スイッチ２０の第２ソース電極ＳＬ２と電気的接続されている。キャパシタ６０は、ハイサイド用スイッチ１０及びローサイド用スイッチ２０との接続（ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との接続）に対し並列に接続されている。

このような実施形態１に係る半導体モジュール１は、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを有する適宜の回路を有する実施形態１に係るスイッチング電源装置に用いることができ、例えば、インバータ(図４参照。)、ブリッジレスＰＦＣ（図５参照）、コンバータ(図６参照。)等に用いることができる。

２．実施形態１に係る半導体モジュール１及びスイッチング電源装置の効果
実施形態１に係る半導体モジュール１及びスイッチング電源装置によれば、平面的に見てハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように導電性部材３０が配置されており、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２は、導電性部材３０を介してローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１と電気的に接続されているため、導電性ワイヤのみを介して電気的に接続されている場合と比較して、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路の断面積を比較的広く、かつ、当該電流経路を比較的短くすることができる。従って、当該電流経路の寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、大電流・高速スイッチングの制御を行った場合であっても、スイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ(図３(ａ)参照。)、サージに起因した誤動作が発生し難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、平面的に見てハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように導電性部材３０が配置されており、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２は、導電性部材３０と接続されているため、第１ゲート電極ＧＨ１と導電性部材３０との間を配線することにより容易にハイサイド用スイッチ１０をカスコードスイッチとすることができる。

ところで、導電性部材が、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチのどちらも取り囲んでいない半導体モジュール（比較例１に係る半導体モジュール、図示せず。）においては、スイッチングの際に、ローサイド用スイッチのゲート・ソース間電圧ＶｇｓＬ及びドレイン・ソース間電圧ＶｄｓＬにノイズが発生することがある（図３(ｂ)参照。）。これに対して、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、平面的に見てハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように導電性部材３０が配置されており、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２は、導電性部材３０と接続されているため、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２と第１ゲート電極ＧＨ１との間の電流経路の大部分が、断面積が大きい導電性部材３０となり、当該電流経路の寄生インダクタンスを小さくすることができる。従って、当該電流経路においてもスイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ、第１ゲート電極ＧＨ１に対する制御信号がサージの影響を受け難くなり(図３(ａ)参照。)、その結果、サージに起因した誤動作がより確実に発生し難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、上記した構成を有するため、ＳｉＣやＧａＮといった次世代デバイスを用いて大電流・高速スイッチングの制御を行った場合であっても、スイッチングに伴うサージを十分抑制することができ、サージに起因した誤動作が発生し難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、ハイサイド用スイッチ１０は、平面的に見て矩形形状であり、導電性部材３０は、ハイサイド用スイッチ１０の外周を構成する辺のうちの３つの辺を取り囲むように形成されたものであるため、第１ゲート電極ＧＨ１と導電性部材３０との間を配線すれば容易にハイサイド用スイッチ１０をカスコードスイッチとすることができる。
また、第２ソース電極ＳＨ２と第１ゲート電極ＧＨ１との間の電流経路の大部分が、断面積が大きい導電性部材となり、第２ソース電極ＳＨ２と第１ゲート電極ＧＨ１との間の電流経路の寄生インダクタンスをより確実に小さくすることができる。従って、第２ソース電極ＳＨ２と第１ゲート電極ＧＨ１との間の電流経路においてもスイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ、第１ゲート電極ＧＨ１に対する制御信号がサージの影響をより一層受け難くなり、その結果、サージに起因した誤動作がより一層発生し難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、ハイサイド用スイッチ１０及びローサイド用スイッチ２０はいずれも、平面的に見て長方形形状であり、かつ、ハイサイド用スイッチ１０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺が、ローサイド用スイッチ２０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺に対して垂直になるように配置されているため、ハイサイド用スイッチ１０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺が、ローサイド用スイッチ２０の外周を構成する辺のうち長方形形状の長辺にあたる辺に対して平行(又は同一線上)になるように配置されている場合（比較例２に係る半導体モジュール、図７参照。）と比較して、ローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１と、導電性部材３０との間の配線が比較的簡単で、かつ、ローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１と、導電性部材３０との間の電流経路を短くすることができる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、導電性部材３０は、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路を避けた位置に、平面的に見て外側に向かって広がった領域３２を有し、当該広がった領域３２には、端子３４が設けられているため、第１ゲート電極ＧＨ１に対する制御信号が、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路を流れる比較的大きな電流の影響を受け難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、ハイサイド用スイッチ１０の第１ゲート電極ＧＨ１は、複数本の導電性ワイヤ７０を介して導電性部材３０と電気的に接続されているため、ハイサイド用スイッチ１０のゲート・ソース間（第１ゲート電極・第２ソース電極間）の寄生インダクタンスを低減することができる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、平面的に見て、導電性部材３０側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔が、第１ゲート電極ＧＨ１側における隣接する導電性ワイヤ７０の間隔よりも広くなっているため、導電性部材３０と導電性ワイヤ７０との接触位置を遠ざけることができ、隣接する導電性ワイヤ７０を流れる電流の影響を受け難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との接続に対し並列に接続されるキャパシタ６０を備えるため、当該キャパシタ６０をバイパスコンデンサとして使用することができる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、平面的に見てローサイド用スイッチ２０を取り囲むように配置された第２の導電性部材４０を備え、ローサイド用スイッチ２０の第２ソース電極ＳＬ２は、第２の導電性部材４０を介してローサイド用スイッチ２０の第１ゲート電極ＧＬ１と電気的に接続されているため、ローサイド用スイッチ２０のソース・ゲート間（第１ゲート電極・第２ソース電極間）の寄生インダクタンスを低減することができる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、第２の導電性部材４０は、ローサイド用スイッチ２０の外周を構成する辺のうちの３つの辺を取り囲むように形成されたものであるため、第１ゲート電極ＧＬ１と第２の導電性部材４０との間を配線すれば容易にローサイド用スイッチ２０をカスコードスイッチとすることができる。
また、第２ソース電極ＳＬ２と第１ゲート電極ＧＬ１との間の電流経路の大部分が、断面積が大きい導電性部材となり、第２ソース電極ＳＬ２と第１ゲート電極ＧＬ１との間の電流経路の寄生インダクタンスをより確実に小さくすることができる。従って、第２ソース電極ＳＬ２と第１ゲート電極ＧＬ１との間の電流経路においてもスイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ、第１ゲート電極ＧＬ１に対する制御信号がサージの影響をより一層受け難くなり、その結果、サージに起因した誤動作がより一層発生し難くなる。

また、実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、ローサイド用スイッチ２０の第１ゲート電極ＧＬ１は、複数本の導電性ワイヤ７０を介して第２の導電性部材４０と電気的に接続されているため、ローサイド用スイッチ２０のゲート・ソース間（第１ゲート電極・第２ソース電極間）の寄生インダクタンスを低減することができる。

［実施形態２］
実施形態２に係る半導体モジュール２は、基本的には実施形態１に係る半導体モジュール１と同様の構成を有するが、キャパシタの構成が半導体モジュール１の場合とは異なる。実施形態２に係る半導体モジュール２においては、半導体モジュール内にキャパシタを備える代わりに、「ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との接続に対し並列に接続されるキャパシタ６２」が半導体モジュール２の外部に配置されている（図８及び図９参照。）。

第３の導電性部材５０の一部と第２の導電性部材４０の一部にはそれぞれ、「ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチの第１ドレイン電極ＤＬ１との接続に対し並列に接続されるキャパシタ６２」を配置するための外部接続用の端子４６，５２が樹脂８０から露出した状態で設けられている。

このように、実施形態２に係る半導体モジュール２は、キャパシタの構成が実施形態１に係る半導体モジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る半導体モジュール１の場合と同様に、平面的に見てハイサイド用スイッチ１０を取り囲むように導電性部材３０が配置されており、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２は、導電性部材３０を介してローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１と電気的に接続されているため、導電性ワイヤのみを介して電気的に接続されている場合と比較して、ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との間の電流経路の断面積を比較的広く、かつ、当該電流経路を比較的短くすることができる。従って、当該電流経路の寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、大電流・高速スイッチングの制御を行った場合であっても、スイッチングに伴うサージの発生を十分抑制することができ(図３(ａ)参照。)、サージに起因した誤動作が発生し難くなる。

また、実施形態２に係る半導体モジュール２によれば、第３の導電性部材５０の一部と第２の導電性部材４０の一部にはそれぞれ、「ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との接続に対し並列に接続されるキャパシタ６２」を配置するための外部接続用の端子４６，５２が樹脂８０から露出した状態で設けられているため、キャパシタ６２を半導体モジュール２の外周面に搭載することができる。従って、キャパシタ６２の形状、大きさ等を比較的自由に選択することができ、設計自由度が向上する。

また、実施形態２に係る半導体モジュール２によれば、第３の導電性部材５０の一部と第２の導電性部材４０の一部にはそれぞれ、「ハイサイド用スイッチ１０の第２ソース電極ＳＨ２とローサイド用スイッチ２０の第１ドレイン電極ＤＬ１との接続に対し並列に接続されるキャパシタ６２」を配置するための外部接続用の端子４６，５２が樹脂８０から露出した状態で設けられているため、キャパシタ６２を半導体モジュール２の外周面に搭載することができる。従って、半導体モジュール内に搭載するキャパシタの搭載領域が不要となるため、半導体モジュール内にキャパシタを搭載する場合には迂回するように配置していた配線を直線的に配置することができる。従って、配線が短くて済み、寄生インダクタンスをより一層小さくすることができる。その結果、スイッチングの際に発生する電圧サージや高周波リンギングの発生を抑制することができる。

なお、実施形態２に係る半導体モジュール２は、キャパシタの構成以外の点においては実施形態１に係る半導体モジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る半導体モジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記各実施形態においては、第１ゲート電極ＧＨ１，ＧＬ１を、複数本の導電性ワイヤ７０を介して導電性部材３０(又は第２の導電性部材４０)と電気的に接続したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、第１ゲート電極ＧＨ１，ＧＬ１を、１本の導電性ワイヤを介して導電性部材３０(又は第２の導電性部材４０)と電気的に接続してもよい。

（３）上記各実施形態においては、第１ゲート電極ＧＨ１，ＧＬ１を、導電性ワイヤ７０を介して第２の導電性部材４０（又は導電性部材３０）と電気的に接続したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、第１ゲート電極ＧＨ１，ＧＬ１を、ワイヤ以外の接続部材(例えば、リード等)を介して第２の導電性部材４０（又は導電性部材３０）と電気的に接続してもよい。

１，２…半導体モジュール、１０…ハイサイド用スイッチ、１２，２２…第１半導体チップ、１４，２４…第２半導体チップ、２０…ローサイド用スイッチ、３０…導電性部材、３２，４２…凸部、３４，４４…端子、４０…第２の導電性部材、４６，５２…外部接続用の端子、５０…第３の導電性部材、６０，６２…キャパシタ、７０…導電性ワイヤ、８０…樹脂、ＣＨ１…インダクタ、ＣＳ…抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…コンデンサ

Claims (16)

1. 第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上の平面的に見て前記第１半導体チップと重なる位置に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、
   前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、
   平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、
   前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチの少なくとも一方は、平面的に見て矩形形状であり、
   前記導電性部材は、前記ハイサイド用スイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺、又は、前記ローサイド用スイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺を取り囲むように配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、
   前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、
   平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、
   前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されており、
   前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチはいずれも、平面的に見て長方形形状であり、かつ、前記ハイサイド用スイッチの外周を構成する辺のうち前記長方形形状の長辺にあたる辺が、前記ローサイド用スイッチの外周を構成する辺のうち前記長方形形状の長辺にあたる辺に対して垂直になるように配置されていることを特徴とする半導体モジュール。
4. 前記導電性部材は、前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との間の電流経路を避けた位置に、平面的に見て外側に向かって広がっている領域を有し、当該広がっている領域には、端子が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体モジュール。
5. 前記ハイサイド用スイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記導電性部材と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体モジュール。
6. 第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、
   前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、
   平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、
   前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されており、
   前記ハイサイド用スイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記導電性部材と電気的に接続されており、かつ、平面的に見て、前記導電性部材側における隣接する導電性ワイヤの間隔が、前記第１ゲート電極側における隣接する導電性ワイヤの間隔よりも広くなっていることを特徴とする半導体モジュール。
7. 前記導電性部材は、平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの一方のスイッチを取り囲むように形成されており、
   平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチを取り囲むように配置された第２の導電性部材をさらに備え、
   前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記第２の導電性部材を介して前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第１ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体モジュール。
8. 前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチは、平面的に見て矩形形状であり、
   前記第２の導電性部材は、前記他方のスイッチの外周を構成する辺のうちの少なくとも３つの辺を取り囲むように形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
9. 前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記第２の導電性部材と電気的に接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体モジュール。
10. 第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、
    前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、
    平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、
    前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されており、
    前記導電性部材は、平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの一方のスイッチを取り囲むように形成されており、
    平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチを取り囲むように配置された第２の導電性部材をさらに備え、
    前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記第２の導電性部材を介して前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチの前記第１ゲート電極と電気的に接続されており、
    前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの前記他方のスイッチの前記第１ゲート電極は、複数本の導電性ワイヤを介して前記第２の導電性部材と電気的に接続されており、かつ、平面的に見て、隣接する前記導電性ワイヤの前記第２の導電性部材側の間隔が、隣接する前記導電性ワイヤの前記第１ゲート電極側の間隔よりも広くなっていることを特徴とする半導体モジュール。
11. 前記導電性部材とは離間した位置に配置され、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と接続されている第３の導電性部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体モジュール。
12. 第１ドレイン電極、第１ソース電極及び第１ゲート電極を有するノーマリオン型の第１半導体チップと、第２ドレイン電極、第２ソース電極及び第２ゲート電極を有し、前記第１ソース電極が前記第２ドレイン電極と電気的に接続された状態となるように前記第１半導体チップ上に配置されたノーマリオフ型の第２半導体チップとを有し、前記第１ゲート電極が、前記第２ソース電極と電気的に接続されているカスコードスイッチを２以上備える半導体モジュールであって、
    前記カスコードスイッチとして、ハイサイド用スイッチ及びローサイド用スイッチを備え、
    平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの少なくとも一方を取り囲むように導電性部材が配置されており、
    前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極は、少なくとも前記導電性部材を介して前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と電気的に接続されており、
    前記導電性部材とは離間した位置に配置され、前記ハイサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と接続されている第３の導電性部材をさらに備え、
    前記第３の導電性部材及び前記導電性部材は、前記第３の導電性部材及び前記導電性部材によって、前記ハイサイド用スイッチの外周又は前記ローサイド用スイッチの外周を囲むように配置されていることを特徴とする半導体モジュール。
13. 前記ハイサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極と、前記ローサイド用スイッチの前記第２ソース電極とに電気的接続され、前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との接続に対し並列に接続されるキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体モジュール。
14. 前記半導体モジュールは、樹脂で封止されており、
    前記第３の導電性部材の一部と、平面的に見て前記ハイサイド用スイッチ及び前記ローサイド用スイッチのうちの他方のスイッチを取り囲むように配置された第２の導電性部材の一部にはそれぞれ、前記ハイサイド用スイッチの前記第２ソース電極と前記ローサイド用スイッチの前記第１ドレイン電極との接続に対し並列に接続されるキャパシタを配置するための外部接続用の端子が前記樹脂から露出した状態で設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体モジュール。
15. 前記第１半導体チップは、前記第２半導体チップよりも高い耐圧を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の半導体モジュール。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の半導体モジュールを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。

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