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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-05
(45)【発行日】2022-01-20
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20220113BHJP
H01L 25/18 20060101ALI20220113BHJP
H02M 3/00 20060101ALI20220113BHJP
【ＦＩ】
H01L25/04 C
H02M3/00 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018093522
(22)【出願日】2018-05-15
(65)【公開番号】P2019201063
(43)【公開日】2019-11-21
【審査請求日】2021-02-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100081961
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 光春
(72)【発明者】
【氏名】田代 匠太
(72)【発明者】
【氏名】伊東 弘晃
(72)【発明者】
【氏名】市倉 優太
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 尚威
(72)【発明者】
【氏名】田多 伸光
(72)【発明者】
【氏名】水谷 麻美
(72)【発明者】
【氏名】関谷 洋紀
(72)【発明者】
【氏名】久里 裕二
(72)【発明者】
【氏名】飯尾 尚隆
【審査官】多賀 和宏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１７５６８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０６７９９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－００７２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１１０９０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０６０２５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２５９２６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－１２５１１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／４８－２３／５０
Ｈ０１Ｌ ２５／０７
Ｈ０２Ｍ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源側電極と負荷側電極と、を有する複数の半導体素子と、
電源に接続される複数の電源側端子と、
負荷に接続される複数の負荷側端子と、
前記複数の電源側端子と前記複数の半導体素子の前記電源側電極を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層と、
前記複数の負荷側端子と前記複数の半導体素子の前記負荷側電極を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層と、
前記電源側の導電層と前記負荷側の導電層とを電気的に絶縁する絶縁層と、
を有する基板を備え、
前記複数の半導体素子は、前記複数の電源側端子および前記複数の負荷側端子から略同等の距離で、前記基板上に配置された、
半導体装置。
【請求項2】
前記電源側の導電層、前記負荷側の導電層のうち少なくとも一方は、前記導電層のインピーダンスより高インピーダンスにて構成された高インピーダンス部により、前記複数の半導体素子の少なくとも一つが載置された領域を含む、複数の部分に分割された導電層により構成された、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記高インピーダンス部は、前記導電層のインピーダンスより高インピーダンスの金属部材により構成された、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記高インピーダンス部は、前記導電層よりパターン断面積を小さくすることにより構成された、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記電源側の導電層が、前記複数の半導体素子が配置された載置面と反対側の前記基板の外面に構成された、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記複数の半導体素子は、制御電極を有し、前記基板は、前記複数の半導体素子の前記制御電極に電気的に接続された制御端子を有し、
前記制御端子は、前記複数の電源側端子、前記複数の負荷側端子が配置された側面と異なる前記基板の側面に配置された、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記基板は、前記複数の半導体素子の前記制御電極と、前記制御端子とを電気的に接続する制御パターンを有する制御層を備え、前記制御層は、前記基板の前記電源側の導電層、前記負荷側の導電層よりも前記複数の半導体素子が配置された載置面側に構成された、
請求項６に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記基板は長方形状に構成され、前記複数の電源側端子および前記複数の負荷側端子は、前記基板を構成する長方形の対向する辺に設けられ、
前記複数の半導体素子は、前記基板に碁盤目状に配置された、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、電力制御用の半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力系統における直流送電システムには、大電力用の電力変換器が使用される。これらの電力変換器は、交流を直流に、直流を交流にする電圧の変換を行う。または、これらの電力変換器は、直流の電圧を昇圧、降圧する電圧の変換を行う。これらの電圧の変換は、電力変換器内に設けられた半導体装置により、供給された電力がスイッチングされることにより行われる。
【0003】
上記のような半導体装置は、ＩＧＢＴ等のいわゆるパワー素子と呼ばれるスイッチング用の半導体素子が回路基板に配置され構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１３－１４１３７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電力変換に使用される半導体装置は、スイッチングにより１０００Ｖを超える高電圧の開閉を行う。また、半導体装置は、スイッチングにより１０００Ａを超える大電流の開閉を行う。大電流の開閉を行うため、半導体装置には、電気的に並列に接続された複数のＩＧＢＴ等の半導体素子が設けられる。これらの半導体素子は、回路基板上に実装され配置される。
【0006】
しかしながら、回路基板上に構成された配線パターンは、インピーダンスを有する。このため、半導体素子が回路基板上に配置された位置により、回路基板の端面に設けられた端子と半導体素子間のインピ―ダンスが異なることとなる。
【0007】
例えば、回路基板の端面に設けられた端子の近傍に配置された半導体素子は、端子と半導体素子間の配線パターンが短くなり、端子と半導体素子間のインピ―ダンスは小さくなる。一方、回路基板の端面に設けられた端子の遠方に配置された半導体素子は、端子と半導体素子間の配線パターンが長くなり、端子と半導体素子間のインピ―ダンスは大きくなる。このため、端子の近傍に配置された半導体素子の方が、端子の遠方に配置された半導体素子より負担する電流が大きくなる。
【0008】
半導体素子が回路基板に配置された位置により、半導体素子が負担する電流が異なるとの不具合があった。半導体素子が負担する電流が異なることにより、複数の半導体素子のうち一部の半導体素子が負担する電流が大きくなり、この一部の半導体の劣化が加速されることが懸念された。また、この一部の半導体において発熱や故障を招くことも懸念された。
【0009】
本実施形態は、回路基板に配置された位置の相違による、回路基板の配線パターンのインピーダンスに起因する、複数の半導体素子ごとの負担電流の相違を軽減することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本実施形態の半導体装置は次のような構成を有することを特徴とする。
（１）電源側電極と負荷側電極と、を有する複数の半導体素子。
（２）以下を有する基板。
（２－１）電源に接続される複数の電源側端子。
（２－２）負荷に接続される複数の負荷側端子。
（２－３）前記複数の電源側端子と前記複数の半導体素子の前記電源側電極を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層。
（２－４）前記複数の負荷側端子と前記複数の半導体素子の前記負荷側電極を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層。
（２－５）前記電源側の導電層と前記負荷側の導電層とを電気的に絶縁する絶縁層。
（３）前記複数の半導体素子は、前記複数の電源側端子および前記複数の負荷側端子から略同等の距離で、前記基板上に配置される。
（１）電源側電極と負荷側電極と、を有する複数の半導体素子。
（２）以下を有する基板。
（２－１）電源に接続される複数の電源側端子。
（２－２）負荷に接続される複数の負荷側端子。
（２－３）前記複数の電源側端子と前記複数の半導体素子の前記電源側電極を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層。
（２－４）前記複数の負荷側端子と前記複数の半導体素子の前記負荷側電極を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層。
（２－５）前記電源側の導電層と前記負荷側の導電層とを電気的に絶縁する絶縁層。
（３）前記複数の半導体素子は、前記複数の電源側端子および前記複数の負荷側端子から略同等の距離で、前記基板上に配置される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態にかかる半導体装置の外観を示す図
【図2】第１実施形態にかかる半導体装置の半導体実装部分を示す拡大図
【図3】第１実施形態にかかる半導体装置の半導体素子を示す図
【図4】第１実施形態にかかる半導体装置の結線状態を示す回路図
【図5】第１実施形態にかかる半導体装置の電流の流れを説明する図
【図6】他の実施形態にかかる半導体装置の構造を示す図
【図7】他の実施形態にかかる半導体装置の構造を示す図
【図8】他の実施形態における基板の形状を示す図
【発明を実施するための形態】
【0012】
【0013】
本実施形態において、同一構成の装置や部材が複数ある場合にはそれらについて同一の番号を付して説明を行い、また、同一構成の個々の装置や部材についてそれぞれを説明する場合に、共通する番号にアルファベット（小文字）の添え字を付けることで区別する。本実施形態における、８つの半導体素子９ａ～９ｈは、同じ構成を有する。
【0014】
半導体装置１は、複数の半導体素子９、および基板１１を有する。
【0015】
（基板１１）
基板１１は、複数の半導体素子９が実装される面から見て略長方形状の板状に形成される。基板１１は、制御側導電部２、制御側導電部３、負荷側導電部４、電源側導電部５、絶縁層６を有する。絶縁層６は絶縁層６１、６２、６３により構成される。
基板１１は、複数の半導体素子９が実装される面から見て略長方形状の板状に形成される。基板１１は、制御側導電部２、制御側導電部３、負荷側導電部４、電源側導電部５、絶縁層６を有する。絶縁層６は絶縁層６１、６２、６３により構成される。
【0016】
基板１１は、半導体素子９が実装される載置面１２から順に、後述する制御側導電部２の制御層２１、絶縁層６１、制御側導電部３の制御層３１、絶縁層６２、負荷側導電部４の負荷側の導電層４１、絶縁層６３、電源側導電部５の電源側の導電層５１により層状に形成される。絶縁層６１、６２、６３はポリイミドやセラミック等の絶縁材料により板状に形成される。
【0017】
また、基板１１は、一方の面に載置面１２を有する。半導体素子９が、基板１１の載置面１２に配置され実装される。載置面１２は、薄膜層（所謂レジスト）により被覆されていてもよい。
【0018】
（制御側導電部２）
制御側導電部２は、半導体素子９のゲートである制御電極９３と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。制御側導電部２は、半導体素子９のゲートである制御電極９３と電気的に接続される。制御側導電部２は、制御層２１、制御端子２２、導体２３を有する。
制御側導電部２は、半導体素子９のゲートである制御電極９３と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。制御側導電部２は、半導体素子９のゲートである制御電極９３と電気的に接続される。制御側導電部２は、制御層２１、制御端子２２、導体２３を有する。
【0019】
（制御層２１）
制御層２１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第１層目に設けられた導電層である。制御層２１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御層２１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。制御層２１は、絶縁層６１により、制御層３１と絶縁される。
制御層２１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第１層目に設けられた導電層である。制御層２１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御層２１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。制御層２１は、絶縁層６１により、制御層３１と絶縁される。
【0020】
制御層２１は、制御端子２２、導体２３と電気的に接続される。制御層２１は、導体２３ａ～２３ｈを介し、各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈと電気的に接続される。制御層２１は、制御端子２２を介し、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。制御層２１は、半導体装置１の外部の回路から制御端子２２に入力された制御信号を、導体２３ａ～２３ｈを介し、各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈに伝達する。
【0021】
（制御端子２２）
制御端子２２は、制御層２１の略長方形を構成する一つの辺に設けられた端子である。制御端子２２は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御端子２２は、後述する電源側端子５２、負荷側端子４２が配置された半導体装置１の面と異なる基板１１の側面に配置される。
制御端子２２は、制御層２１の略長方形を構成する一つの辺に設けられた端子である。制御端子２２は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御端子２２は、後述する電源側端子５２、負荷側端子４２が配置された半導体装置１の面と異なる基板１１の側面に配置される。
【0022】
制御端子２２は、制御層２１と電気的に接続される。制御端子２２は、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。制御端子２２は、半導体装置１の外部の回路から入力された制御信号を、制御層２１に伝達する。
【0023】
（導体２３）
導体２３は、半導体素子９のゲートである制御電極９３が接続される端子である。導体２３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体２３は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体２３ａ～２３ｈが設けられる。
導体２３は、半導体素子９のゲートである制御電極９３が接続される端子である。導体２３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体２３は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体２３ａ～２３ｈが設けられる。
【0024】
導体２３ａ～２３ｈは、制御層２１、半導体素子９ａ～９ｈと電気的に接続される。導体２３ａ～２３ｈは、制御層２１に立接して配置される。導体２３ａ～２３ｈは、制御層２１を介し、半導体装置１の外部の回路から制御端子２２に入力された制御信号を、各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈに伝達する。
【0025】
（制御側導電部３）
制御側導電部３は、半導体素子９のゲート電極の一方である制御電極９４と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。制御電極９４は、半導体素子９内部のパワートランジスタの開閉を制御するために設けられたＦＥＴの、ゲート電極の一方を構成する所謂エミッタセンス電極（以降、バックゲートと呼ぶ）である。バックゲートは、半導体素子９内部でパワートランジスタのエミッタに接続されている。制御側導電部３は、半導体素子９のバックゲートである制御電極９４と電気的に接続される。制御側導電部３は、制御層３１、制御端子３２、導体３３を有する。
制御側導電部３は、半導体素子９のゲート電極の一方である制御電極９４と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。制御電極９４は、半導体素子９内部のパワートランジスタの開閉を制御するために設けられたＦＥＴの、ゲート電極の一方を構成する所謂エミッタセンス電極（以降、バックゲートと呼ぶ）である。バックゲートは、半導体素子９内部でパワートランジスタのエミッタに接続されている。制御側導電部３は、半導体素子９のバックゲートである制御電極９４と電気的に接続される。制御側導電部３は、制御層３１、制御端子３２、導体３３を有する。
【0026】
（制御層３１）
制御層３１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第２層目に設けられた導電層である。制御層３１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御層３１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。制御層３１は、絶縁層６１により、制御層２１と絶縁される。制御層３１は、絶縁層６２により、負荷側の導電層４１と絶縁される。
制御層３１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第２層目に設けられた導電層である。制御層３１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御層３１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。制御層３１は、絶縁層６１により、制御層２１と絶縁される。制御層３１は、絶縁層６２により、負荷側の導電層４１と絶縁される。
【0027】
制御層３１は、制御端子３２、導体３３と電気的に接続される。制御層３１は、導体３３ａ～３３ｈを介し、各半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈと電気的に接続される。制御層３１は、制御端子３２を介し、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。制御層３１は、半導体装置１の外部の回路から制御端子３２に入力された制御信号を、導体３３ａ～３３ｈを介し、各半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈに伝達する。
【0028】
（制御端子３２）
制御端子３２は、制御層３１の略長方形を構成する一つの辺に設けられた端子である。制御端子３２は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御端子３２は、後述する電源側端子５２、負荷側端子４２が配置された半導体装置１の面と異なる基板１１の側面に配置される。
制御端子３２は、制御層３１の略長方形を構成する一つの辺に設けられた端子である。制御端子３２は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。制御端子３２は、後述する電源側端子５２、負荷側端子４２が配置された半導体装置１の面と異なる基板１１の側面に配置される。
【0029】
制御端子３２は、制御層３１と電気的に接続される。制御端子３２は、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。制御端子３２は、半導体装置１の外部の回路から入力された制御信号を、制御層３１に伝達する。
【0030】
（導体３３）
導体３３は、半導体素子９のゲートである制御電極９４が接続される端子である。導体３３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体３３は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体３３ａ～３３ｈが設けられる。
導体３３は、半導体素子９のゲートである制御電極９４が接続される端子である。導体３３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体３３は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体３３ａ～３３ｈが設けられる。
【0031】
導体３３ａ～３３ｈは、制御層３１、半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈと電気的に接続される。導体３３ａ～３３ｈは、絶縁層６１、制御層２１に設けられた貫通孔（スルーホール）を貫通し、制御層３１、半導体素子９ａ～９ｈの間に配置される。導体３３ａ～３３ｈは、制御層３１を介し、半導体装置１の外部の回路から制御端子３２に入力された制御信号を、各半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈに伝達する。
【0032】
（負荷側導電部４）
負荷側導電部４は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。負荷側導電部４は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２と電気的に接続される。負荷側導電部４は、負荷側の導電層４１、負荷側端子４２、導体４３を有する。
負荷側導電部４は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。負荷側導電部４は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２と電気的に接続される。負荷側導電部４は、負荷側の導電層４１、負荷側端子４２、導体４３を有する。
【0033】
（負荷側の導電層４１）
負荷側の導電層４１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第３層目に設けられた導電層である。負荷側の導電層４１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。負荷側の導電層４１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。負荷側の導電層４１は、絶縁層６２により、制御層３１と絶縁される。また負荷側の導電層４１は、絶縁層６３により、電源側の導電層５１と絶縁される。
負荷側の導電層４１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第３層目に設けられた導電層である。負荷側の導電層４１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。負荷側の導電層４１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。負荷側の導電層４１は、絶縁層６２により、制御層３１と絶縁される。また負荷側の導電層４１は、絶縁層６３により、電源側の導電層５１と絶縁される。
【0034】
負荷側の導電層４１は、負荷側端子４２、導体４３と電気的に接続される。負荷側の導電層４１は、導体４３ａ～４３ｈを介し、各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈと電気的に接続される。負荷側の導電層４１は、複数の負荷側端子４２ａ、４２ｂと電気的に接続される。
【0035】
負荷側の導電層４１は、各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈから導体４３ａ～４３ｈを介して出力された電力を、負荷側端子４２ａ、４２ｂに出力する。
【0036】
（負荷側端子４２ａ、４２ｂ）
負荷側端子４２ａは、負荷側の導電層４１の略長方形を構成する一つの短辺に設けられた端子である。負荷側端子４２ｂは、負荷側の導電層４１の略長方形を構成する対向する他の短辺に設けられた端子である。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、銅や銀等の導電材料により負荷側の導電層４１と一体に形成される。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、半導体装置１の側面に露出する。負荷側端子４２ａ、４２ｂには、外部の電力供給線に取付けられる取付け孔が設けられていてもよい。
負荷側端子４２ａは、負荷側の導電層４１の略長方形を構成する一つの短辺に設けられた端子である。負荷側端子４２ｂは、負荷側の導電層４１の略長方形を構成する対向する他の短辺に設けられた端子である。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、銅や銀等の導電材料により負荷側の導電層４１と一体に形成される。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、半導体装置１の側面に露出する。負荷側端子４２ａ、４２ｂには、外部の電力供給線に取付けられる取付け孔が設けられていてもよい。
【0037】
負荷側端子４２ａ、４２ｂは、導電層４１と電気的に接続される。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。負荷側端子４２ａ、４２ｂは、各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈから出力された電力を、半導体装置１の外部の回路へ伝達する。
【0038】
（導体４３）
導体４３は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２が接続される端子である。導体４３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体４３は、銅や銀等の導電材料によりコの字状のボンディング材料として形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体４３ａ～４３ｈが設けられる。導体４３はワイヤーにより形成されていてもよい。
導体４３は、半導体素子９のエミッタである負荷側電極９２が接続される端子である。導体４３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体４３は、銅や銀等の導電材料によりコの字状のボンディング材料として形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体４３ａ～４３ｈが設けられる。導体４３はワイヤーにより形成されていてもよい。
【0039】
導体４３ａ～４３ｈは、負荷側の導電層４１、半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈと電気的に接続される。導体４３ａ～４３ｈは、負荷側の導電層４１に半田付けまたはネジ止めにて固定される。導体４３ａ～４３ｈは、絶縁層６１、制御層２１、絶縁層６２、制御層３１に設けられた貫通孔（スルーホール）を貫通し、負荷側の導電層４１、半導体素子９ａ～９ｈの間に配置される。導体４３ａ～４３ｈは、各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈから出力された電力を、負荷側の導電層４１に出力する。
【0040】
（電源側導電部５）
電源側導電部５は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。電源側導電部５は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１と電気的に接続される。電源側導電部５は、電源側の導電層５１、電源側端子５２、導体５３を有する。
電源側導電部５は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１と、半導体装置１の外部に接続される回路とを電気的に接続する、導電部材により構成された部分である。電源側導電部５は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１と電気的に接続される。電源側導電部５は、電源側の導電層５１、電源側端子５２、導体５３を有する。
【0041】
（電源側の導電層５１）
電源側の導電層５１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第４層目に設けられた導電層である。電源側の導電層５１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。電源側の導電層５１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。電源側の導電層５１は、絶縁層６３により、負荷側の導電層４１と絶縁される。
電源側の導電層５１は、基板１１における半導体素子９が実装された載置面１２側から第４層目に設けられた導電層である。電源側の導電層５１は、銅や銀等の導電材料により板状に形成される。電源側の導電層５１は、基板１１と同等の略長方形に形成される。電源側の導電層５１は、絶縁層６３により、負荷側の導電層４１と絶縁される。
【0042】
電源側の導電層５１は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂ、高インピーダンス部５５を有する。電源側の導電層５１ａは、高インピーダンス部５５を介し電源側の導電層５１ｂと電気的に接続される。電源側の導電層５１ａは電源側端子５２ａ、導体５３ａ～５３ｄと電気的に接続される。電源側の導電層５１ｂは電源側端子５２ｂ、導体５３ｅ～５３ｈと電気的に接続される。
【0043】
電源側の導電層５１ａは、導体５３ａ～５３ｄを介し、各半導体素子９ａ～９ｄのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｄと電気的に接続される。電源側の導電層５１ａは、電源側端子５２ａと電気的に接続される。
【0044】
電源側の導電層５１ａは、半導体装置１の外部の回路から電源側端子５２ａに入力された電力を、導体５３ａ～５３ｄを介し、各半導体素子９ａ～９ｄのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｄに伝達する。
【0045】
電源側の導電層５１ｂは、導体５３ｅ～５３ｈを介し、各半導体素子９ｅ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ｅ～９１ｈと電気的に接続される。電源側の導電層５１ｂは、電源側端子５２ｂと電気的に接続される。
【0046】
電源側の導電層５１ｂは、半導体装置１の外部の回路から電源側端子５２ｂに入力された電力を、導体５３ｅ～５３ｈを介し、各半導体素子９ｅ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ｅ～９１ｈに伝達する。
【0047】
高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより高インピーダンスの導体材料または絶縁材料により構成された部分である。高インピーダンス部５５は、銅およびアルミニウムの含有率が調整された、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより高インピーダンスとなる材料により構成される。また、高インピーダンス部５５は、ポリイミドやセラミック等の絶縁材料により構成されていてもよい。
【0048】
高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１の一部を構成し、電源側の導電層５１ａと、電源側の導電層５１ｂの間に配置される。高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１ａと電源側の導電層５１ｂとを電気的に高インピーダンスにて接続する。
【0049】
高インピーダンス部５５は、電源側端子５２ａからの電流が、半導体素子９ｅ～９ｈに流れ込むこと、および電源側端子５２ｂからの電流が、半導体素子９ａ～９ｄに流れ込むことを軽減する。
【0050】
（電源側端子５２ａ、５２ｂ）
電源側端子５２ａは、電源側の導電層５１ａの一部であって電源側の導電層５１の略長方形を構成する一つの短辺に設けられた端子である。電源側端子５２ｂは、電源側の導電層５１ｂの一部であって電源側の導電層５１の略長方形を構成する対向する他の短辺に設けられた端子である。電源側端子５２ａは、銅や銀等の導電材料により電源側の導電層５１ａと一体に形成される。電源側端子５２ｂは、銅や銀等の導電材料により電源側の導電層５１ｂと一体に形成される。電源側端子５２ａ、５２ｂは、半導体装置１の側面に露出する。電源側端子５２ａ、５２ｂには、外部の電力供給線に取付けられる取付け孔が設けられていてもよい。
電源側端子５２ａは、電源側の導電層５１ａの一部であって電源側の導電層５１の略長方形を構成する一つの短辺に設けられた端子である。電源側端子５２ｂは、電源側の導電層５１ｂの一部であって電源側の導電層５１の略長方形を構成する対向する他の短辺に設けられた端子である。電源側端子５２ａは、銅や銀等の導電材料により電源側の導電層５１ａと一体に形成される。電源側端子５２ｂは、銅や銀等の導電材料により電源側の導電層５１ｂと一体に形成される。電源側端子５２ａ、５２ｂは、半導体装置１の側面に露出する。電源側端子５２ａ、５２ｂには、外部の電力供給線に取付けられる取付け孔が設けられていてもよい。
【0051】
電源側端子５２ａは、電源側の導電層５１ａと、電源側端子５２ｂは、電源側の導電層５１ｂと電気的に接続される。電源側端子５２ａ、５２ｂは、半導体装置１の外部の回路と電気的に接続される。電源側端子５２ａは、半導体装置１の外部の回路から入力された電力を電源側の導電層５１ａに伝達する。電源側端子５２ｂは、半導体装置１の外部の回路から入力された電力を電源側の導電層５１ｂに伝達する。
【0052】
（導体５３）
導体５３は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１が接続される端子である。導体５３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体５３は、銅や銀等の導電材料によりブロック状のボンディング材料として形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体５３ａ～５３ｈが設けられる。
導体５３は、半導体素子９のコレクタである電源側電極９１が接続される端子である。導体５３は、基板１１の載置面１２側に突出して設けられる。導体５３は、銅や銀等の導電材料によりブロック状のボンディング材料として形成される。半導体素子９ａ～９ｈごとに、導体５３ａ～５３ｈが設けられる。
【0053】
導体５３ａ～５３ｄは、電源側の導電層５１ａ、半導体素子９ａ～９ｄのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｄと電気的に接続される。導体５３ａ～５３ｄは、電源側の導電層５１ａに半田付けまたはネジ止めにて固定される。導体５３ａ～５３ｄは、絶縁層６３、負荷側の導電層４１、絶縁層６２、制御層３１、絶縁層６１、制御層２１に設けられた貫通孔（スルーホール）を貫通し、電源側の導電層５１ａ、半導体素子９ａ～９ｄの間に配置される。導体５３ａ～５３ｄは、電源側の導電層５１ａを介し、半導体装置１の外部の回路から電源側端子５２ａに入力された電力を、各半導体素子９ａ～９ｄのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｄに伝達する。
【0054】
導体５３ｅ～５３ｈは、電源側の導電層５１ｂ、半導体素子９ｅ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ｅ～９１ｈと電気的に接続される。導体５３ｅ～５３ｈは、電源側の導電層５１ａに半田付けまたはネジ止めにて固定される。導体５３ｅ～５３ｈは、絶縁層６３、負荷側の導電層４１、絶縁層６２、制御層３１、絶縁層６１、制御層２１に設けられた貫通孔（スルーホール）を貫通し、電源側の導電層５１ｂ、半導体素子９ｅ～９ｈの間に配置される。導体５３ｅ～５３ｈは、電源側の導電層５１ｂを介し、半導体装置１の外部の回路から電源側端子５２ｂに入力された電力を、各半導体素子９ｅ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ｅ～９１ｈに伝達する。
【0055】
基板１１は、半導体素子９ａ～９ｈが実装される載置面１２から順に、制御側導電部２の制御層２１、絶縁層６１、制御側導電部３の制御層３１、絶縁層６２、負荷側導電部４の負荷側の導電層４１、絶縁層６３、電源側導電部５の電源側の導電層５１により層状に形成される。
【0056】
（半導体素子９）
半導体素子９は、いわゆるパワー素子と呼ばれるスイッチング用の半導体素子である。半導体素子９ａ～９ｈが、基板１１の載置面１２に配置され実装される。複数の半導体素子９ａ～９ｈは、基板１１の載置面１２に碁盤目状に載置される。半導体素子９ａ～９ｄは、基板１１の電源側の導電層５１ａの鉛直上に載置される。半導体素子９ｅ～９ｈは、基板１１の電源側の導電層５１ｂの鉛直上に載置される。
半導体素子９は、いわゆるパワー素子と呼ばれるスイッチング用の半導体素子である。半導体素子９ａ～９ｈが、基板１１の載置面１２に配置され実装される。複数の半導体素子９ａ～９ｈは、基板１１の載置面１２に碁盤目状に載置される。半導体素子９ａ～９ｄは、基板１１の電源側の導電層５１ａの鉛直上に載置される。半導体素子９ｅ～９ｈは、基板１１の電源側の導電層５１ｂの鉛直上に載置される。
【0057】
さらに、半導体素子９ａ、９ｂは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置される。半導体素子９ｇ、９ｈは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置される。また、半導体素子９ａ、９ｂから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｇ、９ｈから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。
【0058】
半導体素子９ｃ、９ｄは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置される。半導体素子９ｅ、９ｆは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置される。また、半導体素子９ｃ、９ｄから電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａまでの距離および、半導体素子９ｅ、９ｆから電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂまでの距離は同等である。
【0059】
半導体素子９の構造を図３に示す。本実施形態は、一例として、半導体素子９がＩＧＢＴである場合について説明する。
【0060】
半導体素子９は、電源側電極９１、負荷側電極９２、制御電極９３、制御電極９４を有する。半導体素子９は、基板１１の載置面１２に、半導体素子９の電源側電極９１が密着して実装配置される。半導体素子９は、図３（ｂ）に示す等価回路を有し、図３（ａ）に示す形状に構成される。
【0061】
電源側電極９１は、ＩＧＢＴである半導体素子９のコレクタである。電源側電極９１は、基板１１の電源側導電部５に電気的に接続される。電源側電極９１は、電源側導電部５の導体５３、電源側の導電層５１を介し、電源側端子５２に電気的に接続される。
【0062】
負荷側電極９２は、ＩＧＢＴである半導体素子９のエミッタである。負荷側電極９２は、基板１１の負荷側導電部４に電気的に接続される。負荷側電極９２は、負荷側導電部４の導体４３、負荷側の導電層４１を介し、負荷側端子４２に電気的に接続される。
【0063】
制御電極９３は、ＩＧＢＴである半導体素子９のゲートである。制御電極９３は、基板１１の制御側導電部２に電気的に接続される。制御電極９３は、制御側導電部２の導体２３、制御パターン２１を介し、制御端子２２に電気的に接続される。
【0064】
制御電極９４は、ＩＧＢＴである半導体素子９のバックゲートである。制御電極９４は、基板１１の制御側導電部３に電気的に接続される。制御電極９４は、制御側導電部３の導体３３、制御パターン３１を介し、制御端子３２に電気的に接続される。
【0065】
半導体素子９ａ～９ｈは同一の構成である。または、半導体素子９ａ、９ｃは、半導体素子９ｂ、９ｄと、基板１１の載置面１２側から見て、左右対象となる電極配列を有するものであってもよい。半導体素子９ｅ、９ｇは、半導体素子９ｆ、９ｈと、基板１１の載置面１２側から見て、左右対象となる電極配列を有するものであってもよい。以上が、半導体装置１の構成である。
【0066】
【0067】
各半導体素子９ａ～９ｄのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｄは、電源側導電部５の導体５３ａ～５３ｄを介し、電源側の導電層５１ａおよび電源側端子５２ａに電気的に接続される。各半導体素子９ｅ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ｅ～９１ｈは、電源側導電部５の導体５３ｅ～５３ｈを介し、電源側の導電層５１ｂおよび電源側端子５２ｂに電気的に接続される。
【0068】
電源側端子５２ａおよび電源側端子５２ｂは、半導体装置１の外部回路（図中不示）に接続され、電力が供給される。電源側端子５２ａおよび電源側端子５２ｂは、接続された半導体装置１の外部回路により電気的に接続される。これにより、各半導体素子９ａ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｈは、電気的に共通に接続される。
【0069】
各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈは、負荷側導電部４の導体４３ａ～４３ｈを介し、負荷側の導電層４１および負荷側端子４２に電気的に接続される。これにより、各半導体素子９ａ～９ｈのエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈは、電気的に共通に接続される。負荷側端子４２は、半導体装置１の外部負荷（図中不示）に接続され、外部負荷は、電力が供給される。
【0070】
各半導体素子９ａ～９ｈは、電源、負荷間に相互に電気的に並列に接続される。
【0071】
各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈは、制御側導電部２の導体２３ａ～２３ｈを介し、制御層２１および制御端子２２に電気的に接続される。これにより、各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈは、電気的に共通に接続される。制御端子２２は、半導体装置１の外部の制御回路（図中不示）に接続され、半導体素子９ａ～９ｈの開閉を制御する信号が入力される。
【0072】
各半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈは、制御側導電部３の導体３３ａ～３３ｈを介し、制御層３１および制御端子３２に電気的に接続される。これにより、各半導体素子９ａ～９ｈのバックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈは、電気的に共通に接続される。制御端子３２は、半導体装置１の外部の制御回路（図中不示）に接続され、半導体素子９ａ～９ｈの開閉を制御する信号が入力される。
【0073】
各半導体素子９ａ～９ｈは、制御端子２２、制御端子３２に入力される電位差により開閉が制御される。制御端子２２、制御端子３２に入力される電位差が、各半導体素子９ａ～９ｈのゲートである制御電極９３ａ～９３ｈ、バックゲートである制御電極９４ａ～９４ｈ間に入力される。
【0074】
制御端子３２に対し制御端子２２が正電圧となる電圧が、制御端子２２、制御端子３２間に入力にされた場合、各半導体素子９ａ～９ｈは閉状態となる。制御端子３２に対し制御端子２２が負電圧となる電圧が、制御端子２２、制御端子３２間に入力にされた場合、または、制御端子２２、制御端子３２間に入力にされる電圧に電位差がない場合、各半導体素子９ａ～９ｈは開状態となる。半導体素子９ａ～９ｈが閉状態および開状態を繰り返すことにより、供給された電力がスイッチングされ電圧変換される。
【0075】
半導体装置１の外部の制御回路から、制御端子２２、制御端子３２間に半導体素子９ａ～９ｈを開状態とする制御信号が入力された場合、半導体素子９ａ～９ｈは開状態となる。したがって、各半導体素子９ａ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｈとエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈの間は、非導通となり、電源側端子５２ａ、５２ｂに供給された電力は、負荷側端子４２ａ、４２ｂに供給されない。
【0076】
半導体装置１の外部の制御回路から、制御端子２２、制御端子３２間に半導体素子９ａ～９ｈを閉状態とする制御信号が入力された場合、半導体素子９ａ～９ｈは閉状態となる。したがって、各半導体素子９ａ～９ｈのコレクタである電源側電極９１ａ～９１ｈとエミッタである負荷側電極９２ａ～９２ｈの間は、導通となり、電源側端子５２ａ、５２ｂに供給された電力は、負荷側端子４２ａ、４２ｂに供給される。
【0077】
図１に示すように半導体素子９ａ～９ｈは、基板１１の載置面１２に碁盤目状に配置されている。半導体素子９ａ～９ｄは、基板１１の電源側の導電層５１ａの鉛直上に配置されている。半導体素子９ｅ～９ｈは、基板１１の電源側の導電層５１ｂの鉛直上に配置されている。
【0078】
さらに、半導体素子９ａ、９ｂは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置されている。半導体素子９ｇ、９ｈは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置されている。また、半導体素子９ａ、９ｂから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｇ、９ｈから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。
【0079】
また、半導体素子９ｃ、９ｄは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置されている。半導体素子９ｅ、９ｆは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置されている。また、半導体素子９ｃ、９ｄから電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａまでの距離および、半導体素子９ｅ、９ｆから電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂまでの距離は同等である。
【0080】
半導体素子９ａ～９ｈのうち、一例として半導体素子９ａおよび９ｇの電流経路を図５に示す。図５（ａ）に示すように、電源側端子５２ａから半導体素子９ａ、電源側端子５２ｂから半導体素子９ｇに流れる電流は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂにおける最短経路を流れる。
【0081】
半導体素子９ａから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｇから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。このため、半導体素子９ａと電源側端子５２ａ間の導電層５１ａのインピーダンス、半導体素子９ｇと電源側端子５２ｂ間の導電層５１ｂのインピーダンスは、同等となる。
【0082】
同様に半導体素子９ａから負荷側端子４２ａまでの距離および、半導体素子９ｇから負荷側端子４２ｂまでの距離は同等である。このため、半導体素子９ａと負荷側端子４２ａ間の負荷側の導電層４１のインピーダンス、半導体素子９ｇと負荷側端子４２ｂ間の負荷側の導電層４１のインピーダンスは、同等となる。これにより、半導体素子９ａと半導体素子９ｇに流れる電流の大きさは略同等となる。
【0083】
仮に、電源側導電部５が、電源側の導電層５１の端部に一つの電源側端子５２のみを有する場合、半導体素子９ａおよび９ｇの電流経路は図５（ｂ）に示すようになる。図５（ｂ）に示すように、半導体素子９ａから電源側端子５２までの距離は、半導体素子９ｇから電源側端子５２までの距離より大きくなる。このため、半導体素子９ａと電源側端子５２間の導電層５１のインピーダンスは、半導体素子９ｇと電源側端子５２間の導電層５１のインピーダンスより大きくなる。
【0084】
同様に半導体素子９ａと負荷側端子４２間の負荷側の導電層４１のインピーダンスは、半導体素子９ｇと負荷側端子４２間の負荷側の導電層４１のインピーダンスより大きくなる。したがって、半導体素子９ｇに流れる電流は、半導体素子９ａに流れる電流より大きくなり、半導体素子９ａ、９ｇに流れる電流の大きさは略同等とならない。
【0085】
半導体素子９ａ、９ｂは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置されている。半導体素子９ｇ、９ｈは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置されている。また、半導体素子９ａ、９ｂから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｇ、９ｈから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。
【0086】
したがって、半導体素子９ａ、９ｂと電源側端子５２ａ間の導電層５１ａのインピーダンス、半導体素子９ｇ、９ｈと電源側端子５２ｂ間の導電層５１ｂのインピーダンスは、同等となる。
【0087】
同様に、半導体素子９ａ、９ｂと負荷側端子４２ａ間の負荷側の導電層４１のインピーダンス、半導体素子９ｇ、９ｈと負荷側端子４２ｂ間の負荷側の導電層４１のインピーダンスは、同等となる。これにより、半導体素子９ａ、９ｂ、９ｇ、９ｈに流れる電流の大きさは略同等となる。
【0088】
半導体素子９ｃ、９ｄは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置されている。半導体素子９ｅ、９ｆは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置されている。また、半導体素子９ｃ、９ｄから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｅ、９ｆから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。
【0089】
したがって、半導体素子９ｃ、９ｄと電源側端子５２ａ間の導電層５１ａのインピーダンス、半導体素子９ｅ、９ｆと電源側端子５２ｂ間の導電層５１ｂのインピーダンスは、同等となる。
【0090】
同様に、半導体素子９ｃ、９ｄと負荷側端子４２ａ間の負荷側の導電層４１のインピーダンス、半導体素子９ｅ、９ｆと負荷側端子４２ｂ間の負荷側の導電層４１のインピーダンスは、同等となる。これにより、半導体素子９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆに流れる電流の大きさは略同等となる。
【0091】
また、電源側の導電層５１は、高インピーダンス部５５を有する。電源側の導電層５１ａと電源側の導電層５１ｂは、高インピーダンス部５５を介し電気的に接続されている。高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより高インピーダンスの導体材料または絶縁材料により構成されている。
【0092】
高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１ａと電源側の導電層５１ｂとを電気的に高インピーダンスにて接続している。高インピーダンス部５５は、電源側端子５２ａからの電流が、半導体素子９ｅ～９ｈに流れ込むこと、および電源側端子５２ｂからの電流が、半導体素子９ａ～９ｄに流れ込むことを軽減する。これによりさらに、半導体素子９ａ、９ｂ、９ｇ、９ｈに流れる電流の大きさは略同等となる。また、半導体素子９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆに流れる電流の大きさは略同等となる。
【0093】
以上が、半導体装置１の作用である。本実施形態によれば、半導体素子９ａ、９ｂ、９ｇ、９ｈに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。また、半導体素子９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。
【0094】
［１－３．効果］
（１）本実施形態によれば、半導体装置１は、電源側電極９１と負荷側電極９２と、を有する複数の半導体素子９と、電源に接続される複数の電源側端子５２と、負荷に接続される複数の負荷側端子４２と、複数の電源側端子５２と複数の半導体素子９の電源側電極９１を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層５１と、複数の負荷側端子４２と複数の半導体素子９の負荷側電極９２を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層４１と、電源側の導電層５１と負荷側の導電層４１とを電気的に絶縁する絶縁層６と、を有する基板１１を備え、複数の半導体素子９は、複数の電源側端子５２および複数の負荷側端子４２から略同等の距離で、前記基板１１上に配置されるので、回路基板に配置された位置の相違による、回路基板の配線パターンのインピーダンスに起因する、複数の半導体素子ごとの負担電流の相違を軽減することができる半導体装置を提供することができる。
（１）本実施形態によれば、半導体装置１は、電源側電極９１と負荷側電極９２と、を有する複数の半導体素子９と、電源に接続される複数の電源側端子５２と、負荷に接続される複数の負荷側端子４２と、複数の電源側端子５２と複数の半導体素子９の電源側電極９１を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層５１と、複数の負荷側端子４２と複数の半導体素子９の負荷側電極９２を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層４１と、電源側の導電層５１と負荷側の導電層４１とを電気的に絶縁する絶縁層６と、を有する基板１１を備え、複数の半導体素子９は、複数の電源側端子５２および複数の負荷側端子４２から略同等の距離で、前記基板１１上に配置されるので、回路基板に配置された位置の相違による、回路基板の配線パターンのインピーダンスに起因する、複数の半導体素子ごとの負担電流の相違を軽減することができる半導体装置を提供することができる。
【0095】
半導体素子９ａ、９ｂは、電源側端子５２ａ、負荷側端子４２ａから略同等の距離に配置されている。半導体素子９ｇ、９ｈは、電源側端子５２ｂ、負荷側端子４２ｂから略同等の距離に配置されている。また、半導体素子９ａ、９ｂから電源側端子５２ａまでの距離および、半導体素子９ｇ、９ｈから電源側端子５２ｂまでの距離は同等である。
【0096】
したがって、半導体素子９ａ、９ｂと電源側端子５２ａ間の導電層５１ａのインピーダンス、半導体素子９ｇ、９ｈと電源側端子５２ｂ間の導電層５１ｂのインピーダンスを、同等とすることができる。
【0097】
同様に、半導体素子９ａ、９ｂと負荷側端子４２ａ間の負荷側の導電層４１のインピーダンス、半導体素子９ｇ、９ｈと負荷側端子４２ｂ間の負荷側の導電層４１のインピーダンスを、同等とすることができる。これにより、半導体素子９ａ、９ｂ、９ｇ、９ｈに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。
【0098】
また、半導体素子９ｃ、９ｄと電源側端子５２ａ間の導電層５１ａのインピーダンス、半導体素子９ｅ、９ｆと電源側端子５２ｂ間の導電層５１ｂのインピーダンスを、同等とすることができる。
【0099】
同様に、半導体素子９ｃ、９ｄと負荷側端子４２ａ間の負荷側の導電層４１のインピーダンス、半導体素子９ｅ、９ｆと負荷側端子４２ｂ間の負荷側の導電層４１のインピーダンスを、同等とすることができる。これにより、半導体素子９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。
【0100】
（２）本実施形態によれば、電源側の導電層５１、負荷側の導電層４１のうち少なくとも一方は、導電層５１、４１のインピーダンスより高インピーダンスにて構成された高インピーダンス部５５により、複数の半導体素子９の少なくとも一つが載置された領域を含む、複数の部分に分割されて構成されるので、電源側端子５２ａからの電流が、半導体素子９ｅ～９ｈに流れ込むこと、電源側端子５２ｂからの電流が、半導体素子９ａ～９ｄに流れ込むことを軽減することができる。または、負荷側端子４２ａへの電流が、半導体素子９ｅ～９ｈから流れ込むこと、負荷側端子４２ｂへの電流が、半導体素子９ａ～９ｄから流れ込むことを軽減することができる。これによりさらに、半導体素子９ａ、９ｂ、９ｇ、９ｈに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。また、半導体素子９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆに流れる電流の大きさを略同等とすることができる。
【0101】
（３）高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１または負荷側の導電層４１のインピーダンスより高インピーダンスの金属部材により構成されるので、電源側の導電層５１または負荷側の導電層４１と同系統の金属にて構成することができ、特殊な製造設備を設けることなく製造することができる。
【0102】
（４）電源側の導電層５１が、複数の半導体素子９が配置された載置面１２と反対側の基板１１の外面に構成されるので、電源側の導電層５１には、スルーホールを設けることが不要であり、面積が低下することによる、電源側の導電層５１のコンダクタンスが低下することを避けることができる。
【0103】
また、電源側の導電層５１と負荷側の導電層４１の電位差は数千Ｖとなるが、負荷側の導電層４１、制御層２１、制御層３１の電位差は相互に数十Ｖ程度である。電源側の導電層５１が、複数の半導体素子９が配置された載置面１２と反対側の基板１１の外面に構成されることにより、絶縁層６１、６２を絶縁層６３より薄く構成することができる。これにより基板１１を薄く構成することができ、半導体装置１を小型に構成することができる。
【0104】
（５）複数の半導体素子９は、制御電極９３、９４を有し、基板１１は、複数の半導体素子９の制御電極９３、９４に電気的に接続された制御端子２２、３２を有し、制御端子２２、３２は、複数の電源側端子５２、複数の負荷側端子４２が配置された面と異なる基板１１の側面に配置されるので、複数の電源側端子５２、複数の負荷側端子４２と制御端子２２、３２との絶縁距離を確保することができる。また、制御端子２２、３２が設けられることにより電源側端子５２、負荷側端子４２が小型となることを避けることができる。その結果、電源側端子５２、負荷側端子４２間のコンダクタンスの低下を軽減することができる。
【0105】
［２．他の実施形態］
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
【0106】
（１）上記実施形態では、高インピーダンス部５５は、銅およびアルミニウムの含有率を調整することにより、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより高インピーダンスとなるように構成されるものとした。しかしながら、高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１の一部の断面積を小さくすることにより構成されるものであってもよい。
【0107】
高インピーダンス部５５は、例えば図６に示すように、略長方形に形成された電源側の導電層５１の一部が、狭く形成されたものであってもよい。電源側の導電層５１ａおよび５１ｂは、高インピーダンス部５５を介し電気的に接続される。
【0108】
電源側の導電層５１ａと電源側の導電層５１ｂは同等の面積を有する。高インピーダンス部５５は、電源側端子５２ａおよび５２ｂと平行に配置される。高インピーダンス部５５の厚さは、電源側の導電層５１ａ、５１ｂと同等である。電源側の導電層５１ａ、５１ｂと接合される、高インピーダンス部５５の電源側端子５２ａおよび５２ｂと平行となる部分の寸法は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより短い。
【0109】
このように構成することで、電源側の導電層５１ａ、５１ｂと同じ材料で、高インピーダンス部５５を構成することができる。
【0110】
また、高インピーダンス部５５は、例えば図７に示すように、略長方形に形成された電源側の導電層５１の一部の厚さが、薄く形成されたものであってもよい。電源側の導電層５１ａおよび５１ｂは、高インピーダンス部５５を介し電気的に接続される。
【0111】
高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１ａに接続された電源側端子５２ａおよび電源側の導電層５１ｂに接続された電源側端子５２ｂと平行に配置される。高インピーダンス部５５の厚さは、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより薄い。電源側の導電層５１ａ、５１ｂと接合される、高インピーダンス部５５の電源側端子５２ａおよび５２ｂと平行となる部分の寸法は、電源側の導電層５１ａ、５１ｂと同等である。
【0112】
また、高インピーダンス部５５は、その厚さが電源側の導電層５１ａ、５１ｂより薄く、電源側端子５２ａおよび５２ｂと平行となる部分の寸法が、電源側の導電層５１ａ、５１ｂより短く形成されていてもよい。さらに、高インピーダンス部５５は、銅およびアルミニウムの含有率を調整することにより、インピーダンスを調整されたものであってもよい。
【0113】
このように構成することで、電源側の導電層５１ａ、５１ｂと同じ材料で、高インピーダンス部５５のインピーダンスを、フレキシブルに所望の値とすることができる。
【0114】
（２）上記実施形態では制御層２１、制御層３１は、基板１１と同等の長方形の板状に形成されるものとしたが、制御層２１、制御層３１は配線パターンにより形成され、制御層２１と制御層３１が一つの層に形成されるものであってもよい。このように構成することで基板１１に形成される層を減らすことができる。
【0115】
（３）上記実施形態では制御層３１は、負荷側の導電層４１と別の層として基板１１に設けられるものとしたが、独立した層として制御層３１を設けず、負荷側の導電層４１に制御端子３２、導体３３ａ～３３ｈが電気的に接続されるようにしてもよい。制御層３１は、負荷側の導電層４１と同電位であるため、独立した層として制御層３１を設けず、負荷側の導電層４１を制御層３１として用いることができる。このように構成することで基板１１に形成される層を減らすことができる。
【0116】
（４）上記実施形態では、高インピーダンス部５５は、電源側の導電層５１のインピーダンスより高インピーダンスにて構成され、電源側の導電層５１は、高インピーダンス部５５により、複数の電源側端子５２のうち少なくとも一つを含む、複数の部分に分割されるものとしたが、高インピーダンス部は、負荷側の導電層４１のインピーダンスより高インピーダンスにて構成され、負荷側の導電層４１は、高インピーダンス部により、複数の負荷側端子４２のうち少なくとも一つを含む、複数の部分に分割されるものであってもよい。また、電源側の導電層５１、負荷側の導電層４１とも高インピーダンス部を有するものであってもよい。
【0117】
（５）上記実施形態では、半導体素子９は、ＩＧＢＴであるものとしたが、半導体素子９は、これに限られない。半導体素子９は、ＩＧＢＴの他、例えばＭＯＳ－ＦＥＴ、ＧＴＯ（ゲートターンオフトランジスタ）、サイリスタ、ダイオード、またはこれらが、混載されものであってもよい。半導体素子９が、ＭＯＳ－ＦＥＴ、ＧＴＯ（ゲートターンオフトランジスタ）である場合、一つの制御層（例えば制御層２１または制御層３１）のみ設けられていれば良い。また、半導体素子９が、ダイオードである場合、制御層２１、３１は設けられなくてよい。
【0118】
（６）上記実施形態では、基板１１は、複数の半導体素子９が実装される面から見て略長方形状の薄板状に形成されるものとした。しかしながら基板１１の形状は、これに限られない。基板１１の形状は、図８に示す各形状であってもよい。つまり、基板１１の形状は、多角形、円形であってもよい。また、ひとつの電源側端子５２、負荷側端子４２に接続される半導体素子９は、単数であっても複数であってもよい。図８に、基板に対応した電源側の導電層５１の構造を示す。
【0119】
つまり、半導体装置１は、電源側電極９１と負荷側電極９２と、を有する複数の半導体素子９と、電源に接続される複数の電源側端子５２と、負荷に接続される複数の負荷側端子４２と、複数の電源側端子５２と複数の半導体素子９の電源側電極９１を電気的に接続する、面状に構成された電源側の導電層５１と、複数の負荷側端子４２と複数の半導体素子９の負荷側電極９２を電気的に接続する、面状に構成された負荷側の導電層４１と、電源側の導電層５１と負荷側の導電層４１とを電気的に絶縁する絶縁層６と、を有する基板１１を備え、複数の半導体素子９は、複数の電源側端子５２および複数の負荷側端子４２から略同等の距離で、前記基板１１上に配置されるものであればよい。
【0120】
また、電源側の導電層５１、負荷側の導電層４１のうち少なくとも一方は、電源側の導電層５１のインピーダンスより高インピーダンスにて構成された高インピーダンス部５５により、複数の半導体素子９の少なくとも一つが載置された領域を含む、複数の部分に分割された導電層により構成され、負荷側の導電層４１のインピーダンスより高インピーダンスにて構成された高インピーダンス部５５により、複数の半導体素子９の少なくとも一つが載置された領域を含む、複数の部分に分割された導電層により構成されるものであればよい。
【符号の説明】
【0121】
１・・・半導体装置
２，３・・・制御側導電部
４・・・負荷側導電部
５・・・電源側導電部
６，６１，６２，６３・・・絶縁層
９，９ａ～９ｈ・・・半導体素子
１１・・・基板
１２・・・載置面
２１，３１・・・制御層
２２，３２・・・制御端子
２３，２３ａ～２３ｈ，３３，３３ａ～３３ｈ，４３，４３ａ～４３ｈ，５３，５３ａ～５３ｈ・・・導体
４１・・・負荷側の導電層
４２，４２ａ，４２ｂ・・・負荷側端子
５１，５１ａ，５１ｂ・・・電源側の導電層
５２，５２ａ、５２ｂ・・・電源側端子
５５・・・高インピーダンス部
９１，９１ａ～９１ｈ・・・電源側電極
９２，９２ａ～９２ｈ・・・負荷側電極
９３，９３ａ～９３ｈ，９４，９４ａ～９４ｈ・・・制御電極
２，３・・・制御側導電部
４・・・負荷側導電部
５・・・電源側導電部
６，６１，６２，６３・・・絶縁層
９，９ａ～９ｈ・・・半導体素子
１１・・・基板
１２・・・載置面
２１，３１・・・制御層
２２，３２・・・制御端子
２３，２３ａ～２３ｈ，３３，３３ａ～３３ｈ，４３，４３ａ～４３ｈ，５３，５３ａ～５３ｈ・・・導体
４１・・・負荷側の導電層
４２，４２ａ，４２ｂ・・・負荷側端子
５１，５１ａ，５１ｂ・・・電源側の導電層
５２，５２ａ、５２ｂ・・・電源側端子
５５・・・高インピーダンス部
９１，９１ａ～９１ｈ・・・電源側電極
９２，９２ａ～９２ｈ・・・負荷側電極
９３，９３ａ～９３ｈ，９４，９４ａ～９４ｈ・・・制御電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】