特許 7168071 半導体モジュール

(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】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20221101BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L29/78 652T

H01L29/78 657D

H01L29/78 655Z

H01L29/78 652Q

H01L21/60 301A

H01L21/60 321E

H01L23/48 G

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021511274

(86)(22)【出願日】2020-03-04

(86)【国際出願番号】 JP2020009109

(87)【国際公開番号】W WO2020203001

(87)【国際公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-04-13

(31)【優先権主張番号】P 2019069846

(32)【優先日】2019-04-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 憲一郎

【審査官】多賀 和宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３０９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２１６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１２６４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２５／０７、２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴとＳｉ半導体材料によるＩＧＢＴとを並列に接続して構成される半導体モジュールにおいて、
前記ＩＧＢＴは、Ｓｉ半導体材料によるＲＣ－ＩＧＢＴであり、
前記ＲＣ－ＩＧＢＴの還流ダイオードの順方向電圧を前記ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下にし、前記ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッタは、リードフレームによって主電流を流す外部端子に接続され、前記ＭＯＳＦＥＴのソースは、ボンディングワイヤによって前記リードフレームに接続された、半導体モジュール。

【請求項2】

前記ボンディングワイヤが接続される前記リードフレームの位置は、前記ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッタの直上とした、請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

前記ＭＯＳＦＥＴのチップ面積は、前記ＲＣ－ＩＧＢＴのチップ面積より小さい、請求項１または２に記載の半導体モジュール。

【請求項4】

前記ＭＯＳＦＥＴのチップ厚さは、前記ＲＣ－ＩＧＢＴのチップ厚さより大きい、請求項１または２に記載の半導体モジュール。

【請求項5】

前記ＲＣ－ＩＧＢＴは、温度センス素子および電流センス素子の少なくとも一方を有している、請求項１または２に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

ＳｉＣ半導体材料およびＳｉ半導体材料による電圧制御型の半導体チップを並列に接続して構成される半導体モジュールにおいて、
前記ＳｉＣ半導体材料による電圧制御型の半導体チップは、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴであり、
前記Ｓｉ半導体材料による電圧制御型の半導体チップは、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴであり、前記Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードは、前記ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下の順方向電圧を有し、前記Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、リードフレームによって主電流を流す外部端子に接続され、前記ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、ボンディングワイヤによって前記リードフレームに接続された、半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特性の異なる複数の半導体チップを並列に接続して構成される半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング電源装置には、半導体スイッチング素子を縦続接続して構成したハーフブリッジ回路が用いられている。半導体スイッチング素子としては、特性の異なる複数の電圧制御型の半導体チップを組み合わせて所望の特性を得るように構成した半導体モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１に記載の半導体モジュールの構成例について説明する。

【0003】

図９は従来の半導体モジュールの構成例を示す回路図、図１０は従来の半導体モジュールの特性例を示す図、図１１はＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴを用いた場合に格子欠陥が成長することによる特性劣化に対応した従来の半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【0004】

図９に示す半導体モジュール１００は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）１０１とＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２とを並列に接続して構成されている。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１０１のドレインは、ＩＧＢＴ１０２のコレクタに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１０１のソースは、ＩＧＢＴ１０２のエミッタに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１０１に逆並列に接続されているダイオードは、ＭＯＳＦＥＴ１０１が内蔵するボディダイオード１０１ａである。

【0005】

このような半導体モジュール１００は、図１０に示したように、ＭＯＳＦＥＴ１０１が持つオン抵抗特性１１０とＩＧＢＴ１０２が持つ特性１２０とを合成した特性１３０を有している。なお、図１０において、横軸は、ＭＯＳＦＥＴ１０１のドレイン・ソース間電圧ＶｄｓまたはＩＧＢＴ１０２のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅを示し、縦軸は、ＭＯＳＦＥＴ１０１のドレイン電流ＩｄｓまたはＩＧＢＴ１０２のコレクタ電流Ｉｃｅを示している。ここで、ＭＯＳＦＥＴ１０１のオン抵抗特性１１０は、電圧に比例した電流を流すことができる定抵抗特性であるので、傾きが一定の直線で表されている。ＩＧＢＴ１０２が持つ特性１２０は、低電圧領域で電流が流れず、大電流領域では電圧降下が小さい特性を有しており、ダイオードに近い特性になっている。これらオン抵抗特性１１０および特性１２０を組み合わせると、半導体モジュール１００は、特性１３０で示す特性になり、小電流領域から大電流領域に亘り低損失な半導体スイッチング素子を構成することができる。

【0006】

近年、ＳｉＣ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴ（以下、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴという）が登場している。このＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、オン抵抗がＳｉ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴよりも低抵抗化している。このため、半導体モジュール１００のＳｉ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴ１０１をＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成すれば、さらに損失低減の半導体モジュールが実現される。また、同じオン抵抗を有するＭＯＳＦＥＴであれば、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、チップサイズをさらに小さくすることができる。

【0007】

図１１に示す半導体モジュール１０５は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１０６およびＩＧＢＴ１０２を並列に接続して構成したものである。ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１０６は、逆並列に接続されたボディダイオード１０６ａが内蔵されており、さらに、ショットキーバリアダイオード１０７が逆並列に接続されている。このショットキーバリアダイオード１０７は、ＭＯＳＦＥＴ１０６のボディダイオード１０６ａを保護するためのものであり、以下、その保護が必要な理由について説明する。

【0008】

半導体モジュール１０５は、たとえばスイッチング電源装置のハーフブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子として使用されることがある。ハーフブリッジ回路がそのローサイドの半導体スイッチング素子に並列に接続されたモータやトランスなどの誘導性負荷を駆動する構成では、ＭＯＳＦＥＴ１０６のボディダイオード１０６ａに電流が流れることがある。すなわち、ハーフブリッジ回路のハイサイドの半導体スイッチング素子がターンオンしてモータやトランスなどの誘導性負荷に電流を供給した後、ハイサイドの半導体スイッチング素子をターンオフすると、この誘導性負荷を流れていた電流は、流れを維持しようとする。このとき、誘導性負荷を流れていた電流は、ローサイドの半導体スイッチング素子のボディダイオードを通して逆方向に転流することになる。

【0009】

ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１０６のボディダイオード１０６ａに順方向の電流が流れると、ＭＯＳＦＥＴの格子欠陥が成長することが知られている（たとえば、特許文献２参照）。ボディダイオード１０６ａの通電により欠陥が成長すると、ボディダイオード１０６ａの順方向電圧特性およびＭＯＳＦＥＴのオン抵抗特性が劣化し、ＭＯＳＦＥＴの寿命、ひいては半導体モジュールの寿命が短くなる。

【0010】

ボディダイオード１０６ａの通電による欠陥成長を抑制するには、ボディダイオード１０６ａに通電しないようにすれば良いので、特許文献２では、ＭＯＳＦＥＴにショットキーバリアダイオードを逆並列に接続する構成を採っている。半導体モジュール１０５が有するショットキーバリアダイオード１０７は、特許文献２に記載のショットキーバリアダイオードに相当する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開平４－３５４１５６号公報

【文献】特開２０１４－１９５０８２号公報（段落〔０００２〕）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴに逆並列にショットキーバリアダイオードを接続する構成を採ると、半導体モジュールに搭載される半導体チップをもう１種類追加する必要があり、チップ数増加およびモジュール体積増加によるコストアップの懸念がある。もちろん、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードに電流が流れるタイミングでＭＯＳＦＥＴをターンオンさせる、いわゆる同期整流動作をさせることで、ボディダイオードに流れる電流を軽減させることはできる。しかし、たとえば、ＭＯＳＦＥＴがオンするまでのデッドタイム期間や異常動作時にＭＯＳＦＥＴをターンオンさせることは困難であるという問題がある。

【0013】

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、チップ数およびモジュール体積を増加することなくＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの通電による欠陥成長が抑制される半導体モジュール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】

【0014】

本発明では、上記の課題を解決するために、１つの案では、ＳｉＣ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴとＳｉ半導体材料によるＩＧＢＴとを並列に接続して構成される半導体モジュールが提供される。この半導体モジュールでは、ＩＧＢＴは、Ｓｉ半導体材料によるＲＣ－ＩＧＢＴであり、ＲＣ－ＩＧＢＴの還流ダイオードの順方向電圧をＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下にした。また、ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッタは、リードフレームによって主電流を流す外部端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴのソースは、ボンディングワイヤによってリードフレームに接続される。
さらに１つの案では、ＳｉＣ半導体材料およびＳｉ半導体材料による電圧制御型の半導体チップを並列に接続して構成される半導体モジュールが提供される。この半導体モジュールでは、ＳｉＣ半導体材料による電圧制御型の半導体チップは、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴであり、Ｓｉ半導体材料による電圧制御型の半導体チップは、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴであり、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードは、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下の順方向電圧を有する。また、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、リードフレームによって主電流を流す外部端子に接続され、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、ボンディングワイヤによってリードフレームに接続される。

【発明の効果】

【0015】

上記構成の半導体モジュールは、温度や製造プロセスの公差によらず、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードに流れる電流をほぼ０にできるので、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴの格子欠陥が成長するのを抑制できるという利点がある。

【0016】

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図2】半導体モジュールの特性例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの内部構造の例を示す断面図である。

【図4】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの内部構造の例を示す平面図である。

【図5】第２の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図6】第３の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図7】第４の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図8】第５の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図9】従来の半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【図10】従来の半導体モジュールの特性例を示す図である。

【図11】ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴを用いた場合に格子欠陥が成長することによる特性劣化に対応した従来の半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図中、同一の符号で示される部分は、同一の構成要素を示している。
図１は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図、図２は半導体モジュールの特性例を示す図である。なお、図２は、半導体モジュールを逆方向に流れる電流・電圧特性である。

【0019】

第１の実施の形態に係る半導体モジュール１０は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１とＳｉ半導体材料によるＲＣ－ＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）１２とを並列に接続して構成されている。ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１は、ボディダイオード１１ａを内蔵している。ＲＣ－ＩＧＢＴ１２は、ＩＧＢＴ１３および還流ダイオード（Free Wheeling Diode）１４をワンチップ化したものである。したがって、半導体モジュール１０は、２種類の半導体チップによって構成されている。

【0020】

この半導体モジュール１０において、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインは、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２のコレクタに接続され、主電流が流れる端子を構成している。ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のソースは、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２のエミッタに接続され、主電流が流れる別の端子を構成している。

【0021】

この半導体モジュール１０では、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａを順方向に流れる電流をＲＣ－ＩＧＢＴ１２の還流ダイオード１４に流すようにすることで、ボディダイオード１１ａの劣化を還流ダイオード１４が防止している。このためには、図２に示したように、半導体モジュール１０が動作する条件（温度、電流）において、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２の還流ダイオード１４の順方向電圧を常にＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下にする特性にしている。これにより、温度や製造プロセスの公差によらず、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａに流れる電流を０近傍まで低減することができるので、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１の格子欠陥が成長するのを抑制することができる。

【0022】

なお、図２において、横軸は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のソース・ドレイン間電圧ＶｓｄおよびＲＣ－ＩＧＢＴ１２のエミッタ・コレクタ間電圧Ｖｅｃを示している。図２の縦軸は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａを流れる電流ＩｂｄおよびＲＣ－ＩＧＢＴ１２の還流ダイオード１４を流れる電流Ｉｆｄを示している。

【0023】

図２には、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のオン抵抗特性Ｒｏｎ＿ＭＯＳ、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２の還流ダイオード１４の順方向電圧特性Ｖｆ＿ＦＤおよびＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａの順方向電圧特性Ｖｆ＿ＢＤの曲線が示されている。ここで、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａの格子欠陥を成長させてしまう電流Ｉｂｄが、たとえば、５アンペア（Ａ）以上だと仮定する。図２に示した数値例によれば、このときのソース・ドレイン間電圧Ｖｓｄは、約２．１ボルト（Ｖ）であるので、エミッタ・コレクタ間電圧Ｖｅｃ＝２．１Ｖのときの還流ダイオード１４の電流Ｉｆｄは、約７２Ａとなる。このことから、半導体モジュール１０に流すことができる逆方向の使用最大電流を７２Ａとすれば、ボディダイオード１１ａに５Ａを超える電流が流れることがないので、ボディダイオード１１ａの通電による特性劣化を抑制できることが分かる。

【0024】

また、この半導体モジュール１０では、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、オン抵抗が小さく、ボディダイオード１１ａが小電流領域で動作するため、チップサイズを小さくすることができる。また、高価なＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴに比較して安価なＳｉ半導体材料によるスイッチング素子に還流ダイオード１４の機能を追加したので、この半導体モジュール１０は、機能追加によるコストアップを抑えることができる。

【0025】

図３は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの内部構造の例を示す断面図、図４は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの内部構造の例を示す平面図である。
半導体モジュール１０は、セラミック製の絶縁基板２１を有している。この絶縁基板２１のおもて面（図３の上方の面）は、銅パターン２２が接合され、絶縁基板２１の裏面は、銅箔３５が全面に接合されている。銅パターン２２の表面には、所定位置にＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のＳｉＣチップ２３およびＲＣ－ＩＧＢＴ１２のＳｉチップ２４がはんだによってそれぞれ接合されている。ＳｉＣチップ２３の厚さは、Ｓｉチップ２４の厚さよりも厚いので、それぞれのチップ高さが異なっている。銅パターン２２は、また、ケース２５に固定された外部端子２６にリードフレーム２７によって接続されている。これにより、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインおよびＲＣ－ＩＧＢＴ１２のコレクタが銅パターン２２に電気的に接続され、銅パターン２２がリードフレーム２７によって主電流が流れる外部端子２６に電気的に接続されることになる。

【0026】

Ｓｉチップ２４の上面の主電極は、リードフレーム２８によってケース２５に固定された外部端子２９に接続され、制御パッドは、ボンディングワイヤ３０によってケース２５に固定された外部端子３１に接続されている。ＳｉＣチップ２３の上面の主電極は、複数のボンディングワイヤ３２によってリードフレーム２８に接続され、制御パッドは、ボンディングワイヤ３３によってケース２５に固定された外部端子３４に接続されている。ここで、ボンディングワイヤ３２は、Ｓｉチップ２４の直上位置にてリードフレーム２８に接続されている。これにより、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のソースおよびＲＣ－ＩＧＢＴ１２のエミッタがボンディングワイヤ３２およびリードフレーム２８によって主電流が流れる外部端子２９に電気的に接続されることになる。

【0027】

この半導体モジュール１０では、Ｓｉチップ２４の主電極を電流容量が大きくインダクタンスの小さいリードフレーム２８によって配線し、ＳｉＣチップ２３の主電極をボンディングワイヤ３２によって配線している。この場合、外部端子２９からＳｉＣチップ２３へはリードフレーム２８に加えボンディングワイヤ３２を経由して電気的に接続される。このため、外部端子２９から見たＳｉＣチップ２３の配線インダクタンスおよび配線抵抗は、Ｓｉチップ２４の場合よりも大きくなる。これにより、半導体モジュール１０は、逆方向に流れる電流としてＳｉＣチップ２３よりもＳｉチップ２４が流れやすくなっている。また、ＳｉＣチップ２３の主電極の配線をボンディングワイヤ３２により行っている。これにより、ＳｉＣチップ２３がチップサイズの小さいものであっても、ボンディングワイヤ３２による配線は、リードフレーム２８による配線よりも容易にしている。その理由は、リードフレーム２８による配線の場合、ＳｉＣチップ２３の主電極にガードリングまたは耐圧構造物を避けて精度よく位置決めすることは、チップサイズが小さくなるほど困難になるからである。また、ＳｉＣチップ２３は、Ｓｉチップ２４と厚さが異なっているので、リードフレーム２８でＳｉＣチップ２３とＳｉチップ２４とを配線するとなると、チップの厚さおよびチップ上・下のはんだの実装公差を考慮してリードフレーム２８を精度よく位置決めする必要があり、実装が困難となる。

【0028】

なお、絶縁基板２１の裏面の全面に接合された銅箔３５は、はんだによって金属板（図示しない）に接合される。この金属板は、ヒートシンクに取り付けられて熱結合されることにより、半導体モジュール１０で発生した熱を外部に放散することができる。

【0029】

また、この実施の形態では、半導体モジュール１０は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１およびＲＣ－ＩＧＢＴ１２を１個ずつ搭載しているが、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１については、所望の特性に応じて複数個並列に搭載されることもある。

【0030】

図５は第２の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図、図６は第３の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図、図７は第４の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図、図８は第５の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す回路図である。

【0031】

第２の実施の形態に係る半導体モジュール１０ａは、図５に示したように、電流センス機能を有するＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａを有している。半導体モジュール１０ａでは、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａが大電流領域を負担しているので、電流センス機能は、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａにだけに持たせている。

【0032】

このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａは、メインＲＣ－ＩＧＢＴ（図１のＲＣ－ＩＧＢＴ１２と同じ）のチップに電流センス素子としてセンスＩＧＢＴを搭載したものである。センスＩＧＢＴは、メインＲＣ－ＩＧＢＴとコレクタおよびゲートがそれぞれ共通に接続され、メインＲＣ－ＩＧＢＴのエミッタおよびセンスエミッタ１５が外部に独立して設けられている。ただし、図５では、メインＲＣ－ＩＧＢＴおよびセンスＩＧＢＴは、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａとして１つのシンボルで示してある。したがって、このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ａでは、主電流用の端子および制御端子に加え、電流検出用の外部端子が１個必要になる。

【0033】

この半導体モジュール１０ａでは、メインＲＣ－ＩＧＢＴのコレクタ電流にほぼ比例した電流がセンス電流としてセンスエミッタ１５から出力されるので、そのセンス電流を検出することでメインＲＣ－ＩＧＢＴのコレクタ電流を推定することができる。

【0034】

第３の実施の形態に係る半導体モジュール１０ｂは、図６に示したように、温度センス機能を有するＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂを有している。半導体モジュール１０ｂでは、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂが大電流領域を負担していて発熱量が大きいので、温度センス機能は、ＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂだけに持たせている。

【0035】

このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂは、ＲＣ－ＩＧＢＴ（図１のＲＣ－ＩＧＢＴ１２と同じ）のチップの一部に温度センス素子としてダイオード１６を形成したものである。温度センス機能は、ダイオード１６の順方向電圧が有する負の温度係数を利用しており、ダイオード１６に流した電流の変化を検出することでＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂの温度を検出することができる。したがって、このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｂでは、主電流用の端子および制御端子に加え、温度検出用の外部端子が２個必要になる。

【0036】

第４の実施の形態に係る半導体モジュール１０ｃは、図７に示したように、電流センス機能および温度センス機能を有するＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｃを有している。このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｃは、メインＲＣ－ＩＧＢＴおよびセンスＩＧＢＴのチップの一部に温度センス素子としてダイオード１６が形成されている。これにより、センスエミッタ１５から出力されるセンス電流を検出することでメインＲＣ－ＩＧＢＴのコレクタ電流を推定することができ、ダイオード１６に流した電流の変化を検出することでＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｃのチップ温度を検出することができる。したがって、このＲＣ－ＩＧＢＴ１２ｃでは、主電流用の端子および制御端子に加え、電流検出用および温度検出用の外部端子が３個必要になる。

【0037】

第５の実施の形態に係る半導体モジュール１０ｄは、図８に示したように、図１のＳｉ半導体材料によるＲＣ－ＩＧＢＴ１２に代えてＳｉ半導体材料によるＭＯＳＦＥＴ（以下、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴという）１７にしている。すなわち、この半導体モジュール１０ｄは、電圧制御型のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１およびＳｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７を並列に接続した構成にしている。なお、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７に逆並列に接続されているダイオードは、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７が内蔵するボディダイオード１７ａである。

【0038】

この半導体モジュール１０ｄによれば、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａに順方向に流れようとする電流を、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７のボディダイオード１７ａに流すようにしている。Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７のボディダイオード１７ａの順方向電圧は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａの格子欠陥が成長する電流に相当する順方向電圧以下である。したがって、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ１１のボディダイオード１１ａに電流が流れることによるボディダイオード１１ａの劣化をＳｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７のボディダイオード１７ａで防止することができる。しかも、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ１７は、第１－４の実施の形態で用いたＲＣ－ＩＧＢＴ１２と同様にダイオードの半導体チップをもう１種類追加する必要もない。

【0039】

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

【符号の説明】

【0040】

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 半導体モジュール
１１ ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ
１１ａ ボディダイオード
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ＲＣ－ＩＧＢＴ
１３ ＩＧＢＴ
１４ 還流ダイオード
１５ センスエミッタ
１６ ダイオード
１７ Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ
１７ａ ボディダイオード
２１ 絶縁基板
２２ 銅パターン
２３ ＳｉＣチップ
２４ Ｓｉチップ
２５ ケース
２６ 外部端子
２７，２８ リードフレーム
２９ 外部端子
３０ ボンディングワイヤ
３１ 外部端子
３２，３３ ボンディングワイヤ
３４ 外部端子
３５ 銅箔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】